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1、06生物技术遗传学实验实验一果蝇遗传性状的观察背景知识果蝇是在世界各地常见的昆虫,属于昆虫纲,双翅目,果蝇科,果蝇属（Drosophila）。果蝇属有3000多种，我国发现800多种，遗传学研究中通常用的是黑腹果蝇(D.melanogaster)。作为遗传学研究的材料，果蝇具有非常突出的优点。它形体小，生长迅速，繁殖率高，饲养方便；世代周期短（约12天即可繁殖一带）；突变性状多；染色体数目少，基因组小；实验处理十分方便，容易重复实验，便于观察和分析。果蝇的遗传学研究广泛而深入，尤其在基因分离、连锁、互换等方面十分突出，为遗传学的发展做出了突出的贡献。目前果蝇仍然是遗传学、细胞生物学、分子生物学
2、、发育生物学等研究中常用的模式生物。一、实验目的1.掌握果蝇的基本特征及鉴别雌、雄果蝇的方法,熟悉常见突变型。2.了解果蝇生活周期特征及各阶段的形态变化。二、实验材料 野生型和几种常见的突变型黑腹果蝇（Drosophila melanogaster）。三、仪器设备 双筒立体解剖镜，培养瓶（粗平底试管或牛奶瓶）及麻醉瓶（与培养瓶一致的空瓶），白瓷板，毛笔。四、药品试剂 乙醚，玉米粉，酵母粉，蔗糖，丙酸。 五、实验内容和步骤（一）生活周期的观察 果蝇是完全变态昆虫，其完整的生活周期可分为4个明显的时期，即卵、幼虫、蛹和成虫（图1-1）用放大镜从培养瓶外即可观察到这4个时期，也可取出用立体解剖镜仔细
3、观察。 果蝇的生活周期长短与温度关系很密切，低温使生活周期延长，生活力减 低，高于30使果蝇不育甚至死亡。果蝇培养的最适温度为2025，25培养 条件下果蝇从受精卵到成虫约10天，其中卵和幼虫期5天，蛹4天。成虫果蝇在25时约成活15天。 卵：受精卵白色，椭圆型，腹面稍扁平，长约0.5mm，在前端背面伸出一触丝，他能使卵附着在事物上。幼虫：受精卵经24h就可孵化成幼虫，幼虫经2次蜕皮到第3龄期体长可达45mm。肉眼观察可见幼虫一端稍尖为头部，上有一黑色沟状口器。 蛹：幼虫4天左右即开始化蛹。化蛹前3龄幼虫停止摄食，爬到相对干燥的表面（如培养瓶壁），渐次形成一个菱形的蛹，起初颜色淡黄、柔软，以后
4、逐渐硬化变成深褐色，此时即将羽化。 成虫：刚从蛹壳中羽化出来的果蝇，虫体较肥大，翅还未展开，体表也未完全几丁质化，所以成半透明的乳白色。透过腹部体壁还可以观察到消化道和性腺。约1h后蝇体即变为粗短椭圆型，双翅伸展，体色加深，如野生型果蝇初为浅灰，后变为灰褐色。成虫果蝇自羽化后8h即可交配。雄果蝇的精子可储存于雌果蝇的受精卵，以后逐渐释放到输卵管。雌蝇2天后即开始产卵。最初几天每天可产5070个，随后逐渐减少。图1-1 果蝇的生活周期（二）果蝇的形态特征和常见的突变类型1果蝇雌雄性别的鉴别雌雄成蝇在一些形态结构上的区别很明显，可以通过放大镜和直接观察进行鉴别。只有雄性果蝇在腹尖下侧具有可识别的生
5、殖器，但太微小，难以直接观察辨认。通常在分别雌雄果蝇时，综合各种形态特征进行观察确定（参见表1-1，图1-2）。 表1-1 雌雄果蝇的形态特征观察雌果蝇雄果蝇大小大小形态腹部宽厚呈椭圆状，腹端稍尖腹部相对窄小呈柱状，腹部呈钝圆形颜色腹部背面外观呈宽度相近的5条黑色条纹腹背只能看到3条条文，上部2条窄一些，后一条宽且延伸至腹面，呈一明暗黑斑性梳无性梳在第一对足的跗节基部有一黑色鬃毛结构，形式一小梳，即性梳 图1-2雄性和雌性成虫果蝇的形态特征2一些常见的突变性状 果蝇的突变性状很多，已知的达几百种，并且随着研究的深入会发现或诱变产生更多的突变性状。果蝇的许多突变都是明显而稳定的，而且大多是形态变
