实验四 减数分裂与配子形成
一、实验目的
1、观察减数分裂过程并熟悉减数分裂各个时期的特征及染色体的形态、数目的变化，为研究遗传基本规律奠定细胞学基础。
2、学习并进一步掌握动、植物减数分裂玻片标本的制作方法和基本技能。 3、了解动、植物的生殖细胞的形成过程。
二、实验原理
减数分裂是一种特殊方式的细胞分裂，仅在配子形成过程中发生。这一过程的特点是：连续进行两次核分裂，而染色体只复制一次，结果形成四个核，每个核只含单倍数的染色体，即染色体数减少一半，所以称作减数分裂。另外一个特点是前期特别长，而且变化复杂，包括同源染色体的配对、交换、分离和非同源染色体的自由组合等。
在高等生物里雌雄性细胞形成的过程中，都是先由有性组织（如花药和胚珠、精巢和卵巢）中的某些细胞分化为孢母细胞（2n）,以及精母与卵母细胞（n）。进一步由这些细胞进行一种连续二次的减数分裂，即减数第一分裂和减数第二分裂，最终各自产生4个小孢子（n）或精细胞（n），或是分别产生一个大孢子或卵细胞（n）与三个退化的极体（n）。再经受精作用，雌、雄配子融合为合子，染色体数目恢复为2n。这样，在物种延续的过程中，确保了染色体数目的恒定，从而使物种在遗传上具有相对的稳定性。在分裂过程中，可以详细地到染色体的形态、数目、组成和染色体的鉴定和分析等，从而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，提出了直接与间接的依据和细胞学基础。并可导致了各种遗传重组的发生，为生物的进化提供了物质基础。
三、实验材料
小麦（Triticum aestivum Linn）幼穗，短角斑腿蝗（Catantopsbrachycerus）精巢。
四、实验器具和药品试剂
显微镜、解剖针、镊子、刀片、载玻片、盖玻片、吸水纸、小广口瓶等；卡诺氏固定液（Carnoy's Fluid）、45％醋酸和改良苯酚品红等。
五、实验方法和步骤
（一）小麦花药压片标本的制作与观察 1、 取材
当大田中的小麦处于孕穗早期时，选取旗叶叶耳与其下面一叶叶耳之间相距1～2cm的主穗，剥去外部叶鞘，剪下幼穗，投入Carnoy固定液中，固定4～24h后用70％酒精换冼两次，保存在70%酒精中。 2、压片
从70％酒精中取出一段幼穗，剥下一朵颖花，置载玻片上，用解剖针剥开内外颖，将花药剔出(花药长度以1～2mm为宜)，在花药上加一滴改良苯酚品红染液，染色3～5min，然后持解剖针横切花药成2—4段，再用针头轻压，使花粉母细胞从花粉囊中挤出，尽量挤净，弃去药壁碎片，盖上盖玻片即可在显微境下观察。盖上玻片时，不必施加压力，有多余的染液时，可用吸水纸吸去，但加上玻片后，不能来回移动。若染色太淡，可在盖玻片边缘加一滴染液，让它渗进去继续染色并进行烤片，静置1～2分钟再压片，即可获得较清楚的
制片。
如果染色效果不甚理想，可以置于酒精灯火焰上烘烤加强染色效果。烘烤压片是一项很重要技术，比较烘烤前面细胞质与染色体的着色情况。通常将片子在酒精灯光焰上来回移动，直到气泡逐渐扩大时为止，烘烤要反复多次进行，可使细胞染色尽量褪去，染色体得到充分鲜明的着色，如染色过深，可以在盖玻片边缘注一滴45%的冰醋酸，而在相对的边缘用吸水纸吸收在盖玻片下流动的染色液，直到胞质脱色而染色体仍清晰可见为止。 3、减数分裂时期的观察
先在低倍镜下找到花粉母细胞，然后转用高倍镜观察。花粉母细胞与体细胞明显不同，主要特征是细胞及核的体积都较大。观察辨认压片标本中的花粉母细胞处于减数分裂的哪个时期。换用稍大或较小的花药进行压片与观察，简图表示你所看到的各个分裂时期．实验中同学之间可以相互参观和交流，借以扩大观察内容和范围。 （二）蝗虫精巢压片标本的制作与观察 1、取材
蝗虫染色体数目较少，染色体较大，易于观察，因此，蝗虫精巢一向被视为减数分裂实验传统材料。蝗虫以夏秋两季采集为宜。蝗虫雌雄个体的形态特征有明显的差别．雄体腹部末端为交配器，形似船尾，而雌体末端分叉，与雄体明显不同．捕到雄虫后用镊子夹住雄虫尾部，向外拉。可见到一团桔黄色团状结构组织块，这就是蝗虫的精巢。剔除精巢上的其它组织，将其放到Carnoy固定液中固定1.5～2小时后用70%酒精换洗两次，70％酒精中保存备用。
图4-1蝗虫雌雄个体的腹部末端形态特征
2、压片
