前言
根据 1977 年 10 月成都综合性大学生物学教材会议的决定,我们在编写 “遗传学”教材的同时,又编写了这本“遗传学实验”。目的是为了使学生 们更好地掌握遗传学基本理论和有关的研究技术,因而在内容上尽可能配合 遗传学的教学。
实验内容包括两个方面:一是验证遗传学的基本规律,例如果蝇的单因 子遗传和伴性遗传,链孢霉的分离和交换,细菌的转导,细菌和酵母菌的营 养缺陷型(生化突变)的筛选等。二是与遗传学有关的实验技术,这又可分 两类:一类是沿用已久,但目前仍有广泛用处的,如石蜡切片法、压片法、 植物的杂交、植物多倍体的诱发等;另一类内容较新,是近一、二十年内发 展起来的,但在研究工作上很有用处,如外周血的培养、二倍体细胞培养、 植物单倍体培养、鼠伤寒菌微粒体系统的诱变检测法、姊妹染色单体的色差 方法等。希望学生们做了这些实验后,既能巩固所学的遗传学知识,又能掌 握遗传学研究中的一些实验技术。
本实验指导包括各类实验 21 个,数目较多,而实验时间有限,不可能都 做,所以可以根据具体情况,酌情选择。此外还有附录三个,供教师准备实 验时参考。至于一些分子水平上的实验技术,限于时间而未收集,有待以后 补充。
在编写过程中,承王文华、顾惠娟、吕群、邱信芳、陈佩芬、赵寿元、
乔守怡、金建中等同志的大力支持,提供实验方法,编写部分实验,除在有 关实验后注明外,在此谨表谢意。
刘祖洞 江绍慧
1979.3
再版前言
《遗传学实验》自 1979 年出版以来,已经过五年了。在这五年中,各高 等院校已先后开设了遗传学实验课。由于遗传学科的迅速发展和技术的进 步,原书已不能满足教学需要。为此,我们重新编写了这本遗传学实验教材, 作为第二版供教学使用。
在这次改编中,不仅增加了一些新的实验,而且还在我们自己工作的基 础上,对原有的实验内容做了较大的修改和补充。各位老师和同学在使用本 教材的过程中,如发现有欠妥和不足之处,或应修改和补充的地方,欢迎大 家提出宝贵意见。
一九八五年一月
刘祖洞江绍慧 上海复旦大学生物工程系
遗传学实验
实验一减数分裂
一、实验原理 减数分裂是一种特殊方式的细胞分裂,仅在配子形成过程中发生。这一过 程的特点是:连续进行两次核分裂,而染色体只复制一次,结果形成四个核, 每个核只含单倍数的染色体,即染色体数减少一半,所以称作减数分裂。另 外一个特点是前期特别长,而且变化复杂,包括同源染色体的配对、交换与 分离等。
二、实验目的
1.了解动、植物的生殖细胞的形成过程。
2.掌握制片方法。
蚕豆(Viciafaba)花蕾
三、实验材料
短角斑腿蝗(Catantopsbrachycerus)精巢 四、实验器具和药品
1.用具:镊子,解剖针,载玻片,盖玻片,大培养皿,立式染缸,酒精灯, 量筒,吸水纸,显微镜。
2.药品:无水乙醇,冰醋酸,洋红(carmine),甘油,松香石蜡。
Carnoy 固定液:无水乙醇 3 份,冰醋酸 1 份。
醋酸洋红:45%醋酸 100 毫升,加洋红 1 克,煮沸(沸腾时间不超过 30 秒),冷却后过滤即成。也可以再加 1—2%铁明矾水溶液 5—10 滴,色更暗 红。
封蜡:用等量的松香(balsam)和 52℃石蜡加热混合而成,所以又称松香
石蜡。
五、实验说明 在植物花粉形成过程中,花药内的一些细胞分化成小孢子母细胞(2n), 每个小孢子母细胞进行二次连续的细胞分裂(第一次减数分裂和第二次减数 分裂)。每一小孢子母细胞产生四个子细胞,每个子细胞就是一个小孢子。 小孢子内的染色体数目是体细胞的一半(图 1-1)。 在动物的有性生殖过程中,也有一个由双倍体到单倍体的减数过程。动物 的精巢分化出精母细胞,精母细胞减数分裂,形成单倍染色体的精子(图
1-1)。
图 1-1 动植物雄性性细胞各时期的对照 在适当的时机采集植物的花蕾或动物的精巢,经固定、染色压片后,就可
以在显微镜下观察到细胞的减数分裂。整个减数分裂可分为下列各个时期。 下面图 1-2 至图 1-9 是以雄性雏蝗(Chorthippusbrunmeus)的减数分裂各个 时期的照片。
第一次减数分裂
前期Ⅰ细线期(见图 1-2):第一次分裂开始,染色质浓缩为几条细而长 的细线。每一染色体已复制为二个单体,但在显微镜下还看不出染色体的双 重性。
偶线期(见图 1—3):染色体形态与细线期没有多大变化,同源染色体开 始配对。
粗线期(见图 1-4):同源染色体配对完毕,这种配对的染色体叫双价体, 每个双价体含有四个染色单体,但仅有两个着丝粒。染色体继续短粗。 双线期(见图 1-5):配对的同源染色体开始分开。 由于染色单体间起过交换,同源染色体有交叉现象。染色体螺旋化程度加 深。
浓缩期:又叫终变期,交叉向染色体端部移动,交叉数减少,染色体变得 更短粗。浓缩期末核膜消失。 中期Ⅰ各个双价体排列在赤道上,纺锤体形成,两个同源 染色体上的着丝粒逐渐远离。双价体开始分离。染色体数仍为 2n,但每一 染色体含有两个染色单体(见图 1-6)。 后期Ⅰ两条同源染色体分开,分别移向两极。每一染色体有一着丝粒,带 着两个染色单体。每一极得到 n 条染色体。染色体数已减半(见图 1-7)。 末期Ⅰ染色体解旋,又呈丝状,核膜形成,胞质分裂,成为二个子细胞。 间期在第二次分裂开始以前,两个子细胞进入间期。但有的植物如延龄草
(Trillium)和大多数动物不经过末期和间期,直接进入第二次减数分裂的
晚前期。 第二次减数分裂
前期Ⅱ染色体缩短变粗,染色体开始清晰起来。每个染色体含有一个着丝
粒和纵向排列的两条染色单体。前期快结束,染色体更短粗,核膜消失。 中期Ⅱ染色体排列在赤道面上,每个染色体含一个着丝粒、两条染色单 体。两条染色单体开始分离。此时细胞的染色体数为 n,每一染色体有两条 染色单体(见图 1-8)。
后期Ⅱ两条染色单体分离,移向两极,每极含 n 条染色体(见图 1-9)。
末期Ⅱ染色体逐渐解螺旋,变为细丝状,核膜重建,核仁重新形成。胞质 分裂,各成为两个子细胞。 减数分裂结束,一个细胞经减数分裂形成四个子细胞,每个子细胞中只有
n 个染色体。因为细胞分裂两次,染色体只复制一次。
(一)蚕豆花的观察
六、实验步骤
1.采集刚现蕾的花序置于固定液内固定三小时后,换入 70%的乙醇中。若 需保存较久,可放在 70%乙醇一份、甘油一份的溶液中。
2.取已固定好的花序,按其花蕾大小,排列在小培养皿中。
3.剥开花蕾(先取中等大小的花蕾)取出花药,放在载玻片上。
4.加一滴醋酸洋红在花药上。
5.加上盖玻片,上面再放吸水纸,用拇指适当加压,把周围的染色液吸干。
6.用封蜡封片,作成临时标本。
7.显微镜下观察。
(二)蝗虫精巢的观察
1.随蝗虫物种的不同,采集时间有变化。上海地区一般在四月至十月都可 采到蝗虫。
2.采集方法可用手捉或用扫网捕捉。如短角斑腿蝗喜温暖,可在十月左 右,在晴天阳光下的草地上用扫网捕捉。
3.用镊子夹住雄虫尾部,向外拉。可见到一团黄色组织块,这就是蝗虫的 精巢。剔除精巢上的其它组织,将其放到 Carnoy 固定液中固定 1.5—2 小时, 再放入 70%酒精溶液中。
4.将醋酸洋红滴在染色板内,取固定好的精巢放入染液中染色十五分钟以 上。
5.用解剖针从精巢上挑取几条丝状物(精细管)放在载玻片上,加一滴染 液,压片。
6.用封蜡封片,作成临时标本。
7.显微镜下观察。
(三)制做永久片 上述压片所得到的片子,只能做临时观察,要长期保存时,可做永久片。 步骤如下:
1.用玻棒沾一点甘油蛋白(甘油 1 份+新鲜鸡蛋白 1 份)在载玻片上,用
手指涂匀。将载玻片在酒精灯上烘一下(1—3 秒)。
2.挑取一条已染色的精细管,加一滴染液在载玻片上,加盖玻片,压片。
3.压片后在酒精灯上烘一下,很快掠过,约 5—6 次。
4.用封蜡封片。
5.在显微镜下观察。
6.如有分裂相多、染色良好的片子也可制作永久标本,方法如下: 皿内置一短玻棒,倒入约 2/3 的固定液。将选好的片子剔除封蜡,翻过来
(有材料的面向下),一端搭在玻棒上,在固定液中浸泡。待盖玻片自然脱
落后,与载玻片一起轻轻移入以下各缸:
加 Eupral 一滴,封片。贴上标签。 七、实验结果
绘制观察到的染色体图,同时也可拍摄显微照片。
实验二果蝇唾腺染色体
一、实验原理 双翅类昆虫(摇蚊、果蝇等)幼虫期的唾腺细胞很大,其中的染色体称为 唾腺染色体(salivarychromosome)。这种染色体比普通染色体大得多,宽
约 5μm,长约 400μm,相当于普通染色体的 100—150 倍,因而又称为巨大 染色体。唾腺染色体经过多次复制而并不分开,大约有 1000—4000 根染色体 丝的拷贝,所以又称多线染色体(polytenechromosome)。多线染色体经染 色后,出现深浅不同、密疏各别的横纹,这些横纹的数目和位置往往是恒定 的,代表着果蝇等昆虫的种的特征。如染色体有缺失、重复、倒位、易位等, 很容易在唾腺染色体上识别出来。
二、实验目的
1.练习取出果蝇等幼虫唾腺的技术和制作唾腺染色体标本的方法。
