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1、真核细胞按细胞核分裂的状况可分为3种:即有丝分裂、减数分裂和无丝分裂。
2、有丝分裂是真核细胞分裂的基本形式。减数分裂是在进行有性生殖的生物中导致生殖母细胞中染色体数目减半的分裂过程。它是有丝分裂的一种变形,由相继的两次分裂组成。无丝分裂又称直接分裂。
3、其典型过程是核仁首先伸长,在中间缢裂分开,随后核也伸长并在中部从一面或两面向内凹进横缢,使核变成肾形或哑铃型,然后断开一分为二。差不多同时细胞也在中部缢裂分成两个子细胞,由于在分裂过程中不形成由纺锤丝构成的纺锤体或中心体发出的星射线,不发生由染色质浓缩成染色体的变化,故命名无丝分裂。
(来源:文章屋网 )
关键词:植物细胞;分裂方向;学生演示
中图分类号:G642.0 文献标志码:A 文章编号:1674-9324(2014)29-0079-02
《植物学》是高等农林院校植物生产类和生物类各专业本科生必修的专业基础课[1],是一门研究植物形态解剖、生长发育、生理生态、系统进化、分类以及与人类关系的综合性科学,是生物学的分支学科。通常的讲课方式都是以教师的讲解为主,无论利用什么教具,如实物、挂图,甚至运用多媒体教学,但作为学生往往是被动接受,如果让学生参与到课程中来,效果会更佳。细胞是构成生物体的结构和功能的基本单位,细胞分裂是一个母细胞分裂成两个子细胞的过程。细胞分裂有其重要意义,比如保证了遗传物质的连续性与稳定性;是细胞增多的一种方式等。尤其是相对于被子植物中的双子叶植物来讲,植物体的长高和增粗的过程就是由植物体内的次生分生组织细胞进行细胞的分裂、分化而来的。而作为植物体内的细胞来讲,它的分裂是有方向性的。对于细胞分裂方向的内容,比较抽象,首先是因为细胞本身就很小,肉眼不可见;同时细胞分裂是一个动态的过程,而这个过程和结果在一般条件下也很难观测的到。在作者授课的过程中,每每讲到这里,绝大多数学生都反应,这部分内容太抽象,难以理解。经过多年的摸索和积累,我们摸索出来了一个小方法,就是在讲解过程中,让学生参与演示,让他们亲自感受细胞的分裂和分裂方向,这样既提高了趣味性,还使学生记忆深刻,收到了很好的效果。
一、关于细胞分裂方向的几个概念
分生组织的细胞具有各种不同方向的分裂,其可能向一切方向发生分裂,但通常有三个主要的分裂方向,这三个主要的分裂方向在植物学上叫做切向分裂、径向分裂和横向分裂。就细胞壁面方向而言,假定细胞是方形立体的,它的壁面方向按在器官中的位置可分为内外切向壁、左右径向壁、上下横向壁等六个对称面[2]。
1.切向分裂和切向壁。切向分裂是细胞分裂与器官的圆周最近处切线平行,细胞分裂后所生成的新细胞壁在横切面上和植物体或植物器官的半径线垂直。新壁为切向壁。理解上可认为两个子细胞是内外排列或沿半径方向排列。切向分裂的结果,增加细胞的内外层次,使器官加厚,故切向分裂又叫平周分裂。
2.径向分裂和径向壁。径向分裂是细胞分裂与器官的圆周最近处切线垂直,细胞分裂后所生成的新细胞壁在横切面上和植物体或植物器官的半径线平行。新壁为径向壁。理解上可认为两个子细胞时左右排列或沿切线方向排列。径向分裂的结果,扩展细胞组成的圆周。
