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【摘要】本文对人教版生物必修2中的“低温诱导植物染色体数目的变化”的实验进行了改进。实验用蚕豆作材料，结果显示低温处理72小时和用浓度为0.3%秋水仙碱处理72小时染色体数目有较好的加倍效果。希望本文的研究能为教育工作者的生物实验教学提供帮助，为推进高中生物实验教材改革提供动力。
【关键词】高中生物;遗传与变异;实验改进
一、实验开展的重要性
“染色体变异”包括两部分的内容：染色体结构的变异和染色体数目的变异。这一节涉及细胞分裂、遗传的基本规律、植物体细胞杂交、生物的进化等内容，与前后知识的联系緊密。因此，在必修2的整个生物教学中，染色体变异的内容就显得尤为重要。染色体数目变异中的染色体组、单倍体、二倍体多倍体等多个概念相互联系，既相似又不同，容易混淆。因此，染色体数目变异为本节的教学重难点。为了突破教学难点，加深学生对知识的理解，使学生获得直观的知识，高中生物教材（人教版）特别安排了“低温诱导植物染色体数目变化”的实验辅助教学。
二、实验开展存在的困难及原因
“低温诱导植物染色体数目变化”是高中生物课程中重要实验之一。在笔者教育实践期间，教师普遍反映按教材实验步骤进行操作，实验效果不太理想。造成实验效果不理想的主要由于实验存在以下几点问题：
（1）洋葱收获后有一个自然休眠期，洋葱发根少。
（2）低温处理过久，有的材料有烂根现象。
（3）低温处理36小时后的材料，视野中带有染色体变化的细胞数目太少，显微镜无法观察到。
（4）有的材料着色不好，很多细胞没染上色。
（5）细胞分散得不好，细胞堆叠，很难看清细胞具体的染色体数目。
（6）压片时，一些学生用力过度，将细胞染色体撞成碎片;有的学生没按住盖玻片，使得玻片滑动，影响观察。
三、改进方法的探索
杨洁等研究结果表明，蚕豆是一种较好的实验材料。那么在操作中要低温处理多长时间，才可能使植物的染色体数目发生变化或者发生染色体数目变化的细胞最多呢？前人曾用洋葱、大蒜研究秋水仙碱对植物多倍体诱导的影响，效果显著。那么秋水仙碱对蚕豆多倍体诱导的效果是否同样显著呢？那么最佳处理浓度多少呢？最佳处理时间是多久呢？带着这些思考，结合教材实验存在的一些问题，笔者通过下面的实验，对诱导蚕豆根尖细胞染色体数目变化的最佳处理进行研究和探索。
1.材料与方法
（1）实验材料与主要试剂
①实验材料：采用蚕豆（ Vicia faba Linn 2n = 12） 种子作为实验材料（取于华南师范大学生命科学学院遗传学实验室）。
②主要试剂：秋水仙碱（用蒸馏水配制成浓度为0.1%、0.2%和0.3%溶液）、卡诺固定液（无水酒精：醋酸=3：1）、改良苯酚品红染液（1ml 苯酚品红 9ml 45%冰醋酸 0.1g 山梨醇）、70%的乙醇、0.1mol/LHCl。
（2）实验方法
①培养根尖 蚕豆种子于28℃左右水浴中浸泡24小时后，取出在28℃的恒温箱内沙培2-4天，每天浇一次蒸馏水，保持沙土湿润即可。
②预处理 待蚕豆胚根长出约 1.5cm 根时，选择具有相同长势的种子进行预处理。实验分为实验组和对照组。实验组分为低温处理组和秋水仙碱处理组。低温处理组将材料置于2-4℃的冰箱中培养（浇水时要用2-4℃的水），处理时间分为24小时、48小时、72小时，共3个处理。秋水仙碱处理组将材料放到28℃的恒温箱用秋水仙碱处理培养，浓度分别为0.1%、0.2%、0.3%，处理时间为24小时、48小时、72小时，共9个处理。将对照组的材料用蒸馏水放到28℃的恒温箱培养。对于上述每种处理，均使用10粒种子，每天更换一次培养液。
③固定 剪下约1.5cm 长的根尖，清洗3次，然后置于卡诺氏固定液中2-4℃冷藏24小时。
