植物细胞有丝分裂实验的失败分析及改进方案
植物细胞有丝分裂观察实验是高中生物学的重点和难点实验之一其中涉及的原理技术对其后的学习具有重要意义。然而根据目前教科书中观察植物细胞有丝分裂的方法来做实验由于材料的选择和处理中诸多不确定因素，往往出现效果不理想或者实验时间需要协调等问题，师生对此实验感受到比较棘手，不少师生对生物学实验只重视结果不重视结果分析，只满足于实验的成功而不愿意对失败原因进行阐述.
一、实验存在的问题
1、取材不易，培养较难
镜查时找不到分裂相细胞与材料的选择和培养有关。腐烂的洋葱长出的根数量少或不长根，培养时间长了会发臭，若把部分腐烂的洋葱和健壮的洋葱一起培养，则会使健壮洋葱长霉腐烂；同一批购买的洋葱在相同的条件下培养，有的长根有的不长根，这与洋葱的休眠有关，长霉而没有腐烂的洋葱培养出的根尖少，易腐烂散发出的气味浓，把洋葱鳞片的基部切除，因只有变态叶缺少变态茎，所以不会长根。因此，在选择洋葱时，应选新鲜营养丰富、不长霉、不腐烂的健壮品，取材确为不易；培养时瓶内装满清水，让洋葱的底部接触到瓶内的水面，并把这个装置放在温暖的地方，注意经常换水，使洋葱的底部总是接触到水，以防止根的腐烂，这样培养对于一线的教师来说确实是一件较为繁琐的事。
2、取材时间的选定较难
有丝分裂活动的高峰时间不一定恰好是实验时间。为了能找到有丝分裂各期的典型细胞，在多数教材中，实验材料的选取多在有丝分裂活动的高峰期进行，并把剪下的根尖立即投入盐酸、酒精中固定解离（解离液是质量分数为15%的盐酸和体积分数为95%的酒精溶液按1：1的比例混合而成），但是选用不同的材料时，有丝分裂活动的高峰期不同。例如：大蒜在13-13.5时，洋葱在11时左右和15-16时，小麦在11-13时；并且可能因品种、室温等条件不同，在各地的具体时间有所差别。由于多数材料有丝分裂活动的高峰期并不在实验课时间，这就使实验过程中找到正处于有丝分裂时期的细胞的可能性大大降低，甚至根本找不到有丝分裂时期的细胞。
3、取材部位把握不好
准确切取根尖生长点部位，是实验成功的前提，一些学生制成的临时装片中往往看不到或看到很少的分裂相细胞，就是因为切取部位错误导致的，即没有选准根尖的生长点部分，有些学生以为根尖越长越好，尽捡长的，镜检时分不清哪端是根尖且因查找的范围广，很难找到分裂相细胞，有些学生剪取正常的2-3mm根尖，但染色时因染色剂颜色较深，很难从染液中挥取，造成染色时间过长。
4、材料处理时间把握不好
根尖解离时，时间要严格控制，解离时间不足，压片时细胞不易分散，细胞重叠看不清，效果不好；解离时间过长，细胞分离过度，无法取出根尖进行染色制片。染色时间要严格控制，染色不足无法分辨，染色过度也无法分辨。
5、显微镜操作不当
显微镜操作要按一定的程序进行，特别是对光程序、高倍镜观察程序，有的学生不按程序操作，结果既耽误了进间，又观察不到相应的结果，而且易损坏显微镜，常有学生压碎盖玻片，载玻片，弄脏镜头，找不到组织，细胞等，观察到的只是一些载玻片上脏物，目镜或物镜上不能移动的脏物，一团漆黑或一片空白。
二、实验方法步骤的改进方案一
1、材料选取：查阅资料以吊兰根尖为材料，对比目前常用的洋葱、大蒜，小麦，根尖等其他材料，发现它具有材料易得，取材时间要求不严，实验操作较易，实验效果较好等优点，更易观察到细脃有丝分裂各时期的分裂相。