3.横分裂和横向壁。横分裂是细胞分裂与器官的横切面相平行,细胞分裂后所生成的新细胞壁横切植物体或植物器官纵轴。新壁为横向壁。理解上可认为两个子细胞是上下排列或纵向排列。横分裂的结果,增加了植物体或植物器官的长度。径向分裂和横分裂又称垂周分裂,因为细胞经径向分裂或横分裂后所生成的新细胞壁与植物体或植物器官的外表面是垂直的。
二、学生参与演示的过程
在邀请学生演示的过程中,要注意讲解的科学性,要用书面用语,而且要与概念相结合;除此之外,还要注意其趣味性,增加学生的兴趣从而加强其理解与记忆。首先,邀请几名学生围成一个圆(他们之间不要有太大的空隙),代表植物器官横切面,而每个学生代表圆周上的“细胞”。最好学生面向外,他们的前胸、后背代表内外切向壁,臂膀代表左右径向壁,头顶、脚底代表上下横向壁。然后,再找同样数量的学生站在他们各自的前面,每两名学生内外站立,代表原来圆周上的细胞分裂后产生的细胞,其分裂是内外分裂,代表切向分裂结果,而二人之间的相邻部分即外侧学生的后背和内侧学生的前胸部分为新生成的切向壁,此为切向分裂(注意讲解概念)。而站在的学生(代表细胞)所在的圆周增长,而“细胞”数量未发生变化,所以站在外侧学生之间会出现较大的空隙,这就需要进行左右排列的细胞分裂,即需要细胞进行径向分裂来扩展圆周。横向分裂即每个细胞向头顶和脚底的方向(即向上和向下)进行分裂,比较容易理解。让学生参与演示细胞分裂的过程,形象生动,能取得很好的结果。
三、教学效果自我总结与思考
经过学生参与细胞分裂过程的演示,学生对本部分内容知识掌握有了明显提高,同学对此也表现出了浓厚的兴趣。传统教学模式是教师在课上讲课,布置作业,学生课下进行复习,其实,学习的真正主体是学生,让学生参与到教学中来,甚至使学生同时成为教学过程的实施者和接受者,其效果不亚于原本教师课堂内讲授知识的效果。
参考文献:
一、合理辨别细胞有丝分裂各时期图形及染色体行为
要想合理辨别细胞有丝分裂各时期图形及染色体的行为,第一,需要了解动植物细胞器的中心体.第二,明确动物细胞分裂的后末期现象及一个细胞分裂成两个细胞的过程,植物细胞在分裂末期由中央赤道板位置形成细胞板,并向周围进行扩展,促使一个细胞分裂成两个细胞.第三,合理绘制动植物细胞有丝分裂后期图像,首先,正确画染色置,确保着丝点靠近两级.其次,确保染色体形状、大小及颜色与上面所附着的基因相同.最后,大多数生物在细胞的每一级均有成对存在的同源染色体.
例1图1中表示动物细胞在有丝分裂的分裂期各种距离或长度随时间的变化规律曲线,叙述正确的是(A)
A.曲线a代表两个中心体间的距离
B.曲线b代表姐妹染色单体共用的着丝点间的距离
C.曲线c代表染色体与细胞两级间的距离
D.曲线d代表染色体纺锤丝的长度
解析由于题中给出从有丝分裂的分裂期开始,两个中心体在前期分开,可用a曲线表示.两个着丝点是从后期分开,距离从0开始增加,因此10分钟开始进入后期,用c曲线表示着丝点间的距离.同时商兹旧体向两极移动,所以d曲线表示着丝点距细胞两极的距离.附着在着丝点的纺锤丝从前期形成到末期消失,因此b代表纺锤丝的长度.本题的答案为A.
二、正确认识与卵细胞形成过程
与卵细胞的形成过程既有相同点又有一定的区别,不同点是在细胞分裂后期产生,细胞质分裂具有均匀性特点.1个精原细胞能够分解为4个,精细胞分解为的过程不属于减数分裂过程.而卵细胞在形成过程中,细胞质分裂处于不均匀现象,能够由1个卵原细胞分解为3个极体,形成过程处于无变形阶段.两者的相同点是,染色体行为及染色体、DNA数量相同.
