开展实验教学，提升学生实验操作技能与实践能力，有利于促进学生生物学学科核心素养的落实。在“观察根尖分生区组织细胞的有丝分裂”实验中，学生通过观察并识别处于细胞周期不同阶段的细胞，进而掌握有丝分裂的过程。学生学习有丝分裂，是其后续学习减数分裂的基础；掌握根尖细胞有丝分裂装片的制作和观察方法，是其后续完成“观察细胞减数分裂”和“低温诱导植物细胞染色体数目变化”实验的基础。
该实验是高中生物学教学中的难点实验之一。很多学校依照教材方法完成实验，但成功率很低。其主要存在以下两方面问题：一是处于分裂期的细胞太少；二是实验用时长，难以在一节课内完成临时装片的制作与观察等操作。因此，笔者决定对实验方法进行改进，以期达到缩短实验时间、改善实验现象和提高实验成功率的目的。
1 实验方法的改进
1.1 根尖的培养与固定
大蒜作为实验材料，与教材选用的洋葱比较，具有体积小、易培养、生根速度快等优点，每瓣大蒜的生根数量比一棵洋葱还多
［1］。笔者将大蒜选为该实验的材料。
按正常教学进度，该实验应在冬天完成。此时气温低，实验材料存在生根慢、根系细弱，细胞分裂指数低等不足。笔者将蒜瓣置于人工气候箱中，25 ℃恒温培养24 h即可看到明显的蒜瓣生根现象，同时根系生长速度快且粗壮。教材建议：待根长约5 cm时取材。但有研究表明，大蒜根长≤1 cm时，生长旺盛，处于分裂期的细胞多
［2］。大蒜根尖在11时、14时和18时有较多细胞处于分裂期，同时根尖越粗壮，分裂相越多
［3］。然而，学生上实验课的时间常常不能与大蒜根尖分裂旺盛时段吻合，故笔者决定将该实验改为在11时、14时选取根长1 cm左右、生长健壮的根尖，先置于卡诺氏液中固定，再置于70%乙醇中保存。经上述方法培养、处理后的根尖，即使不经过低温或同步化处理，也能观察到较多处于分裂期的细胞，简化了根尖培养流程。
1.2 装片的制作
（1） 解离条件。
教材建议：剪取根尖2～3 mm的分生区并将其放入盛有盐酸与乙醇混合液（质量分数为15%的盐酸与体积分数为95%的乙醇按1∶1配比）的玻璃皿中解离3～5 min。因取材过小，十分不便于用镊子取出解离后酥软的根尖，同时根尖在漂洗时极易丢失，故笔者改为直接将整个1 cm长的蒜根解离、漂洗后，再切取分生区用于观察。
教材中的解离液具有“解离”和“固定”的双重作用。其中：盐酸的作用是破坏细胞间的果胶层，使细胞相互分离；乙醇的作用是迅速杀死细胞，固定分裂相。因此，经卡诺氏液固定后的根尖，可以直接使用质量分数为15%的盐酸解离；而固定后的根尖可以在较短的时间内完成解离，使细胞更易分散开。在室温下，用质量分数为15%的盐酸解离2 min，即可观察到大蒜根尖分生区发白，伸长区呈半透明状态，此时结束解离。
（2） 漂洗方法。
教材建议：将解离后的根尖置于盛有清水的玻璃皿中漂洗10 min。该步骤用时太长，严重挤占了后面的显微观察时间。
笔者改用六孔板完成解离和漂洗。其中，1号孔放置解离液，2～6号孔放置清水。用镊子将解离好的蒜根从1号孔中取出后，依次置于2～6号孔中，并用滴管以吹吸方式进行漂洗。一共漂洗5次，用时约1 min，即可达到理想的漂洗效果。
（3） 染液种类与染色方法。
教材选用甲紫溶液或醋酸洋红液作为染液，在玻璃皿中染色，其中醋酸洋红液的价格较高。经多次实验后发现：这两种染液的特异性均不高，很容易使细胞内除染色体外的其他物质着色，即使增加分色步骤，染色体与细胞内其他结构的区分也不够明显（
图1-a、
图1-b）。学生因不能清楚地观察到染色后的染色体，观察到的分裂相减少，这也是造成实验成功率低的一个重要原因。
笔者改用改良苯酚品红染液在载玻片上进行染色。染色时，先在载玻片上切取根尖前端约2 mm乳白色区域作为分生区，其余部分丢掉；接下来，用镊子将根尖轻轻捣碎后再滴加染液进行染色，使细胞与染液充分接触，会有更多细胞中的染色体着色，有利于观察到更多分裂相，同时缩短了染色时间。室温下，染色5 min后经显微观察发现，细胞中染色体着色，细胞质近无色，染色体的形态和分布特点清晰可见（
图1-c）。使用改良苯酚品红染液进行染色，无须分色步骤，染色体与细胞内其他结构的区分明显，操作步骤简单，技术难度低，染色效果好。
（4） 制片技术。
教材建议：将染色后的根尖取出，放在载玻片上，加一滴清水，用镊子把根尖弄碎，盖上盖玻片，用拇指轻轻按压盖玻片进行制片。笔者改为染色后直接盖上盖玻片进行制片，因为多余染液并不会影响视野背景的清晰度。
