第四章遗传学实验(编辑修改稿)

第四章遗传学实验(编辑修改稿)内容摘要：

丝粒 G 21~ 最小 近端着丝粒 有 思考题 1 试绘制人类细胞 的 染色体图 相。 2 比较 人 与小鼠 染色体 的形态差别。 实验 生物染色体组（核）型分析 目的要求 掌握染色体组型分析的基本方法。 实验原理 染色体组型通常是指生物体细胞所有可测定的染色体表型特征总称 ， 包括染色体的总数 、 染色体组的数目 、 组内染色体基数 、 每条染色体的形态、长度、 着丝点 位置 、 随体或次缢痕等。 染色体组型是物种特有的染色体信息之一，具有很高的稳定性和再现性。 染色体 组型分析 不仅 能 对细胞内的染色体 进行分组，还能对 每条 染色体的特 征 进行 定量和定性的描述，是研究染色体的 基 本手段之一。 利用这一方法可 以 鉴别 出 染色体结构变异，染色体数目变异， B 染色体及真假杂种 等。 同时 ， 这 也是研究物种的起源 、生 物的遗传与进化 、 细胞遗传学 和 现代分类学的重要手段 之一。 材料 和器材 1 材料 10 可以用不同生物为分析对象，如大蒜 (Allium sativum)、洋葱 (Allium cepa)、蚕豆 (Viola faba)、大麦 (Hordenm spp)、 人等，选择各自 10 个以上 染色体 分散相好、 染色体个体相对较 长 的 细胞，经图象采集、放大、打印后，对其 进行分析。 2 器材 显微镜、测微尺、毫 米 尺、镊子、剪刀、绘图纸、计算器。 操作方法 1 染色体制片（略）。 2 制备显微摄影的放大图像 将 选定的染色体图象进行 拍摄 和 打印输出。 3 染色体测量 参照 测微尺的 放大倍数，对输出图像中的染色体进行 实际 测量，获取 每条 染色体各臂 的长 度 数据， 测 算染色体长度和臂比率 ，求出着丝粒在染色体上的位置、染色体臂比值、着丝粒位置与染色体类型 （参见表 2）。 臂比率 （p）（q）短臂长度长臂长度臂比率  表 2 染色体分类标准 臂比值 着丝点位置 表示符号 正中部着丝点 M ~ 中部着丝点区 m ~ 亚中部着丝点区 sm ~ 亚端部着丝点区 st ~∞ 端部着丝点区 t ∞ 端部着丝点 T 着丝粒指数 100该染色体的长度 短臂长度着丝粒指数 总染色体长度 细胞单倍染色体总长度，包括性染色体在内。 相对长度 求出每条染色体占总染色体的长度。 相对长度 = 100总染色体长度每一条染色体的长度 4 列表 将以上测量项目列表 ，并将测量结果填入表 3 中。 表 3 染色体测量数据统计表 编号 绝对长度 相对长度 短臂 长臂 臂比率 着丝点指数 随体 类型 1 11 2 3 4 n 5 染色体配对 根据测量数据进行同源染色体剪贴配对。 6 排列 染色体 组型图 把染色体对从大到小、短臂在上、长臂在下，各染色体的着丝点排列在一条直线上。 7 翻拍或绘图 完成上述步骤的染色体剪贴，可以通过翻拍摄影或描图成为染色体组型图。 8 核型 的描述 公式 结合核型分析的结果 ， 用公式 的形式加以 表示，既简明扼要又 利 于记忆和比较。 以 海岛棉 （ Gossypium barbadensc） 为例，其核型 可写成 ： 2n=4x=52=38m+12sm(2SAT)+2st(SAT) 9 核型的综合描述 说明分析对象的染色体数目，所含染色体组的数目及来源（同源或异源），每个染色体组的基数，染色 体 大小和核型。 思考题 分析 某 一种生物的染色体组型 ， 包括文字和图片的综合 分析 结果。 