实验一 植物细胞有丝分裂的观察

一、实验目的

通过对植物细胞有丝分裂制片的观察，熟悉有丝分裂的全过程，以及各个分裂时期染色体的形态特征。

二、实验材料

蚕豆(Vicia faba)、玉米(Zea mays)、大麦(Hordeum sativum)、豌豆(Pisum sativum)等作物的细胞有丝分裂永久制片。

三、实验用具

普通生物显微镜、计数器、实验报告纸、铅笔、橡皮等。

四、实验说明

细胞有丝分裂是生物细胞最主要最普通和最基本的一种分裂方式，也是生物体增殖的重要方式。它包括细胞核分裂和细胞质分裂。有丝分裂是一个连续的过程，为研究方便起见，人们依据不同时期细胞核及其内部染色体的变化特征，划分为前期((prophase)、中期(metaphase)、后期(anaphase)、末期(telophase)。在细胞两次分裂之前还有一个间期(interphase)。详见教材。现简要说明镜检下各个时期细胞核及染色体的变化特征。

1、间期：为两次分裂之间的时期，这个时期的主要特征是细胞质均匀一致，细胞核在染料的作用下核质呈均匀致密状态，有明显的核仁，染色体细长呈丝状散布于核内，一般制片在低倍镜下不可见，良好制片在高倍油镜下可以观察到一些染色较深的细小颗粒。一般认为是染色线上染色质螺旋卷曲而成的染色粒。核与质之间有核膜分开。但核膜和核质在普通生物显微镜下不能明显区分。

2、前期 这个时期又可分为三个时间：

（1）早前期 染色质开始螺旋卷曲形成非常细的丝状，分布于核内核仁清楚。

（2）中前期 染色体继续收缩，由于染色体周围基质不断增加，染色加深加粗，染色体呈连续的线状。此时染色体仍扭曲很长，并互相缠绕，故整个核内的染色体犹似一团搅乱的粗麻线，这时尚有核膜核仁，但在普通生物显微镜下核膜一般不易见到，核仁隐约可见。

（3）晚前期 染色体进一步螺旋变粗变短，呈明显的双股性，即两条染色单体由一个着丝粒相连，可见端点，染色体渐趋中央赤道面处集结，但彼此仍然缠绕，核膜、核仁逐渐消失。

3、中期 染色体着丝粒均处于赤道面上，染色体的两臂自由伸展在细胞质内，纺缍丝与着丝粒相连形成纺锤体，着丝粒未分裂，纺锤丝在一般制片中看不到，良好的制片根据细胞质着色微粒的排列可隐约见到曳引丝状分布。着丝粒位置非常清楚，其形状是一条双股性连续的染色体，突然在某个地方出现不着色的透明点，好象整个染色体分成两段。中期极面观染色体排列图像形似车轮辐条状，故此期通过特殊制片方法可观察染色体的个体性。

4、后期 染色体的着丝粒分裂，两个染色单体互相排斥分开，并由纺锤丝的曳引逐渐移向两极。

5、末期 以分开的两组染色体到达细胞的两极为末期的开始，然后染色体重新聚集起来平行排列，进行一系列与前期逆向的变化，染色体解螺旋化，染色体基质和鞘套(膜)消失；核仁、核膜再现，形成两个新的子核。细胞质随着核的形成不均等分裂最终形成两个新的细胞。

五、观察方法

将制片先放在低倍镜视野下，寻找典型的各时期的分裂相细胞，然后转换于高倍镜下仔细观察染色体的形态并描绘下来。

六、作业

1、绘出你所看到的细胞有丝分裂各个时期的典型图象，并简要说明各时期染色体的行为和变化。

2、在高倍镜下观察统计5个视野内的分裂相细胞填入下表：

观察中所见何种分裂相细胞最少？为什么？

实验二 植物细胞减数分裂的观察

一、实验目的

通过对植物花粉母细胞减数分裂制片的观察、熟悉细胞减数分裂的全过程以及各个分裂时期染色体的特征，掌握减效分裂的遗传学意义。

二、实验材料

蚕豆(Vicia faba)、玉米(Zen mays)、大麦(Hordeum sativum)、豌豆(Pisum sativum)等花粉母细胞减数分裂永久制片。

三、实验用具

普通生物显微镜、实验报告纸、铅笔、橡皮等。

四、实验说明

高等生物的个体生长和遗传信息的表达以细胞有丝分裂为基础，而繁殖及遗传信息上下代之间的传递则通过减数分裂和受精过程得以实现。减数分裂(又称成熟分裂)是一种特殊的有丝分裂。它包括两次细胞分裂，在第一次分裂中，复制的姊妹染色单体并不分离，而同源染色体之间则分离，随机进入不同的细胞，形成二分体(dyad)。因此染色体数目由2n变成n。第二次分裂时，单倍的二分体细胞再进行一次分裂，姊妹染色单体彼此分离分别进入不同的子细胞，结果形成四个单倍体(n)的子细胞，即四分体(tetrad)。而成熟的雌雄配子结合，使后代的染色体数目恢复到2n，从而保证上下代之间染色体数目的恒定以及遗传物质的相对稳定。减数第一次分裂前期，同源染色体非姊妹染色单体的交换和后期I非同源染色体随机组合进入二分体子细胞中，这对生物的多样性和变异性具有重要的意义。