④解离 用70%乙醇洗2次，用蒸馏水冲洗2次后，将根尖放置在预热的1mol/LHCl中约60℃的恒温水浴10分钟。
⑤染色 将从1mol/LHCl溶液取出的根尖用蒸馏水漂洗2-3次后，将材料置于载玻片中央，去除根冠和伸长区仅留分生区部分（1-2mm即可），用刀片将材料切碎，加一滴改良苯酚品红染液，用镊子轻微搅拌，使材料分散均匀，染色10min。
⑥压片 向载玻片上滴一滴新鲜的染色溶液，盖上盖玻片，然后用一些吸收纸覆盖盖玻片，用左手固定载玻片，然后用右手拇指在吸收纸上垂直地施加压力或使用铅笔的橡胶笔尖垂直敲击盖玻片，以尽可能分散材料。
⑦显微观察 首先在低倍镜观察，找到染色分散良好且清晰的中期分裂图像时，然后转换高倍镜观察，并拍摄照片进行记录。
⑧数据统计分析 每个处理随机抽查10 个视野，对视野中的细胞总数和染色体加倍的细胞数进行统计，计算细胞多倍染色体诱导率。细胞多倍染色体诱导率= 染色体加倍的细胞数/细胞总数 ×100%。
2.结果与分析
（1）低温不同处理对蚕豆胚根细胞染色体数目的影响
实验结果如表1所示，低温处理不同时间对蚕豆胚根细胞染色体数目的加倍效果的影响有显著的差异。蚕豆胚根低温处理72小时诱导染色体数目的加倍效果（如图1-1）最好，处理24小时的效果（如图1-3）次之，48小时的效果（如图1-2）最差。此实验结果与张兴莲等的研究结果相一致。
（2）秋水仙碱不同处理对蚕豆胚根细胞染色体数目的影响
实验结果如表1所示，不同浓度秋水仙碱不同处理时间对蚕豆胚根细胞染色体数目的加倍效果的影响有显著的差异。就处理浓度而言，总体来说，用浓度为0.1%的秋水仙碱处理的蚕豆胚根染色体数目的加倍效果（如图2-1-3）最好，处理浓度为0.3%的效果（如图2-7-9）次之，0.2%效果（如图2-4-6）最差。从处理时间上看，总体来说，蚕豆胚根处理72小时染色体数目的加倍效果（如图2-3、6、9）最好，处理24小时的效果（如图2-1、4、7）次之，48小时的效果（如图2-2、5、8）最差。综合来看，用浓度为0.3%的秋水仙碱处理72小时效果（如图2-9）是最好的。此实验结果与闫秋洁等的研究结果有所差异。
3.改进建议与讨论
笔者通过上面的实验，对诱导蚕豆根尖细胞染色体数目加倍的最佳处理进行研究和探索，发现2-4℃低温处理72小时诱导染色体数目的加倍效果最好。而教材中实验步骤安排是低温处理36小时，因此可以试着对教材实验改进低温处理时间延长至72小时或更长，但低温处理时间更长加倍效果是否更好，仍有待进一步的实验研究。
此外，笔者通过上面的实验，还发现秋水仙碱这种化学诱导剂对蚕豆根尖细胞染色体加倍的诱导效果也是十分显著的。其中浓度为0.1%的秋水仙碱处理的效果是最好，但浓度为0.3%的秋水仙碱处理72小时的效果最佳。与低温处理（除72小时外）相比，秋水仙素诱导处理的效果更显著。因此，教材对诱导植物染色体数目的变化的实验可以尝试改进用化学试剂诱导，如秋水仙碱。秋水仙碱是普遍使用较为理想的化学诱导剂，但它毒性较大，往往不易在实验教学过程在学生范围内使用。前人研究表明，磺胺甲喋呤、甲胺磷和氟脲类除草剂对某些植物具有较高的多倍体诱导效果。教材实验可以试着改进使用这些毒性较低的除草剂，但它们对洋葱、大蒜、蚕豆的胚根根尖染色体加倍效果如何还有待进一步的实验研究。
参考文献：
[1]杨洁，姜翠萍，戴群.“低温诱导植物染色体数目变化”实验的改进与思考[J].生物学教学，2012，08：69-70.
[2]黄永莲，胡木林.秋水仙素对洋葱根尖细胞的诱变效应[J].亚热带植物科学，2005，01：42-45.
[3]孔祥祯.用大蒜根尖诱发多倍体[J].植物杂志，1990，02：14.
[4]张兴莲，潘宁.“低温诱导植物染色体数目变化”的实验探究[J].中学生物教学，2011，07：45-46.