吊兰（chlorphytumcomosumjack）是百合科多年生草本植物，各地极常见的室内栽培观叶花卉，本实验用的是它的匍匐茎（也称走茎）上长出的具有气生根的新植株。该材料较易获得，因为吊兰主要通过无性繁殖方式繁殖（栽培一年即有大量气生根）。
2、材料的处理
（1）取材时间和取材长度，吊兰根尖一般上午8-10间处于分裂高峰，此时取材可看到极多的分裂相，甚至高倍镜下都可在一个视野中看到各种分裂相。但白天其他时间取材也都可以容易地看到各时期的分裂相，所以以简化实验操作和提高学生参与方面考虑，笔者认为几乎不必实验前进行固定，可以在实验时让学生直接取材。取材长度也没有太多限制，短到只要气生根尖有白色出现即可长至长到几厘米的“老根”根尖都可以看到分裂相。
（2）解离和漂洗时间吊兰根尖细胞柔嫩，较容易解离，用20%盐酸只需5-10分钟即可，漂洗也十分方便，用镊子夹住气生根，在清水中来回涮几下（约半分钟，以加快除去盐酸）再浸泡1-2分即可进行对根尖染色。
（3）染色和压片处理：染色可直接在载皮片上进行，先用刀片将根尖白色的分生区（约2mm）切下，用镊子压扁滴上1滴0.02%龙胆此染液，染色1-2分钟。染色过程中最好要用镊子尖斜着在根尖上压几下（约10秒），使之进一步分散开，从而染色更加均匀。染色结束时，用吸水纸从一侧小心地将染液吸干,滴加一滴清水在根尖上，盖上盖玻片，加几层吸水纸在上面，用拇指垂直用力压几下，使细胞分散开，移开吸水纸即可观察。
（4）用医用龙胆紫药水与蒸馏水按1：5稀释后染色。医用龙胆紫药水一般医院里都有，容易买到并且价格比较低廉，而且稀释后对染色体染色的效果也不错。
（5）显微镜观察方法基本同其他材料。我认为在做实验之前教师可安排学生观察洋葱根尖细胞有丝分裂的固定装片，使学生有一个深刻的感性认识。实验时可指导学生先用低倍镜找到近正方形或近圆形的分裂细胞。因为分生区细胞的特点是正方形排列紧密，有的细胞处于分裂状态。再用高倍镜找出处于细胞分裂中期的细胞，因为中期染色体的形态固定，数目清晰，染色体的着点很整齐地排列在赤道板，是观察染色体的最佳时期，然后再找出前期、后期、末期的细胞。 三． 实验方法步骤的改进方案二 一．取材
1、材料选取：多年来对洋葱与大蒜的根尖进行对比，发现大蒜根尖比洋葱根尖的效果更好，优点是大蒜根尖取材更方便，容易培养，生长快成本低，细胞分裂活跃，分裂相多，而且大蒜根尖纤细，解离和染色快，染色体清晰。
2、培养方法：选个大、饱满的大蒜头，分囊后用铁丝或竹签将蒜瓣穿成一排，搁于盛有清水的容器上培养，使每囊蒜瓣的底部都浸没于水中，在室温20℃上下阳光充足的晴天养3—4天，期间换1-2次水，根尖就可长到2—2.5cm，即可剪取备用如图1。（注：一个蒜头至少有8囊，平均每囊能长20多根根尖，多）
3、根尖剪取时间：根尖细胞分裂旺盛时取材，因为此时分裂相多，实验效果好，根据笔者多年的经验，取材时间一般在晴天的中午1：00前后，根尖质量较好。
一、根尖的固定
由于教材的编制和教学进度的限制，一般不能直接取到正处于分裂旺盛时期的新鲜根尖，这就需要把根尖固定并保存起来备用。其方法是将剪取的根尖置于固定液（1份冰醋酸和3份95%酒精的混合液）中固定，使根尖的生长点细胞变成乳白色，根尖下沉（因为新鲜的根尖是浮在固定液液面上的），一般需12—24小时，然后用70%酒精漂洗，再置于70%的酒精中保存，随用随取。
