蝗虫精巢细胞减数分裂过程中染色体行为的观察

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进行有性生殖的生物性母细胞成熟、形成配子过程中出现的一种特殊分裂方式。本实验以蝗虫为材料制备染色体标本，观察、比较动物减数分裂中染色体的行为。在显微镜下可以观察到精母细胞，减数分裂各时期细胞，精子等。在减数分裂时期的细胞中可以观察到以下几个时期：细线期，偶线期，粗线期，双线期，终变期，中期Ⅰ，后期Ⅰ，末期Ⅰ，前期Ⅱ，中期Ⅱ，后期Ⅱ，末期Ⅱ。视野中可见，在各个时期的细胞状态中，前期Ⅰ细胞状态大量出现，说明其历时特别长；减数分裂Ⅱ细胞状态较难找到，表明其历时很短。1.引言减数分裂是配子生成过程中所特有的细胞分裂方式。性细胞连续进行两次分裂，染色体只复制一次。细胞在间期完成染色体复制后进入分裂期，减数第一次分裂会出现联会现象，经历四分体时期，同源染色体非姐妹染色单体发生交叉互换，最后同源染色体彼此分离，非同源染色体自由组合形成次级性母细胞，第二次减数分裂过程与有丝分裂相近，将姊妹染色体均分给子细胞，使最终形成的配子中染色体数目仅为性母细胞的一半。受精时，雌雄配子结合，恢复亲代染色体数目，从而保证物种染色体数目的恒定。合子包含了来自两个亲本的同源染色体，非姐妹染色单体间的交叉互换，染色体上的非等位基因自由组合，增加了遗传的多样性，是生物形状变异的主要来源。此外，减数分裂还保证了亲代与子代遗传性状的稳定性。蝗虫属于昆虫冈，直翅目，蝗科，其雌雄容易鉴别、生殖能力强、精巢减数分裂活跃、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良好材料。不同蝗虫染色体的数目与形态不同，但其性别决定均为XX-XO型，本实验所用的蝗虫为2n=23,XO♂。本实验将蝗虫的精巢保存在carnoyⅠ的固定液中，用改良苯酚品红对细胞核进行染色，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。2.实验材料2.1试验材料（1）仪器和材料：显微镜、解剖针、镊子、盖玻片、载玻片、滤纸、雄蝗虫的精巢管。（2）试剂：改良苯酚品红。2.2试验方法2.2.1从固定液中选择含有顶端较大的精巢管的精巢于载玻片上，用解剖针和镊子取出精巢管2-3个于新的载玻片上，为了能够尽量观察到减数分裂各时期的细胞，本实验制作了三个标本。2.2.2在精巢小管上滴加1-2滴改良苯酚品红，染色6-8min。2.2.3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。最后用大拇指按一按盖玻片，使载玻片上的样品在同一个平面上。2.2.4在显微镜下观察细胞。3.结果在视野中可以观察到精母细胞，细线期细胞，偶线期细胞，粗线期细胞，双线期细胞，终变期细胞，中期Ⅰ细胞，后期Ⅰ细胞，末期Ⅰ细胞，前期Ⅱ细胞，中期Ⅱ细胞，后期Ⅱ细胞，末期Ⅱ细胞和精子等细胞状态。各个时期的细胞状态中，前期Ⅰ细胞状态大量出现，说明其历时特别长；减数分裂Ⅱ细胞状态较难找到，表明其历时很短。减数分裂的细胞有各自的特点。3.1减数分裂期前细胞3.1.1精母细胞：细胞核明显，细胞呈圆形。（图1）3.2减数分裂期细胞3.2.1前期Ⅰ3.2.1.1细线期：染色质凝缩成可见的细线，在核内交织成网。蝗虫“细线团”中有一深染色块（图2），这个色块是X染色体形成的，一直保留到偶线期。3.2.1.2偶线期：同源染色体进一步浓缩变短加粗，同源染色体沿着纵长方向紧密配对，形成联会复合体(图3)。3.2.1.3粗线期：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（图4粗线期，图5粗线晚期）。3.2.1.4双线期：染色体进一步浓缩变短加粗，可以看到染色体交叉（图6）。3.2.1.5终变期：染色体继续浓缩变短加粗，同间期Ⅰ相比，边缘不光滑（图7）。