例2图2中哪个细胞是次级卵母细胞继续分裂过程中染色体平均分配的示意图(B)
解析试题分析:题中图A是卵原细胞在减数分裂第一次分裂过程中处于后期的初级卵母细胞图,判断依据是每个四分体中的同源染色体已彼此分开,开始分别移向细胞两极,但细胞质的分配是不平均的;图B是减数第二次分裂后期的次级卵母细胞图,判断依据是着丝点已分裂;图C是精原细胞在减数分裂第一次分裂后期的初级精母细胞图,判断依据是同源染色体已彼此分裂,正在移向细胞两极,但细胞质的分配是平均的;图D有两种可能,一种可能是精原细胞进行减数分裂第二次分裂后期图,第二种可能是卵原细胞减数分裂过程中第一极体的分裂后期图.故答案是B.
三、明确有丝分裂及减数分裂图形的区别
首先,需要对是否是减数的第一次分裂进行判断,对有丝分裂图像中的减数第一次分裂、第二次分裂及有丝分裂图像进行比较,在对第一次分裂的染色体进行判断时,需要结合染色体的行为来进行.其次,对减数第二次分裂及有丝分裂进行比较.最后,对细胞中染色体的奇数及细胞质分裂不均匀等现象进行判断.
例3二倍体生物细胞正在进行着丝点分裂时,叙述正确的是(C).
A.细胞中一定不存在同源染色体
B.着丝点分裂一定导致DNA数目加倍
C.染色体DNA一定由母链和子链组成
D.细胞中染色体数目一定是其体细胞的2倍
二倍体生物细胞进行着丝点分裂时,细胞处于有丝分裂后期或减数第二次分裂后期,前者细胞中存在同源染色体;着丝点分裂导致染色体数目加倍,但DNA数目不变;DNA复制方式为半保留复制,则DNA中一定有一条母链和一条子链;有丝分裂后期染色体数目增加,是体细胞染色体数目的2倍,减数第二次分裂后期,染色体数也暂时加倍,但与体细胞中染色体数相等.故答案选C.
关键词:高中生物;染色体;核DNA数目;变化规律
高中生物教材中有关细胞分裂的问题,是高中生物学教学的重点和难点,特别是在有丝分裂和减数分裂过程中涉及的染色体数目和核内DNA分子数目的变化规律,内容涉及微观领域,比较抽象,是连续的动态变化过程,而且变化过程也不尽相同,学生掌握和运用起来很容易混淆。究其原因就是学生不清楚染色体和核DNA到底什么原因发生数量上的变化。我在教学过程中,经过摸索总结出了一些规律:三句话,即:(1)只要(只有)染色体复制,核DNA就(才)加倍;(2)只要(只有)着丝点分裂,染色体就(才)加倍;(3)只要(只有)细胞一分为二,染色体和核DNA就(才)都减半(与后期相比)。学生理解了这三句话的含义,问题便迎刃而解了。
下面我谈谈细胞分裂的过程及各期主要特点:
有丝分裂的一个细胞周期分为分裂间期和分裂期两大阶
段,分裂期又分为前期、中期、后期和末期,即分裂间期分裂期的前期中期后期末期。各个时期的主要特点是:间期――染色体复制;前期――染色体出现;中期――着丝点排中;后期――着丝点分裂,染色体加倍;末期――细胞一分为二,染色体平分。有丝分裂过程中,染色体数只在后期暂时加倍,末期染色体平分给两个子细胞,分裂结果是子细胞染色体数与母细胞相比保持不变。随着间期染色体中DNA分子的复制,细胞核内DNA含量增加一倍,末期核DNA分子平分给两个子细胞,所以子细胞核DNA分子与体细胞相同,保持不变。