二、解离和漂洗
把根尖放入15%的盐酸中解离，由于大蒜根尖纤细，解离时间只需8—10分钟，就能使生长点细胞基本酥散。把已解离的根尖取出放入盛有清水的大烧杯中，用玻璃棒或镊子轻轻搅动漂洗3分钟，期间
图1
一个蒜头能长160多根根尖，可供3个班用，相比洋葱来说成本低得换一次清水，再将漂洗后的清水倒出，即可进入下一步染色。
三、染色
1、把漂洗后酥软的根尖用镊子从清水中取出置于载玻片中央，并用吸水纸将根尖吸干，目的使染液保持一定的浓度。
2、用刀片在载玻片上切取乳白色米粒样的生长点细胞，并将生长点有规律地纵剖，取其1/3—1/5生长点细胞为染色材料。
3、滴两滴2%醋酸的龙胆紫染液或醋酸洋红染液进行染色，染色时间2%醋酸龙胆紫染液染色2分钟左右，醋酸洋红染色5分钟或用肉眼观察染色材料变红即可。
四、压片
染色后盖上盖玻片，在盖玻片上垫3—5层吸水纸，用拇指重压，但不到高倍镜检观察，效果极好。2%醋酸龙胆紫染液染色结果见照2，用醋酸洋红染液染色的结果见照3。
按照上述经过改进的实验要点进行操作能使95%以上的学生观察到植物细胞有丝分裂各期染色体变化的情况，起到实验教学良好的效果。
照3
照2
能研转，使生长点细胞均匀地压成一薄薄的雾状细胞层，然后从低倍四． 实验方法步骤的改进方案三
1、材料的选取应该灵活，不是必须用洋葱
洋葱是较为典型的用于观察植物细胞有丝分裂的材料，效果也较为理想。但由于受季节及学生人数等条件的限制，培养的洋葱根尖往往不能满足学生实验的需要，影响了实验的正常进行。针对上述情况，笔者近年来试着用大蒜、小麦、蚕豆、蒜苗、车前草等代替洋葱作为实验材料，发现蚕豆、小麦、大蒜等均达到较为理想的效果。这些不同的材料来源方便，培养期短，易生根，根尖数目多，且可在不同的季节选用不同的材料。因此，可以用这些材料代替洋葱完成实验，达到实验目的。
2、洋葱根尖的培养应根据实际情况采用不同的方法
洋葱的生根与周围环境的温度关系密切。在室温20～25℃范围内洋葱鳞茎易生根，且数目多、生长速度快;在较低或较高温度条件下，则生根少、生长较慢且易老化，尤其是经冷藏或辐射处理而处于休眠期的洋葱鳞茎更不易生根(在市场上买到的洋葱则多是经过冷藏或辐射处理过的)。对于这样的材料，培养前先用刀片切去处于休眠状态的陈根，让它们在20～25℃温度下放几周时间，待根部周围长出许多白色突起后再培养，就可以提高生根率。在室温20～25℃条件下，于实验前5～7d选取底部鳞茎盘面积较大的洋葱，用刀片切去底部陈根或切去一薄层，放在盛满水的烧杯或广口瓶上，使其底部接触水面，置于温暖向阳处，注意每天换水，以免因氧气不足等而造成根尖生长缓慢或腐烂。
3、根尖的取材时机会影响到实验的效果
教科书上没有要求取材时机，但是实践证明，用作观察细胞分裂的植物根尖的取材时间非常重要。各种不同植物的根尖细胞在一天24小时内进行分裂的时刻不同，分裂的高峰期也不尽相同。所以根尖的取材时间应根据不同植物种类培养的温度条件选取最佳的时机。洋葱的根尖细胞在常温20℃左右时，10时至16时根尖细胞分裂较旺盛，尤以11时左右为最佳，在其他时间剪取根尖，则不易观察到不同分裂期的细胞。因此，当根长到2～3cm时在11时左右可以取材，取材长度以5mm左右为宜
