植物細胞的有絲分裂

植物細胞在進行生長發育過程中，不斷地進行細胞分裂，增加細胞的數目。植物細胞分裂的方式，最普遍、最常見的是有絲分裂。植物的根尖、莖尖分生組織和形成層，主要以有絲分裂方式進行分裂。

要做好這次實驗必須考慮到兩個問題：第一要掌握好細胞進行有絲分裂的時間，否則很難觀察到有絲分裂的全過程，有時甚至看不到有絲分裂；第二是用什么手段進行觀察，是將根尖、莖尖等材料切成薄片，還是用離析的方法把細胞“打散”進行觀察。

（一）細胞周期的概念

要掌握好有絲分裂的發生時期，首先要建立細胞周期的概念。所謂細胞周期就是從一次細胞分裂到下一次分裂之間細胞所經歷的全部過程。已知有絲分裂開始前必須進行DNA的合成，實驗證明這一合成只在分裂間期的一定時期內進行。一般把分裂間期分為G₁ （DNA合成前準備時期）、S期（DNA合成時期）、G₂ （有絲分裂前的準備時期）和M（有絲分裂時期）四個時期。形成兩子細胞后，又回復到G₁ 時期，整個細胞周期見圖7-1。

植物細胞周期的持續時間，一般在十幾小時到幾十小時之間。時間長短與植物的生活條件，特別是與溫度關系密切。溫度高時時間短，溫度低時則周期時間延長。

M期為有絲分裂過程，在整個細胞周期中所占的時間很短，一般為一個小時左右，在這一個多小時中，前期較長，中期、后期和末期都較短。以洋蔥根尖為例，整個M期為83.7分鐘，其中前期為71分鐘，中期6.5分鐘，后期2.4分鐘，末期3.8分鐘。整個分裂時期只占細胞周期時間的十分之一。

要觀察有絲分裂的過程就必須掌握好細胞周期中M期發生的時期。根據實驗觀察，在自然條件或室溫培養條件下，多數植物M期發生在上午9—12時和下午2—5時。當然這個時間不是絕對的，細胞分裂時期隨著植物生長情況，晝夜溫度等因素而變化。對一些不熟悉的植物，可采用在一天廿四小時內不同時間進行觀察，以確定它的細胞分裂時期。

（二）觀察植物細胞分裂的方法

前面講過可以用兩種方法觀察植物細胞分裂。第一種方法是用做好的切片進行觀察。這些切片常以植物根尖為材料，用石蠟法制成切片（縱切或橫切），厚度8—10微米。其厚度大約等于一個分生組織細胞的直徑，也就是一個細胞厚。可以看到有絲分裂的各個時期，并能清楚地看到各時期的細致特征。但缺點是因為是一切片不可能保持完整細胞，也就是看不到分裂細胞的全貌，當然更不能計算出細胞中所含有全部染色體的數目。而離析法是把細胞“打散”，每個細胞分散開既便于觀察整個細胞，也便于計算每一細胞中的染色體數目。

上述兩種觀察方法各有其優缺點，因此本次實驗采用兩種方法，以取長補短更好地了解植物細胞的有絲分裂過程。關于有絲分裂過程中各個時期的特征見圖7-2，并可參考《植物學（形態解剖部分）》教材。

（三）染色體的形態

有絲分裂的中期是觀察染色體形態的最好時期。這一時期的染色體是由兩條染色單體組成，在每個染色體的一定部位有紡錘絲相連，這個區域叫做著絲點。這個區域一般染不上顏色或是縊縮變細，叫做主縊痕（圖7-3）。

根據著絲點在染色體上的位置，一般將染色體分為三種類型：1.著絲點位于染色體的一端，形成一個長臂和一個極短的臂，染色體呈桿狀；2．著絲點不在染色體中部，形成兩個不等長的臂，染色體呈“ L”形； 3．著絲點在染色體正中部，形成兩個等長的臂，染色體呈“ V”形（圖7-3， A）。

A．三種類型染色體；B．具隨體的染色體。

1．著絲點；2．臂；3．副縊痕；4．隨體

除著絲點外，有的染色體臂上還有另一個不著色或縊縮變細的區域稱為副縊痕（圖7-3，B）。這一區域可能與核仁形成有關，因此，也稱為核仁組成區。此外有的染色體的末端有一個棒狀或球形的結構，其直徑與臂的粗細相似或小一些稱為隨體（圖7-3，B）。在隨體與染色體臂之間有一副縊痕相隔，這兩種結構也是染色體形態特征之一。

（四）植物根尖有絲分裂的觀察

取洋蔥或百合（Lilium brownii var.viridulum）根尖永久制片觀察，首先用肉眼或放大鏡觀察永久制片中的根尖縱切面，認清根冠、分生區、伸長區和成熟區（根毛區）四部分。然后放在顯微鏡下，用10×物鏡觀察，并將分生區移至視野的中央；換高倍物鏡仔細觀察。在低倍鏡觀察時可以根據染色體的分布情況及細胞核的變化（核仁、核膜是否消失等），大致了解分生區中細胞分裂情況。如果分裂相過少，可換一個切片進行觀察。

觀察時可參考教課書和有絲分裂的照片，掌握分裂過程中各個時期的特征，并在顯微鏡下識別出每一個分裂時期。

觀察制片以后，用刀片截取已培養好的洋蔥鱗莖長出的幼根根尖，其長度以5毫米為宜。截取下的根尖放入醋酸-純酒精（1：3）固定液中固定15—30分鐘。然后用95％酒精洗凈醋酸，移入70％酒精中，再用水沖洗后轉入 lmol/L鹽酸中。在60℃下水解10分鐘后，水洗1—2次即可壓片觀察。

壓片時，取已處理好的根尖放在載玻片上。用解剖刀或解剖針，把根尖自伸長區以上部分切去，只剩下1—2毫米長的一段。滴一滴醋酸洋紅溶液染色，約10分鐘后，根尖染為暗紅色即可。也可以放在酒精燈上略微加熱，這樣可使細胞質破壞，增進染色體的染色。但不宜過于加熱，如將染料煮沸則使細胞干縮毀壞，染料沉淀而不能觀察。染色后加上蓋玻片，在平坦桌面上，用大拇指壓蓋玻片，使根尖細胞分散開，即可在顯微鏡下觀察。

如用石炭酸-品紅代替醋酸洋紅染色效果更好，石炭酸-品紅把核和染色體染為紅紫色，細胞質一般染不上顏色，故背景清晰。

由于上述方法，沒有經過切片，因此每個細胞都是完整的，便于觀察染色體。觀察過程中要特別注意細胞分裂的中期。洋蔥體細胞具有16條染色體，用壓片法制片，可將中期的染色體壓散，看出各條染色體的形態。試觀察各條染色體的著絲點的部位和形狀，能否看到具有隨體的染色體？