遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中果蠅雜交實(shí)驗(yàn)整合的探索

齊璐璐，姜先榮，周亞彬，陳金武，孫 嫻

（合肥師范學(xué)院 生命科學(xué)學(xué)院，安徽 合肥230061）

1 遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中果蠅雜交實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)狀

遺傳學(xué)是當(dāng)今生命科學(xué)中發(fā)展最快、最活躍的學(xué)科之一，是生物學(xué)科各專(zhuān)業(yè)的重要專(zhuān)業(yè)課［1］。遺傳實(shí)驗(yàn)課程歷史悠久，隨著科技的進(jìn)步和科學(xué)的發(fā)展，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容在不斷地?cái)U(kuò)充、更新與深化［2］。果蠅是遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)中比較理想的實(shí)驗(yàn)材料，具有突變性狀多、繁殖快、易飼養(yǎng)等特點(diǎn)。因此果蠅作為重要的模式生物經(jīng)常在遺傳實(shí)驗(yàn)中被采用。例如驗(yàn)證分離規(guī)律、伴性遺傳和連鎖互換規(guī)律等實(shí)驗(yàn)，并且在遺傳實(shí)驗(yàn)課所占比例也比較大［3－4］。但是果蠅雜交實(shí)驗(yàn)也存在以下不足：（1）大多數(shù)果蠅雜交實(shí)驗(yàn)是最基本、經(jīng)典的驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，分為多個(gè)獨(dú)立實(shí)驗(yàn)，學(xué)生只需按老師事先設(shè)計(jì)好的實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行簡(jiǎn)單的操作，就能完成實(shí)驗(yàn)。整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程學(xué)生處于被動(dòng)接受的地位，不能獨(dú)立設(shè)計(jì)、操作和觀察。這種教學(xué)模式缺乏自主性，很難調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和積極性，實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果不夠理想［5］。（2）果蠅相關(guān)雜交實(shí)驗(yàn)，周期至少在6周以上。若三個(gè)雜交實(shí)驗(yàn)相繼安排，累加要4個(gè)多月，耗時(shí)長(zhǎng)。（3）在實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程中，有些實(shí)驗(yàn)步驟是相同的，如處女蠅的收集，耗時(shí)至少7天以上，若分組進(jìn)行，即重復(fù)工作又耗費(fèi)時(shí)間，同時(shí)加劇了教學(xué)任務(wù)重與課時(shí)少之間的矛盾。

2 果蠅雜交實(shí)驗(yàn)整合的實(shí)施

通過(guò)近幾年果蠅雜交實(shí)驗(yàn)整合的探索，設(shè)計(jì)了關(guān)于果蠅雜交實(shí)驗(yàn)整合的方案，將果蠅的分離規(guī)律、伴性遺傳和連鎖互換規(guī)律通過(guò)尋找內(nèi)在的聯(lián)系，整合成一個(gè)雜交組合來(lái)完成。實(shí)驗(yàn)課在分離規(guī)律、伴性遺傳和連鎖互換規(guī)律等理論課之后，老師只給學(xué)生提供果蠅的三對(duì)相對(duì)性狀，介紹果蠅飼養(yǎng)中的注意事項(xiàng)。學(xué)生按小組查閱資料，確定實(shí)驗(yàn)所需果蠅的性狀組合，自主進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。實(shí)驗(yàn)課上，老師點(diǎn)評(píng)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案，總結(jié)歸納可行的方案，然后各小組完善實(shí)驗(yàn)方案、進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作、記錄和分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，驗(yàn)證是否符合三種遺傳規(guī)律，最后再由老師和各小組共同分析總結(jié)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，并提交詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)分析報(bào)告。

2.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康呐c要求

果蠅的分離規(guī)律、伴性遺傳和連鎖互換規(guī)律實(shí)驗(yàn)都是關(guān)于果蠅的雜交實(shí)驗(yàn)，且都是驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，引導(dǎo)學(xué)生掌握三個(gè)遺傳定律的實(shí)質(zhì)及彼此間的聯(lián)系和區(qū)別，要求學(xué)生將這三個(gè)實(shí)驗(yàn)整合在一起，通過(guò)一次實(shí)驗(yàn)雜交組合驗(yàn)證三個(gè)遺傳學(xué)定律，通過(guò)學(xué)生的自主參與和整合設(shè)計(jì)，提高學(xué)生的獨(dú)立設(shè)計(jì)能力、觀察能力、判斷能力和解決問(wèn)題的能力［6］。

