蝗虫精巢细胞减数分裂观察

蝗虫精巢细胞减数分裂观察
摘要蝗虫精巢细胞减数分裂过程中染色体的一些特征比较明显，是进行减数分裂观察的经典材料之一。

实验中取蝗虫精巢小管头部制作了精子发生减数分裂的标本，观察到了减数分裂前期Ⅰ的细线期、偶线期、粗线期、双线期、终变期这五个时期以及中期Ⅰ、后期Ⅰ、末期Ⅰ和前期Ⅱ的染色体形态。

通过实验我们进一步了解了减数分裂的过程以及各个时期的染色体特点，了解生物性母细胞减数分裂的一般规律及减数分裂过程中的染色体行为的动态变化过程。

并且掌握了制片、染色技术。

关键词蝗虫、精巢细胞、减数分裂、染色体行为
1．引言
减数分裂是进行有性生殖的生物产生生殖细胞的分裂方式。

在减数分裂过程中，染色体形态和数量上会产生明显的动态变化（细胞连续进行两次的核分裂，而染色体只复制一次，结果产生了四个子细胞，每个子细胞中的染色体数目减半）。

减数分裂确保了染色体数目的恒定，从而使物种在遗传上具有了相对稳定性，为遗传学研究中远缘杂种的分析、染色体工程中的异系鉴别、常规的组型分析以及三个基本规律的论证，提出直接与间接的实验依据。

蝗虫比较常见，容易取材，染色体数目较少，且染色体较大，易于观察。

在同一染色体玻片标本上可以观察到减数分裂各个时期，还可以观察精子的形成过程。

2．实验材料和方法
2.1 实验材料
2.1.1器材：显微镜，解剖针，镊子，刀片，盖玻片，载玻片。

2.1.2试剂：改良苯酚品红。

2.1.3实验材料：雄蝗虫的精巢。

2.2 实验过程
2.2.1取材
在九月底十月初采集雄蝗虫，去掉第一对步足及翅，在翅基部的后方（相当于腹部背侧前端），用解剖剪将其体壁剪开，见到在上方两侧各有一块黄色的团块，这便是蝗虫精巢。

精巢有许多排列在一起的精巢小管组成。

2.2.2 固定
固定的目的是采用渗透力强的固定液将组织、细胞迅速杀死，使蛋白质沉淀，并尽量保持原有状态。

将生活的细胞固定以后，将有利于后续的解离、染色等。

固定液比较常用、有效的是Carnoy固定液，CarnoyⅠ:冰醋酸：乙醇=1:3（应用最为广泛）。

固定时间一般为24小时，然后将固定的材料转入乙醇中保存，长期保存放4℃的冰箱中，时间不能超过一年。

2.2.3制片及压片
取2-3条精巢小管于载玻片上，加入1-2滴滴改良苯酚品红染液，染色时间一般为
6-10min。

将染色后的材料盖上盖玻片，在盖玻片上盖上两层吸水纸，将多余的染液吸干。

用左手的食指压紧，防止盖片滑动。

然后用大拇指压盖玻片，再用解剖针轻敲盖玻片，使材料均匀分散开。

2.2.4镜检
注意将减数分裂的各个时期分辨清楚，特别是对前期Ⅰ的各个时期能够独立辨认。

减数第一次分裂分为：前期Ⅰ、中期Ⅰ、后期Ⅰ、末期Ⅰ。

前期Ⅰ时间特别长，经此期染色体逐步折叠、浓缩。

同时出现非姐妹染色体间的交换现象。

根据细胞核及染色体的形态变化将前期Ⅰ分为五个时期，分别是细线期、偶线期、粗线期、双线期、终变期。

减数第二次分裂分为前期Ⅱ、中期Ⅱ、后期Ⅱ、末期Ⅱ。

由于经过了减数第一次分裂，同源染色体已经分离因而染色体数目减半。

从形态上看减数第二次分裂的细胞体积较小，染色体只有n。

精子的形成过程（变态）：精细胞→枣核状→柳叶状→精子。

3．实验结果
3.1 结果观察
实验镜检结果如下列图所示。

图1偶线期(10×40) 图2 偶线期(10×40)
图3 粗线期(10×40) 图4 双线期(10×40)
图5 终变期(10×40) 图6中期Ⅰ(10×40)
图7 后期Ⅰ(10×40)图8 末期Ⅰ(10×40)
图9 前期Ⅱ(10×40)
3.2 结果分析
从观察的结果来看，减数第一次分裂的前期内的不同阶段基本都能找到，同时还能看到后期I和末期II的精细胞。

以下是对图片的分析：
（1）细线期(图1所示)：染色体呈很细的染色线，螺旋卷曲分散在细胞核内，沿着整条染色线分布着许多染色粒，形似念珠，染色粒排列比较紧密，使得视野中呈现出颜色较深的一片。