减数分裂的过程被人为地划分为减数第一次分裂和减数第二次分裂。对于大多数植物，在两次分裂之间存在一个短暂的中间期。每一次分裂又可分为前、中、后、末若干时期。详见教材，现简要介绍镜检时各个时期的主要特征。

减数分裂Ⅰ

前期Ⅰ 这个时期经历最长，变化也较复杂，故根据染色体的变化又细分为五个时期。

细线期(leptotene)，染色体在核中以细长的丝状出现，彼此互相缠绕盘旋，紧靠核仁一侧，细线上出现着色较深大小不等的染色粒，明显可见圆形的核仁，此时有核膜，染色体已复制为两，但这两点在一般光学显微镜下均难看到。

偶线期(zygotene)，与细线期相比这时染色体要粗些，染色也深些，这时来自父母双方的各同源染色体均两两配对(pairing)或称联会(synapsis)。染色体配对后，形成二价联会复合体，看上去是一个整体。染色体仍互相缠绕在一起。

粗线期(pachytene)，染色体纵向继续收缩，横向加粗，与偶线期相比染色体要粗短得多，扭曲缠绕要放松些，但仍互相缠绕，故染色体此时计数较困难，此时每对同源染色体有四条染色单体，称为四合体(tetrad)。此时同源非姊妹染色单体间生发生交换，但交换的形态特征在一般光学显微镜下均难见到。

双线期(diplotene)此时染色体进一步浓缩变短，非同源染色体彼此分开，并且扩散于细胞核中。两条同源染色体开始相互排斥。但是彼此交换的地方仍连在一起，形成明显的交叉结(chiasmata)及交叉染色体图形，有的呈“8”字形，有的呈“X”形等。染色体清晰可见，可进行计数。

终变期(diakinesis)染色体更加浓缩粗短，分布在细胞中，同时交叉点向染色体两端移动，即出现端化现象(terminalization)呈“O”，核仁、核膜逐渐消失，至中期完全消失，染色体向赤道面靠扰，这时染色体计数比双线期更方便。

中期Ⅰ 染色体浓缩达到最大限度，成点状集结于中央赤道面处，两极纺锤丝出现，并与染色体着丝点相连形成纺锤体，良好制片可见细胞质中有似曳引状纺锤体，中期极面观进行染色体计数最理想。

后期Ⅰ 同源染色体分离，分别向细胞两极移动，染色体减半就发生在此时，但每条染色体的两条染色单体仍连在一起。

末期Ⅰ 两组染色体到达两极，又互相粘结，然后慢慢解螺旋化，核仁、核膜重新出现，在中央赤道面形成膜体，进而形成两个子细胞。

中间期：

此期持续时间非常短，DNA不再复制，而且染色体不完全解螺旋化。

减数分裂Ⅱ

前期Ⅱ 染色体又逐渐分散缩短，而其两条姐妹染色单体彼此排斥，由一着丝粒相连清晰可见，核仁、核膜逐渐消失。

中期Ⅱ 每个染色体整齐排列于二分体的赤道面上。

后期Ⅱ 每个染色体的着丝粒纵裂，姊妹染色体分别移向细胞两极。

末期Ⅱ 染色体到达两极，聚集。然后解螺旋化，新的核仁、核膜出现，每个细胞的细胞质又一分为二，最终形成四个子细胞，即四分体。

五、观察方法

先将制片置低倍镜下，首先区别正在分裂的各个时期的花粉母细胞，二分体，四分体以及花粉粒、花粉囊残渣等。一般花粉母细胞为圆形或椭圆形(压片所致)的大型细胞、细胞质呈均匀致密状态，对醋酸洋红一类染剂稍为着色，其中有一个着色鲜红的圆形细胞核。至于其它细胞或残余物，除形状不同外，体积要明显小于花粉母细胞(相差约近十倍)。二分体细胞为肾形(或半圆形)，大小约为花粉母细胞的一半，并且两个子细胞靠在一起不分开。四分体在单子叶植物中呈等双二面排列，犹似一个饼，互相垂直切了两刀一样。双子叶植物四分体则呈等四面体排列，为三个在下面一个在上面的立体构形。四分体的大小仅为花粉母细胞的四分之一还不到。未充实的花粉粒多呈不规则形状，发育完善的花粉粒一般为圆形，并有明显的发芽孔可见。找到正在分裂的花粉母细胞后，置于高倍镜下仔细观察，鉴别各分裂时期。