[5]闫秋洁，杨琼.秋水仙素对蚕豆胚根生长的影响及多倍体诱导效应分析[J].广西植物，2012，32（5）：386-391.
[6]周香君.大蒜多倍体化学诱导技术研究[D].西北农林科技大学，2008.
【关键词】高中生物;遗传与变异;实验改进
一、实验开展的重要性
“染色体变异”包括两部分的内容：染色体结构的变异和染色体数目的变异。这一节涉及细胞分裂、遗传的基本规律、植物体细胞杂交、生物的进化等内容，与前后知识的联系緊密。因此，在必修2的整个生物教学中，染色体变异的内容就显得尤为重要。染色体数目变异中的染色体组、单倍体、二倍体多倍体等多个概念相互联系，既相似又不同，容易混淆。因此，染色体数目变异为本节的教学重难点。为了突破教学难点，加深学生对知识的理解，使学生获得直观的知识，高中生物教材（人教版）特别安排了“低温诱导植物染色体数目变化”的实验辅助教学。
二、实验开展存在的困难及原因
“低温诱导植物染色体数目变化”是高中生物课程中重要实验之一。在笔者教育实践期间，教师普遍反映按教材实验步骤进行操作，实验效果不太理想。造成实验效果不理想的主要由于实验存在以下几点问题：
（1）洋葱收获后有一个自然休眠期，洋葱发根少。
（2）低温处理过久，有的材料有烂根现象。
（3）低温处理36小时后的材料，视野中带有染色体变化的细胞数目太少，显微镜无法观察到。
（4）有的材料着色不好，很多细胞没染上色。
（5）细胞分散得不好，细胞堆叠，很难看清细胞具体的染色体数目。
（6）压片时，一些学生用力过度，将细胞染色体撞成碎片;有的学生没按住盖玻片，使得玻片滑动，影响观察。
三、改进方法的探索
杨洁等研究结果表明，蚕豆是一种较好的实验材料。那么在操作中要低温处理多长时间，才可能使植物的染色体数目发生变化或者发生染色体数目变化的细胞最多呢？前人曾用洋葱、大蒜研究秋水仙碱对植物多倍体诱导的影响，效果显著。那么秋水仙碱对蚕豆多倍体诱导的效果是否同样显著呢？那么最佳处理浓度多少呢？最佳处理时间是多久呢？带着这些思考，结合教材实验存在的一些问题，笔者通过下面的实验，对诱导蚕豆根尖细胞染色体数目变化的最佳处理进行研究和探索。
1.材料与方法
（1）实验材料与主要试剂
①实验材料：采用蚕豆（ Vicia faba Linn 2n = 12） 种子作为实验材料（取于华南师范大学生命科学学院遗传学实验室）。
②主要试剂：秋水仙碱（用蒸馏水配制成浓度为0.1%、0.2%和0.3%溶液）、卡诺固定液（无水酒精：醋酸=3：1）、改良苯酚品红染液（1ml 苯酚品红 9ml 45%冰醋酸 0.1g 山梨醇）、70%的乙醇、0.1mol/LHCl。
（2）实验方法
①培养根尖 蚕豆种子于28℃左右水浴中浸泡24小时后，取出在28℃的恒温箱内沙培2-4天，每天浇一次蒸馏水，保持沙土湿润即可。
②预处理 待蚕豆胚根长出约 1.5cm 根时，选择具有相同长势的种子进行预处理。实验分为实验组和对照组。实验组分为低温处理组和秋水仙碱处理组。低温处理组将材料置于2-4℃的冰箱中培养（浇水时要用2-4℃的水），处理时间分为24小时、48小时、72小时，共3个处理。秋水仙碱处理组将材料放到28℃的恒温箱用秋水仙碱处理培养，浓度分别为0.1%、0.2%、0.3%，处理时间为24小时、48小时、72小时，共9个处理。将对照组的材料用蒸馏水放到28℃的恒温箱培养。对于上述每种处理，均使用10粒种子，每天更换一次培养液。
③固定 剪下约1.5cm 长的根尖，清洗3次，然后置于卡诺氏固定液中2-4℃冷藏24小时。
④解离 用70%乙醇洗2次，用蒸馏水冲洗2次后，将根尖放置在预热的1mol/LHCl中约60℃的恒温水浴10分钟。