6、异，容易观察。图1-3和表1-2列出若干常见的突变性状及其基因符号等，以供参考。图1-3 野生型果蝇及几种翅膀突变体1. 野生型；2.短圆翅（dp）;3.叶状翅(D)；4.弯曲翅（c）;5.曲卷翅（cu）6扇贝状翅(sd);7.无翅（ap）；8.残翅（vg）(三)果蝇麻醉方法 对果蝇进行麻醉处理,是进行性状观察和杂交的必须步骤。麻醉程度是实验成功与否的关键步骤，麻醉不够，果蝇就会飞掉，麻醉过头又会杀死果蝇。用于麻醉的瓶子可与培养瓶一样，麻醉瓶要配上棉塞和软木塞。倒麻醉瓶的操作步骤如下： 1 轻摇或轻拍培养瓶使果蝇落入培养瓶底部。2 右手两指取下培养瓶塞，迅速将麻醉瓶口和麻醉瓶口对接严密。3 左
7、手握紧两瓶接口处，倒转使培养瓶在上。4 紧握两瓶接口，使两瓶稍倾斜，右手轻拍培养瓶将果蝇震落到麻醉瓶中。注意不要将培养瓶中的培养基倒入麻醉瓶。如培养基已变的太稀而易掉落，可采用麻醉瓶在上，而用黑纸或双手遮住培养瓶，使果蝇趋光自动飞如培养瓶中。5 当果蝇进入麻醉瓶后，迅速分开，将两瓶各自盖好。再将两瓶的果蝇拍到瓶底，迅速拔出塞子，然后在塞子上滴上几滴乙醚，从新塞上麻醉瓶。6 观察麻醉瓶中的果蝇。约半分钟后果蝇便不再爬动。转动瓶子，果蝇在瓶壁上站不稳，麻醉完成，即可倒在白瓷板上进行观察。因麻醉过度被杀死的果蝇翅膀外展，与身体成45度角。7 果蝇麻醉状态通常可维持510min。如果观察中苏醒过来可进
8、行补救麻醉，即用一平皿，内贴一带乙醚的滤纸条，罩住果蝇形成一临时麻痹小室。六、试验结果 1、熟悉野生型和常见突变型果蝇的形态学特征。 2、根据实验中介绍的方法，描述自己所观察到的果蝇雌雄个体的形态学特 征。七、思考题 1、果蝇作为遗传学模式材料的优点有哪些？ 2、仔细观察果蝇形态，列出雌雄果蝇各种形态差别。 3、画出雌、雄果蝇腹部和背面简图。 4、列表说明野生型与相应突变型异同。实验二 果蝇的伴性遗传背景知识 位于性染色体上的基因的遗传方式于位于常染色体上的基因有一定差别,他在亲代与子代之间的传递方式与雌雄性别有关,这种遗传方式就称为伴性遗传。果蝇的性别决定类型是XY型，具有X和Y两种性染色体
9、，雌性是XX，为同配性别；雄性是XY，为异配性别。伴性基因主要位于X染色体上，而Y染色体上没有对应的等位基因，所以这类遗传也叫X-连锁遗传。本实验将观察果蝇X染色体上红眼基因的伴性遗传规律。一、 实验目的 了解伴性遗传并认识果蝇伴性遗传特点。二、 实验材料 黑腹果蝇（Drosophila melanogaster）品系： 野生型（红眼），wild type（+）：()，（） 突变型（白眼），white eye（w）：()，（） 红眼、白眼基因在X染色体上。三、 仪器设备 立体解剖镜及解剖针，恒温培养箱，天平，培养瓶及麻醉瓶，毛笔及白瓷板。四、 药品试剂 乙醚，玉米粉，琼脂，红糖，酵母粉，丙酸。
10、五、 实验说明 1交配方式： A: 野生型 突变型 B: 突变型 野生型 P F1 F2 表型 雌：野生型 雌：1/2野生型，1/2突变型 雄：1/2野生型，1/2突变型 雄：1/2野生型，1/2突变型 由上图所示遗传过程可见，正交和反交后代（F1 、F2） 性状表现是不一样的，而常染色体性状遗传正交反交所得子代雌雄性状表现相同 ，所以正反交后代雌雄性状表现是区分伴性遗传和常染色体遗传的一个重要特征。另外，从染色体的传递可以看出子代雄性个体的X染色体均来自母本，而父本的X染色体总传递给子代雌性个体，X染色体的这种遗传方式叫做交叉遗传。由此可见，X染色体上的基因也以这种方式遗传，这是伴性遗传的又
11、一特征。在进行伴性遗传实验时，也有例外个体产生，即在B杂交组合中，F1代中出现不应该出现的雌性白眼，这是由于两条X不分离造成的，不过这种情况极为罕见，约几千个个体中有一个。六、实验步骤1.收集处女蝇：在做杂交前8h将培养好的实验材料原有成蝇倒净。此后孵化出的雌蝇即为处女蝇。如收集后不做立即杂交，可将收集的雌雄果蝇分开培养，备用。2.准备好培养基，按正、反交组合，把已麻醉的亲本果蝇按杂交要求进行杂交，每管接入5对果蝇，贴好标签，置25温箱培养。标签形式如下： B组合 日期：姓名：A组合 日期：姓名：3.7天后，见到有F1幼虫出现，即释放亲本果蝇（一定要释放干净！）。4.再过34天，观察F1成虫的