2.观察多线染色体的特征:a.巨大;b.体细胞配对,所以染色体只有半数
(n);c.各染色体的异染色质多的着丝粒部分互相靠拢形成染色中心
(chromocenter);d.横纹有深浅、疏密的不同,各自对应排列,这意味着 基因的排列。
3.把观察到的好图像画下来。
三、实验材料 黑腹果蝇的三龄幼虫。这种材料既易饲养,又易取得唾腺,但为了得到更 好的染色体标本,需要在 20—25℃和营养良好的条件下饲养幼虫。选择行动 迟缓、肥大,爬上管壁的三龄幼虫(就要化蛹了)做标本最佳。
四、实验器具和药品
1.用具:双筒解剖镜,显微镜,镊子,解剖针,载玻片,盖玻片,滤纸, 绘图纸,煤气灯。
2.药品:1%的醋酸洋红:称 1 克洋红,溶解于浓度为 45%的 100 毫升醋
酸溶液中煮沸,冷却后过滤使用。
Ephrussi-Beaclle 生理盐水:称取 NaCl7.■克、KCl0.35 克、CaCl 0.21
克溶解于 1000 毫升蒸馏水中(注意:要等先加入的药品充分溶解后再加下一 种药品。尤其是 CaCl ,如在其他药品没有充分溶解时加入,要产生沉淀!)。
松香石蜡(balsamparaffin):用等量的松香和 52℃石蜡,放在蒸发皿内 用小火煮(大火要烧起来!),待两者充分混和成浓的米黄色,取下来冷却 凝固。使用时,用烧热铁丝的前端沾有少量的溶解物,封在载玻片周围。 五、实验步骤
1.把载玻片置于双筒镜下。载玻片上滴加生理盐水一滴,取三龄幼虫放在 其中,操作者两手各握一枚解剖针,左手的解剖针压住幼虫后端 1/3 处,固 定幼虫。右手的解剖针按住幼虫头部,用力向右拉,把头部从身体拉开,唾 腺随之而出,唾腺是一对透明的棒状腺体(图 2-1)。
2.在载玻片上除去幼虫其他组织部分,还要把唾腺周围的白色脂肪剥离干 净,再把唾腺移到干净的、预先准备的滴有醋酸洋红的载玻片上。
3.固定染色 10 分钟后,盖上干净的盖玻片,用滤纸先轻轻压一下,吸去 多余的染液。然后放在平的桌子上,用大拇指用力压住,并横向揉几次(注 意:不要使盖玻片移动,用力和揉动是一个方向,不能来回揉!),用力和 揉动方向可因人而异,多做几次,可得较好的片子。
4.用松香石蜡封片,制成临时标本。
5.制成的片子在显微镜下观察。如得到的片子完整良好,而且没有气泡, 可在冰箱中保持数日。也可以制成永久片,步骤如下:先剔除封蜡,放入固 定液(冰醋酸∶酒精=1∶3)中,待盖玻片脱落后,再把有材料的载玻片和盖 玻片通过下列顺序:95%酒精 1 分钟,纯酒精 1 分钟,再经纯酒精 1 分钟, 取出载玻片,加一小滴优巴拉尔(euparal),再取出盖玻片盖上,即可。也 可以在纯酒精脱水后,再经过几次不同比例的酒精和二甲苯混合液(3∶1;2∶
1;1∶1 等),最后到纯二甲苯,取出后用加拿大树胶封片。但这种方法步 骤较多,材料容易丢失。
六、观察标本
1.先用低倍物镜观察片子,找到好的染色体图像后,放到视野中心,再用 高倍镜观察。
2.黑腹果蝇的唾腺染色体是 2n=2×4=8(图 2-2),但因体细胞配对,又 因短小的第 4 染色体和 X 染色体的着丝粒在端部,所以染色体的一端在染色 中心上,看上去,各自只形成一条线状和点状染色体。只有第 2 和第 3 染色 体的着丝粒在中央,它们从染色中心以 V 字形向外伸出(2L,2R,3L,3R), 因此共有 6 条(图 2-3)。
在显微镜下,短小的第 4 染色体有时不易观察到,所以最容易识别的是第
5 条(图 2-4)。
雄果蝇的 Y 染色体几乎包含在染色中心里,因为是异染色质,看起来染色 可能淡些。有经验的人可以发现雄果蝇的 X 染色体比雌果蝇 X 染色体要细些, 因为雄性只有一条 X 染色体。
3.唾腺染色体上的横纹宽窄、浓淡是一定的,但在果蝇的特定发育时期,
它们会出现不连续的膨胀,这称为疏松区(puff),目前人们认为这是这部 分基因被激活的标志。
实验三果蝇的单因子实验
一、实验原理 一对基因在杂合状态中保持相对的独立性,而在配子形成时,又按原样分 离到不同的配子中去。理论上配子分离比是 1∶1,子二代基因型分离比是 1∶
2∶1,若显性完全,子二代表型分离比是 3∶1。这就是分离定律。 二、实验目的
1.理解分离定律的原理
2.掌握果蝇的杂交技术
3.记录交配结果和掌握统计处理方法 三、实验材料
黑腹果蝇(Drosophilamelanogaster)品系
1.长翅果蝇+/+
2.残翅果蝇 vg/vg
四、实验器具和药品
1.用具:麻醉瓶,白瓷板,海绵,放大镜,毛笔,镊子,培养瓶。
2.药品:乙醚,玉米粉,琼脂,蔗糖,酵母粉,丙酸。 五、实验说明
1.性状特征:野生型果蝇的双翅是长翅,(+/+)翅长过尾部。残翅果蝇
(vg/vg)的双翅几乎没有,只有少量残痕,无飞翔能力。vg 的座位是第二 染色体 67.0。长翅对残翅显性完全。
2.交配方式:用长翅果蝇与残翅果蝇交配,得到子一代都是长翅,子一代
雌雄个体间相互交配,子二代产生性状分离,出现两种表型,呈 3∶1 之比。 现以长翅雌蝇与残翅雄蝇交配为例,如图 3-1 所示。
在这个实验中,子一代基因型为+/vg,可以产生两种配子,+和 vg,各占
1/2。雌雄都是这样。用棋盘法表示这个杂交实验,见图 3-2。
因为长翅对残翅显性,+/+、+/vg 基因型都表现出长翅性状。只有 vg/vg 才呈残翅。所以 F 代群体中,长翅与残翅比为 3∶1。其中长翅中有 2/3 是杂 合体+/vg,1/3 是纯合体+/+,但在表型上无差别。F 代群体越大,越接近理
2
论比。实得比数符合理论比数的程度如何,需要进行 x 测验。
六、实验步骤
1.选野生型和残翅果蝇为亲本,做正交和反交组合。雌蝇一定要选处女 蝇。处女蝇在实验前 2—3 天陆续收集,数目多少根据需要而定。
2.把长翅果蝇和残翅果蝇进行杂交,正交与反交各一瓶。即:长翅(♀)
×残翅(♂);长翅(♂)×残翅(♀)。(1)把长翅处女蝇倒出麻醉,挑
出 5—6 只移到杂交瓶中。(2)其次把残翅倒出麻醉,在放大镜下,白瓷板 上仔细挑出 5—6 只雄蝇,移到上述杂交瓶中。
(3)贴好标签:
杂交瓶放到 23℃温箱中培养。 反交与正交方法一样。
3.7—8 天后,倒去亲本果蝇。
4.再过 4—5 天,F 成蝇出现,观察 F 翅膀,连续检查 2—3 天。
1 1
5.麻醉 F 成蝇,移出 5—6 对果蝇,放到另一培养瓶
内。这里雌蝇无须处女蝇,在 23℃温箱中培养(反交同样做一瓶)。
6.7—8 天后,移去 F 亲本。
7.再过 4—5 天,F 成蝇出现,开始观察。连续统计 7—8 天。被统计过的 果蝇放到死蝇盛留器中。
填写下列表格
七、实验结果
2
x 测验
自由度=n-1=
2
查 x 表
实验四果蝇的伴性遗传
一、实验原理 位于性染色体上的基因,其传递方式与位于常染色体上的基因不同,它的 传递方式与雌雄性别有关,因此称为伴性遗传(sex-linkedinheritance)。 果蝇的性染色体有 X 和 Y 两种,雌蝇为 XX,是同配性别;雄蝇为 XY,是 异配性别。
二、实验目的
1.记录交配结果和掌握统计处理方法
2.正确认识伴性遗传的正、反交的差别 三、实验材料
黑腹果蝇(Drosophilamelanogaster)品系 野生型(红眼),wildtype(+) 突变型(白眼),whiteeye(w),此基因在 X 染色体上
四、实验器具和药品 双筒解剖镜,大指管,麻醉瓶,磁板,海绵板,解剖针,毛笔,镊子。 红糖,麸皮,琼脂,干酵母等。
五、实验说明
1.交配方式:
若 A 为正交,F 代♀、♂都为野生型[+],F 相互交配得 F 代,则♀都是
1 1 2
野生型[+],♂性则野生型[+]和白眼[w]涓髡家话耄?壤?*1∶1。
B 是 A 的反交,F 代与 A 不同,♀为野生型[+],而♂湮0 籽郏踳],此
现象又称为绞花式遗传(lriss-crossinheritance)。F 相互交配得 F 代,
1 2
♀的红眼与白眼比例为 1∶1,♂的红眼与白眼比例也是 1∶1。 注意:
1.常染色体性状遗传的正、反交所得子代♀、♂性状相同,而伴性遗传则 有不同。
2.在进行伴性遗传实验时,也有例外个体产生,这是由于两条 X 不分离造
成的(B 杂交组合),F
中出现了不应该出现的♀性白眼,但这种情况极为
罕见,约几千个体中有一个。
3.不分离现象见图 4-1。
六、实验步骤
1.收集处女蝇:由于雌蝇生殖器官中有贮精囊,一次交配可保留大量精 子,供多次排卵受精用,因此做杂交实验前必须收集未交配过的处女蝇。由 于孵化出的幼蝇在 12 小时内(更可靠是 8 小时)不交尾,因此必须在这段时 间内把♀、♂蝇分开培养,所得的♀蝇即为处女蝇。
2.准备好培养基,按正、反交组合,把已麻醉的红眼♀、白眼♂和红眼♂、 白眼♀分别放入不同瓶内进行杂交,贴上标签。标签形式如下:
6—7 天后,见到有 F 幼虫出现,即除去亲本果蝇(一定要除干净!)
