胡雪娇　骆婷　徐作英　袁磊宇

摘要 通过文献资料查阅及分析，综述了蝗虫精母细胞和植物花粉母细胞减数分裂观察实验的研究现状，并对实验操作方法進行了总结、归纳。结合中学生物课堂教学存在时间短、实验室条件限制等问题，对材料固定、染色、压片等部分操作步骤、试剂选择进行了优化并提出了实践教学建议，以期为中学生物减数分裂课堂教学提供参考。

关键词 减数分裂 中学生物教学 研究综述 教学建议

中图分类号 Q-33 文献标志码 B

减数分裂是人教版生物《必修2·遗传进化》中第二章第一节内容，是整本教材内容的基础，唯有充分理解减数分裂的过程及意义，才能有效学习和认识生物的遗传与进化。在显微镜下，学生通过观察减数分裂过程中各分裂相，可清晰地观察到减数分裂过程中染色体的形态变化，深刻认识减数分裂的动态过程。而在教材中，减数分裂的观察实验仅仅是观察蝗虫精母细胞减数分裂的固定装片，虽能满足教学要求，但缺乏对学生动手操作能力的培养，欠缺实验方法及详细的操作步骤。

关于减数分裂实验的方法和操作步骤以及减数分裂图像的识别和解说有众多的文献研究和报道，这其中包括动物精母细胞（主要是蝗虫精母细胞）和植物花粉母细胞减数分裂的观察及解说。这些实验操作步骤、方法及分裂相的解说皆是中学减数分裂观察实验课堂教学的参考基础。下面通过文献查阅，综述减数分裂观察实验方法的改进和优缺点，为中学减数分裂观察实验的教学实践提供建议。

1实验材料

中学生物教材中选取蝗虫作实验材料，其原因在于蝗虫染色体数目较少，染色体较大，且雄性蝗虫在繁殖期处于分裂相的细胞多，易于学生观察。且当前减数分裂实验的动物取材也主要是蝗虫，其研究观察和优化改进多是针对不同品种的蝗虫，如徐根娣等便指出10月～11月捕捉的稻蝗可大大提高实验的成功率。在大学遗传学实验教学中，蝗虫品种则多为东亚飞蝗，东亚飞蝗的捕捉时间也主要集中在8月中旬繁殖旺盛时期。

相比于动物精母细胞减数分裂观察研究材料选择的单一性，植物取材则种类较多，有玉米、芹菜、龙眼、澳洲坚果、荔枝等。沈素香等更是比较了常见大田作物、蔬菜和花卉植物花粉母细胞减数分裂时期植株茎叶、花序、花药等的特征，方便取材时间及部位的确定。

2减数分裂实验操作步骤的研究综述及教学建议

减数分裂观察实验的主要操作步骤有：材料固定→取材→软化→染色→压片→镜检。因植物细胞具有细胞壁，其伸缩性弱，在植物花粉母细胞减数分裂的实验中多用酶或酸软化细胞壁。实验观察效果的好坏主要在于染色体制片，涉及到材料选取、染色液的选用和染色时间、压片方法等。

2.1蝗虫精母细胞减数分裂实验的制片与观察

2.1.1材料固定

蝗虫（雄性）精巢的固定：沿蝗虫胸腹部中间从头部向尾部端剪开，用小镊子将体壁外深黄色的精巢夹出放入低渗液或蒸馏水中5～10min，转入卡诺氏固定液固定8～12h。

针对低渗液、固定液以及固定时间，不同的研究各有差异，如选用质量分数0.25%的KCl溶液则低渗30min即可；徐根娣等选用卡诺氏固定液固定时间在10～24h；陶红梅等选用甲醇：冰乙醇=3：1的比例固定液固定时间在8～12h。材料固定后，转至体积分数为75%酒精中置于4℃冰箱保存。