12、性状（注意正反交的差别，考察眼色和性别的关系）。5.所出现的F1雌、雄果蝇麻醉后，挑5对果蝇接入新的培养基继续培养（此处无需用处女蝇，为什么？）。两种组合的F1个体不能混合，应分别培养。6.7天后释放干净F1代亲本果蝇。7.再过34天，F2代成蝇出现，麻醉后在白瓷板上观察眼色和性别，并做统计。8.每隔12天统计一次，累积67天的数据。七、实验结果将实验结果填入下表 实验三 果蝇的三点测交与遗传作图背景知识 位于一条染色体上的基因是连锁的,而同源染色体上的基因之间会发生一定频度的交换,因此其连锁关系发生改变,使子代中出现一定数量的重组型。重组型出现的多少反映出基因间发生交换的频率的高低。根据基因
13、在染色体直线排列的原理,基因间距离越远,其间发生交换的可能性越大,即交换频率越高；反之则小,交换频率越低。也就是说基因间距离与交换频率有一定对应关系。基因图距就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，可以直接根据重组率的大小作为有关基因间的相对距离，把基因按顺序排列在染色体上，绘制出遗传图。如果基因间相距较远，两个基因间往往发生二次以上的交换，这时如果简单地把重组率看作交换率，那么交换率就会被低估，图距就会偏小。这时需要利用实验数据进行校正，以便正确估计图距。基因在染色体上的相对位置的确定除进行两个基因间的测交外，更常用的是三点侧交法，即通过一组杂交同时对三对
14、基因的连锁与交换情况进行测定，确定三个基因在染色体上的排列顺序和它们之间的相对距离。需要注意的是图距并不总是等于重组值，重组值表示了基因间的交换频率，图距表示基因间的相对距离，通常是由两个邻近的基因图距相加得来的。所以图距往往并不同于重组值。图距可以超过50%，重组值只会接近而不是超过50%，只有基因相对较近时，图距才和重组值相等。一、 实验目的1、掌握三点测交的原理及方法；2、学习三点测交的数据统计处理及分析方法；3、了解绘制遗传学图的原理和方法 二、实验材料： 黑腹果蝇（Drosophila melanogaster）品系： 野生型果蝇（+）：红眼、长翅、直刚毛 三隐性果蝇（wmsn3）：
15、白眼、小翅、焦刚毛 三、 仪器设备 立体解剖镜及解剖针，恒温培养箱，天平，培养瓶及麻醉瓶，毛笔及白瓷板。四、 药品试剂 乙醚，玉米粉，琼脂，红糖，酵母粉，丙酸。五、实验说明1. 性状特征：三隐性果蝇（w m）个体的眼睛是白色的（w）；翅膀比野生型的翅短些，翅长仅至腹部，称小翅（m），刚毛是卷曲的，称焦刚毛（）。这三个基因都在X染色体上，所以可以在本实验中同时进行伴性遗传的实验观察。固实验步骤中列出正、反两种交配方式。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因子杂种，雌蝇是（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3-
16、l所示：图3-1 三点测交中获得测交后代的交配方式子一代的雌蝇表型是野生型，雄性是三隐性。子一代雌蝇是三因子杂合体；可形成8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，即进行测交，子二代可得到8种表型。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，即重组型。重组型是基因间发生交换的结果。六实验步骤1 为了有足够的果蝇用于杂交实验，可在实验进行前23d收集野生型和三隐性品系的处女蝇及雄蝇，分开培养。2 按下列组合进行杂交：每瓶接入5对，贴好标签，置25培养。37d后，F1代蛹出现，释放亲本。4在过45d后F1代成蝇开始出现。观察正、反交两种组合的F