4.再过 3—4 天,观察 F
别的关系如何?)
成蝇的性状。(正、反交有什么不同?眼色和性
5.所出现的 F ♀、♂果蝇麻醉后,挑 3—5 对果蝇换入新的培养基继续饲
养(此处无需处女蝇,为什么?)。两组合后代不能混合,应分别培养。
6.6—7 天后又需除干净 F 代亲本果蝇。
7.再过 3—4 天,F 代成蝇出现,麻醉后倒在白瓷板上观察眼色和性别,进
行统计。
8.每隔 1—2 天统计一次,累积 6—7 天数据。 七、实验结果统计
A 组合:(正交)♀++×wY♂
B 组合:(反交)♀ww×+Y♂
A 组合:
2
B 组合:
2
2
x 测定:
2 2
根据 x 测定,查 x
表,若 P>5%,说明观察值与理论值之间的偏差是没
有意义的,也就是说,可以认为观察值是符合假设的。具体对这个实验来说, 所得到的实验结果应该是符合伴性遗传的假设,也就是说眼色的这对性状是 由于位于性染色体上 X 上的一对等位基因控制的。
实验五果蝇的二对因子的自由组合
一、实验原理 位于非同源染色体上的两对基因,它们所决定的两对相对性状在杂种第二 代是自由组合的。因为根据孟德尔第二定律,一对基因的分离与另一对(或 另几对)基因的分离是独立的,所以一对基因所决定的性状在杂种第二代是
3∶1 之比,而两对不相互连锁的基因所决定的性状,在杂种第二代就呈 9∶
3∶3∶1 之比。
1.了解两对基因的杂交方法
二、实验目的
2.记录交配结果和掌握统计处理方法
3.正确认识二对基因自由组合的原理 三、实验材料
黑腹果蝇(Drosophilamelanogaster)的突变品系 黑檀体突变型,ebony(e)位于第三染色体 残翅突变型,vestigial(vg)位于第二染色体
四、实验器具和药品 双筒解剖镜,大指管,麻醉瓶,磁板,海绵板,解剖针,毛笔,镊子。 红糖,麸皮,琼脂,干酵母等。
五、实验说明
1.性状特征:黑檀体果蝇(e)的体色乌黑,与黑体(b)相似,但是它们 是不同染色体上基因所决定。与(e)相对应的野生型性状是灰体。(e)的 座位是第 3 染色体 70.7。残翅果蝇(vg)的双翅几乎没有,只有少量残痕, 与(vg)相对应的野生型是长翅。(vg)的座位是第二染色体 67.0。
2.交配方式:由于(e)和(vg)是在不同对的染色体上,两对因子杂种
在形成生殖细胞时会产生四种不同类型配子,比例为 1∶1∶1∶1,如子一代 个体相互交配,则通过♀♂配子相互结合,在子二代可得到 16 种组合,其中
9 种灰长,3 种黑长,3 种灰残,1 种黑残。如下图所示:
整理后:
1++++,2+e++,2+++vg,4+e+vg,共 9 种[+][+]
1++vgvg,2+evgvg,共 3 种[+][vg]
1ee++,2ee+vg,共 3 种[e][+]
1eevgvg,共 1[e][vg] 所以表型比例是 9∶3∶3∶1。
若用反交:即♀vgvg++×++ee♂其结果应该与前面 正交相同(读者可以练习一下),但因残翅果蝇不能飞,只能爬行,所以 作雌体亲本比较好,若作雄亲本,得到的子代将减少很多,因而在本例中反 交比正交好。
六、实验步骤
1.收集雌果蝇品系的处女蝇。
2.准备好培养基,把已麻醉的残翅♀、♂果蝇和黑檀体♀、♂果蝇,按正、 反交方式,分别放入不同培养瓶内,进行杂交,贴好标签,标签形式如下:
3.6—7 天后,见到有 F 幼虫出现,可除去亲本(除干净!)。
4.再过 3-4 天,检查 F 成蝇的性状,应该是灰体、长翅(正、反交相同)。 若性状不符,表明实验有差错,不能再进行下去。发生差错的原因可能是亲
本雌果蝇不是处女蝇;F
幼虫出现后亲本未倒干净;杂交时雄蝇选择有误;
以及亲本原种不纯等等。
5.按原来的正、反交各选 5—6 对 F 成蝇(♀、♂),换新
的培养瓶,继续饲养(此时不需要处女蝇)。
6.6—7 天后,除去 F 代亲本。
7.再过 3—4 天,F 代成蝇出现,麻醉后(可以深度麻醉)倒在白瓷板上, 进行统计,每隔两天统计一次,连续统计 6—7 天(当
F 出现就失去意义了)。
七、实验结果 F2(正、反交合瓶统计)果蝇数目:
用 X2 方法测验观察数与理论数符合程度(好适度)。 X2 测验:
2
[3]
(O ? C) 2
C
? ? 自由度=4-1=3
若 P>0.05,说明实验符合二对因子自由组合的假说。
若 P<0.05,说明这个实验数据不能用二对因子的自由组合来解释,也就 是否定了原来的假设,即不能认为是自由组合。
实验六基因的连锁与交换
一、实验原理 同一条染色体上的遗传因子(基因)是连锁的,而同源染色体基因之间可 以发生一定频度的交换,因此在子代中将发现一定频度的重组型,但一般比 亲组型少得多。遗传学上以重组百分比作为这两基因之间的距离(除掉%)。 重组高说明二基因相距远,重组低说明二基因相距近。但需要指出的是雄性 果蝇没有交换,因此只能用雌果蝇的重组值作为某二基因的距离。
二、实验目的
1.理解连锁和交换的原理
2.学习实验结果的数据处理和重组值求法 三、实验材料
黑腹果蝇(Drosophilamelanogaster)的品系 野生型(灰体、长翅),wildtype[++] 双突变型(黑体、残翅),doublemutant[bvg]
四、实验器具和药品
实验工具和药品见实验四(果蝇的伴性遗传)。 培养基以及配方见附录一(果蝇的饲养)。
五、实验说明
1.性状特征:双突变型果蝇黑体残翅(bvg),无论雌、雄它们的体色比 正常野生型黑得多,翅膀几乎没有,只有少量的残痕,因而不能飞,只能爬 行。基因都在第二染色体上,(b)的座位是 48.5,(vg)的座位是 67.0。 正常的野生型的相对性状是灰体长翅。
2.交配方式:
a.若用纯合野生型++/++为♀,纯合双突变型 bvg/bvg 为♂进行杂交,F
的双杂合体是++/bvg(相引相),表型是野生型。取 F 的♀性个体与双突变 型♂回交,得到许多 F 子代,其中很多个体都是与原来的亲本相同(即灰体 长翅和黑体残翅)称为亲组合(parentalcombination),同时也出现了少量 的与亲本不同的个体(即黑体长翅和灰体残翅)称为重组合(recombina- tion)。这些重组类型就是 b-vg 间发生交换的结果,如下图所示:
F 的♀蝇中有些细胞如果出现基因重组,可产生四种配子:
所以某些 F ♀蝇可形成四种配子,但 F ♂蝇连锁完全,只产生一种配子,
1 1
从而 F 为:
F2 表型 灰、长 灰、残 黑、长 黑、残 数 目 536 112 120 515
这样便可以计算重组值,只要统计重组型的数目,除以总数(亲组型数+ 重组型数),就可得到重组百分比,或称重组值,遗传学上用除去%的重组 值为两基因的距离。根据上面所得到的实际数字计算如下: 亲组型:536+515=1051
重组型:112+120=232
重组值 为 112 ? 120
1051 ? 232
×100% ? 18.08%
这说明(b)和(vg)之间的距离为 18.08。但这个数值还有标准差,根据
公 式 p(1 ? p) / n×100% (P 为重组值,n 为总数)。所以得出的标准差是
0.1808(1 ? 0.1808) / 1283×100% ? 1.07% 。 因此这个重组值可写成 18.08±1.07%。
b.若用黑体长翅 b+/b+为♀,灰体残翅+vg/+vg 为进行杂交,F 也是
杂合体的野生型 b+/+vg,但这是相斥相。取 F ♀再与双突变型 bvg/bvg 回交, 同样得到大量的亲组型和少量的重组型,同样可以用图表示,因与(a)基本 相同,不再重复,与(a)不同之处是亲组型和重组型刚好相反:
黑长 黑残 灰长 灰残
合计
数 目
1415 294 328 1432
3469
其中黑长和灰残为亲组型,黑残和灰长为重组合,经计算,这种交配方式
得到的重组值为:
328 ? 294
3469
标准差为
