蝗虫精巢细胞减数分裂过程中染色体行为的观察
摘要
减数分裂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。本实验以生殖期雄性蝗虫精巢细胞为材料，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。标本玻片置于显微镜高倍镜下观察，认识、分辨蝗虫精巢细胞减数分裂过程中各分裂相，并对不同分裂相拍照或绘图记录。
引言
减数分裂（Meiosis）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DNA复制一次，细胞连续分裂两次。生物细胞减数分裂形成的单倍体配子细胞经过进一步变形、生化变化，形成成熟的精子或卵细胞。二者通过受精作用又恢复二倍体。
减数分裂过程中同源染色体间发生交换，使配子的遗传多样化，增加了后代的适应性，因此减数分裂不仅是保证生物种染色体数目稳定的机制，同时且也是物种适应环境变化不断进化的机制。
本次实验采用东亚飞蝗[Locusta migratoria manilensis (Meyen)]作为标本采集对象，其雄性染色体数为2n=23,XO ♂。蝗虫染色体大，数目少，在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①。
1. 实验材料
1.1. 器材：显微镜1台，镊子1把，解剖针2支，载玻片，盖玻片，滤纸条 1.2. 试剂：Carnoy固定液，改良苯酚品红染液
1.3. 生物材料：繁殖季节雄性蝗虫精巢的精巢小管固定材料
2. 实验步骤
2.1. 取材与标本固定
繁殖季节雄性蝗虫精巢的精巢小管的固定。选择雄性蝗虫，剪去双翅，再由腹部背面剪开，可见贴在一起的一对橘黄色精巢。将其投入0.7%生理盐水中剔去脂肪，可见曲细精管①。 将其投入Carnoy固定液中，室温下固定24h后，转入70%乙醇，存放于4℃冰箱。
2.2. 制片与观察
2.2.1. 染色。取2-3个精巢小管于载玻片上，加入1-2滴改良苯酚品红, 染色时间一般为6-10min。
2.2.2. 将染色后的材料盖上盖玻片，在盖玻片上盖上两层吸水纸，用左手食指压紧，防止
盖片滑动，用右手持解剖针，用针柄轻敲盖片，使材料均匀分散开。
2.2.3. 使用40倍物镜观察，辨认并记录减数分裂各个时期染色体的状态。
3. 实验结果
蝗虫精巢细胞减数分裂分为I，II两个阶段，每个阶段分别分为前、中、后、末四期。其中减数分裂I前期期间涉及同源染色体的联会，又分为细线期、偶线期、粗线期、双线期、终变期五个时期。减数分裂各时期染色体特点如下。
? 减数分裂I
1) 前期I
细线期。染色体初步凝缩，呈细线状。持续时间最长，占减数分裂周期的40%②。细线期虽然染色体已经复制，但光镜下分辨不出两条染色单体。其中有一色块，为X染色体所形成。如图1a。
偶线期。染色体进一步凝缩。持续时间较长，占有丝分裂周期的20%②，是同源染色体配对的时期，这种配对称为联会。这一时期同源染色体间形成联会复合体。在光镜下可以看到两条结合在一起的染色体，每一对同源染色体都经过复制，用油镜仔细观察，可见四个染色单体，称为四分体。在有些物种中表现为染色体细线一端在核膜的一侧集中，另一端放射状伸出，形似花束，故又称为花束期。该时期在10×40倍高倍镜下不易与细线期区分。如图1b。
粗线期。持续时间长达数天。联会复合体基本完成，染色体变粗且短。在光镜下只在局部可以区分同源染色体②。这一时期是同源染色体的非姊妹染色单体之间发生交换的时期。此时X染色体收缩成一条染色很深的棒状结构①。如图1c。
双线期。联会的同源染色体相互排斥、开始分离，但在交叉点上还保持着联系。双线期染色体进一步缩短，在电镜下已看不到联会复合体。如图1d。
终变期。核仁、核膜消失。染色体继续变粗变短，直至中期I达到极致。终变期的前期与双线期的后期无明显差别。如图1e。
2) 中期I
联会复合体中的同源染色体排列在赤道板上，显微镜观察蝗虫染色体为12条联会复合体。如图1f。
3) 后期I
联会复合体中的两条同源染色体分开，分别向两极移动。染色体在纺锤丝牵引下显现出不同形状。滞后者为X染色体。由于相互分离的是同源染色体，所以染色体数目减半。但每个子细胞中染色体DNA分子数量不变。同源染色体随机分向两极，使母本和父本染色体重所组合，产生基因组的变异。如图1g。
4) 末期I
染色体到达两极，同时进行胞质分裂。姊妹染色单体仍旧相连。蝗虫的次级精母细胞将经历间期II。
? 减数分裂II
基本现象与减数分裂I各时期相似。区别在于：
雄性蝗虫染色体组成为22+X，故减数分裂II前、中、末期细胞内染色体数量为11或12条。
中期II染色体较细，极面观呈菊花状。如图1h。
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染色体解旋。之后由圆形的配子细胞变形，经过柳叶状变为丝状成熟精子（如图1i）。
a细线期
b偶线期（花束期）
c粗线期
d双线期
e终变期
侧面观
极面观
f中期I
g 后期I极面观
h中期II极面观
i 柳叶状单倍体细胞
图1 蝗虫精巢细胞减数分裂I部分时期分裂相（放大倍数10×40）
4. 分析讨论
实验中所观察到的分裂期细胞大多是减数分裂I前期I，大致符合减数分裂各时期时间分布。但可能由于标本选取过多，导致细胞有所重叠，较难寻找数量较少的减数分裂II细胞。另外由于实验时使用的显微镜40倍物镜的分辨率偏小，故观察效果、照片皆有些模糊，对分裂相的辨认，尤其是细线期与偶线期，以及双线期与终变期的辨别，可能会有些偏差。
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9月第八次印刷.
② 田润刚.细胞生物学在线教程,第十三章第三节 减数分裂.绍兴文理学院生命科学学院田润刚博士教学
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