⑤染色 将从1mol/LHCl溶液取出的根尖用蒸馏水漂洗2-3次后，将材料置于载玻片中央，去除根冠和伸长区仅留分生区部分（1-2mm即可），用刀片将材料切碎，加一滴改良苯酚品红染液，用镊子轻微搅拌，使材料分散均匀，染色10min。
⑥压片 向载玻片上滴一滴新鲜的染色溶液，盖上盖玻片，然后用一些吸收纸覆盖盖玻片，用左手固定载玻片，然后用右手拇指在吸收纸上垂直地施加压力或使用铅笔的橡胶笔尖垂直敲击盖玻片，以尽可能分散材料。
⑦显微观察 首先在低倍镜观察，找到染色分散良好且清晰的中期分裂图像时，然后转换高倍镜观察，并拍摄照片进行记录。
⑧数据统计分析 每个处理随机抽查10 个视野，对视野中的细胞总数和染色体加倍的细胞数进行统计，计算细胞多倍染色体诱导率。细胞多倍染色体诱导率= 染色体加倍的细胞数/细胞总数 ×100%。
2.结果与分析
（1）低温不同处理对蚕豆胚根细胞染色体数目的影响
实验结果如表1所示，低温处理不同时间对蚕豆胚根细胞染色体数目的加倍效果的影响有显著的差异。蚕豆胚根低温处理72小时诱导染色体数目的加倍效果（如图1-1）最好，处理24小时的效果（如图1-3）次之，48小时的效果（如图1-2）最差。此实验结果与张兴莲等的研究结果相一致。
（2）秋水仙碱不同处理对蚕豆胚根细胞染色体数目的影响
实验结果如表1所示，不同浓度秋水仙碱不同处理时间对蚕豆胚根细胞染色体数目的加倍效果的影响有显著的差异。就处理浓度而言，总体来说，用浓度为0.1%的秋水仙碱处理的蚕豆胚根染色体数目的加倍效果（如图2-1-3）最好，处理浓度为0.3%的效果（如图2-7-9）次之，0.2%效果（如图2-4-6）最差。从处理时间上看，总体来说，蚕豆胚根处理72小时染色体数目的加倍效果（如图2-3、6、9）最好，处理24小时的效果（如图2-1、4、7）次之，48小时的效果（如图2-2、5、8）最差。综合来看，用浓度为0.3%的秋水仙碱处理72小时效果（如图2-9）是最好的。此实验结果与闫秋洁等的研究结果有所差异。
3.改进建议与讨论
笔者通过上面的实验，对诱导蚕豆根尖细胞染色体数目加倍的最佳处理进行研究和探索，发现2-4℃低温处理72小时诱导染色体数目的加倍效果最好。而教材中实验步骤安排是低温处理36小时，因此可以试着对教材实验改进低温处理时间延长至72小时或更长，但低温处理时间更长加倍效果是否更好，仍有待进一步的实验研究。
此外，笔者通过上面的实验，还发现秋水仙碱这种化学诱导剂对蚕豆根尖细胞染色体加倍的诱导效果也是十分显著的。其中浓度为0.1%的秋水仙碱处理的效果是最好，但浓度为0.3%的秋水仙碱处理72小时的效果最佳。与低温处理（除72小时外）相比，秋水仙素诱导处理的效果更显著。因此，教材对诱导植物染色体数目的变化的实验可以尝试改进用化学试剂诱导，如秋水仙碱。秋水仙碱是普遍使用较为理想的化学诱导剂，但它毒性较大，往往不易在实验教学过程在学生范围内使用。前人研究表明，磺胺甲喋呤、甲胺磷和氟脲类除草剂对某些植物具有较高的多倍体诱导效果。教材实验可以试着改进使用这些毒性较低的除草剂，但它们对洋葱、大蒜、蚕豆的胚根根尖染色体加倍效果如何还有待进一步的实验研究。
参考文献：
[1]杨洁，姜翠萍，戴群.“低温诱导植物染色体数目变化”实验的改进与思考[J].生物学教学，2012，08：69-70.
[2]黄永莲，胡木林.秋水仙素对洋葱根尖细胞的诱变效应[J].亚热带植物科学，2005，01：42-45.
[3]孔祥祯.用大蒜根尖诱发多倍体[J].植物杂志，1990，02：14.
[4]张兴莲，潘宁.“低温诱导植物染色体数目变化”的实验探究[J].中学生物教学，2011，07：45-46.
[5]闫秋洁，杨琼.秋水仙素对蚕豆胚根生长的影响及多倍体诱导效应分析[J].广西植物，2012，32（5）：386-391.
[6]周香君.大蒜多倍体化学诱导技术研究[D].西北农林科技大学，2008.