挑起精细管，置载玻片上，除去外围脂肪，从中间切成两段，弃去后半段(近输精管端)，留下前半段(因为前半段细胞分裂旺盛而后半段多为精于)。滴一滴改良苯酚品红染液，同时以小镊子轻轻挤压精细小管外壁，以使性母细胞或减数分裂中各时期的细胞流出精细小管管壁，以利于观察。染色10～15分钟后盖上盖玻片，用手指隔着吸水纸略加压力，使细胞散开，铺成单层。随后便可放显微镜下观察。 3、减数分裂过程的观察
制成的临时压片标本中，除了正在进行减数分裂的细胞之外，还可看到精原细胞的有丝分裂过程。仔细区分精母细胞和精原细胞，确定减数分裂各个时期，画图表示各期特征。如制永久片，可以将玻片放在CO2干冰或生物切片半导体冰冻机上，待玻片结冰后，取出玻片，用刀片迅速揭开盖玻片，放在空气中干燥后，用封藏剂（加拿大树胶）封固。
六、作业
1、每人至少作出二张良好的临时片。 2、 绘出下列各分裂时期的简图。 （1）终变期 （2）中期Ⅰ （3）后期Ⅰ （4）中期Ⅱ （5）后期Ⅱ （6）四分孢子
3、联系有丝分裂实验，说明高等植物的染色体周史，染色体的恒定性、特异性和连续性。
4、减数分裂与有丝分裂有何区别？子代与亲代的差异是由哪一种分裂造成的？
七、学习资料 1、实验材料的采集
在实验过程中，取材的时间对实验效果影响很大，除小麦以外，常用来进行减数分裂过程观察的植物有蚕豆、玉米、棉花和水稻等，其取材时间分别为：
1、蚕豆：蚕豆现蕾后，于上午7～9时摘取茎顶幼小花序，将周围小叶和苞叶去掉，留长约1mm 左右的花苞，放入内装有卡诺氏固定液的广口瓶中，固定3～24小时，转入70%酒精中置冰箱内保存。
2、棉花：棉花现蕾不久就开始进行减数分裂，由于花序分节着生，连续生长，所以常常按照花蕾的长度进行取材。例如：陆地棉，一般当三角苞长到1cm左右，花萼与花瓣等长，整个花蕾长约3-5mm时取样较好。于上午6～9时依上述标准取材，固定保存方法同上。 3、水稻：剑叶与其下一叶的叶枕平齐，即叶枕距为零时取材，早熟品种应适当提前，叶枕距可为负；晚熟品种应延迟，叶枕距应为正。通常穗长6～8cm，颖花长3mm为花粉母细胞分裂始期；穗长13～15cm，颖花长4mm为减数分裂盛期；穗长达全长，颖花长6mm时为减数分裂终期。于上午6～9时依上述标准取材，固定保存方法同上。
4、玉米：玉米孕穗初期，早熟品种约10片完全展开叶，中熟品种约12～14片展开叶，晚熟品种约14～16片展开叶时取材。从喇叭口往下捏叶鞘，有松软感觉，即为雄花序所在部位，用刀片纵向划一切口，剖开取出数条花序分枝检查，如果先端小颖花长3～4mm,花药长2～3mm时，花粉母细胞减数分裂相较多，即可取用。取材时间一般为上午7～9时，固定保存方法同上。
2、减数分裂与配子形成过程
在适当的时机采集植物的花蕾或动物的精巢，经固定、染色压片后，就可以在显微镜下观察到细胞的减数分裂。整个减数分裂可分为下列各个时期。下面（图4-1）是以小麦（Triticum aestivum Linn）的减数分裂各个时期的照片。 第一次减数分裂
前期I
细线期（图4-1B）：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，在细胞核内，核仁清晰可见。
偶线期（图4-1C）：同源染色体彼此接近，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。在植物细胞中，染色丝凝集成团，偏于细胞核的一边，称为凝线期，在这一时期，还出现染色质(丝)穿壁转移运动。在动物细胞中，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。
粗线期（图4-1D）：同源染色体完成配对，成为二价染色体(或成对的同源染色体)，染色体由于螺旋卷曲的结果而缩得很短，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。
双线期（图4-1E）：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。
终变期（图4-1F）：染色体缩得更短，交叉移向染色体的中间或末端，呈现V型、8型、O型或x型。染色体常移到核的周围靠近核膜的地方，是统计染色体的最好时期。该期