17、1表型及性别，同时作伴性遗传观察。5从F1代中选出若干对果蝇（正、反交组合不能弄混！）分别放到新的培养基中继续杂交，每瓶510对。67d后，F2代蛹出现，释放亲本。7再过45d后，F2代成蝇逐渐孵出，可开始观察统计。用双筒解剖镜检查眼色、翅形和刚毛形态。正交组合和反交组合分别统计，正交组合只需统计雄性个体。各类果蝇分别计数。2d后在检查统计第2批，连续检查810天，即34次。在25下，自第1批果蝇孵出10d内是可靠的，再迟时代可能出现。要求每组至少统计250只果蝇。一般情况下，F2群体中应有8中表型，其中2种是亲本类型（数量较多），4种是单交换类型，2种数目最少者为双交换类型。七、实验结果1按
18、下列顺序记录统计数据（反交组合的全部个体与正交组合的雄性个体统计结果合并），将相应数据填入表3-1中，确定基因间重组发生的情况。2 计算基因间的重组值及双交换值。3 根据计算结果画出遗传学图。注意应用双交换值对位于两端的基因间距离进行校正。4 计算并发系数和干涉值。八、思考题1正交组合F2统计为什么只需统计雄性个体？其雌性F2个体的表型如何？2如果进行常染色体基因三点测交，在实验程序设计上与本实验有什么差别？3与两点测交相比，三点测交有何优点？实验四果蝇唾腺染色体制片背景知识 唾液腺染色体（salivary gland chromosome）是一类存在于双翅目昆虫，如果蝇、摇蚊幼虫唾液腺细胞中
19、的巨大染色体。双翅目昆虫的唾液腺细胞发育到一定阶段之后就不再进行有丝分裂，而永久地停留在分裂间期。但随着幼虫的生长，唾液腺染色体仍不断地进行自我复制而且永不分开，经过许多次的复制形成约1000-4000拷贝的染色体丝，合起来直径达5m，长度达400m，比普通细胞中的中期染色体约大100-150倍，所以又称为多线染色体（polytene chromosome）或巨大染色体（giant chromosome）。 唾液腺染色体的另一个特点是体细胞中同源染色体处于紧密配对状态，这种状态称为“体细胞联会”。在以后不断的复制中仍不分开，由此成千上万条核蛋白纤维丝结合在一起，紧密盘绕。所以细胞中染色体只呈单
20、倍数。黑腹果蝇的染色体数目2n=8，其中第、第染色体为中部着丝粒染色体，第和第（X染色体）染色体为端着丝粒染色体（图4-1）。唾液腺染色体形成时，染色体着丝粒和近着丝粒的异染色质区聚于一起形成一个染色中心(chromo-center),所以在光学显微镜下可见从染色中心处伸出6条配对的染色体臂,其中5条为长臂,1条为紧靠染色中心的很短的臂(图4-2,图4-3) 图4-1 黑腹果蝇有丝分裂中期染色体形态示意图 唾液腺染色体经染色后,呈现深浅不同、疏密各异的横纹（band）。这些横纹的数目、位置、宽窄及排列顺序都具有物种的特异性。研究认为这些横纹与染色体的基因是有一定关系的。从其横纹分布特征可对物种
21、的进化特征进行比较分析，而一旦染色体上发生了丢失、重复、倒位、异位等结构变化，也可较容易的在唾液腺染色体上观察识别出来。 图4-2 黑腹果蝇唾液腺染色体模式核型图4-3 黑腹果蝇唾液腺染色体一 实验目的1 了解果蝇唾液腺染色体的形态学及遗传学特征。2 学习分离果蝇幼虫唾液腺的技术。二 实验材料 黑腹果蝇（Drosophila melanogaster）三龄幼虫，野生型和突变体均可，初学者可使用黑檀体突变体，其幼虫个体比较大，易分离得到唾液腺。三 仪器设备 解剖镜，显微镜，恒温培养箱，镊子，解剖针，载玻片及盖玻片。四 药品试剂 果蝇培新基，石炭酸品红，生理盐水（NaCl 7.5g、KCL 0.3