在中学课堂中，教学时间的限制不可能让学生完成固定操作；因此，材料固定多由教师进行。取出精巢固定亦或是使用秋水仙素、离心等实验操作后期存在不易分发材料、操作费时、设备条件不足等问题。因此，教学实践中，教师在材料处理中，自己捕捉或购买的蝗虫可直接放于卡诺氏固定液中固定10～24h后，移至体积分数为75%的酒精中，再放于4℃冰箱保存。

2.1.2取材及染色

蝗虫曲细精管存在3个不同区域，分为分裂区（本文定义）、转化区、精巢管柄。对此，刘梦豪等在取材制片中切去转化区以增加精母细胞的密度，避免成熟精子对精母细胞的稀释作用。徐根娣等就此也提出三段或两端取材法。染色液的选择主要有Giemca染液（pH为6.8）、醋酸洋红染色液、醋酸地衣红染色液等。刘梦豪等研究指出：醋酸地衣红染色15min左右效果最好。

在具体的操作步骤中，1条蝗虫曲细精管犹如一小截头发丝。因而，对于“先取材后染色”和“先染色后取材”，徐根娣等提出整体染色较为适用于中学教学课堂。在教学实践中，建议“取材染色”的具体操作为：取整个精巢于加有醋酸地衣红染色液的染色盘中，染色10～15min，然后用镊子或解剖针挑取2～3个曲细精管于加有1～2滴染色液的载玻片中央，再进行染色3～5min，盖上盖玻片，同时覆上吸水纸进行压片。

2.1.3压片

压片是通过施加压力使细胞在染色液中铺展开来，有利于染色体的分散和观察，较成熟实用的操作是：左手拇指或食指压住盖玻片左侧予以固定，防止盖玻片滑动，用铅笔头等对准材料处轻敲，材料标本呈雾状即可。

2.1.4镜检及分裂相的识别

蝗虫精母细胞减数分裂过程的观察属操作简单但解读十分复杂的实验，正确有效地判断显微镜下染色体的形态、结构是检验试验是否成功的标准。减数分裂过程中，各分裂期（前期Ⅰ、中期Ⅰ、后期Ⅰ、末期Ⅰ、间期Ⅱ、前期Ⅱ、中期Ⅱ、后期Ⅱ、末期Ⅱ）图像的判断仅依靠教材的模式图像远远不够。不少文献均附图解读各个分裂相；刘梦豪等附图及说明较全面，具有较高的参考价值，可作为中学实验教学的指导资料。此外，多看、多对比、多做是熟练实验操作和图像识别的不二途径。

2.2植物花粉母细胞减数分裂的制片与观察

2.2.1材料固定

植物花粉母细胞减数分裂观察实验操作中，材料固定通常是将植株整个花序置于卡诺氏固定液中，固定时间常在24～48h；固定后的花序置于体积分数为70%的酒精中，保存于4℃冰箱中备用。

2.2.2软化

软化操作是为除去或软化细胞壁，利于压片中细胞的分散、铺展。软化方法有：①混合酶液（5%纤维素酶：5%果胶酶=1：1）于28～30%酶解5h；②体积分数为50%的乙酸溶液中软化1～2d。软化如同植物根尖细胞有丝分裂观察实验中的解离，在实验教学中可尝试选用体积分数为8%的HCl溶液解离5～10min，以缩短操作等待的时间。

2.2.3染色与压片

植物花序或小花（3～5个）在载玻片上软化后即可滴加染液进行染色、压片。植物花粉母细胞位于花药中部，外围包裹数层药壁细胞，若不将花药捣碎，则不利于观察到单个花粉母细胞的分裂状态。因此，染色压片前必须将花药捣碎，使花粉母细胞充分染色及铺展分散开。

对染色液的选择，有改良卡宝染色液、Giemsa染色液、醋酸洋红染色液、乙酸一铁矾苏木精染色液等。依据中学实验条件，中学课堂教学实践以选用配置简单的醋酸洋红、醋酸地衣红染色液为佳。