六、作业

1、绘出你所看到的减数分裂各分裂时期的典型图象，并简单说明其特征。

2、观察50个以上花粉母细胞，完成下表并说明何种分裂相最多？

实验三 玉米一对性状的遗传分析

一、实验目的

通过玉米一对相对性状的杂交试验，观察和分析杂种后代的性状表现，加深分离规律的理解。

二、实验材料

玉米(Zea mays)籽粒胚乳非糯性(Wx)和糯性(wx)杂交F1代的花粉，玉米籽粒淀粉层黄色和白色杂交F1自交果穗，或玉米籽粒糊粉层紫色和无色杂交F1自交果穗。

三、实验用具、药品

普通生物显微镜、1％I-KI溶液，载玻片，盖玻片，镊子，算盘等。

四、实验说明

玉米籽粒胚乳非糯性和糯性由一对等位基因(Wx和wx)控制，且非糯(Wx)对糯(wx)为显性，由非糯和糯亲本杂交的F1植株能形成Wx和wx两类配子，由于带有Wx和wx基因的花粉对I-KI液有不同的颜色反应，可通过测定得出1:1之比。同样，玉米籽粒淀粉黄色(Y)和白色(y)，糊粉层紫色(现假设为A)和无色(a)也是由一对等位基因所控制，且黄色(Y)对白色(y)、紫色(A)对无色(a)为完全显性，所以从F1自交果穗可得出3:1。

为了检验实际值与理论值是否相符，还必须对观察资料进行统计分析，一般用χ2 (卡平方)检验进行，计算公式如下：

式中O表示实际观察值，Ｅ为理论值，∑为积加符号，由于按此式计算的X2值有偏大的趋势，需作适当的矫正才能反映X2的理论分布，帮需用以下公式来进行矫正。

实际计算时可不经计算理论值，而直接从观察值计算，如3:1的检验，可由下式计算：

式中Ａ和ａ分别表示显性组织和隐性组实际观察值，ｎ＝Ａ＋ａ，1：1的检验则由下式计算：

求得χ2和χC2后，根据自由度n-1(即分离类型数减1)查χ2值表，求得这种χ2的概率(P)，如P大于0.05，则表明观察值与理论值相符，如P小于0.05则表明观察值与理论值有差异显著，而表现不符合理论比例。

五、实验步骤

1、取糯性与非糯性杂交F1花粉，用1％I-KI溶液染色，低倍显微镜下观察，计数蓝黑色(非糯)和红褐色(糯性)花粉粒数目。

2、取黄色与白色或紫色与无色杂交F1自交果穗一个，目测统计黄粒和白粒或紫粒和无色粒的数目(一个果穗统计完，可交换统计第二个)。

六、作业

将上述各性状统计数据全班汇总填入下表，每人进行x2测验或仅检验自己的结果是否符合。

实验四 玉米籽粒性状的基因互作

一、实验目的

通过玉米杂交后代果穗上籽粒颜色分离的观察，了解基因互作中的几种类型。

二、实验材料

玉米(Zea mays)两对基因互作的纯合品系杂交后代的自交果穗。

三、实验说明

按照独立分配规律，两对基因是相互独立的，它们的杂种后代(F2)分离应表现为9:3:3:1。然而，对两对基因之间有相互作用的则不能产生这种比例。

玉米的籽粒颜色是由果皮和胚乳所决定的，而胚乳中又由糊粉层和淀粉层所决定的，已知玉米糊粉层颜色的产生至少有七对基本色素基因互作的作用，当有A、C、R基因同时时存在时，色素才能形成，而色素的类别则由另一对Prpr决定。显性基因Pr存在时表现紫色，隐性基因pr存在时表现红色，在A、C、R基因中缺少任何一个时，糊粉层就不表现颜色，而发育成无色籽粒，用亲本AACC与aacc杂交，由于A和C之间有互补作用，F1籽粒则表现有色(紫色或红色)，F2产生9有色：7无色的分离比。此种属互补作用类型。

粉糊层颜色基因除了互补之外，也有隐性上位作用。如糊粉层的隐性基因cc对产生紫色糊粉层的基因pr就具有上位性，用CCPrPr与ccprpr杂交，F1应表现紫色，F2分离产生9紫色：3红色：4白色的比例。

四、实验步骤

1、观察红果皮、花果皮、白果皮、紫色糊粉层等玉米籽粒性状以及相应组合的Ｆ1表现。

2、取不同类型有色糊粉层与无色糊粉层杂交后的F2果穗进行观察、验证9:7的分离比和13:3的分离比，取紫色糊粉层与无色糊粉层杂交后的F2果穗观察，验证9:3:4的分离比例。