22、5g、CaCL2 0.21g,顺次溶解于1000ml蒸馏水中）。五、 实验步骤1. 取一条三龄幼虫（往往已爬上培养瓶壁），置于载玻片上，并加一滴生理盐水，置双筒解剖镜下观察。首先熟悉幼虫结构，幼虫具一钝尾和一带黑色口器的尖头端。2. 在解剖镜下用解剖针压住头部，压点尽可能靠头部口器处。3. 幼虫头部固定之后，再用另一针压住尾端（或用尖头镊子夹住），平衡快速的一拉，使口器部会断开，使体几各器官也从切口挤出，一对唾液腺也随之而出。唾液腺是一对透明的香蕉状腺体，仔细观察可发现一个个较大的唾液腺细胞组成（图4-5）。 图4-5 分离果蝇幼虫唾液腺的方法4. 分离的腺体可能伴有消化道和脂肪体。在载玻片上
23、再加一滴生理盐水，用刀片或解剖针仔细剔除这些杂物，仅让腺体留下。5. 用滤纸将多余生理盐水吸去，注意不要碰着腺体，以防吸走。然后滴上一滴石炭酸品红，染色10 min左右。6. 染色后，盖上盖玻片，用滤纸轻轻吸去多余染料，然后平放在实验桌上，用大母指压下盖片，用力适当即可获得染色体分散良好的制片。7. 显微镜下观察制好的压片。六 实验结果 观察唾液腺染色体制片，寻找形态良好、分散适中的图像仔细观察染色中心及各条臂的特点。由于短小的第IV染色体不容易观察到，所以常看到五条明显的臂。雄果蝇的Y染色体主要由异染色质组成，几乎包含在染色中心，因此雄果蝇的X染色体臂比雌果蝇的X染色体臂要细一些。实验五 植
24、物多倍体的人工诱导背景知识染色体是基因的载体，随着染色体的复制和细胞分裂，基因从亲代传递到子代。自然界各种生物的染色体数目一般是稳定的，这是物种的重要遗传学特征。我们将配子中的染色体数目记为n，将合子及体细胞中的染色体数目记为2n，而用x表示单倍体(haploid)染色体数目，即染色体基数。由于各种生物的来源不同，细胞核内可能具有一个或一个以上的染色体组，凡是细胞核中含有一套完整染色体组的叫单倍体，用n表示。具有两套染色体组的生物体称为二倍体，以2n表示。细胞内多于两套染色体组的生物体称为多倍体。如三倍体（3n）、四倍体（4n）、六倍体（6n）等，这类染色体数目的变化是以染色体组为单位的增减，
25、所以称为整倍体变异。对于二倍体(diploid)生物来说，x=n，例如可以把洋葱的染色体数目记为2n=2x=16。2n代表体细胞染色体数目，2x告诉我们这种植物是二倍体，具有两个染色体组。对于多倍体生物来说，xn，例如，对于小麦属(Triticum,x=7)植物我们常用下列方式来表示染色体数目：一粒小麦 2n=2x=14，二倍体二粒小麦 2n=4x=28，四倍体普通小麦 2n=6x=42，六倍体用4n、6n等来表示倍性水平是不合适的。从严格意义来讲，多倍体生物的配子、合子染色体数目仍分别用n、2n表示。多倍体普遍存在于植物界，目前已知道被子植物中有50%或更多的物种是多倍体，包括许多重要农作物
26、，如小麦、大豆、油菜、马铃薯，等都是多倍体。根据多倍体中染色体组的来源，可分为同源多倍体和异源多倍体。凡增加的染色体组来自同一物种或是原来的染色体组加倍的结果，称为同源多倍体；如果增加的染色体组来自不同的物种，则称为异源多倍体。异源多倍体通常由杂交和染色体加倍过程形成，目前已发现杂交和多倍化是植物进化和物种形成的重要方式。鉴于多倍体植物具有一些比二倍体更优良的性状，我们也可采用物理或化学方法人工诱发多倍体植物，其中秋水仙素诱导法效果最好，使用最为广泛。秋水仙素是由百合科植物秋水仙（Colchicun autumnale）的种子及器官中提炼的一种生物碱，化学分子式为C22H25NO6+3/2H2
27、O，具有麻醉作用，对植物种子、幼芽、花蕾、花粉、嫩枝都可产生诱变作用。它的主要作用是抑制细胞分裂时纺锤体的形成，使染色体不走向两极而被阻止在分裂中期，这样细胞不能继续分裂，就形成多倍体的组织。由多倍体组织分化产生的性细胞，所产生的配子是多倍性的，因而也可通过有性繁殖方法把多倍体繁殖下去。多倍体以成功的应用于植物育种，用人工方法诱导的多倍体，如三倍体西瓜、三倍体甜菜、八倍体小黑麦已在生产上应用。在单倍体育种中，如花粉培养、花药培养等，最终也需进行加倍才能获得具育性的品种，这也要用到多倍体诱导技术。一、实验目的1.了解多倍体植物及其在植物遗传与进化中的重要作用。2.了解人工诱导植物多倍体的原理、方
