白眼殘翅果蠅在本科遺傳學(xué)雜交實驗教學(xué)中的應(yīng)用

趙國棟，陳 暉，王旭光，阿布力孜·吾斯曼

(新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)動物科學(xué)學(xué)院，烏魯木齊 830052)

果蠅是遺傳學(xué)教學(xué)應(yīng)用最普遍的動物之一，也是驗證孟德爾三大定律較為理想的實驗動物之一，在高校本科遺傳學(xué)雜交實驗中，驗證孟德爾分離定律采用野生型長翅與殘翅果蠅雜交，驗證性連鎖基因遺傳采用野生型長翅與白眼果蠅雜交。采用白眼殘翅果蠅與野生型長翅果蠅雜交，經(jīng)一次雜交后可同時反映兩個實驗結(jié)果，節(jié)約實驗材料與成本，使遺傳學(xué)實驗趨于簡單化。同時，以現(xiàn)有的品系培育新品系的方式教學(xué)，可激發(fā)學(xué)生的積極性和思考性。雜交后新品系的生活力和繁殖力普遍優(yōu)于實驗室果蠅的四大品種[1]，對于本科遺傳學(xué)實驗教學(xué)改革具有極大的優(yōu)越性[2]。將白眼殘翅果蠅應(yīng)用于本科實驗教學(xué)中，使雜交實驗變得簡單的同時，也豐富了實驗室果蠅品系，對于學(xué)生的主觀能動性和科研思考能力具有促進作用，同時對于本科教學(xué)的創(chuàng)新和改革也具有一定的指導(dǎo)意義。

1 白眼殘翅果蠅純培養(yǎng)

1.1 實驗用品

白眼果蠅、殘翅果蠅均來自新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)動物科學(xué)學(xué)院動物遺傳育種與繁殖實驗室；電熱爐；2 cm×20 cm試管；棉花；紗布；石棉網(wǎng)；燒杯(200 mL、100 mL、5 mL各一個)；玻璃棒；稱量紙；瓊脂條；玉米面；酵母粉；苯甲酸；蔗糖；95%酒精；丙酸。

1.2 培養(yǎng)基的配制

果蠅培養(yǎng)基主要成分見表1。配制100 mL培養(yǎng)基方法：(1)量取自來水100 mL分為70 mL和30 mL，分兩個燒杯裝備用；(2)將玉米粉10 g、酵母粉1.6 g轉(zhuǎn)入100 mL燒杯內(nèi)加水30 mL溶解；(3)將苯甲酸0.15 g溶于2 mL95%酒精中備用。

稱取瓊脂條1.5 g加入200 mL燒杯內(nèi)加水70 mL墊石棉網(wǎng)后加熱煮沸，待瓊脂充分溶解后，加入蔗糖8.5 g充分溶解，依次加入上述(3)和(2)中的溶液，煮沸后加入0.6 mL丙酸，混勻后分裝于10支試管內(nèi)，將試管傾斜做出斜面，冷卻后用棉球擦干試管內(nèi)壁水蒸氣，采用紗布棉塞封口備用。

表1 玉米培養(yǎng)基的成分含量Tab.1 Component content of corn medium

1.3 實驗設(shè)計

參考郭善利等[3]處女蠅的選擇方法，分別在早08∶00，中午14∶00，晚上24∶00將羽化后的果蠅轉(zhuǎn)入空試管，用乙醚棉麻醉后分別挑選殘翅和白眼雌、雄果蠅。分別將殘翅雄果蠅(♂)與白眼雌果蠅(♀)、白眼雄果蠅(♂)與殘翅雌果蠅(♀)，雌雄1∶1放入新的培養(yǎng)基試管內(nèi)，將試管放入26℃恒溫箱孵育4 d，待幼蟲長出后移除親本。10 d后將羽化出的F1代果蠅分批分別轉(zhuǎn)入新培養(yǎng)基的試管內(nèi)放入26℃恒溫箱，待幼蟲長出后移除F1代親本，10 d后分別在早08∶00，中午14∶00，晚上24∶00將羽化后的F2代麻醉后挑選白眼殘翅果蠅。最后將挑選出的白眼殘翅果蠅統(tǒng)一移入新的培養(yǎng)基試管自交擴繁。

長翅相對于殘翅為顯性遺傳，紅眼相對于白眼為隱性遺傳，假設(shè)長翅為(+ +)，殘翅為(vg vg)，紅眼為(* *)，白眼為(w w)，則殘翅雌蠅(♀)基因型為X*X*vg/vg，殘翅雄蠅(♂)基因型為X*Yvg/vg，白眼雌蠅(♀)基因型為XwXw+/+，白眼雄蠅(♂)基因型為XwY+/+。

1.3.1 殘翅雄蠅(♂)與白眼雌蠅(♀)雜交選育

解析圖見圖1，殘翅雄蠅(♂)與白眼雌蠅(♀)雜交，其F1代雄蠅均為白眼長翅雜合子，雌性果蠅F1代均為紅眼長翅雜合子，經(jīng)F1代自交后，F(xiàn)2代出現(xiàn)四種表型，分別為白眼長翅、白眼殘翅、紅眼長翅、紅眼殘翅，其比例為3∶1∶3∶1，從中選擇白眼殘翅(雌雄=1∶1)果蠅，其基因型分別為(XwXwvg/vg和XwYvg/vg)進行自交得到純合白眼殘翅果蠅。