×100% ? 17.9%
0.179(1 ? 0.179) / 3469 ? 0.65%
所以这个实验的重组值是 17.9±0.65%。
a 和 b 两种不同的交配,得到的重组值基本一致,这说明基因之间的交换 重组,只与基因的位置有关而与交配的类型无关,所以重组值大小可作为基 因间的距离,两次重组值的差异可看作取样误差。
六、实验步骤
1.收集雌性亲本的处女蝇。在本实验中亲代和 F 的雌蝇都应该用处女蝇。
2.准备好培养基,把已麻醉的♀和■果蝇,按其交配方式分别放入不同培 养瓶内,进行杂交,贴上标签(标签方式与伴性遗传实验相似)。
3.6—7 天后,见到 F 幼虫出现,可倒出亲本(倒干净!)。
4.再过 3—4 天,检查 F
成蝇性状。应该都是野生型(灰身、长翅),若
性状不符,表明实验有差错,不能再进行下去(错误的可能原因见伴性遗传 实验)。
5.选 5—6 只 F 处女雌蝇,再与双突变型雄蝇进行测交。贴上标签。
6.6—7 天后倒出 F ♀蝇和双突变型■蝇(倒干净!)。
7.再过 3—4 天,F 成蝇出现,麻醉后倒在白瓷板上,按其表型进行统计, 可每隔两天统计一次,连续 6—7 天。统计方式如下:
子代表型 统计日期
灰长
灰残
黑长
黑残
合计
七、实验结果的检验
实验中所得到的数据,是否符合于理论值,要进行统计处理。分离比和重
2
组值的检验,通常用 X 法(见伴性遗传实验),根据本实验数据计算结果如
下:
α交配方式:F ♀×双突变型■
即++/bvg × bvg/bvg
↓
理论比
实验值( O )
理论值( C )
( O-C )
2
( O-C )
2
( O-C ) /C
灰长
灰残 黑长 黑残
合计
根据遗传学连锁图记录,(b)和(vg)之间的重组值为 18.5%,以此值
为理论值。因此重组型的理论比各为 18.5%÷2=0.0925。亲组型的理论值是
(1-18.5%)÷2=40.75,有了理论值,可与实验值进行比较。
实验七果蝇的三点试验
一、实验原理 基因图距是通过重组值的测定而得到的。如果基因座位相距很近,重组率 与交换率的值相等,可以根据重组率的大小作为有关基因间的相对距离,把 基因顺序地排列在染色体上,绘制出基因图。可是如果基因间相距较远,二
个基因间往往发生二次以上的交换,这时如简单地把重组率看作交换率,那 么交换率就要低估了,图距自然也随之缩小了。这时需要利用实验数据进行 校正,以便正确估计图距。根据这个道理,可以确定一系列基因在染色体上 的相对位置。例如 a、b、c 三个基因是连锁的,要测定三个基因的相对位置 可以用野生型果蝇(+++,表示三个野生型基因)与三隐性果蝇(a,b,c 三 个突变隐性基因)杂交,制成三因子杂种 abc/+++,再把雌性杂种与三隐性 个体测交,由于基因间的交换,从而在下代中得到 8 种不同表型的果蝇,这 样经过数据处理,一次试验就可以测出三个连锁基因的距离和顺序,这种方 法,叫做三点测交或三点试验。
二、实验目的
1.了解绘制遗传学图的原理和方法
2.学习实验结果的数据处理
黑腹果蝇品系:
三、实验材料
野生型果蝇(+++)长翅、直刚毛、红眼。
3
三隐性果蝇(msn w)小翅、焦刚毛、白眼。
四、实验器具和药品
1.用具:解剖镜,麻醉瓶,海绵,毛笔,镊子,吸水纸,培养瓶。
2.药品:乙醚。
五、实验说明
3
1.性状特征:三隐性果蝇(msn w)个体的翅膀比野生型的翅短些,翅仅长
3
至腹端,称小翅(m),刚毛是卷曲的,称焦刚毛(sn )或卷刚毛,眼睛是
白色(w)。这三个基因都在 X 染色体
2.交配方式:把三隐性雌蝇与野生型雄蝇杂交,所得子一代的雌蝇是三
,。(横线——表示一条 X 染色体,箭头 横线→表示一条 Y 染色体)。子一代雌、雄果蝇相互交配,得测交后代,如
图 7-l 所示。
子一代的雌蝇表型是野生型,雄蝇是三隐性。得到的测交后代其中多数个 体与原来亲本相同。同时也会出现少量与亲本不同的个体,称重组型。重组 型是基因间发生交换的结果(图 7-2)。
子一代雌蝇是三因子杂合体,可形成八种配子,而子一代雄蝇是三隐性个 体,所以子一代雌雄蝇相互交配时,子二代可得到八种表型。根据八种表型 的相对频率,可以计算重组值,并确定基因排列顺序。
3.图距和重组值的关系:图距表示基因间的相对距离,通常是由二个邻近
的基因图距相加得来的。重组值表示了基因间的交换频率,所以图距往往并 不同于重组值。图距可以超过 50%,重组值只会逐渐接近而不会超过 50%, 只有基因相距较近时,图距才和重组值相等。
六、实验步骤
1.收集三隐性个体的处女蝇,培养在培养瓶中,每瓶 5—6 只。
2.杂交:挑出野生型雄蝇放到处女蝇瓶中去杂交,每瓶 5—6 只。
贴好标签,在 25℃中去培养。
3.7—8 天以后,出现蛹。倒去亲本。
4.再 4—5 天后,蛹孵化出子一代(F )成蝇,可以观察到 F 雌蝇全部是野
1 1
生型表型,雄蝇都是三隐性。
5.从 F 代中选 20—30 对果蝇,放到新的培养瓶中继续杂交。每瓶 5—6 对。
6.7—8 天后,蛹出现,倒去亲本。
7.再 4—5 天后,蛹孵化出子二代(F )成蝇,开始观察。
8.把 F 果蝇倒出麻醉,放在白瓷板上,用实体显微镜检查眼色、翅形、刚 毛。各类果蝇分别计数。检查过的果蝇倒掉。过 2 天后再检查第二批,连续 检查 8—10 天,即 3—4 次。在 25℃下,自第一批果蝇孵化出 10 天内是可靠
的,再迟时 F 代可能会出现了。要求至少统计 250 只果蝇。
七、实验结果 按下列顺序填表和计算(所列数字系举例说明)。
1.先写出所得到的 F 代八种表型,填上观察数,计算总数。
表 7-1 三点测交试验中观察的记录
测交后代表型
观察数
重 组 发 生 在
3
m-sn
m-w
3
w-sn
{
{
{
{
sn3 w m
+ + +
+ w +
3
sn + m
3
sn + +
+ w +m
+ + m
3
sn w +
总计
372
285
95
97
4
4
91
52
1000
-
-
-
-
+
+
+
+
151
-
-
-
-
-
-
+
+
335
-
-
-
-
+
+
-
-
200
重组值
15.%
33.5%
20.0%
2.填写“基因是否重组一栏”。因为测交亲本是三隐性,所以若基因间有
交换,便可在表型上显示出来。因而从测交后代的表型便可推知某二个基因 是否重组。
3.计算基因间的重组值:
3
m—sn 间的重组值 ?
151
1000
×100% ? 15.1%
m—w 间的重组值 ? 335 ×100% ? 33.5%
100
3
w—sn 间的重组值 ?
4.画遗传学图:
200
1000
×100% ? 20.0%
3 3
m—w 间重组值小于 m—sn 间和 sn -w 间重组值之和,这是什么原因?
5.计算双交换值:
3 3
m-w 间重组值小于 m-sn 与 w-sn 间重组值之和,这是因为两个相距较远的
基因发生了双交换的结果。而这种发生了双交换的果蝇在基因顺序尚未揭晓 时,也就是说,当遗传学图还没有画出时,是难以确定的。遗传学图画出以 后,可以分析出 m-w 间发生双交换能产生两种表型的果蝇:m+w(小翅、直刚
3
毛、白眼)和+sn +(长翅、卷刚毛、红眼)。这两种果蝇计有八只,在计算
m-w 间重组值时,这个值没有被计算进去。二个相距较远的基因的重组值被 低估了。低估的值是
8/1000×100%=0.8%
因为是双交换,所以再乘以 2,得 0.8%×2=1.6%。这就是校正值。画出 图距。
6.计算并发率和干涉: 如果两个基因间的单交换并不影响邻近两个基因的单交换,那么预期的双 交换频率应等于两个单交换频率的乘积。但实际上观察到的双交换频率往往 低于预期值。因为每发生一次单交换,它邻近也发生一次交换的机会就减少 一些,这叫做干涉。一般用并发率来表示干涉的大小。
观察到的双交换频率
并发率 ?