28、法及其在植物育种中的重要作用。3应用植物染色体制片技术，鉴别诱导后染色体数目的变化。二、实验材料黑麦(Secale cereale,2n=14)或大麦(Hordum vulgare,2n=14)种子。三、仪器设备显微镜、恒温培养箱、恒温水浴锅、镊子、载玻片、盖玻片。四、药品试剂0.02%秋水仙素、冰醋酸、甲醇、1mol/L盐酸、石炭酸品红。五、实验步骤1、种子催芽将黑麦种子用自来水洗净并浸泡半小时，然后转入有浸润吸水纸的平皿中， 于25OC培养箱中催芽36-48小时。2、秋水仙素处理种子发芽至根长0.5-1cm左右，留下发芽的种子，用水洗净，吸干水，滴入0.02%秋水仙素溶液，使发出的根尖浸泡
29、在秋水仙素溶液中。盖上平皿，置25OC温箱中处理24小时。3、根尖的观察及固定经处理后，根尖膨大，行如鼓槌。取此种根尖，置青霉素瓶中，用甲醇：冰醋酸（3：1）固定液固定6小时后弃去固定液，继续下列步骤或加入70%酒精于4冰箱中保存。4、根尖处理及压片弃去固定液或酒精，加入60OC预热的1mol/L盐酸，于60OC水浴锅中解离10分钟，弃去盐酸，用自来水将根尖反复清洗几遍，以彻底洗净盐酸。用石炭酸品红染色后，即可进行压片观察。六、实验结果本实验采用秋水仙素处理根尖的方法，使细胞中的染色体数目加倍，以便于直接压片进行染色体加倍情况的检查鉴别。压片中可观察到2n=14,2n=28，甚至2n=56等几
30、种情况的根尖细胞。若要获得多倍体植株及种子，可采用秋水仙素浸泡种子或幼苗顶端分生组织的方法，使植物营养器官，生殖器官细胞中的染色体数目加倍，产生染色体加倍的配子，经受精后形成多倍体的种子实验六减数分裂的观察背景知识 减数分裂是一种特殊的2细的胞分裂，只发生在生殖细胞形成的过程中。减数分裂的特点是连续进行两次核分裂，而染色体仅复制一次，从而形成四个只含单倍数染色体的生殖细胞，经过受精之后，合子染色体数目又恢复到二倍体水平，因此它是维持大多数动植物品种染色体数目世代稳定传递的根本机制。另一方面，基因的分离，自由组合以及交换无不是通过减数分裂发生的，所以深入认识减数分裂对学习遗传学基本规律是极为重要
31、的。植物在花粉形成过程中，花药内的一些细胞分化成小孢子母细胞，即花粉母细胞（2n），每个花粉母细胞进行连续的两次细胞分裂，产生四个细胞，即具单倍体染色体数（n）的小孢子或花粉。动物的精细胞是在精巢由精母细胞经减数分裂形成。卵细胞则在卵巢由卵细胞经减数分裂形成。在适当时期采集植物花蕾或雄花序，动物精巢或卵巢，经固定，染色制片后，即可在显微镜下观察到减数分裂不同时期的染色体图象。下面以百合（Lilium brownii）花粉母细胞减数分裂（图20-1）为例，对各时期特征作一简要说明，在观察时，请注意实际图象与一般减数分裂模式图的差别。减数分裂分为下列各期：减数分裂：前期：减数分裂的特点之一就是前期
32、特别长，而且变化复杂。通常根据细胞核内结构的变化特征又将这一时期分成几个分期，即细线期，偶线期，粗线期，双线期和终变期。细线期：这是减数分裂的开始时期，染色质开始浓缩为细而长的细线状，且细线局部可见到念珠状颗粒，即染色粒。此时，虽然染色体已经复制，但在显微镜下还看不出结构上的二价性。偶线期：其主要特点是同源染色体开始配对。染色体形态与细线期差别不大。在显微镜下不易与细线期绝对分开，但可根据其染色体分散状态及粗细变化判断其是靠近细线期还是趋于偶线期。粗线期：染色体明显缩短变粗。这时同源染色体配对已完成，联会的两条同源染色体结合很紧密，以致结合的界限不易分清，在玉米，每个二价体的着丝点，异染色质区