结合教学实践经验和文献资料描述，建议中学课堂可采用的“染色、压片”操作为：向软化后的花药（或小花）处滴加1～2滴醋酸洋红或地衣红染色液，并用镊子或解剖针将花药压碎，染色5～10min，盖上盖玻片；用左手拇指或食指压住盖玻片左侧，用铅笔头等轻敲予以压片；用吸水纸吸去多余染色液后即可镜检观察。

2.2.4镜检观察和分裂相的识别

植物花粉母细胞减数分裂过程划分为：前期Ⅰ、中期Ⅰ、后期Ⅰ、末期Ⅰ、间期Ⅱ、前期Ⅱ、中期Ⅱ、后期Ⅱ、末期Ⅱ、四分体时期。四分体时期指植物小孢子母细胞分裂后4个子细胞由胼胝体包在一起形成。四分体时期以及细胞板是区分动、植物细胞减数的重要特征。但高效、准确判断分裂细胞处于哪一个分裂期，还需大量的参考、对比，仅依靠教材提供的模式图像远远不够。建议中学生物实验教学课堂中，可参考孔广红等对澳洲坚果花粉母细胞、刘丽琴等对荔枝和龙眼花粉减数分裂、赵冬等对芹菜花粉母细胞减数分裂观察实验研究中附图及说明进行各分裂相的识别。

3总结与反思

3.1中学生物减数分裂实验教学实践建议

通过文献资料查阅及分析，关于减数分裂实验方法改进和介绍的文献研究，尤其是分裂相的识别和解说是中学生物课堂实验教学的重要参考。但将这些方法完全应用于中学生物课堂存在操作复杂、难度大等问题；同时，课堂教学时间和实验设备条件也是重要的限制因素。如陶红梅等提出的“活体注射秋水仙素、细胞悬液滴片”等方面的改进根本不适合完全照搬进入中学课堂，此方法虽能使制片干净、图像清晰，但在中学40min的教学时间内学生基本不可能完成全部实验操作。对此，笔者结合实际教学经验，对当前文献研究中的实验操作步骤进行了总结和部分优化并给予相关教学建议（表1、表2），以给中学生物实验课堂教学提供更详细的参考和指导。

3.2中学生物减数分裂实验实践教学的探究方向

相比動物精母细胞通过缢缩方式完成分裂后两个子细胞往往“各奔东西”而言，植物花粉母细胞减数分裂中形成四分体，更有利于学生对减数分裂各时期的判断。同时，经过植物根尖细胞有丝分裂实验观察的操作，利用植物花粉母细胞进行中学生物减数分裂的教学实践，学生在操作、图像识别上有一定基础，可稍微降低实验难度。在当前研究中，并无相关文献报道植物材料在中学减数分裂课堂教学的实际应用及探究，缺乏教学实践的参考资料。因此，结合文献资料及研究成果，是利用植物花粉母细胞进行减数分裂观察实验总结和改进出适用于中学生物课堂的操作方法首要探究方向。

在相对成熟的实验操作方法和分裂相识别解说条件下，实验材料的选择是中学生物减数分裂实验有效开展的关键点。选择不同材料进行中学减数分裂实验的教学实践是今后教学研究工作中的一大探究方向。此外，同为细胞分裂，减数分裂比有丝分裂，染色体形态变化更加复杂、分裂相的识别更难。如何加强学生对显微镜下实体图像的判断，正确区分有丝分裂及减数分裂是一大教学难点，也是实验教学探究的重要方向。

减数分裂的动物取材主要是蝗虫，利用蝗虫精母细胞进行减数分裂实验的观察已形成较成熟的操作方法和图像解说；除正确取材、压片等操作要求外，减数分裂实践教学的重难点在于分裂图像的识别。因此，利用蝗虫精母细胞进行中学生物减数分裂的实验教学的探究方向在于进一步优化实验操作，缩短实验制片时间，以留足时间进行镜检观察。