两个单交换频率的乘积
干涉=1-并发率 在上例中:
0.8%
并发率 ? ? 0.26
15.1% ×20.0%
干涉=1-0.26=0.74
实验八果蝇同工酶的遗传学分析
一、实验原理 同工酶是指那些催化功能相同,而分子构型不同的酶。酶蛋白分子的不 同,反映了为它们编码基因的 DNA 的碱基顺序不同。利用凝胶区带电泳可以 将不同的同工酶分离,并利用特异底物染色法使它们在凝胶上显示出迁移率 不同的活性区带。这样基因的产物就直接反映出来了。比较亲代与子代的酶 带,就可以对控制它们的基因进行遗传分析。如同其他的形态标记,同工酶 作为生化遗传标记已广泛应用于基因作图、发育遗传学、群体遗传学、分类 学等多个领域。同工酶电泳分析是一种重要而用途广泛的分子生物学方法。 二、实验目的
1.掌握聚丙烯酰胺凝胶电泳分离同工酶的技术
2.了解黑腹果蝇(Drosophilamelanogaster)酯酶同工酶 Est-6 的遗传方
式
3.学习重组值的估计方法
三、实验材料
黑腹果蝇的三个品系:野生型(wildtype)、残翅(vestigialwing)、 黑檀体(ebonybodycolor)
四、实验器具和药品
直流稳压电泳仪(VIW-Ⅱ型),垂直平板电泳槽,磨口梨形真空抽气瓶,
0.2 毫升玻璃匀浆器,50 微升微量注射器,离心机(3500 转/分),吸管, 培养大指管,毛笔,麻醉瓶,小镊子,瓷盘。
试剂配制:
1.凝胶组成液:
a、Tris-柠檬酸缓冲液:Tris15 克、柠檬酸 1.25 克用蒸馏水溶解,调
pH=8.9,定容至 1000 毫升。
b、丙烯酰胺 24 克,用 a 液溶解,定容至 100 毫升。
c、甲叉双丙烯酰胺 0.75 克,用 a 液溶解,定容至 100 毫升。 d、乙二胺四乙酸二钠 0.187 克,溶于 15 毫升 a 液中。 e、四甲基乙烯二胺原液。
f、过硫酸胺 0.4 克,溶于 10 毫升蒸馏水中。
g、丙烯酰胺 10 克、甲叉双丙烯酰胺 2.5 克,溶于蒸馏水中,定容至 100 毫升。
2.电极缓冲液:
Tris6.2 克、甘氨酸 2 克,溶于 100 毫升蒸馏水中,pH=8.7,用时稀释 50 倍。
3.样品匀浆液:
蔗糖 1.5 克,溴酚蓝 0.01 克,Triton×1000.05 克溶于 10 毫升蒸馏水中。 以上溶液全部放入冰箱,0—4℃保存。f 液用新鲜配制的或贮存期二周内 的。其他溶液均可贮用二个月。
4.染色缓冲液(0.1mol/L 磷酸缓冲液):
14.2 克磷酸氢二钠溶于水中,用 2mol/LHCl 调 pH 至
6.5,定容至 1000 毫升。
5.底物溶液:α-萘乙酸 1 克、β萘乙酸 0.25 克,溶于 25 毫升丙酮内
6.脱色固定液: 水∶甲醇∶冰醋酸=5∶5∶1
五、实验说明
1、黑腹果蝇的酯酶-6(Est-6)酶带有三型,一型是仅有一条迁移率较大 的酶带,这酶带在凝胶上泳动较快,称为 F 带,另一型仅有一条泳动较慢的 带,这酶带称为 S 带,第三型是有两条酶带,一条 F 带和一条 S 带。实质上
F
三种表型是由 Est-6
S
与 Est-6
一对等位基因的组合不同决定的(参见图 8-
F S
1)。前二型分别是纯合体 Est-6 /F 和 Est-6 /S,而第二型是杂合体 Est-
F
6 /S。
2.Est-6 酶带在蛹期不显示,成虫刚刚羽化时也不显示,所以作电泳分析 时,如为新羽化的成虫,应转入另一培养瓶中饲养二天以上,方能清晰地显
示 Est-6 酶带。
3.本实验采用聚丙烯酰胺凝胶薄层(1mm)垂直平板电泳,具有较高的分 辨率,可将带有不同电荷的酶蛋白分子分开,并且聚丙烯酰胺凝胶具分子筛 的作用,也可将分子构型,大小不一的酶蛋白分子分开。由于在同一块凝胶 上、同一条件作多个样品的分析,所以便于比较。
4.凡含丙烯酰胺,甲叉双丙烯酰胺的溶液均有神经性毒,慎勿沾于皮肤及 粘膜上。
六、实验步骤
1.将野生型、残翅、黑檀体三个品系的果蝇分别作单对交配,即将单只处 女蝇和单只雄蝇放入同一培养大指管中。放若干管。待一周后将产完卵的亲 本果蝇移出。
2.对移出的亲本果蝇作 Est-6 的电泳分析,步骤如下(参见图 8-2):
(1)吸取 a 液 4.9 毫升、b 液 3.75 毫升、c 液 3.35 毫升、d 液 0.325 毫 升、e 液 25 微升混匀,置梨形真空抽气瓶中抽气 3—4 分钟,加入 f 液 0.125 毫升摇匀,慢慢倒入大小为 16×15×0.1cm 的垂直板电泳槽的二块玻板间。
玻板二边和底部预先以 a 液配的 1%琼脂糖凝胶封住。倒入后要求一无气泡、 二不渗漏。随
即以吸管铺上 1-2 厘米高的水层,这样凝胶聚合后,面上可呈水平。
(2)在室温下经 20 分钟后,凝胶与水层间出现折光不同的界面时,说明 凝胶已聚合。倒去水层,用滤纸吸尽余水。该层为分离胶。
(3)吸取 a 液 2.95 毫升、g 液 1 毫升、e 液 5 微升、f 液 0.05 毫升,混 匀后倒入分离胶上部,然后插上样品梳。过 30 分钟后即聚合,该层为浓缩胶。 小心抽出样品梳,这样在浓缩胶面上就留下间隔开的加样槽。用滤纸条吸净 加样槽内残存的溶液。上下电泳槽分别注入电极缓冲液。
(4)凝胶聚合时间可进行样品处理。将记录好形态特征的待分析果蝇置 于编好号的 0.2 毫升玻璃匀浆器中,加入 15 微升样品匀浆液,在冰浴中匀浆。 匀浆完毕,置离心机中,以 3500 转/分离心三分钟。
(5)以微量注射器吸取上清液 10 微升,加入加样槽内,针头接近槽底, 慢慢注入,防止扩散。
(6)在 4℃冰箱内以 300 伏特电压开始电泳,方向从负极到正极。当溴酚 蓝进入分离胶后,可将电压提至 450 伏特,大约 2.5 小时后,溴酚蓝到达底 部标线处,即可结束电泳。
(7)撬开玻板,小心取下凝胶,投入染色液中,染色液以染色缓冲液 30
毫升,坚牢蓝 RR10 毫升,底物溶液 1 毫升组成。室温下 20 分钟后酯酶同工 酶带已清晰显示,其中紫红色醒目的即为 Est-6 酶带(参见图 8-1)。
(8)取出凝胶用水冲净后投入脱色固定液中漂洗过夜。脱去底色后,酶
带更为清晰。可制成干片永久保存,或浸清水内,经常换水,足供一年观察。
3.选出雌蝇和雄蝇的 Est-6 表型均为 F 带或 S 带的纯合子的培养指管, 该类培养指管出来的子代即可留作为 F 带纯合子或 S 带纯合子。
4.作不同品系间不同纯合子间的交配。正反交都可以,但母本须用处女
蝇。每只指管放 2—3 对。
5.一周后将亲本移出。待 F 代出现后,移入新的培养指管中,每管放 2—3 对。此时雌蝇无须处女蝇。
6.一周后将 F 移出,观察表型,并进行 Est-6 电泳分析。
7.F 代成虫出来后,移入新的培养指管饲养二天以上后,取出麻醉,区别 表型,再作 Est-6 电泳分析。约 7—8 天成虫基本上可统计完毕(以上实验 步骤可参见图 8-3)。
七、实验结果统计 按下列表格记录实验中每个交配组的数据。 果蝇 Est-6 遗传分析实例
A 组交配:
亲本表型
F1 表型
F2 表型
形态
Est - 6
形态
Est6
野生型
残翅
♀残翅
S
全部
全部
F
F\S
S
F
F/S
S
■野生型
F
野生型
F/S
21
44
23
8
14
16
B 组交配:
亲本表型
F1 表 型
F2 表 型
形 态
Est-6
形 态
Est-6
野 生 型
黑 檀 体
♀黑檀体
S
全 部
全 部
F
F/S
S
F
F/S
S
■野生型
F
野生型
F/S
15
20
2
0
5
7
1.从 A 和 B 二组交配来看,Est-6 表型均为 F/S,可见 Est-6F 与 Est-6S
这一对等位基因是共显性的。
按孟德尔分离定律,F2 时形态标记应作 3∶1 分离,即 A 组野生型∶残翅
=3∶1;B 组野生型∶黑檀体=3∶1。而 F2时 Est-6 应分离为三型,即F∶F/S∶ S=1∶2∶1。下面是实验结果和相应的 x2 测验:
A 组实验:
F2
形态标记
Est-6
野生型
残翅
F
F/S
S
实得数
88
38
29
58
39
预期数
94.5
31.5
31.5
63
31.5
x2
1.788
2.361
自由度
n=1
n=2
P
0.20 > P > 0.10
0.50 > P > 0.30
B 组实验:
F2
形态标记
Est-6
野生型
黑檀体
F
F/S
S
实得数
37
12
15
25
9
预期数
36.75
12.25
12.25
24.50
12.25
x2
0.0067
1.472
自由度
n=1
n=2
P
0.95 > P > 0.90
0.70 > P > 0.50
2.将 Est-6 与形态基因同时考虑,看二对基因在 F2 是否符合孟德尔的自
由组合定律:
A 组:F1♀+/vgEst-6F/S×F1■+/vgEst-6F/S
如果这两对基因是自由组合的,按棋盘格法配列,应得如下结果(见下 页)。