33、和核仁组织区都可看清。双线期：配对的同源染色体开始分离。由于同源染色体间发生过交换，此时可观察到交叉现象。此期染色体图象呈现纽花状。终变期：由于交叉端化，二价体往往呈现X，O，V形态，且显著收缩变粗，并向核周边移动，在核内较均匀地分散开。所以此期有利于染色体记数。此外，花粉母细胞在整个前期都比较大，较明显有核仁，这是前期的一个显著标志，进入中期，核仁才开始消失。中期：各个二价体排列在赤道面上，纺锤体形成。后期：同源染色体分开，移向两极，每一极得到n条染色体，每一条染色体具来年感个姊妹染色单体。此时，染色体数目减半。末期：染色体解螺旋，核膜重新形成，胞质分裂，成为二分体。此期较短，再经短暂的间期
34、即进入减数分裂。减数分裂：这一次分裂基本与普通有丝分裂相同，前期较短。中期染色体排列于赤道面，两条染色单体分开，着丝粒分裂，移向两极，末期两极各有n条染色体，染色体解螺旋，形成核膜，出现核仁，胞质分裂，形成小胞子四 体，进一步发育为成熟花粉。（图7-1）图7-2所显示的是甘蓝（Brassica oleracea）小孢子母细胞减数分裂过程，与百合不同的是在第一次减数分裂完成后不形成细胞壁，即不形成二分体，而在减数分裂完成后产生细胞壁，形成四面体形的四分体。 一实验目的1.熟悉减数各时期的形态特点，加深对减数分裂遗传学意义的认识。2.学习减数分裂制片方法，了解动、植物生殖细胞的形成过程。二实验原理
35、 1.玉米发育早期的雄花序。 2.蝗虫精巢。三仪器设备 显微镜，离心机及分离管，解剖刀及解剖针，载玻片及盖玻片，镊子。四药品试剂 %2柠檬酸钠溶液，含0.05%秋水仙素的2%的柠檬酸钠溶液，70%乙醇和80%乙醇，甲醇，冰醋酸，石炭酸品红。五实验步骤（一）玉米花粉母细胞减数分裂压片观察1.采集玉米不同花期的雄花序用新配制的甲醇冰醋酸（3：1）固定液固定1824h然后保存于70%酒精中，置4冰箱备用。这样处理的材料可保存23年。2.取雄花序，根据经验，选取0.5cm左右长度的小花，用解剖针或镊子挑出花药（每一朵小花有3个花药），选取长约0.2cm长的花药，置于载玻片上。3.在花药上滴一滴石炭酸品
36、红，然后用解剖针把每个花药截成几段，用镊子撕裂片段，尽可能多的挤出花药中的花粉母细胞。4.去除花药残渣，适当涂匀玻片，然后盖上盖玻片，垫一张滤纸，以拇指均匀按压（注意：不要滑动盖玻片），吸去多余染液，即可镜检观察。5.仔细观察，寻找减数分裂各期图像，熟悉各期特点。（二）蝗虫精巢精母细胞制片观察1.捕捉蝗虫：夏、秋季节在农田中及田埂上一般都可捕捉到蝗虫。2.用镊子夹住雄尾部向外拉，可见一团黄色组织块，这就是精巢。剔除精巢上的其他组织，将其放在卡诺固定液（酒精：冰醋酸=3：1）中固定2h转入70%酒精溶液中，于4 冰箱中保存备用。3.用解剖针从精巢中挑出精细管，放在开玻片上，加一滴石炭酸品红染液，
37、染色5-10min后压片。4.仔细观察，寻找减数分裂各期图像，熟悉各期特点。六实验结果 制片完成后，仔细观察，根据减数分裂各期特点，在制片中找出处于各期的花粉母细胞或精母细胞，并绘图。七注意事项 1本次实验成功的关键是选取合适发育时期的植物花药或动物精巢。发育时期与花药或精巢大小有一定对应关系，通过若干次制片即可观察到减数分裂的不同时期。通常来说，一个花药（甚至一个小花中的不同花药）中的所有细胞的减数分裂过程都是同步的。 2以往在染色体制片观察中常用醋酸洋红进行染色，这种染料可将染色体染成红色，以便于观察，但同时会使细胞质着色，减低染色体与细胞质间的反差，而改良的石炭酸品红染液可克服这一缺点。
38、 八思考题 结合观察减数分裂过程中染色体形态结构的变化，简述减数分裂过程中有哪些重要的遗传学事件发生。实验七 植物染色体的组型分析背景知识 各种动物植物的细胞中都有一定数目的染色体。染色体组型分析，就是分析细胞中染色体的数目和形态结构特点，并用表格、图示将这些特点展示出来。 染色体的形态以有丝分裂中期最为显著，所以一般都分析该时期染色体（图5-1）。染色体的特征包括染色体数目、大小、着丝点位置、副缢痕的有无及位置、随体的有无及形态和大小、B染色体有无及数目等。染色体显带技术、原们杂交技术发展以来，又为染色体增添了新的更精确的鉴别特征。图5-1 大麦有丝分裂中期染色体 染色体组型反映了物种染色体