4、根尖的固定与解离，用15%的盐酸代替10%的盐酸
固定的目的是迅速杀死细胞并能使细胞核及细胞器在形态结构上尽可能保持生活时的完整和真实状态。解离的目的是使细胞的胞间层物质溶解，在压片时细胞易于分散。传统的做法是固定与离析同时进行，即把取的材料放在由等量的浓盐酸和95%的酒精所配制的固定离析液中进行固定与解离。实践证明这样做不如把固定与解离分开进行效果好。即把取下的材料先放在固定液中，固定时间为3～5h。固定剂可选用常用的FFA固定剂即福尔马林-醋酸-酒精固定剂，固定好的材料可放在70%的酒精溶液中保存。根尖的解离要掌握正确的解离时间。若解离时间太短，细胞不易完全分散开，解离时间太长根尖完全酥软，无法进行观察。解离液以15%的盐酸溶液为好，用15%的盐酸代替10%的盐酸可缩短解离时间。把固定好的根尖取出用清水冲洗干净后放入盛有15%盐酸离析液的培养皿中，解离时间5min左右，只要根尖色泽变白略带透明即可，此时根尖压片效果较好。
5、根尖的染液中加少量10%醋酸更好
染色是制作根尖临时装片的另一个关键步骤，其目的是使细胞的细胞质和细胞核及核中的染色体分别染上深浅不一的颜色，以便清晰地观察细胞分裂各个时期的特征。洋葱根尖的染色剂常用的是龙胆紫和醋酸洋红。醋酸洋红因价格较贵，配制复杂且染色效果又不如龙胆紫好，故目前多用龙胆紫作染色剂。而仅用1%的龙胆紫溶液对根尖进行染色，细胞核内都被染成深紫色，染色体不突出，在显微镜下难以清晰地观察到有丝分裂各个时期核内染色体行为的变化。根据笔者多次比较体会，发现在1%龙胆紫溶液中滴加少量10%醋酸至溶液呈鲜亮的紫色，这样配制的染色剂，醋酸起到一定的分色作用，可加强细胞核和染色体的选择性着色，以避免核内都染成一片深紫色，从而达到良好的观察效果且用这种方法配制的染色剂可长久保存，溶液不易产生沉淀。
用清水洗净解离根尖，用镊子将洋葱根尖放在载玻片上。为了使其染色均匀，可用镊子将圆柱状的根尖轻轻压扁，加2滴染色液进行染色，染色时间3～5min。染色时若用酒精加热，效果更好。但注意加热时不可使染色液蒸发，只需使载玻片在酒精灯火焰上来回移动几次即可。染色完毕，盖上盖玻片，再盖以2层吸水纸，用拇指轻压一下(也可用铅笔的橡皮头在盖玻片上轻轻敲几下)，即可使根尖细胞均匀地扩散成云雾状，四周多余的水分可用吸水纸吸掉，这样就可在显微镜下进行观察了。至此，一个较为理想的用于观察植物细胞有丝分裂的临时装片即告制成。
6、学生实验内容的调整
中学生物课一般为每节课45分钟，而完整地完成这个实验，大概需2节课。2节课连排在中学中一般不可能，那么教师就必须对实验内容作些调整。装片制作过程中，解离→漂洗→染色→制片是一个完整的实验程序。为了节省时间，使学生有充足的时间观察洋葱根尖细胞有丝分裂各个时期，教师可在上课前将解离和漂洗这两步骤做好。这样，可节省20～25分钟（min）。 五． 实验方法步骤的改进方案四 (一) 材料的选择和根尖的培养