圖1 殘翅雄蠅(♂)與白眼雌蠅(♀)雜交解析圖Fig.1 Hybridization of male drosophila(♂) with vestigial wings and female drosophila(♀) with white eyes

1.3.2 白眼雄蠅(♂)與殘翅雌蠅(♀)雜交選育

解析圖見圖2，白眼雄蠅(♂)與殘翅雌蠅(♀)雜交，其F1代雄蠅均為紅眼長翅雜合子，經(jīng)F1代自交后，F(xiàn)2代出現(xiàn)四種表型，分別為白眼長翅、白眼殘翅、紅眼長翅、紅眼殘翅，其比例為3∶1∶9∶3，其中白眼殘翅果蠅均為雄蠅沒有雌蠅，其基因型分別為(XwYvg/vg)，因此白眼雄蠅與殘翅雌蠅雜交不適合白眼殘翅果蠅的培育。

圖2 白眼雄蠅(♂)與殘翅雌蠅(♀)雜交解析圖Fig.2 Hybridization of male drosophila(♂) with white eyes and female drosophila(♀) with vestigial wings

2 白眼殘翅在本科遺傳實驗教學(xué)中的應(yīng)用

在以往的孟德爾分離定律和性連鎖基因遺傳實驗中，常采用的果蠅分別是野生型長翅(**+/+)、殘翅(**vg/vg)和野生型長翅(**+/+)、白眼(w w+/+)。在本實驗中采用野生型長翅果蠅(* *+/+)與白眼殘翅(w wvg/vg)果蠅雜交后，其雜交結(jié)果可同時反映出孟德爾分離定律和性連鎖基因遺傳實驗結(jié)果。

2.1 孟德爾分離定律驗證實驗

孟德爾分離定律圖解如圖3所示，野生型長翅(**+/+)果蠅與殘翅(**vg/vg)果蠅雜交，雜交后F1代均為長翅雜合子果蠅，F(xiàn)1代自交后F2代出現(xiàn)兩種表型長翅和殘翅，其比例為3∶1。

圖3 孟德爾分離定律圖解Fig.3 Mendel’s separation law diagram

2.2 性連鎖基因遺傳驗證實驗

2.2.1 正交

正交圖解見圖4，野生型雄果蠅(X*Y)與白眼雌果蠅(XwXw)雜交后，F(xiàn)1代雄性均為白眼，雌性均為紅眼，F(xiàn)1代自交后出現(xiàn)兩種表型白眼和紅眼比例為1∶1，且各表型中雌雄比例均為1∶1。

圖4 性連鎖基因遺傳正交圖解Fig.4 Orthogonality diagram of sex linkage gene inheritance

2.2.2 反交

反交圖解見圖5，白眼雄性(XwY)果蠅與紅眼雌性(X*X*)果蠅雜交后，其F1代均為紅眼果蠅，F(xiàn)1代自交后，F(xiàn)2代有兩種表型紅眼和白眼比例為3∶1，其中白眼均為雄性。

圖5 性連鎖基因遺傳反交圖解Fig.5 Reciprocal cross of sex-linked genes

圖6 野生型果蠅與白眼殘翅果蠅正交圖解Fig.6 Orthogonality of drosophila of wild type, and with white eyes and vestigial wings

2.3 野生型果蠅與白眼殘翅果蠅雜交雙驗證實驗

2.3.1 野生型果蠅與白眼殘翅果蠅正交實驗

正交圖解見圖6，野生型雄果蠅(X*Y+/+)與白眼殘翅雌果蠅(XwXwvg/vg)雜交，F(xiàn)1代白眼與紅眼比例為1∶1都為長翅，且雄性果蠅均為白眼。F2代表現(xiàn)出4種性狀，分別為白眼長翅、白眼殘翅、紅眼長翅、紅眼殘翅，比例為3∶1∶3∶1。在此實驗中，只考慮眼型不考慮翅型，F(xiàn)2代白眼與紅眼之比為1∶1，且F1代雄性均為白眼，可作為驗證性連鎖基因遺傳正交實驗；只考慮翅型不考慮眼型，長翅與殘翅之比為3∶1，可作為驗證孟德爾分離定律正交實驗。

2.3.2 野生型果蠅與白眼殘翅果蠅反交實驗

反交圖解見圖7，白眼殘翅雄果蠅(XwYvg/vg)與紅眼長翅雌果蠅(X*X*+/+)雜交后，F(xiàn)1代均為紅眼長翅果蠅，F(xiàn)1代自交后，F(xiàn)2代表現(xiàn)出4種性狀，分別為紅眼長翅、紅眼殘翅、白眼長翅、白眼殘翅，其比例為9∶3∶3∶1。在此實驗中只考慮眼型不考慮翅型，則紅眼與白眼之比為3∶1，可作為驗證性連鎖基因遺傳反交實驗；只考慮翅型不考慮眼型，則長翅與殘翅之比為3∶1，可作為驗證孟德爾分離定律反交實驗。

