減數分裂、有絲分裂永久制片的觀察
一、實驗目的
通過觀察根尖細胞有絲分裂及花粉母細胞減數分裂各個時期染色體 的變化,掌握減數分裂及有絲分裂各個時期染色體的變化、行為特征,并能掌握兩種分裂方式的本質區別。
二、實驗原理
(一)有絲分裂 是生物體細胞增殖的主要方式。在有絲分裂過程中,細胞核 內染色體能準確地復制,并能有規律地均勻分配到每個子細胞中去,使子細胞遺傳組成與母細胞完全一樣,從而可以準確地推斷生物性狀的遺傳與染色體的準確復制和均等分配有關,支配生物性狀的遺傳物質主要存在于細胞核內的染色體上。
細胞有絲分裂是一個連續過程,可分為前期、中期、后期和末期。有絲分裂在整個細胞周期 中約占10%的時間,而其余大部分時間是處于細胞連續兩次分裂之間的間期。有絲分裂各時期染色體變化的特征:
前期:核內染色質逐漸濃縮為細長而卷曲的染色體,每一染色體含有兩個染色單體,它們具有一個共同的著絲點;核仁和核膜逐漸模糊不明顯。
中期:核仁、核膜逐漸消失,各染色體排列在赤道板上,紡錘絲與染色體的著絲點相連,形成紡錘體。chr分散,鑒定形態、數目。
后期:各chr著絲點分裂為二,其每條染色單體也相應地分開,并各自隨著紡錘絲的收縮而移向兩極,每極有一組chr,數目和原來的相同。
末期:分開在兩極的染色體各自組成新的細胞核,在細胞質中央赤道板處形成新的細胞壁,使細胞分裂為二,形成二個子細胞。這時細胞進入分裂間期。
間期:在光學顯微鏡下,只看到均勻一致的細胞核及許多的絲狀染色質。實質上間期的核是處于高度活躍的生理生化的代謝階段,為細胞分裂準備條件。
高等植物有絲分裂主要發生在根尖、莖生長點、幼葉等部位的分生組織。根尖取材容易,操作和鑒定方便,故一般采用根尖作為觀察有絲分裂的材料。
(二)減數分裂:
是生物在性細胞成熟時配子形成過程中發生的一種特殊的有絲分裂.它包括連續兩次的細胞分裂階段:第一次分裂為染色體數目的減數分裂;第二次分裂為染色體數目的等數分裂.兩次分裂可根據染色體變化的特點分為:前、中、后、末期,由于第一次分裂的前期較長,染色體變化比較復雜,故其前期又可分為五個時期。在減數分裂的整個過程中,同源染色體之間發生聯會、交換、分離,非同源染色體之間進行自由組合。最終分裂為染色體數目減半的的四個子細胞。從而發育為雌性或雄性配子(n),雌雄配子通過受精又結合成為合子,發育為新的個體,這樣又恢復了原有的染色體數目(2n)。由于不同雌雄配子染色體的重新組合,產生了大量的遺傳變異,有利于生物的適應和進化。
減數分裂各時期chr變化的特征簡述如下:
第一次分裂:
前期Ⅰ:可分為以下五個時期:
1)細線期:核內染色體呈細長線狀,互相纏繞,難以辨別成雙的染色體。
2)偶線期:同源染色體相互縱向靠攏配對,稱為聯會。這樣聯會了的一對同源染色體,稱為二價體。偶線期所表現的這一特征的時間很短,一般難以觀察到。
3)粗線期:配對后的染色體逐漸縮短變粗,含有兩條姐妹染色單體,這樣一個二價體包含了四條染色單體,故又稱為四合體。在此期間各同源染色體的非姐妹染色單體間可能發生片段交換。
4)雙線期:各對同源染色體開始分開,由于在粗線期非姐妹染色單體之間發生了交換,因而同源染色體在一定區段間出現交叉,此期可清楚地觀察到交叉現象。
5)終變期:染色體更為濃縮粗短,交叉結向二價體的兩端移動,核仁和核膜開始消失。此時各二價體分散在核內,適于計數染色體的數目。
中期Ⅰ:核仁和核膜消失,所有二價體排列在赤道板兩側,細胞質里出現紡錘體,每個二價體的兩條染色單體的著絲點分別趨向紡錘體的兩極,此時最適chr計數、觀察形態特征。
后期Ⅰ:二價體中的一對同源染色體開始分開。在紡錘體的作用下分別向兩極移動,完成染色體數目的減半過程。此期,同源染色體的兩個成員必然分離,非同源染色體間的各個成員以同等機會隨機結合,分別移向兩極。注意此時染色體的著絲點尚未分裂,每條染色體含有兩條染色單體。
末期Ⅰ:染色體移到兩極,松開變細,核仁核膜重新出現,形成兩個子核。細胞質分裂,在赤道板處形成細胞板,成為二價體。
第二次分裂:
前期Ⅱ:染色體又開始明顯縮短,而其包含的兩條染色單體分得很開,只是著絲點仍然沒有分裂。
中期Ⅱ:染色體整齊地排列在分裂細胞的赤道板上,出現紡錘體。
后期Ⅱ:染色體的著絲點分裂為二,兩條姐妹染色單體在紡錘體的牽引下分別移向兩極。
末期Ⅱ:染色體分別到兩極后,又重新出現核仁和核膜,同時細胞質分裂為二,從而使一個母細胞分裂為四個子細胞,稱為四分體(四分孢子),每個子細胞內只含有原來母細胞的半數的染色體(n)。
減數分裂中染色體的行為變化與生物的遺傳變異密切相關。染色體是遺傳物質的載體,因此染色體在減數分裂中的行為對遺傳物質的分配和重組產生了重大影響。
高等植物的性母細胞(2n)在形成雌雄配子(n)過程中必須通過減數分裂。由于植物花藥取材容易,操作和鑒定比較方便,故一般都采用花粉母細胞作為制片材料,在光學顯微鏡下觀察其減數分裂過程中染色體的行為變化。
三、實驗材料
玉米(2n=20)、洋蔥(2n=16)花粉母細胞永久制片
蠶豆(2n=12)、洋蔥(2n=16)根尖細胞永久制片