在用拇指轻轻按压盖玻片进行制片时难以掌握力度，易出现力度过轻而细胞未充分分散开，或按压过程中造成盖玻片侧滑而细胞重叠的问题。笔者改为在盖玻片上加盖一张吸水纸，先用食指和拇指按压并固定盖玻片，后用橡皮轻轻敲击盖玻片，重复几次，使根尖分散成云雾状；取下吸走多余染液的吸水纸，此时在盖玻片下几乎看不到根尖组织的存在，即根尖组织分散成薄薄一层，即可将装片置于显微镜下进行观察。
2 改进后的实验步骤
2.1 大蒜根尖的培养与固定
（1） 大蒜根尖的培养。
课前2～3 d，取一头大蒜，剥皮分瓣，用牙签串起多个蒜瓣，放在烧杯上；向烧杯内倒入清水，直至蒜瓣的底部接触到烧杯内的水面时为止（
图2）；将装置放在人工气候箱中，25 ℃恒温培养，每隔24 h换一次水。
（2） 大蒜根尖的固定。
待蒜根长至约1 cm时，在11时或14时剪取整根生长健壮的蒜根；用吸水纸吸干蒜根的水分，将其置于卡诺氏液（无水乙醇∶冰醋酸=3∶1）中固定4 h；取出固定好的蒜根，用无水乙醇清洗至不含冰醋酸后，将其转入体积分数为70%的乙醇中保存。
2.2 装片的制作
（1） 解离。向六孔板的1号孔中加入适量的质量分数为15%的盐酸，然后向其中放入固定好的蒜根，室温下解离2 min。
（2） 漂洗。向六孔板的2～6号孔中加入适量清水，用镊子取出解离好的蒜根，依次置于2～6号孔中，再用滴管以吹吸方式进行漂洗。
（3） 染色。将漂洗后的蒜根放在载玻片中央，用刀片切取根尖前端约2 mm的乳白色区域作为分生区，其余部分丢掉；用镊子将根尖轻轻捣碎后，滴加一滴改良苯酚品红染液，置于室温下染色5 min。
（4） 制片。染色后，直接盖上盖玻片，再加盖一张吸水纸；用食指和拇指轻微按压并固定好盖玻片后，用橡皮轻轻敲击盖玻片，重复几次，直至根尖组织分散成云雾状；取下吸水纸，将装片置于显微镜下进行观察。
2.3 显微观察
先将制成的装片置于低倍镜下，即可找到细胞分散均匀、染色体着色良好的根尖分生区细胞（呈正方形，排列紧密）；再将装片置于高倍镜下，即可分辨有丝分裂各时期细胞（
图3）；观察各时期细胞内染色体的形态和分布特点，统计各时期细胞数量，绘制各时期细胞图像。
3 结语
对教材中“观察根尖分生区组织细胞的有丝分裂”实验进行有效改进，即：选用大蒜作为实验材料，通过改进根尖培养条件、增加固定根尖步骤，解决了实验观察到的分裂相少的问题；优化解离、漂洗方法，实验操作简便；改换染液种类，使染色体着色后清晰可见，视野中呈现出更多的分裂相；改进制片技术，细胞分散均匀，实验结果明显；制作装片时间从20 min缩短到8 min，解决了实验操作耗时长的问题，给学生留下了充足的显微观察时间。
该实验为验证性实验。学生完成实验后，可以掌握制作根尖分生区细胞有丝分裂临时装片技术，观察到有丝分裂各时期细胞染色体形态和分布特点，学会比较细胞周期中不同时期时间长短的方法。教师可以利用其实验原理和技术方法，将实验内容拓展为探究性实验。学生可以自主选择实验材料，探寻适合“观察根尖分生区组织细胞的有丝分裂”的实验材料。在探究学习过程中，学生将认识到实验材料的染色体数目、生根周期、生根数量、根尖细胞分裂指数等因素都会影响到实验效果，进而认同在科学探究中正确选用实验材料的重要性，体会科学家的睿智与勇于创新、探索求真的科学精神。
通过查阅资料，学生还会发现土壤pH、化学药剂、重金属离子等因素也会对细胞有丝分裂产生影响。学生可以在该实验基础上通过观察根尖细胞分裂指数、染色体畸变率等指标，尝试探究酸雨、除草剂、废电池浸出液等因素对植物生长的影响，不仅可以提高学生的科学探究素养，也有助于学生理解人类活动对生态环境的影响，增强学生的社会责任意识。在实验教学中，学生经历自主查阅资料、设计实验步骤、记录和处理实验数据、分析实验结果、得出实验结论、撰写实验报告和交流展示学习成果的整个过程，必然会促进自身生物学学科核心素养的发展，从而有效达成教学目标和学习目标。
利用朗威数字化（DISlab）信息系统实验室和自制实验装置时，使用了磁力搅拌器，其中搅拌转子只放置在外侧的稀碘液中，而未放置在简易的膜结构物内，主要原因是搅拌转子转动过程中可以实现溶液离子浓度均匀。若将其放置在装置内，则易划破膜结构，故该创新实验还有改进空间。笔者还尝试利用朗威数字化（DISlab）信息系统实验室和自制实验装置进行3种膜的透性大小比较，但考虑到无法保证膜厚度、物质跨膜面积、膜两侧溶液初始量等条件一致，所以未进行相关定量比较实验。
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