3.2.2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（图8）。3.2.3后期Ⅰ同源染色体向细胞两极移动。两端的染色体聚集成菊花状（图9）。3.2.4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（图10）。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）。3.2.5前期Ⅱ与末期I紧密相连，时间短暂。染色体散开，细胞较小（图11）。3.2.6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。侧面观的染色体呈菊花状（图12极面观，图13侧面观）。3.2.7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（图14）。3.2.8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（图15）。3.3变形期细胞3.3.1精子：精子由头部和尾部组成，头部呈椭圆形，前端突起，尾部细长（图16）。1234蝗虫精巢精母细胞减数分裂各主要时期的细胞学特征1细线期.；2.偶线期；3.偶线期；4.粗线期；5。粗线晚期；6.双线期；7.终变期；8.中期Ⅰ；9.后期Ⅰ（引自韩霜）；10.末期Ⅰ（引自李恺鹏）；11.前期Ⅱ；12.中期Ⅱ极面观；13.中期Ⅱ侧面观；14.后期Ⅱ（引自李恺鹏）；15.末期Ⅱ；16.精子4.讨论减数分裂是性细胞将其遗传物质分配给子代的一种特殊的有丝分裂。掌握减数分裂期间染色体的形态、结构和数目对于临床医学中的产前诊断具有重大意义。染色体形态的易位，倒位；结构的增添，缺失；染色体条数的异常往往会引起性染色体疾病。此外，染色体的形态，结构，条数异常还可能诱导癌症的发生。通常来说，性染色体疾病的临床表现为性发育不全，智力低下，多发畸形等。常见的性染色体疾病有：三体综合征（如：21三体综合征），部分三体综合征（如：9p部分三体综合征），部分单体综合征（如：5p综合征，俗称猫叫综合征），特纳氏综合征（核型：45，X），克氏综合症（核型：47，XXY）等。目前，可以通过对染色体组型的检查，收集检查的白细胞，用秋水仙素处理，使之处于中期阶段，染色制片后，检查染色体有无畸变，数目如何，从而实行产前诊断，来减少染色体病患儿的出生。尽管如此，目前尚无有效治疗手段，不过，通过对减数分裂各时期细胞染色体形态的进一步研究，从宏观表现推测微观机制，对探究染色体发病机制意义重大。已有研究表明，染色体片段的增添和易位可以引起癌症的发生。某些片段的扩增会造成基因的多拷贝，使得基因的表达量增高，造成原癌细胞的癌变；部分染色体的片段转移到强启动子后面，原先低表达的基因高表达之后也容易引起细胞的癌变。我们可以通过彩色显带技术更好地观察染色体片段的增添和易位，因此，观察分裂期间（减数分裂或有丝分裂）各时期细胞染色体形态（尤其是中期）对癌症的发病机制有很大的帮助。虽然本次试验观察到了蝗虫精巢细胞减数分裂过程中大部分染色体的形态，但是还有个5678910111213141516别时期没有找到，可以说明，实验的选材对实验结果有很大的影响，头部很大的精巢管往往能够包含减数分裂各时期的细胞状态。此外，视野中的细胞形态也并非完全理想，个别细胞核内的染色体七零八落，没有正常的聚集在核内，这说明，制片过程中敲打过程用力过大，导致细胞被敲碎。敲打时还要注意尽量将细胞敲打均匀，保证细胞被分散开。还有的视野中可以看见若干细胞相互层叠，这是由于最后用大拇指按压的时候力度不足。不同生物减数分裂的特性，时间，周期不同，在做进一步研究时应注意取样的性别与时期。在今后的研究中，我们也可以对比不同生物减数分裂的异同点，从而能对减数分裂的机制有更深层的发现。5.参考资料（1）张文霞戴灼华,2007,遗传学实验指导（2）杨大翔,2010,遗传学实验（3）吴相钰陈守良葛明德，2014，陈阅增普通生物学