蝗虫精巢减数分裂过程中染色体的行为观察

蝗虫精巢减数分裂过程中染色体的行为观察

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摘要 减数分裂是配子生成过程所特有的细胞分裂方式。性细胞连续进行两次核分裂，染色体只复制一次，由此形成染色体数为单倍体的配子。蝗虫精巢是比较理想的观察减数分裂的材料之一，具有易采集、操作简单的优点。实验中选取蝗虫精巢小管，通过压片法，制作可观察减数分裂过程中染色体动态变化的玻片标本。我们在显微镜下观察减数分裂过程中各个不同时期的染色体形态特征。通过实验，我们进一步了解减数分裂的过程以及各个时期的染色体特点，同时我们掌握了制片和染色技术。

1. 引言

减数分裂是配子生成过程所特有的细胞分裂方式。性细胞连续进行两次核分裂，染色体只复制一次，细胞则连续分裂两次，在两次分裂中分别将同源染色体与姐妹染色体均分给子细胞，由此形成染色体数为单倍体的配子。雌、雄配子的结合可在后代细胞中恢复正常的染色体数目，保证亲代与子代染色体数目的恒定，从而保持了物种的稳定性。同时，由于同源染色体在染色体配对过程中发生了非姐妹染色单体的交换，以及非同源染色体的自由组合，增加了遗传的多样性，为自然选择提供原材料，是生物体性状变异的重要来源。而在减数分裂过程中染色体行为的异常则可能导致遗传畸变。蝗虫在生活中常见，容易采集，而且取蝗虫精巢操作简单。蝗虫的染色体数目较少, 且染色体较大，在减数分裂过程中染色体的一些特征比较明显，易于观察。在同一染色体玻片标本上可以观察到处于减数分裂各个时期的细胞，还可以观察精子的形成过程。此次实验的实验目的是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来加深对减数分裂的认识。同时，我们还要掌握制片、染色技术。

2. 材料与方法

2.1实验材料

（1）器材：显微镜，解剖针，镊子，盖玻片，载玻片

（2）药品：改良苯酚品红

（3）材料：雄蝗虫的精巢

2.2实验过程

2.2.1取材

夏末秋初在野外田间捕捉的雄性蝗虫，，浸入卡诺固定液中固定24小时。取出蝗虫，剪去翅膀和后肢，用手术刀沿腹部中线轻轻挑开腹部，取出腹腔中的两个精巢——由许多精小管组成的黄色组织块或将捉到的雄性蝗虫用剪刀剪去头胸部，然后在腹腔两侧各剪一刀，掀开背板，取出消化道背面的两个精巢。

2.2.2固定

取出的精巢立即浸入卡诺固定液中固定2～24h, 用95%、855乙醇各洗2～3次，分离精小管浸入70%乙醇，置于4℃冰箱保存备用。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。应用最为广泛的是Carnoy Ⅰ：冰醋酸：乙醇=1：3。固定时间一般为24小时，然后将固定好的材料转入70%乙醇保存，长期保存放在4℃冰箱中。

2.2.3制片及压片

用取2-3条精巢小管于载玻片上，滴加1至2滴改良苯酚品红染液，染色6至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。再用右手持解剖针，用针柄轻敲盖片，使材料均匀分散开。最后用大拇指按压盖玻片。

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：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 。

3. 实验结果

3.1结果观察

1 2 3 4

5 6 7 8

9 10 11 12

13

14 15 16

图1 蝗虫精巢性母细胞减数分裂各主要时期的细胞学特征

1. 精原细胞；2. 细线期；3. 偶线期；4. 粗线期；5. 双线期；6. 终变期；7. 中期Ⅰ（侧面观）；

8. 中期Ⅰ（极面观）；9. 后期Ⅰ；10. 末期Ⅰ；11. 前期Ⅱ；12. 中期Ⅱ；13. 后期Ⅱ；14. 末期Ⅱ；15. 枣核状精子；16. 柳叶状精子

3.2结果分析

蝗虫精巢性母细胞减数分裂的过程是精原细胞经过减数第一次分裂和减数第二次分裂最终形成精子的过程。

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：细线期、偶线期、粗线期、双线期、终变期。

细线期是指从染色粒出现到染色体开始配对的时期。此时期染色体细长，呈细丝状在核内交织成网。

偶线期是指从同源染色体配对开始到完成的时期。此时期染色体进一步浓缩变短、加粗。同源染色体像拉链一样排列，有联会复合体的形成，有的发生在一端，有的几处同时形成。

粗线期是指同源染色体联会结束到同源染色体分离的时期。此时期染色体明显缩短变粗。同源染色体已经配对，可以观察到具有螺旋结构的11个不同的二价体。X 染色体为端棒状，属于正异固缩。粗线期早期非姐妹染色体间发生了交换。

双线期是从交叉出现到交叉端化的时期。此时期染色体进一步浓缩变短。可见交叉染色体，呈洇墨迹状，但较细。另外同源染色体相应片断交换的结果。

终变期的形态特征是洇墨迹明显，边缘不光滑。从边缘起毛刷状，可以成堆。染色体浓缩得最短。同时核仁、核膜消失。

中期Ⅰ：染色体边缘光滑，进一步短粗。配对的同源染色体排列到赤道板上。

后期Ⅰ：同源染色体向细胞两极移动。由于雄性蝗虫的染色体条数为23，单价体落后，随机到一极去（为X 染色体）。

末期Ⅰ：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）。

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 。

前期Ⅱ：与末期Ⅰ紧密相连，时间短暂。从形态上与末期Ⅰ相似。

中期Ⅱ：同一着丝粒连接的两条姐妹染色单体排列在赤道面上，形成赤道板。染色体呈菊花状。

后期Ⅱ：着丝粒分裂，两条姐妹染色单体分离，在纺锤丝的牵引下向细胞两极移动。染色体呈四堆。

末期Ⅱ：染色体移到两极后，逐步解螺旋形成染色质，重建核仁、核膜，进行胞质分裂而形成精细胞。圆形、细胞较小，经过生长发育逐渐形成梭型的精子。

精子的形成过程(变态) ：精细胞→枣核状→柳叶状→精子。

4. 讨论

（1）精巢小管取用的量不宜太多，应选取顶部较胖的精巢小管。

（2）用解剖针敲击和用拇指按压盖玻片时注意掌握力度，力度太大会导致盖玻片破碎。压片的目的是要使细胞相互分散开，但要防止细胞破裂。

（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。而且处于第二次减数分裂时期的细胞要明显少于处于第一次减数分裂时期的细胞，

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。

（4）蝗虫性别决定机制为XO 型，雄性蝗虫体细胞一共有23条染色体。有时候会看到一个单独的染色体就是X 染色体。

（5）本实验操作不难，难在看懂一些分裂相。原因有几点：①本实验只有普通光学显微镜下观察的细胞学证据，这个证据并不足以推断一些结论，例如：一个染色体颗粒究竟是包含几条染色体。②动物性母细胞分裂后即分开。③减数分裂是动态过程，分裂相间逐步过渡，有些分裂相之间界限比较模糊，如晚双线期和早终变期。

（6）做实验的时候要态度认真，仔细操作。

参考文献

［1］ 张文霞，戴灼华.2007. 遗传学实验指导. 高等教育出版社.

［2］ 杨大翔.2010. 遗传学实验. 科学出版社.