2.2 實(shí)驗(yàn)原理

分離規(guī)律實(shí)驗(yàn)是驗(yàn)證常染色體上一對(duì)等位基因控制的相對(duì)性狀的遺傳規(guī)律，伴性遺傳實(shí)驗(yàn)是驗(yàn)證位于性染色體上的基因所控制的性狀的遺傳規(guī)律，連鎖交換實(shí)驗(yàn)是驗(yàn)證位于同源染色體上二對(duì)或二對(duì)以上非等位基因所控制的性狀的遺傳規(guī)律。

2.3 實(shí)驗(yàn)材料

純種長(zhǎng)翅紅眼直剛毛雌雄果蠅、純種殘翅白眼焦剛毛雌雄果蠅。不同性狀組合的果蠅均購(gòu)自安徽大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院。在實(shí)驗(yàn)前向?qū)W生介紹果蠅的翅型（長(zhǎng)翅、殘翅），眼色（紅眼、白眼）和剛毛形態(tài)（直剛毛、焦剛毛）三種性狀的遺傳特點(diǎn)。

2.4 實(shí)驗(yàn)步驟

學(xué)生在實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)階段，按小組設(shè)計(jì)方案，確定雜交組合，教師針對(duì)各組提交的方案給予指導(dǎo)，待方案討論修改完善后，各小組成員按方案具體實(shí)施操作。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中各組獨(dú)立完成，教師只負(fù)責(zé)答疑和統(tǒng)籌安排，不參與具體操作［5］。

正交：純種殘翅白眼焦剛毛（♀）× 純種長(zhǎng)翅紅眼直剛毛（♂）

反交：純種長(zhǎng)翅紅眼直剛毛（♀）× 純種殘翅白眼焦剛毛（♂）

該雜交組合設(shè)計(jì)的特點(diǎn)是：通過(guò)一次雜交組合結(jié)果分別驗(yàn)證分離規(guī)律、伴性遺傳和連鎖互換規(guī)律實(shí)驗(yàn)三個(gè)經(jīng)典遺傳定律。

2.5 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

在學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作完成后，教師要督促各組及時(shí)觀察統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，提示學(xué)生驗(yàn)證不同的規(guī)律，需選擇合理的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)（不同的統(tǒng)計(jì)組合），然后對(duì)統(tǒng)計(jì)結(jié)果進(jìn)行分析，最后應(yīng)用卡方測(cè)驗(yàn)檢驗(yàn)。

2.5.1 分離規(guī)律的驗(yàn)證

分離規(guī)律一般是指常染色體上一對(duì)等位基因控制的相對(duì)性狀的遺傳規(guī)律。果蠅的長(zhǎng)翅（V）對(duì)殘翅（v）為顯性，這一對(duì)基因均位于常染色體上，在驗(yàn)證分離規(guī)律實(shí)驗(yàn)時(shí)，以這一對(duì)相對(duì)性狀為研究對(duì)象，其他性狀暫時(shí)忽略，進(jìn)行正反交實(shí)驗(yàn)，可驗(yàn)證分離規(guī)律。

理論上正反交F1都是長(zhǎng)翅，F(xiàn)2都是長(zhǎng)翅：殘翅接近3：1。學(xué)生根據(jù)實(shí)際得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行卡方檢測(cè)。