（1）.材料的选择.根据实验要求，洋葱根尖是典型并较为理想的观察植物细胞有丝分裂的材料，但在近些年的实验中发现，我们地区市面出售的洋葱有两个旺季，一是秋季出售的本地产的洋葱.二是夏季出售的从外地运入我市的洋葱.本地产的洋葱在深秋时收获，随即进入休眠期，春季做有丝分裂实验时生根比较容易，并且发根多，生长迅速，是有丝分裂实验的好材料.我校多在九月份做此实验，此时本地产洋葱未上市，从外地运入我市的洋葱，大多数经过激光或冷藏处理，不发根或很少发根.即使未经上述处理，夏季收获的洋葱有自然休眠的特性，休眠期一般为三个月左右，在此期间不发根或极少发根.总之，无论哪种情况，我们学校用洋葱做有丝分裂的实验材料都不适宜.在教学实践中我借鉴他人的实验成果，用大蒜的根尖做实验材料.首先在我们地区市面出售的大蒜多为山东产大蒜，一年四季都有出售，夏季收获的大蒜，休眠期约为20 75 天，在我校做有丝分裂实验时，已越过休眠期，容易发根；其次山东产大蒜瓣多，而且每一瓣都可发根十几条，原料用量少，而收获根尖比较多，可
谓物美价廉；再者，大蒜根尖比洋葱根尖细，便于解离.实践证明，在我们地区大蒜根尖是有丝分裂实验不可多得的好材料.（2）.培养根尖.实验过程要求培养洋葱根尖时要用广口瓶装满清水，让洋葱底部接触到瓶内的水面，并且使洋葱的底部总是接触到水.这需要教师细心观察并及时添加清水.我们在培养大蒜根尖时采取了改进措施，具体方法是：找一块不太厚的泡沫塑料板，在上面挖一些大小能放进蒜瓣的小孔（孔要比蒜瓣略小些），取一定数量的大蒜瓣，剥去外边膜质枯衣，将蒜瓣放入小孔后轻轻挤压蒜瓣，使蒜瓣基部微微凸起的根原体刚好从小孔内露出为宜，
然后将泡沫塑料板放在盛有清水的脸盆内或水槽内，由于浮力的作用，泡沫塑料板浮在水面上，而大蒜基部根原体又能始终接触到水面，每天换水一次， 3~4 天就长出合适长度的根供实验用.用这种方法培养大蒜根尖，操作方便，简单易行，教师省时省力.(二) 实验仪器的替代
小坩埚代替培养皿.实验过程中，根尖的解离染色所用的仪器都是培养皿.我们在实验中发现使用培养皿存在以下几点不足：（1）培养皿表面积过大，解离和染色时都要加入较多的药液才能没及要处理的材料，存在着药品浪费现象；（2）培养皿相对较浅，解离液 染色液都容易洒在实验台和地板上，污迹很难擦干净；（3）玻璃材质的培养皿粘上龙胆紫液后较难洗刷.实践中，我们发现染色废液倒入瓷质水池子后容易清洗.于是我们用化学实验用的瓷质小坩埚替代培养皿.由于小坩埚比较小，深浅度适宜，既节省药品，又便于操作，还有效地防止了染色液洒出等问题，同时解决了实验后仪器洗刷不干净的难题，是有丝分裂实验中非常合适的替代仪器.2.2 指形管替代培养皿.在漂洗过程中要求 将解离后酥软的根尖放入盛有清水的培养皿中漂洗约10 分钟.实践下来，我们发现有一些弊端：（1）部分学生没有充分理解漂洗的生理作用，对漂洗这一步骤不够重视.表现为缩短漂洗时间或在培养皿中加水较少等现象.（2）实验课受时间限制，漂洗时间过长，挤占了寻找有丝分裂相的时间，是造成实验课时间延长的原因之一.（3）在 10 分钟的漂洗过程中学生无事可做，客观上形成了实验课堂秩序混乱的现象.针对上述情况我们采取了以下措施：我们首先向学生讲清楚漂洗的目的和意义.漂洗的目的是将含有盐酸的解离液彻底洗干净；漂洗的意义是防止含有盐酸的解离液破坏染色体和细胞核的结构；防止在染色时解离液中的盐酸与染色液中的龙胆紫发生化学反应，影响染色体的着色，导致实验效果不理想.在保证制片质量的前提下，为了缩短实验操作时间，给学生留下充足的时间观察装片 寻找有丝分裂相，我借鉴他人成功的经验，改静态的