39、水平的整体特征，研究和比较物种的染色体组型可以确定物种本身的遗传学特征，有助于对物种的亲缘关系进行判断和分析，揭示遗传进化的过程和机制。组型分析也是分析生物染色体数目和结构变异的基本手段，在染色体识别与鉴别中也起着重要作用，植物细胞分类学、细胞地理学研究也是以组型分析为基础的。一.实验目的1.了解染色体组型分析的原理及各项参数意义。2.学习染色体组型分析的方法。二.实验材料黑麦，大麦，洋葱等植物根尖细胞染色体照片。三.仪器设备 毫米尺，镊子，剪刀，计算器。四.实验说明 染色体组型分析通常包括如下指标：1.染色体数目：一般以体细胞染色体数目为准，至少统计5-10个个体、30个细胞以的染色体数目为
40、宜,在个体内出现不同数目时，则应该如实记录其变异幅度和各种数目的细胞数或百分比，而以众数大于85%者为该种类的染色体数目。 2.染色体绝对长度：以微米（um）表示，可在显微镜下通过测微尺测量，也可以在放大的照片上进行（后者更常用），然后按下面的公式计算：绝对长度值仅在某些情况有价值，因为在染色体制片中，预处理时间，染色体浓缩的程度、制片操作等都会影响绝对长度，所以，绝对长度往往不稳定，而相对长度则是稳定的可比较数值。在组型研究中往往只采用相对长度。3.相对长度：均以百分数表示，即： 4. 染色体长度比 这是指核型中最长染色体与最短染色体的比值，即可简写为Lt/Ls。这一数值在核型分析中是衡量核
41、型不对称程度的主要指标之一。5.臂比值指长臂与短臂的长度比值，即： 臂比值=长臂/短臂（精确到0.01）6.着丝点位置根据臂比值可将染色体分成以下几种类型（下表）。这一分类已为国内外广为采用。臂比值与着丝点位置的关系臂比值着丝点位置简写1.001.011.701.713.003.017.007.00以上正中着丝点（median point）中部着丝点区（median region）近中部着丝点区（submedian region）近端部着丝点区（subterminal region）端部着丝点区（terminal region）端部着丝点（terminal point）MmsmsttT7.副缢
42、痕及随体副缢痕的有无及位置，随体的有无、形状和大小都是重要的形态指标，也应仔细观察记载。带随体的染色体用SAT或星号“*”标记。五、实验步骤 1.将洗印好的显微摄影照处上的每条染色体进行随机编号。 2.测量每一条染色体的长臂、短臂长度（单位:mm），自行制表。随体长度不计入染色体长度，但需要注带随体染色体的编号。 3.计算每一条染色体的长度（放大照片上长度：mm）及臂比值。 4.根据染色体长度和臂比值进行同源染色体配对。注意随体是一个重要参数，正常细胞中的某对同源染色体要么都带随体，要么都不带随体。 5.计算同源染色体中两条染色本、短臂及总长的平均值，并把这些数值换算成相对长度（注意染色体组长
43、度是指一个染色体组中全部染色体的长度），填入下表染色体编号相对长度（%）臂比类型长臂短臂全长12345n 6.根据长、短臂的相对长度计算比值，并根据比值确定该染色体的类型。 7.根据照片的编号及同源染色体配对情况，剪下染色体，按从长到短的顺序排列，一对一对地短臂向上、长臂向下，各染色体的着丝点在一条直线上，贴成一完整的染色体组型图。如全长相等，则按照短臂长度排列，长者在前。性染色体或B染色体一律排列在最后。此外，因为高等植物中异源多倍体种类较多，进行组型分析时，也可能根据系统发育的来源进行分组，然后各组按大小进行排列。如普通小麦的染色体组是AABBDD,栽培陆地棉的染色体组是AADD，分析都应特别注意。六、实验结果