圖7 野生型果蠅與白眼殘翅果蠅反交圖解Fig.7 Reciprocal cross of drosophila of wild type, and with white eyes and vestigial wings

3 可作為高校遺傳雜交實驗改革創(chuàng)新的實驗材料

3.1 以往果蠅雜交實驗教學(xué)存在的問題

在以往的遺傳學(xué)教學(xué)實驗中，近2個月的果蠅雜交實驗通常為教師教學(xué)為主，常以野生型、白眼、殘翅、黑檀體作為教學(xué)模型[4]，實驗中通常是教師講授，學(xué)生按部就班操作，整個實驗過程沒有真正融入學(xué)生的思考能力和自主創(chuàng)新能力，因此實驗報告經(jīng)常出現(xiàn)雷同現(xiàn)象，缺乏學(xué)生自己的分析與判斷，不利于提升學(xué)生的科研能力和自主創(chuàng)新能力[5]。別敦榮等[6]在本科教學(xué)改革中提出全面性、創(chuàng)新型、國際化的人才培養(yǎng)理念。潘雅[7]也提出大學(xué)應(yīng)該培養(yǎng)學(xué)生的團隊合作和靈活性思維。美國麻省理工學(xué)院也一度提倡培養(yǎng)創(chuàng)新型人才[8]。因此，本科實驗中培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新性思維能力尤為重要。

3.2 白眼殘翅果蠅在遺傳雜交實驗中的創(chuàng)新與應(yīng)用

白眼果蠅經(jīng)兩個品系雜交培育后，其生活力、繁殖力要優(yōu)于其他品系的果蠅[9]，因此在果蠅雜交實驗中具有相對的優(yōu)勢。在本實驗課程設(shè)計中，實驗初期實驗教師提前挑選出各品種的處女蠅，集中上課時，簡述果蠅的外形觀察與雌雄果蠅的鑒別，闡明遺傳學(xué)中的基因分離定律、自由組合定律和性連鎖基因定律，并詳述各實驗所用果蠅的原因。課后以小組形式，在三大定律的驗證實驗基礎(chǔ)上[10]，每小組自由設(shè)計一項實驗，實驗內(nèi)容以現(xiàn)有的果蠅品種任選兩種作為親本，培育一個新的品系，學(xué)生實驗報告中需畫出培育的技術(shù)路線圖，果蠅由實驗室提供，最后以培育的統(tǒng)計結(jié)果計為最后的考核標(biāo)準(zhǔn)。這樣不但能調(diào)動學(xué)生的積極性，也能調(diào)動學(xué)生的自主性和創(chuàng)新性，培養(yǎng)學(xué)生的科研興趣和思考能力。白眼殘翅果蠅由于翅形的殘缺，在雌雄鑒別及在轉(zhuǎn)移的時候相對簡單，而且其眼型和翅型呈雙隱性，便于學(xué)生觀察時進行對照，因此白眼殘翅果蠅可作為創(chuàng)新教學(xué)的重要材料。

在學(xué)生創(chuàng)新實驗設(shè)計中，野生型、白眼、殘翅、黑檀體均可作為親本，但是白眼殘翅果蠅作為親本可培育的品系相對較多，如：以白眼殘翅果蠅和紅眼長翅果蠅為親本，通過雜交后可培育紅眼殘翅果蠅和白眼長翅果蠅；以白眼殘翅果蠅與黑檀體果蠅為親本雜交，又可培育紅眼長翅果蠅、紅眼殘翅果蠅、白眼黑體果蠅和白眼長翅果蠅，白眼殘翅果蠅在整個創(chuàng)新實驗中所占比重相對較大，是整個創(chuàng)新實驗中較為重要的材料之一。

通過以培育新的果蠅品系作為實驗?zāi)康模约袑W(xué)習(xí)、小組學(xué)習(xí)、自主創(chuàng)新和課后拓展的形式對遺傳雜交實驗進行改革，整個實驗完成后，學(xué)生對遺傳中雜交、選育、擴繁等都會有新的認識，對雜交實驗也會有深入的理解。白眼殘翅果蠅應(yīng)用于本科實驗改革，其本身就具備一定的創(chuàng)新性，彌補了本科實驗室遺傳實驗資源的匱乏，對于本科遺傳學(xué)實驗教學(xué)具有重要意義。

4 小結(jié)與展望

本科實驗教學(xué)是高校本科教學(xué)的重要組成部分，本科實驗的自主能動性和創(chuàng)新性直接影響到學(xué)生對整體課程的認識與理解，因此加大高校本科實驗的創(chuàng)新性和提高學(xué)生在實驗中的主觀能動性是本科教學(xué)的重點，是大學(xué)本科提倡的教學(xué)改革重點，也是高校各實驗教師不斷努力的目標(biāo)。加大新資源的利用和新方法的使用，可以有效提高學(xué)生的理解力、認知度和學(xué)習(xí)興趣。