归纳棋盘格内各基因型,并根据显隐性关系,可得到 F2 的
■配子
♀配子
+ Est-6F
+ Est-6S
vgEst-6F
vgEst-6S
+ Est-6F
+/+ Est-6F/F
+/+ Est-6F/S
+/vgEst-6F/F
+/vgEst-6F/S
+ Est-6S
+/+ Est-6F/S
+/+ Est-6S/S
+/vgEs-t6S/S
+/vgEst-6S/S
vgEst-6F
+/vgEgt-6F/F
+/vgEst-6F/S
vg/vgEst-6F/F
vg/vgEst-6F/S
vgEst-6S
+/vgEst-6F/S
+/vgEst-6S/S
vg/vgEst-6F/S
vg/vgESt-6S/S
表型比为:[+,F]∶[+,F/S]∶[+,S]∶[vg,F]∶[vg,F/S]:
[Vg,S]
3 6 3 1 2 1
? : : : : :
16 16 16
16 16 16
这里[+,F]表示野生型,F 带,其余类推。现在根据表型比例求出 A 组
实验的预期数与实得数比较进行 x2 测验。
F2
+, F
+, F/S
+, S
vg , F
vg , F/S
vg , S
实得数
21
44
23
8
14
16
预期数
23.625
47.25
23.625
7.875
15.75
7.875
x2[5]
9.11
P
0.20>P>0.10
得到的 x2 值为 9.11,自由度为 5,查 x2 表,得 P=0.20—0.10,所以可以
认为有关那对性状的 F2 分离是符合独立分配的。从而我们就决定这两对性状
的基因位于不同的染色体上。
B 组的交配方式为:F1♀+/eEst-6F/S×F1■+/eEst-6F/S 根据两对基因
是自由组合的假设,可求得 F2 的各种表型的分离比,按 A 组棋盘格法归纳可
得:
[+,F]∶[+,F/S]∶[+,s]∶[e,F]∶[e,F/S]∶[e,
s] ? 3 : 6 : 3
1 2 1
: :
16 16
16: 16
16 16
此处[e,F]表示黑檀体,F 带,余类推。
由此计算预期数与实得数比较求 x2,以下表表示:
F2
+, F
+, F/S
+, S
e , F
e , F/S
e , S
实得数
15
20
2
0
5
7
预期数
9.18
18.36
9.18
3.06
6.12
3.09
x2 [ 5 ]
17.78
P
P < 0.01
实验中,根据两对基因自由组合,求得 F2 的 6 种表型的预期数,与实得
数相比,两者相差较大。x2 测验的 P 值小于 0.01,表明 Est-6 基因与黑檀体
基因不是自由组合的,而是在同一染色体上有连锁关系。
3.用最大似然法求 Est-6~e 重组值
已知 Est-6 与 e 是连锁的,现在进一步要估计这两基因的重组值。这要用 到最大似然法(maximumlikelihoodmethod),其原理如下:
设 P 为重组值,m1,m2,?,Mt 是分离出来各组的预期比例,a1,a2,?,
at 是相应各组的实得数。符号为 m 的预期值可用 P 来表示,这 P 值就是我们
所要估计的。 得到我们实验中观察到的一套数值的可能性或似然性,可用多项式(m1+ m2+?+mt)n 的展开中的一项来表示,其中 n 是这套数据的合计。在这展 开式中有关的一项是
a1a2
n!
!?a t
! (m1 )a1 ( m2 )
?(mt) at
最大似然法的目的就是要求出一个 P 来,把这个 P 代入公式中可以得到最 大值。但要对这个公式进行微分是有困难的,幸而这公式本身和这公式的对 数在同一 P 值有最大值,所以取这公式的对数,并对 P 进行微分。 似然性公式用 L 表示,则
n !
L ? ln a
1 !a 2
! ?a t
! ? a1 ln m1 ? a 2 ln m2 ? ?a t ln m t
对 P 进行微分,并使之等于 0,则得估计方程式(equationofestimation)
dL
dP ? a1
d ln m1 ? a
dP 2
d ln m2 ? ? ? a
dP t
d ln m t ? 0
dP
这公式的答数之一就是我们要求的 P 值。不会有那个根都是我们需要的问 题,因为所有其他答数都不可能作为重组值的。 现在回到我们具体的例子,杂交组合是
eEst ? 6S
F ♀ ×F1■
eEst ? 6S
1 ? Est ? 6F
? Est ? 6F
雌性双杂合体产生的配子有 4 种,两种是亲代原有的组合,或亲组合;两 种是亲代没有的新配合,或重组合。雄蝇的连锁是完全的,所以双杂合体产 生的配子只有两种,都是亲组合。设 P 为 e~Est-6 间的重组值,则可得出雌
蝇四种配子的比例,并可求得 F2 的表型比例。
♀配子
■配子
( 1-p )/2
eEst-6S
P/2
eEst-6F
P/2
+Est-6s
( 1 — P )/2
+Est-6F
1
2 e , Est-6S
[ e , S ]
[ e , S/F ]
[+, S]
[+, F/S]
1
2 +, Est-6F
[+S/F ]
[+, F ]
[+, F/S]
[+, F]
把上表中的表型按类别归纳,各乘以总数 n。得预期数,然后再写上各表
型的实得数
有了实得值,又有了预期值,我们就可以代入上述似然性方程式,并略去 第一项,因为这一项在微分时消失。
1 ? P p P
2 p 1
L ? 7 ln( ) ? 5in( ) ? 2 ln( ) ? 20 ln( ) ? 15 ln
4 4 4 4 4
对上式微分,并使之等于 0,则估计方程式成为
dl 7
? ?
5 2 20
? ? ? ? 0
dp 1 ? P P P
2 ? P
移项整理后,得
34P2-55P+14=0
P=0.3165 或 31.65%。得出 P 的估计值后,我们还想知道它的标准误差
(Sp)。Fisher 已经证明
1
?
S 2 p
?
? ? ?nm
?
d 2 ln m ?
dp2 ?
在我们现在这个例子中,计算是不难的。我们已经有了 a d ln m ,我们只
dP
要再微分一次,然后用预期值代替观察值,那就是说用 mn 代替 a,这样就得
到
? 1 ? ? ? 1
? 1 ? 1 ? 1 ?
S 2 p
4 ? 1 ? P P P
2 ? P ?
把 P 的估计值代入,得 S2p=0.009746,从而 Sp=0.0987 或 9.87%。查果 蝇基因图,得知基因 e 位于第三染色体。现在根据第二代的分离比,Est-6
与 e 连锁,有 31.65%重组值,所以 Est-6 也在第三染色体上,与 e 的图距
为 31.65。
实验九数量性状实验
一、实验原理 有些性状,如身体大小、生长速度等,可用某种尺度来测量,由数字来表 示,这样的性状叫做数量性状(quantitativecharacter)。数量性状大都由 很多基因支配,其中每个基因的作用很小,但有关的基因数目很多,又受到 环境的影响,所以它们的表型呈连续分布。在这种情况下,用通常的遗传学 方法追查各个基因的行为是困难的。因此,在数量性状的遗传学分析方面, 应用统计遗传学方法。
二、实验目的
以黑腹果蝇(Drosophilamelanogaster)腹部着生的小刚毛数为对象,研 究数量性状遗传的特点。学习估计统计遗传学基本参数之一——遗传率
(heritability)。
三、实验材料 黑腹果蝇:实验室中维持多年的系统,因近交系数高,缺乏遗传的变异, 所以不合适。应该利用野外采集的果蝇,或把两个不同的实验室品系杂交,
再把 F1 个体相互交配,利用它们的 F2 代。培养供试果蝇时,幼虫期避免过
密,在 20℃左右、稍稍低温下饲养,这样成虫个体大,容易观察和计数。 四、实验器具和药品 双筒显微解剖镜(×40—60),照明装置,麻醉瓶,白瓷板,尖头镊子, 吸虫管,乙醚或三乙基胺(triethylamine),盛有培养基的饲养瓶,指管(直
径 15mm 左右),棉花塞等。
1.统计遗传学基础
五、实验说明
用统计学方法处理数量性状时,作为基础的模型是:个体的表型值(P) 可由基因型值(G)与环境影响(E)之和表示,即 P=G+E(1)
在这里,E 是随机效应,群体的平均是 0;换句话说,表型值的群体平均 与基因型值的群体平均一致。我们直接观察的是表型值和它的方差。于是根 据这些数值就可估计基因型值。现在假定,基因型值与环境效应之间没有相
互作用,那么根据上面的模型,表型方差(VP)是基因型方差(VG)与环境
方差(VE)之和。
VP=VG+VE(2) 其次,根据前面的假设,表型值与基因型值的慢方差[COV(G·P)]是 Cov(G·p)=Cov[G(G+E)]
=Cov(G·G)+Cov(G·E)
=Cov(G·G)=VG
与基因型方差一致。现在考虑基因型值对表型值的线性回归,其回归系数
是
Cov G P VG
bGP ?