减数分裂细胞要连续分裂两次,分裂过程可表示为:减数Ⅰ分裂间期Ⅰ前期Ⅰ中期Ⅰ后期Ⅰ末期(减数Ⅱ分裂前期)Ⅱ中期Ⅱ后期Ⅱ末期。减数分裂过程中染色体的行为特点是:第一次分裂,后期同源染色体分离,子细胞染色体数减半;第二次分裂中染色体行为及数目变化规律与有丝分裂基本一致,结果使子细胞染色体数与母细胞相比减少一半。随着减数第一次分裂间期染色体中DNA分子的复制,细胞核内DNA含量加倍后,又分别在两次分裂末期各减半一次,结果子细胞核中DNA含量相当于体细胞核中的一半。
上述教学不难发现其中三个关键点,即:“染色体复制”“着丝点分裂”和“细胞一分为二”。认真领会上述细胞分裂的过程及各期的主要特点,也很容易发现,有丝分裂中,三者分别发生在间期、后期、末期。减数分裂中,三者分别发生在第一次分裂前的间期、第二次分裂后期、两次分裂的末期。这样,由染色体数和核DNA数变化的原因及细胞分裂各期的特点,也就掌握了染色体和核DNA数目发生变化的时期,便可化难为易。
参考文献:
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关键词 实验材料 有丝分裂 实验改进 分裂指数
中图分类号 G633.91 文献标识码 B
“观察植物细胞的有丝分裂”是普通高中生物课程标准中要求完成的一个基本实验,活动的目标是通过学习掌握植物细胞有丝分裂制作技术,观察植物细胞在不同分裂时期的染色体的变化特征。该活动推荐的观察材料是洋葱根尖,而在教学实践中,许多材料只要处理方法得当,均可以在一个装片中找到有丝分裂各期的细胞,现将大蒜、风信子、水仙与洋葱等四种实验材料的装片制作过程和结果比较如下。
1 实验材料的准备
1.1 根尖的培养与预处理
大蒜与洋葱成熟后进入休眠期,需低于10℃以下方能解除休眠。两种材料在根尖培养前喷少量水后装进袋子,放入冰箱冷藏室3~5 d,有利于解除休眠,促进发根。
除去洋葱、水仙、风信子外层的鳞片叶,剥去大蒜瓣的膜质枯衣,用细竹签串起蒜瓣,选择杯口适中的烧杯,让实验材料的底部与烧杯的水接触,每天换水,室温培养至根长到2 cm左右时,将培养装置放入4℃冰箱低温处理24 h。
1.2 根尖的固定
于上午10:30~11:30,取洋葱、水仙和风信子的根尖和已发根的蒜瓣(大蒜根较细,待需要时再剪取),用卡诺氏固定液浸泡24 h,经体积分数为80%的乙醇溶液处理0.5 h后再转移到70%的乙醇中,放入4℃冰箱备用。
2 临时装片的制作过程
剪取根尖2~3 cm,放入盛有质量分数为15%的盐酸和体积分数为95%的酒精的混合液(1∶1)的培养皿中进行解离。待根尖酥软后,用镊子取出放入盛有清水的培养皿,反复漂洗若干次,取出根尖放在载玻片中,用镊子截取含分生区的乳白色根尖尖端(2~3 mm),去除根尖其余的部分。滴一滴改良苯酚品红染液,用镊子的钝头在染液中直接将根尖捣碎,染色几分钟后盖上盖玻片,用吸水纸覆盖在盖玻片上。在平坦的桌面上用铅笔带橡皮头的一端轻轻敲打盖玻片,使材料离散成均匀的云雾状。四种材料临时装片制作的过程比较见表1。
3 结果与分析
3.1 四种材料的制片特点
从四种材料的发根效果看,洋葱生根最少,发根不整齐;大蒜最容易发根,根尖生长速度一致、生根较多,1个蒜瓣的生根量相当于1个洋葱头;水仙和风信子在11~12月上市,上市后水培容易生根,发根整齐。
解离是本实验的关键环节,解离的时间与根的粗细和胞间层的紧密程度有关,充分解离的根尖组织更容易在压片后的离散。从制片的时间看,以四种材料制片的时间比较:水仙>风信子>洋葱>大蒜。
由于将材料置于染液中捣碎,直接减少了取材时镊子对材料的吸附和染色所需的时间。
