蝗虫减数分裂过程染色体行为观察

遗传学实验山东大学生命科学学院13级临八

蝗虫精巢细胞减数分裂过程中染色体行为的观察

摘要：有丝分裂是动植物一生中都在进行，但减数分裂仅仅发生在生命的某一阶段，是生物性原细胞细胞成熟、形成配子的过程中出现的一种特殊的分裂方式。本实验以雄蝗虫为实验材料，取其精巢，先使用Carnoy固定液固定，再用改良苯酚品红染液对染色体进行染色，压片法制片。观察并深入了解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，并熟练掌握制片、染色技术，并对不同分裂相拍照记录。

1.引言

1.1减数分裂（Meiosis）

减数分裂是生物细胞分裂的主要机制之一，是指生物性成熟以后，性腺中的精（卵）原细胞经分裂形成配子的过程。其特点是：(1)连续两次核分裂，而染色体只复制一次，结果产生了四个核，染色体数目减半。(2)前期特别长，而且染色体的变化复杂，经过一个逐步螺旋、折叠和浓缩的过程及同源染色体的配对、交换和分离的过程。减数分裂对于动植物来说具有重要意义：在减数分裂中染色体仅复制一次，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，最终形成的配子中染色体数目仅为性母细胞的一半。再通过雌、雄配子的结合有同源染色体可在后代细胞中恢复正常的染色体数目，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体的交换，从而为后代遗传多样性提供了物质基础。

1.2减数分裂过程中染色体行为的观察

1.2.1取材

要观察到动植物减数分裂过程中染色体动态行为，正确准确的取材尤为重要。在高等植物的有性生殖过程中，花药和胚珠中有些细胞经过生长和分化为小孢子母细胞和大孢子母细胞，它们经过减数分裂分别形成4个小孢子和1个大孢子。根据不同植物的开花及其生殖器官形成时的外部形态作为参考，要适时取材。选取适当大小的花蕾是观察花粉母细胞减数分裂的关键性的第一步。此时的植株形态及花蕾大小依植物的类别及品种有所不同。

小麦：在植株开始挑起，叶与下一叶的叶耳间距为3-4cm，花药长度大致在1-2mm左右，黄绿色时取材最好。如花药为绿色时则为时过早，花药为黄色，则已过时。一般上午8-10点为取材最佳时间。

玉米：一般夏玉米在7月份取材，以上午7-8点为好。在玉米雌穗未抽出前的7-10天手摸植株上部(喇叭口下部)有松软感觉，表明雄花序即将抽出。用刀在顶叶近喇叭口处纵向划一刀，切口长10-15cm，剥出雄花序，顶端花药长3-5mm，花药尚未变黄时取材。

蚕豆：从现蕾开始，上午10-11点可选取2-3mm大小的花蕾或一小段花序。蚕豆开花的次序是由下而上，由外而内。

在高等动物的有性生殖过程中，精巢和卵巢组织中有些细胞经过生长和分化为精母细胞和卵母细胞，它们经过减数分裂分别形成4个精细胞和1个卵细胞。以蝗虫为例：在生殖期间，雄蝗虫其精巢内不断进行着减数分裂，取材比较容易。雌、雄容易鉴别，雄性个体较小，雌性个体较大，雌性蝗虫尾部有产卵瓣，从外部易于区别。活的雄蝗虫,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。

1.2.2蝗虫精巢细胞减数分裂过程中的染色体行为归结如下：

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：从染色粒出现到染色体开始配对。染色体细长，呈细丝状在核内交织成网，

•偶线期：从同源染色体配对开始到完成。染色体进一步浓缩变短、加粗。同源染色体象拉链一样排列，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：同源染色体联会结束到同源染色体分离。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。非姐妹染色体间发生了交换，在粗线期早期。

•双线期：从交叉出现到交叉端化。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。（交叉是同源染色体相应片断交换的结果）

•终变期：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。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。

通过对减数分裂过程中染色体的动态变化的观察加深对这一分裂的认识，

1.2.3实验中部分试剂及操作的原理：

•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。

•改良苯酚品红染液：主要用于染色体染色如体细胞染色体和减数分裂染色，是很好的细胞核、线粒体染色剂。

2.材料和方法

2.1试验材料：

显微镜1台，镊子1把，解剖针2支，载玻片，盖玻片，滤纸条，Carnoy固定液，改良苯酚品红染液，繁殖季节雄性蝗虫精巢的精巢小管。

2.1.1改良苯酚品红配制：

取2-10 ml染色液，加入90-98 ml 45%的醋酸和1.8g山梨醇。

2.1.2 Carnoy固定液。

CarnoyⅠ：冰醋酸：乙醇=1：3

CarnoyⅡ：冰醋酸：氯仿：乙醇=1：3：6