( · )
VP
? (3)
VP
这回归系数称为广义遗传率(heritabilityinthebroadsense),用 H2 表 示。从(3)式可知,这是基因型方差在表型方差中所占的比例。从而 0≤H2
≤1。如采用某种方法可以知道 H2,那么根据某个体的表型值就可以由下面
的回归式估计其基因型值
?G ? G? ? bGP ?P ? P? ? H
?P ? P?(4)
式中,G, P 分别表示基因型值与表型值的群体平均。在这里,必须假定表 型值与基因型值间是线性关系;但实际上由于等位基因间的显隐性关系,不 可能是这样简单。因为这个缘故,为方便计算,把基因型值分割为二,一为 相加效应(A),其表型效应与基因数成比例,另一为显性偏差(D),是与 相加效应的差数。这样,(1)式和(2)式可分别表示如下: P=A+D+E(1′)
VP=VA+VD+VE(2′)
这里,相加的遗传方差(VA)对表型方差的比例(VA/VP),称作狭义遗
传率(heritabilityintherarrowsense),用 h2 表示。单称遗传率时,通常
是指狭义遗传率。如后面将要提到的那样,遗传率是表示选择对象的遗传变 异量,是数量遗传学中重要参数之一。又在家畜和作物育种中,在决定采用 那种育种方式时,遗传率大小就是参考的标准。一般地说,生活力和育性等 与生物的适应度有密切关系的性状,遗传率小,通常在 0.2 以下;反之,身 体大小和刚毛数等,可以得到 0.3—0.5 那样较大的数值。
2.根据选择实验估计遗传率 在群体中对某性状进行选择,选出一定比例的最上方(或最下方)个体。 把这些入选个体繁育,产生下一代。下一代的群体平均一般向选择的方向移
动,移动的范围跟亲代群体的相加遗传方差成正比。现在设亲代的群体平均
为 P O ,选出的亲体的平均值为 P S ,则 P S — P O =△P,表示所加的选择强度, 称为选择差(selectiondifferential)。△P 以标准差(σp)为单位来表 示,即△P/σp=i,称为标准选择差。设次代的群体平均为 P 1 ,
P 1 - P O =△G 这是由选择而产生的群体平均的变化量,称为遗传获得量(geneticgain)
(图 9-1)。参照(4)式,可知在这些数值间成立以下的关系:
图 9-1 表示选择差(△P)与遗传获得量(△G)的关系的模式图描点部 分表示入选个体,它们被用于繁殖,作为下一代的亲体(参照本文)
△G=h2△P=h2бpi
由此
h 2 ? △G ?5?
?pi
用这关系,可从遗传获得量估计遗传率。这里估计出来的是狭义遗传率, 这时特称“实现遗传率”(realizedheritability)。
六、实验步骤
1.以两个近交系杂交而得的 F2 作为亲代群体,从中随机地选出处女蝇和
雄蝇各 20 只,轻度麻醉,在显微解剖镜下计数第 4 与第 5 腹板上的刚毛数。 把每一个体两腹板的刚毛数合计,再选出刚毛数最多的雌雄蝇各 2 只,刚毛 数最少的雌雄蝇各 2 只。此时如不熟练,一次麻醉计测 20 只是有困难的,所 以分几次麻醉,把计测过的果蝇放入指管,每管一只,这样做也是可以的。 用三乙基胺时,麻醉时间长,这是方便之处,但也要注意,不要麻醉过头。 还有,腹板位置,雌雄蝇稍有不同,参照图 9-2,以期不误。
2.计测完毕后,把刚毛数多的,和刚毛数少的各取雌雄两只,移入另外的
饲养瓶内,使之交配。在第 2—3 日确实看到产卵后,倒去亲代果蝇。这样完 成了刚毛数多的一代选择与刚毛数少的一代选择。
3.第二代羽化后,从两只饲养瓶分别随机地取出雌雄各 20 只,与亲代同
样地计测刚毛数。
4.结果整理 亲代的平均和方差,高低两方向的两个选择系统的平均和方差如表 9-1。 在这实验中,向两个方向进行选择,假定选择效应两方向相等,两个选择系
统的平均值之差?H ? P? 是遗传获得量(△G)的两倍。雌雄平均值明显不同,
但计测的雌雄数相同,所以取其平均。
表 9-1 对黑腹果蝇的第 4 、第 5 腹板刚毛数 进行一代选择实验的结果
雌( 20 只)
雄( 20 只)
平 均
方 差
平 均
方 差
亲 代
44.85
7.555
37.85
6.239
子 代
向多的方向选择( H )
向少的方向选择( L )
46.50
43.70
6.474
6.747
40.10
34.85
3.674
4.450
2△G= H ? L =43.30—39.28=4.02
∴△G=2.01
表型标准差σp 在一代选择中可以说基本上没有变化,所以从亲代与子代
的方差平均( V P p)可以估计表型标准差,即σp ? VP 。现在
V P ? (7.555+6.239+6.474+3.674+6.747+4.450)=5.8565
∴σp= 5.8565 ? 2.420 标准选择差(i)可从实测值求得,但根据正态分布的性质,也可由入选 亲体的比例(在本实验,20 只中的 2 只,即 10%)决定,也就是说可从理论 上求得。在本实验中,选出的亲体数少,其平均值不很可信,所以通常用理 论值。从 20 只中选出 2 只时,理论值是 i=1.638(见表 9-2)。
表 9-2 标准选择差 ( i )的理论值
选择强度
群 体 大 小
10
20
30
50
∞
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
1.539
1.270
1.065
0.893
0.739
1.638
1.332
1.110
0.928
0.767
1.674
1.354
1.126
0.941
0.777
1.705
1.372
1.139
0.951
0.786
1.755
1.400
1.159
0.966
0.798
把以上数值代入(5)式,计算实现遗传率。
h2 ?
2.01
2.420×1.638
? 0.51
本实验必须早一天准备必要数目的处女蝇。子代(F1)的计测大约要在二
周之后,所以必须和其它实验配合起来。 七、实验结果
1.收集全体学生的资料,把刚毛数的个体变异作成频度分布图,看是否符
合正态分布。
2.求实现遗传率。根据各人求得的遗传率,计算标准差。
附录一果蝇(Drosophila melanogaster)的饲养 果蝇具有生活史短、繁殖率高、饲养简便等特点,是研究遗传学的好材料, 尤其在基因分离、连锁、交换等方面,对果蝇的研究更是广泛而充分。
一、果蝇的生活史 果蝇属于昆虫纲,双翅目,与家蝇是不同的种。它的生活史包括卵→幼虫
→蛹→成虫。 果蝇的生活周期长短与温度关系很密切,30℃以上的温度能使果蝇不育和 死亡,低温则使它生活周期延长,同时生活力也减低,果蝇培养的最适温度
20—25℃。
10 ℃
15 ℃
20 ℃
25 ℃
卵→幼虫
幼虫→成虫
57 天
18 天
8 天
6.3 天
5 天
4.2 天
从表中可以看出 25℃时,从卵到成虫约 10 天;在 25℃时成虫约活 15 天。
果蝇一般是培养在恒温箱内,盛夏时,要注意降温。 果蝇有雌雄之分,幼虫期区别较难,成虫区别容易(图 1)。雄性的腹部
环纹 5 节,末端钝而圆,颜色深。第一对脚的跗节前端表面有黑色鬃毛流苏, 称性梳(sexcombs)。雌性腹部环纹 7 节,末端尖,颜色浅,跗节前端无黑 色鬃毛流苏(图 2)。
二、果蝇的繁育 果蝇在水果摊或果园里常可见到,但它并不是以水果为生,而是食生长在 水果上的酵母菌,因此实验室内凡能发酵的基质,均可作为果蝇饲料。目前 果蝇饲料较好的配方如下:
A:糖 6.2 克,加琼脂 0.62 克,再加水 38 毫升,煮沸溶解。
B:玉米粉 8.25 克,加水 38 毫升,加热搅拌均匀后,再加 0.7 克酵母粉。
A 和 B 混合加热成糊状后,加 0.5 毫升丙酸,即可分装到培养瓶中。 除了以上的饲料外,常用的还有米粉饲料和香蕉饲料。
1.米粉饲料的配制:琼脂 0.9—2.5 克加入 100 毫升水中,加热煮沸溶解;
再加 10 克红糖,待溶解后将 8 克米粉(或麸皮)倒入正在煮沸的琼脂——红 糖溶液中去,不断搅拌煮沸数分钟,待成稀粥状后即可分装使用。
2.香蕉饲料配制:将熟透的香蕉捣碎,制成香蕉浆(约 50 克)。将 1.5