3.2 四种材料的观察效果
分别将装片置于显微镜下观察,其中染色体着丝点排列在中央平面上的为中期;染色体平均分配到细胞两极的为后期;刚刚进入前期的细胞与间期的细胞不容易区别,只能从细胞核部位仔细区别,看到染色体形态的判断为前期,否则为间期。每种材料观察200个装片,每个根尖观察l0个视野,每个视野中均可找到分裂相的细胞(图1),装片观察效果对比见表2。
记录每个视野的总细胞数和分别处于有丝分裂前期、中期、后期、末期的细胞数,按公式有丝分裂指数=有丝分裂细胞数/观察细胞总数×100%计算有丝分裂指数,统计结果见图2。
以上结果显示四种材料均为观察植物细胞有丝分裂的良好材料,这主要是因为这些材料的细胞体积较大,细胞核明显,染色体数目都比较少,染色体大,细胞分裂期时间较长,处于分裂相的细胞较多,易于观察和比较。但由于四种材料都收到季节的限制,因此要求教师根据地域与季节选择不同的实验材料,并适当进行预处理,在分裂的高峰期进行固定,固定后的根尖不仅可以随时取用,并能在一定程度上缩短解离时间。总之,只要处理方法恰当,均能在同一装片中观察到有丝分裂各期的细胞,适合选择用于不同学段的分组实验。
4 讨论
4.1 对教材实验步骤的改进
预处理:大蒜和洋葱采摘后进入后熟期,遇上夏秋季休眠期不容易发根,将其放入冰箱冷藏室若干天有利于解除休眠促进发根。低温预处理可以改变细胞质的黏度,使染色体适度缩短,并有利于分散,处理24~30 h能明显促进根尖细胞的有丝分裂活动和提高细胞分裂指数,尤其是分裂中期的细胞数目有明显增加。
解离:教材中关于解离的描述是“剪取根尖2~3 mm解离3~5 min”,由于2~3 mm的根尖酥软后不容易夹取,因此取2~3 cm或较长根尖进行解离、漂洗,待制片时再用镊子截取2~3 mm根尖进行染色。应根据根尖的粗细和胞间层的紧密程度来确定解离的时间,可用镊子轻夹成熟区部分是否酥软来判断是否充分解离。
染色:教材中介绍使用的染剂是0.01 g/mL龙胆紫(或醋酸洋红),实际操作中发现背景着色较深,整个细胞均染成深紫色。而用改良苯酚品红染色后细胞核和染色体被染成红紫色,而细胞质无色或只有淡粉红色,故背景清晰,观察效果很好。
4.2 预实验与实验拓展
“观察植物细胞的有丝分裂”实验是高中生物教材中一个经典的实验,通过制作临时装片能直观地了解细胞有丝分裂中染色体的变化特征,目前中学教材推荐的材料是洋葱根尖,近年来以大蒜为材料也多有报导。实际教学中学生实验成功率不高的主要原因在于实验中机械地模仿教材步骤所致,应该指出的是不同的地域和季节都有适合该实验的材料,由于各地材料、药品、气温、实验时间的不同,因此实验中试剂的浓度、各步骤所需的时间可能有所不同。这就要求教师应该通过课前预实验筛选最佳的实验材料并摸索适宜的实验条件,以便在实验课上更好地发挥教师的主导作用,提高实验的成功率。
该实验不仅是实验教学的重要内容,也为学生完成其他的探究实验奠定一定的基础。如“探究影响细胞有丝分裂的外界条件”实验中,设置不同温度、化学药剂等条件,通过比较某种植物在不同条件下根尖细胞的分裂指数来了解环境条件对植物生长发育的影响。
参考文献:
[1] 周伯春,邓丽萍,胡为荣.关于“观察根尖分生组织细胞的有丝分裂”的实验改进[J].生物学通报,2012,47(8):45.
[2] 高汝勇.低温预处理对大蒜根尖细胞有丝分裂的影响[J].农业科技与装备,2009,181(1):3-5.