植物细胞的有丝分裂

实验七 植物细胞的有丝分裂

　　植物细胞在进行生长发育过程中，不断地进行细胞分裂，增加细胞的数目。植物细胞分裂的方式，最普遍、最常见的是有丝分裂。植物的根尖、茎尖分生组织和形成层，主要以有丝分裂方式进行分裂。

　　要做好这次实验必须考虑到两个问题：第一要掌握好细胞进行有丝分裂的时间，否则很难观察到有丝分裂的全过程，有时甚至看不到有丝分裂；第二是用什么手段进行观察，是将根尖、茎尖等材料切成薄片，还是用离析的方法把细胞“打散”进行观察。

　　（一）细胞周期的概念

　　要掌握好有丝分裂的发生时期，首先要建立细胞周期的概念。所谓细胞周期就是从一次细胞分裂到下一次分裂之间细胞所经历的全部过程。已知有丝分裂开始前必须进行DNA的合成，实验证明这一合成只在分裂间期的一定时期内进行。一般把分裂间期分为G₁ （DNA合成前准备时期）、S期（DNA合成时期）、G₂ （有丝分裂前的准备时期）和M（有丝分裂时期）四个时期。形成两子细胞后，又回复到G₁ 时期，整个细胞周期见图7-1。

　　植物细胞周期的持续时间，一般在十几小时到几十小时之间。时间长短与植物的生活条件，特别是与温度关系密切。温度高时时间短，温度低时则周期时间延长。

　　M期为有丝分裂过程，在整个细胞周期中所占的时间很短，一般为一个小时左右，在这一个多小时中，前期较长，中期、后期和末期都较短。以洋葱根尖为例，整个M期为83.7分钟，其中前期为71分钟，中期6.5分钟，后期2.4分钟，末期3.8分钟。整个分裂时期只占细胞周期时间的十分之一。

　　要观察有丝分裂的过程就必须掌握好细胞周期中M期发生的时期。根据实验观察，在自然条件或室温培养条件下，多数植物M期发生在上午9—12时和下午2—5时。当然这个时间不是绝对的，细胞分裂时期随着植物生长情况，昼夜温度等因素而变化。对一些不熟悉的植物，可采用在一天廿四小时内不同时间进行观察，以确定它的细胞分裂时期。

　　（二）观察植物细胞分裂的方法

　　前面讲过可以用两种方法观察植物细胞分裂。第一种方法是用做好的切片进行观察。这些切片常以植物根尖为材料，用石蜡法制成切片（纵切或横切），厚度8—10微米。其厚度大约等于一个分生组织细胞的直径，也就是一个细胞厚。可以看到有丝分裂的各个时期，并能清楚地看到各时期的细致特征。但缺点是因为是一切片不可能保持完整细胞，也就是看不到分裂细胞的全貌，当然更不能计算出细胞中所含有全部染色体的数目。而离析法是把细胞“打散”，每个细胞分散开既便于观察整个细胞，也便于计算每一细胞中的染色体数目。

　　上述两种观察方法各有其优缺点，因此本次实验采用两种方法，以取长补短更好地了解植物细胞的有丝分裂过程。关于有丝分裂过程中各个时期的特征见图7-2，并可参考《植物学（形态解剖部分）》教材。

　　（三）染色体的形态

　　有丝分裂的中期是观察染色体形态的最好时期。这一时期的染色体是由两条染色单体组成，在每个染色体的一定部位有纺锤丝相连，这个区域叫做着丝点。这个区域一般染不上颜色或是缢缩变细，叫做主缢痕（图7-3）。

　　根据着丝点在染色体上的位置，一般将染色体分为三种类型：1.着丝点位于染色体的一端，形成一个长臂和一个极短的臂，染色体呈杆状；2．着丝点不在染色体中部，形成两个不等长的臂，染色体呈“ L”形； 3．着丝点在染色体正中部，形成两个等长的臂，染色体呈“ V”形（图7-3， A）。

A．三种类型染色体；B．具随体的染色体。

1．着丝点；2．臂；3．副缢痕；4．随体

　　除着丝点外，有的染色体臂上还有另一个不着色或缢缩变细的区域称为副缢痕（图7-3，B）。这一区域可能与核仁形成有关，因此，也称为核仁组成区。此外有的染色体的末端有一个棒状或球形的结构，其直径与臂的粗细相似或小一些称为随体（图7-3，B）。在随体与染色体臂之间有一副缢痕相隔，这两种结构也是染色体形态特征之一。

　　（四）植物根尖有丝分裂的观察

　　取洋葱或百合（Lilium brownii var.viridulum）根尖永久制片观察，首先用肉眼或放大镜观察永久制片中的根尖纵切面，认清根冠、分生区、伸长区和成熟区（根毛区）四部分。然后放在显微镜下，用10×物镜观察，并将分生区移至视野的中央；换高倍物镜仔细观察。在低倍镜观察时可以根据染色体的分布情况及细胞核的变化（核仁、核膜是否消失等），大致了解分生区中细胞分裂情况。如果分裂相过少，可换一个切片进行观察。

　　观察时可参考教课书和有丝分裂的照片，掌握分裂过程中各个时期的特征，并在显微镜下识别出每一个分裂时期。

　　观察制片以后，用刀片截取已培养好的洋葱鳞茎长出的幼根根尖，其长度以5毫米为宜。截取下的根尖放入醋酸-纯酒精（1：3）固定液中固定15—30分钟。然后用95％酒精洗净醋酸，移入70％酒精中，再用水冲洗后转入 lmol/L盐酸中。在60℃下水解10分钟后，水洗1—2次即可压片观察。

　　压片时，取已处理好的根尖放在载玻片上。用解剖刀或解剖针，把根尖自伸长区以上部分切去，只剩下1—2毫米长的一段。滴一滴醋酸洋红溶液染色，约10分钟后，根尖染为暗红色即可。也可以放在酒精灯上略微加热，这样可使细胞质破坏，增进染色体的染色。但不宜过于加热，如将染料煮沸则使细胞干缩毁坏，染料沉淀而不能观察。染色后加上盖玻片，在平坦桌面上，用大拇指压盖玻片，使根尖细胞分散开，即可在显微镜下观察。

　　如用石炭酸-品红代替醋酸洋红染色效果更好，石炭酸-品红把核和染色体染为红紫色，细胞质一般染不上颜色，故背景清晰。

　　由于上述方法，没有经过切片，因此每个细胞都是完整的，便于观察染色体。观察过程中要特别注意细胞分裂的中期。洋葱体细胞具有16条染色体，用压片法制片，可将中期的染色体压散，看出各条染色体的形态。试观察各条染色体的着丝点的部位和形状，能否看到具有随体的染色体？