浸泡为动态的冲洗.具体的操作如下：用指形管替代培养皿，用自来水冲洗 2~3 分钟，使根尖在指形管内不断 翻腾 ，流水冲洗可使解离后材料上附着的解离液迅速地溶解在水中，既达到了漂洗的目的，又缩短了时间，同时还起到了约束课堂秩序的作用.操作方法的改进
剪取根尖的改进.实验操作过程中先后 4 次用镊子夹取根尖，根尖被解离后酥软，用镊子反复夹取，很容易夹碎 夹烂根尖生长点，造成染色后找不到根尖，使操作归于失败.为此，实验中我们将 剪取洋葱根尖 2~3mm 改成剪取大蒜根尖 1cm+0.1；以便操作中用镊子夹取根尖生长点上方，很好地保留住根尖生长点，在操作的最后一步制片时剪去多余的根，经过多年的实践检验，效果颇佳.优化实验过程优化实验过程
4.1 根尖的解离.解离根尖的目的是利用解离液中
的盐酸将组织细胞间的中胶层溶解，使组织细胞分离开，便于制成单层细胞的装片，利于有丝分裂相的观察.我们在实验中发现，北方地区温度偏低，延长解离时间（8~10 分钟）根尖才能变得酥软，符合实验要求，为了节省时间，提高实验课的效率，我们将根尖放入盛有解离液的小坩埚中，并用镊子夹住坩埚放入盛有 60 度温水的大烧杯中进行热水浴1~2 分钟，根尖很快变得酥软透明，达到完全解离的程度. 4.2 根尖的染色.染色目的是将染色体与细胞质区分开，便于在显微镜下观察.我们发现按照书中的
操作方法很难达到理想的效果.（1）染色时间短时，染色体着色较浅，视野一片明亮，区别不出哪是染色体，哪是细胞质.（2）延长染色时间，又造成细胞核中的染色体和细胞质都着色很深，导致视野内一团紫 一片模糊，仍不能将周围环境与染色体分开.经过多次实验和探索，我们借鉴了 退回染色法 .具体做法是：将已经染色的根尖，放在载玻片上，用 滴管吸取20%的醋酸溶液，滴在载玻片的根尖上，再用滤纸吸去根尖和载玻片上的醋酸，重复上述操作 2~3 次，使细胞壁 细胞质中多余的龙胆紫液被重新溶解在醋酸中除掉，而细胞核中染色体的着色度保持不变.这样就能使细胞壁 细胞质染色较浅，而细胞核中染色体染色较深，将染色体与周围环境分开.于是在显微镜下就能清楚地观察到根尖中有丝分裂各相中染色体的行为.4.3 制片的关键.制片是观察有丝分裂相比较关键的步骤之一，按照实验要求 在盖玻片上再放一个载玻片，用拇指轻压盖玻片，使细胞分散开来.这个 轻压 的尺度学生很难掌握，因为学生没有实际操作经验，不能很好地理解和掌握 轻压 的确切含意，往往担心压碎盖玻片，而不敢用力或不会用合适的力度，使组织细胞不能散开，显微镜下看到的细胞太密集或重叠，影响对各个有丝分裂相的观察，只能看到模糊的染色体而不能看清有丝分裂的MI MⅡ MⅢ MⅣ各个时期的典型特征.在反复实践的过程中，我们总结出获得高质量装片的关键方法是：用带有橡皮头的铅笔（橡皮头的一端）轻轻敲击盖玻片，反复多次，直到显微镜下看到的细胞成单层为止（肉眼看呈云雾状），这样可以清晰地辨认出有丝分裂各相染色体行为变化的典型特征.结语
通过十多年的教学实践，我悟出这样一个道理：在植物细胞有丝分裂的实验中，若能坚持从本校的实际情况出发，认真研究 大胆探索 灵活改进，科学地优化组合，行之有效地借鉴他人的经验，经过多方探讨和实验，就能收到良好的实验效果.