在细胞核内，核仁清晰可见。

（2）偶线期（图2所示）：同源染色体彼此靠近，发生联会。

在细线期末，偶线期初，染色体或染色丝在细胞中的部位发生变化。

染色丝的一端聚集到核的一侧，而另一端呈放射状扩散，呈花束状，特称花束期。

凝线期或花束期一直延续到偶线期结束粗线期开始为止。

（3）粗线期（图3所示）：同源染色体完成配对，形成二价染色体，染色体由于超螺旋而缩得很短，每一粗线期的染色体具有两条并列的染色单体，成对的同源染色体含有四条染色单体，称为四分体，核仁附着于特定的染色体上，在视野中可以看到染色体上有一个颜色较深的小点。

此时的染色体彼此分离相对前面的两个时期要远一点。

（4）双线期（图4所示）：理论上，同源染色体之间彼此开始分离，但是在一个或多个点上互相交叉而又保持在一起，形似麻花。

在该期，同源染色体的两个染色单体之间发生交换。

但是实际上很难看清，此时的染色体彼此靠的很近，只能看到很个别的染色体有相互交叉。

（5）终变期（图5所示）：染色体缩得更粗更短，是统计染色体的最好时期。

该期结束时，伴随着核膜的破裂和核仁的消失。

这一时期的染色体“开口”达到最大，有时候两条染色体呈现出一个圆圈。

（7）中期I（图6所示）：各二价体排列在细胞中央赤道面上，形成赤道板，纺锤丝微管与二价体着丝粒相连，同源染色体的着丝粒朝向两极，此期二价体仍可见交叉联系。

（6）后期I（图7所示）：纺锤丝附着在同源染色体的着丝点上，被牵引着向两极移动。

（8）末期Ⅰ（图8所示）：染色体移到两极后聚集在一起，并逐步解螺旋而恢复到染色质状态。

重建核仁、核膜，进行胞质分裂而形成两个子细胞（次级精母细胞）
（9）前期II（图9所示）：与末期I紧密相连，时间短暂。

从形态上与末期I相似。

其他时期（中期Ⅱ、后期Ⅱ、末期Ⅱ）未能在视野中找到，一小部分未能分辨清楚，同时也影响了对实验结果的记录。

分析可能产生这种结果的原因：
（1）在观察中发现部分细胞染色不深甚至未染色，原因可能是染色的时间控制得不好，染色不足。

（2）部分细胞重叠很严重，可能是由于压片力度不够，并且在显微镜的使用上要更加注意，合理利用光圈等以减少不利影响。

（3）观察到有细胞破碎的现象，可能是敲打力度过大，或是压片时发生滑动所致，压片力度控制的不均匀。

4．讨论
4.1 注意事项
（1）在取材时，精巢小管的量不宜太多，应选取比较圆润的、分裂旺盛的。

（2）敲片时注意掌握力度，力度太大会导致盖玻片破碎，不仅要使细胞相互分散开，还要防止细胞破裂。

（3）在实验过程中显微镜下观察不同时期蝗虫细胞时，会发现处于分裂前期的细胞数目最多。

（4）前期的细线期、偶线期并不十分明显，而粗线期、双线期和终变期每个时期有各自独特的特征。

粗线期的染色体粗且短，染色体基本都能数清，配对的染色体实为两个二分体紧靠在一起，结果为一个四分体。

双线期进一步缩短，同源染色体开始排斥，相互分离，分离时可能有一两点扭在一起。

终变期同源染色体进一步浓缩变短，各种二价体形状更加明显。

（5）处于减数分裂第二次时期的细胞要明显少于处于减数分裂第一次时期的细胞，且不易观察。

由于经过了减数第一次分裂，同源染色体已经分离因而染色体数目减半。

从形态上看减数第二次分裂的细胞体积较小，染色体只有n。

4.2 总结反思
（1）在取材时，第一次取的精巢小管数量太多，细胞重叠较严重。

在之后几次的制片中，取的精巢小管数量合适，得到了理想的实验结果。

（2）根据观察发现，染色体之间不是很分明，很难数清条数，这在分辨时期上带来了一定难度。

并且可能导致了结论的错误。

4.2 扩展讨论
（1）精巢样本可以再乙醇中存放较长时间，染液要提前配制，可以长期保存，待到使用前再稀释。

染液的质量直接影响着玻片标本的好坏。

要特别注意染色液不能太多或太少，不能让玻片上的材料干掉。

（2）如果采用冰冻揭片效果会更好，即在染色前先压片置液氮罐内快速冰冻后，用刀片揭去盖玻片，然后，置载玻片于室温下，无尘处自然干燥，再用吉姆萨（Ciemsa）染液染色。

干燥后以中性树胶封片，制成永久玻片标本，以供后续观察。

（3）在观察时应注意，蝗虫染色体多为端部或近端部着丝粒染色体，性别决定机制为XO 型。

有时候会看到一个单独的染色体就是X染色体。

参考文献
[1]杨大鹏.动植物减数分裂过程中染色体行为的观察.遗传学实验，2010年1月第十三次印刷.
[2]刘梦豪, 赵凯强, 王雅栋, 杨梦平, 赵宁宁, 杨大祥.蝗虫精母细胞减数分裂各时期的识别.遗传，2012, 34(12): 1628-1637.
[3]陈娟.蝗虫精巢减数分裂的制片与观察.中国科技信息，2006，23：182-183.
[4]减数分裂.百度百科.。