克琼脂加到 48 毫升的水中煮沸,溶解后拌入香蕉浆,再煮沸后即可分装。 以上两种饲料容易生霉菌,必要时需加少量防霉剂。 培养果蝇的饲养瓶,常用的有牛奶瓶,大中型指管,用纱布包裹的棉花球 作瓶塞(有条件的地方可改用泡沫塑料作瓶塞)。饲养瓶先消毒,然后倒入 饲料(2 厘米厚),待冷却后,用酒精棉擦瓶壁,然后滴入酵母菌液数滴, 再插入消毒过的吸水纸,作为幼虫化蛹时的干燥场所。
三、果蝇处理
对果蝇进行检查时,可用乙醚麻醉,使它保持静止状态。因果蝇对乙醚很 敏感,易麻醉,麻醉的深度看实验要求而定(作种蝇以轻度麻醉为宜,做观 察可深度麻醉,致死也无妨。果蝇翅膀外展 45℃角表示已死亡)。麻醉后的 果蝇放在白瓷板上检查,完毕后倒入煤油或酒精瓶中(死蝇盛留器)。
四、原种培养 在作为新的留种培养时,事先检查一下果蝇有没有混杂,以防原种丢失。 亲本的数目一般每瓶 5—10 对,移入新培养瓶时,须将瓶横卧,然后将果蝇 挑入,待果蝇清醒过来后,再把培养瓶竖起,以防果蝇粘在培养基上。
原种每 2—4 周换一次培养基(按温度而定),每一原种培养至少保留两 套。培养瓶上标签要写明名称,培养日期等,作为原种培养,可控制到 10—
15℃,培养时避免日光直射。
五、实验交配 果蝇雌体生殖器官有受精囊,可保留交配所得的大量精子,能使大量的卵
受精,因此在做品系间杂交时,雌体必须选用处女蝇。雌蝇孵出后几小时内 不会交配,所以把老果蝇除去后,几小时内所收集到的雌体必为处女蝇。由 于雌蝇两天内不产卵,所以雄蝇可直接放到处女蝇培养瓶中(也可以放在盛 有食物的小瓶中暂养两天,直到雌蝇将要产卵时放回培养瓶中)。贴好标签, 写好交配日期,当子蝇即将孵化出来以前,也就是说 23℃培养 7—9 天,倒 出亲本,以免和亲代混淆。另一方面应该注意,杂交的 F1 代的计数安全期是 自培养开始的 20 天内(因为再晚些时,F2 也可能有了)。
实验十粗糙链孢霉的杂交
一、实验原理
(江绍慧)
粗糙链孢霉(Neurosporacrassa)属于真菌中的子囊菌纲。它是进行顺序 排列的四分体的遗传学分析的好材料。粗糙链孢霉的菌丝体是单倍体(n=7), 每一菌丝细胞中含有几十个细胞核。由菌丝顶端断裂形成分生孢子。分生孢 子有两种,小型分生孢子中含有一个核,大型分生孢子中含有几个核。分生 孢子萌发成菌丝,可再生成分生孢子,周而复始,这是粗糙链孢霉的无性生 殖过程。
粗糙链孢霉的菌株有两种不同的接合型(matingtype),用 A、a 或 mt+、
mt-表示,它们受一对等位基因控制。不同接合型菌株的细胞接合产生有性孢
子,这过程称为有性生殖。有性生殖可以通过两种方式进行:
1.当菌丝在有性生殖用的杂交培养基上增殖时,就会产生许多原子囊果, 内部附有产囊体,若另一接合型的分生孢子落在这原子囊果的受精丝上时, 分生孢子的细胞核进入受精丝,到达原子囊果的产囊体中,形成接合型基因 的异核体。进入产囊体中的分生孢子的核发生分裂,并进入产囊菌丝中,被 隔膜分成一对细胞,形成钩状细胞,亦称原子囊。钩状细胞顶端细胞的二个 核形成合子,合子核再进行减数分裂,成为四个单倍体的核,就是四分体, 再进行一次有丝分裂,变成八个核,顺序地排列在一个子囊中。原子囊果在 受精后增大变黑,成熟为子囊果。一个子囊果中集中着三十到四十个子囊, 成熟的子囊孢子呈橄榄球状,长 30—40 微米,比 3—5 微米的分生孢子要大 得多。子囊孢子如经 60℃处理 30—60 分钟,便会发芽,长出菌丝,再度开 始无性繁殖(图 10-1)。
2.不同接合型的菌株的菌丝连接,两种接合型的细胞核发生融合形成合
子,产生子囊果。 粗糙链孢霉的子囊孢子是单倍体细胞,由它发芽长成的菌丝体也是单倍 体。所以一对等位基因决定的性状在杂交子代中就能分离。在粗糙链孢霉中, 一次减数分裂产物包含在一个子囊中,所以很容易看到一次减数分裂所产生 的四分体中一对基因的分离,这就直观地证明基因的分离,并证明基因在染 色体上。同时由于 8 个子囊孢子顺序地排列在子囊中,这就可以测定着丝粒 距离并发现基因转变(geneconversion)。若两个亲代菌株有某一遗传性状 的差异,那么杂交所形成的每一子囊,必定有 4 个子囊孢子属于一种类型,4 个子囊孢子属于另一类型,它们的分离比例是 1∶1,而且子囊孢子按一定顺 序排列。如果这一对等位基因与子囊孢子的颜色或形状有关,那么在显微镜 下可以直接观察到子囊孢子的不同排列方式。
本实验用赖氨酸缺陷型(记作 Lys-)与野生型(记作 Lys+)杂交,得到
的子囊孢子分离为 4 个黑的(+),4 个是灰的(-)。黑的孢子是野生型; 赖氨酸缺陷型孢子成熟迟,所以呈灰色。根据黑色孢子和灰色孢子在子囊中 的排列顺序,可有 6 种子囊类型。
子囊型(1)和(2)的产生如图 10-2。第一次减数分裂(M1)时,带有 Lys+的两条染色单体移向一极,而带有 Lys-的两条染色单体移向另一极。 Lys+/Lys- 这对基因在第一次减数分裂时分离,称第一次分裂分离
(firstdivisionsegregration)。第二次减数分裂(M2)时,每一染色单体
相互分开,形成四分体,顺序是++——或——++,再经过一次有丝分裂, 成为(1)和(2)子囊型。形成这两种子囊型时,在着丝粒和基因对 Lys+/Lys- 间未发生过交换,是第一次分裂分离子囊。
图 10-3 表示子囊型(3)和(4)的形成。由于 Lys 基因与着丝粒间发生 了一个交换,Lys+/Lys-在第一次减数分离时没有分离,到第二次减数分裂
(M2)时,带有 Lys+的染色单体才和带有 Lys-的染色单体相互分开,所以称
为第二次分裂分离(seconddivisionsegregration)。然后再经一次有丝分 裂,形成 4 个孢子对,顺序是++——++——或——++——++。这是 第二次分裂分离子囊。
(5)和(6)子囊型的形成与(3)和(4)类似,也是两个染色单体发生
了交换,不过交换不是发生在第 2 条染色单体与第 3 条染色单体之间,而是 发生在 1,3 或 2,4 两条染色单体之间(图 10-4)。 从上面的分析可知,第二次分裂分离子囊的出现,是由于有关的基因和着 丝粒之间发生了一次交换的结果。第二次分裂分离子囊愈多,则有关基因和 着丝粒之间的距离愈远。所以由第二次分裂分离子囊的频度可以计算某一基 因和着丝粒之间的距离,称为着丝粒距离。因为交换在两条染色单体之间发 生而与另外两条无关,而每发生一次交换,产生一个第二次分裂分离子囊,
所以,求出第二次分裂分离子囊在所有子囊中所占的比例,再乘以 1 ,就可
2
以决定某一基因与着丝粒间的重组值。 着丝粒和基因间的重组值
第二次分裂分离子囊数 1
? × ×100
子囊总数 2
重组值除去%,即作为图距。 某基因的着丝粒距离
第二次分裂分离子囊 1
? × ×100图距单位
子囊总数 2
二、实验目的
通过对粗糙链孢霉的赖氨酸缺陷型和野生型杂交所得后代的表现型的分 析,了解顺序排列的四分体的遗传学分析方法,进行有关基因的着丝粒距离 的计算和作图。
三、实验材料
1.粗糙链孢霉野生型菌株,Lys+,接合型α。
2.粗糙链孢霉赖氨酸缺陷型菌株,Lys-,接合型 a。
四、实验器具和药品
1.器具:显微镜,钟表镊,解剖针,接种针,载玻片,试管,培养皿。
2.培养基
(1)基本培养基(野生型可生长,缺陷型不能生长):50 倍浓度的贮存 液
柠檬酸钠· 2H2O ( Na3C6H5O7 · 2H2O )
125 克
KH2PO4
250 克
NH4NO3
100 克
MgSO4 · 7H2O
10 克
CaCl2 · 2H2O
5 克
生物素溶液( 5 毫克/100 毫升)
5 毫升
微量元素溶液
柠檬酸· 2H2O
5.00 克
ZnSO4 · 7H2O
5.00 克
Fe ( NH4 ) 2 ( SO4 ) 2 · 6H2O
1.00 克
CuSO4 · 5H2O
0.25 克
5 毫升
MnSO4 · H2O
0.05 克
H3BO3
0.05 克
Na2MoO4 · 2H2O
0.05 克
蒸馏水 100 毫升
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