2.5.2 伴性遺傳的驗(yàn)證

伴性遺傳是指位于性染色體上的基因所控制的性狀總是伴隨著性別而遺傳的。有關(guān)伴性遺傳的教學(xué)內(nèi)容，不同版本教材的內(nèi)容組織方式不同，但都將果蠅眼色遺傳作為形成伴性遺傳概念的經(jīng)典例證［6］。果蠅的紅眼（W）對(duì)白眼（w）為顯性，直剛毛（B）對(duì)焦剛毛（b）為顯性，這二對(duì)基因均位于X染色體上，在驗(yàn)證伴性遺傳實(shí)驗(yàn)時(shí)，分別以這二對(duì)相對(duì)性狀為研究對(duì)象，其他性狀暫時(shí)忽略，進(jìn)行正反交實(shí)驗(yàn)，可驗(yàn)證伴性遺傳。

理論上正交實(shí)驗(yàn)的F1代♀全部紅眼和♂全部白眼，理論比為1：1。F2代中紅眼和白眼的理論比為1：1，雌雄比例為1：1。反交實(shí)驗(yàn)F1代均為紅眼，F(xiàn)2代紅眼：白眼比例3：1，其中♀全部紅眼，♂紅眼：白眼比例1：1。學(xué)生可根據(jù)實(shí)際得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行卡方檢測(cè)。

同理也可通過(guò)統(tǒng)計(jì)正反交后代直剛毛和對(duì)焦剛毛的數(shù)量驗(yàn)證伴性遺傳。

2.5.3 連鎖交換的驗(yàn)證

位于一對(duì)同源染色體上的非等位基因具有一定的連鎖關(guān)系，在果蠅中控制眼色和剛毛的基因都位于X染色體上，因此以這兩對(duì)相對(duì)性狀為研究對(duì)象，其他性狀暫時(shí)忽略，進(jìn)行正反交實(shí)驗(yàn)，可驗(yàn)證連鎖交換。

理論上F2中親本型偏多，超過(guò)50%，重組型偏少，低于50%。學(xué)生可根據(jù)實(shí)際得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步的卡方檢測(cè)。

3 討論

3.1 精簡(jiǎn)學(xué)時(shí)，提高了實(shí)驗(yàn)的教學(xué)效率

對(duì)于分離規(guī)律、伴性遺傳、連鎖交換三個(gè)經(jīng)典遺傳定律的驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，若單獨(dú)操作均要耗時(shí)一個(gè)半月，共需四個(gè)月以上。而本次整合彌補(bǔ)這方面的缺點(diǎn)，三個(gè)驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)合并成一組，將親本先雜交再自交，根據(jù)兩代統(tǒng)計(jì)結(jié)果針對(duì)性的驗(yàn)證遺傳定律。共耗時(shí)一個(gè)多月。精簡(jiǎn)了時(shí)間，節(jié)約了耗材，并且豐富了實(shí)踐的內(nèi)容，有效提高了實(shí)驗(yàn)的教學(xué)效率。

3.2 提高了學(xué)生分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力

將驗(yàn)證性教學(xué)滲透了發(fā)現(xiàn)性教學(xué)，增加了學(xué)生對(duì)遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)的興趣，調(diào)動(dòng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性，培養(yǎng)了學(xué)生實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力，提高了學(xué)生的綜合能力。

［1］王 彬，韓贊平，張澤民，等.《遺傳學(xué)》課程建設(shè)的實(shí)踐與思考［J］.洛陽(yáng)師范學(xué)院學(xué)報(bào)，2008（5）：141－143.

［2］程羅根，朱媛媛，周洲，等.遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)課程改革的實(shí)踐與探索［J］.教育教學(xué)論壇 ，2013（8）：101－102.

［3］路淑霞，常重杰，盧龍斗，等.果蠅雜交實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)與安排［J］.生物學(xué)通報(bào)，2000（11）：36－37.

［4］李國(guó)泰.白眼殘翅果蠅的培養(yǎng)及遺傳分析［J］.通化師范學(xué)院學(xué)報(bào)，2004（10）：55－56.

［5］方茹，楊少宗，任莉萍.關(guān)于遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中果蠅實(shí)驗(yàn)的改革探索［J］.生物學(xué)通報(bào)，2006（6）：41－43.

［6］畢詩(shī)秀.在“伴性遺傳”教學(xué)中對(duì)學(xué)生進(jìn)行科學(xué)方法訓(xùn)練［J］.生物學(xué)教學(xué)，2011（5）：23－27.