实验 3 染色体畸 变观察 实验 果蝇唾腺染色体制片与染色体畸变观察 目的要求 1 练习解剖 果蝇 幼虫 和 分离 果蝇 唾腺的 方法。 2 掌握唾腺染色体的制片技术。 3 了解唾腺染色体的 结构及其变异 特点。 实验原理 果蝇唾腺染色体是永久性 间 期染色体，由于间期染色体不螺旋化，而且 DNA 不断地进行复制，细胞并不进行分裂，这样就使唾腺染色体变成 了 巨大染色体 (多线染色体 )。 唾腺染色体可以比果蝇其它细胞染色体大几百倍。 果蝇唾腺染色体能进行体细胞配对 (拟联会 )，配对时所有染色体的着丝点聚集在一起形成染色中心 ， 同源染色 体的两条臂紧密配合自由伸展。 因此 ，在 唾腺细胞 里，查 不出 2n 的染色体数 目 ，只能观察到从染色中心向空间伸展的染色体臂。 与其它细胞染色体相比的另一个特点是，唾腺染色体上有深浅不同 、 宽窄不一的带纹。 这些带纹的数目和位置是恒定的，代表着种的特征和一些基因 的位置。 由于这些带纹的存在，染色体上发生缺失、重复、倒位、易位等很容易在唾腺染色体上识别出来。 试剂和器材 1 材料 果蝇 (Drosophila virilis 染色体数目 2n=12) 三龄幼虫。 这种果蝇 幼虫 比 黑腹果蝇 (Drosophila melanogaster 染色体数目 2n=8)幼虫 个体大，唾腺大 、 脂肪少，便于操作 和观察。 12 2 试剂 乙醚、丙酸、酵母粉、绵白糖、琼脂条、玉米粉、 1mo1／ L HC 0. 85％ NaC石炭酸品红、蒸馏水。 3 器材 恒温培养箱、高压灭菌锅、显微镜、天平、培养瓶、棉花塞、滤纸片、载片、盖片、镊 子、解剖针 操作方法 1 三龄幼虫培养 实验前将 果蝇（ D． virilis） ，转接到新配制的培养基中，放在 23～ 25℃ 的条件下饲养约10 天左右。 为了让果蝇幼虫长得肥大更便于操作，在实验前一天 ， 将溶解好的酵母液添 加在培养基里，添加前要先把培养瓶中的成虫转移掉。 添加的数 量 因培养基的情况而定，一般约 0. 5～ l mL。 2 解剖幼虫 取一洁净的载片，滴上 2 滴生理盐水。 在瓶壁上挑选肥大，行动迟缓的三龄幼虫放在生理盐水中，这时生理盐水如果很混浊，要更换生理盐水或把幼虫转移到另一张载片 上。 唾腺位于幼虫头部两侧 ， 长度约占身体总长 1／ 3～ 1／ 4 左右。 解剖时要用解剖针压住头部，压住的地方越小越好。 用镊子夹住幼虫身体后 2／ 3 部分，将幼虫在身体前端拉开。 唾腺是半透明的囊状物， 会 飘 浮 在生理盐水里，无沦怎样触动都不发生形状改变。 唾 腺找到以后，用解剖针将唾腺与其它组织分开，只留唾腺在载片上。 在显微镜下观察，唾腺仍呈 半 透明状态，由单层细胞构成，细胞形状不规则，细胞轮廓清晰，细胞大，细胞核也大，甚至可以看清楚细胞核是由染色体卷缩在一起形成的，一个唾腺约几十个细胞构成。 3 解离 用滤纸条吸净唾腺周围的其它物质，然后在唾腺上滴上 1mol／ L HC1 解离 2～ 3min，以 解除 细胞 间联系 ， 便于 染色体散开。 4 水洗 解离后的唾腺用蒸馏水洗 3~4 次，水洗时要注意不要把唾腺弄丢，水洗要彻底，否则影响染色效果。 另外 ， 水洗过程也是细胞低渗过程。 5 染色压片 水洗后的唾腺周围要用滤纸条清理干净，然后在唾腺上滴上一滴石炭酸品红，染色 5min后盖上盖片，先用滤纸吸去盖片周围溢出的染液， 最 后在 有 材料 的 位点上用力压实。 6 显微镜观察 先用低倍镜观察 ， 发现 分散好的染色体图像后 再 转 换至 高倍镜观察。 果蝇 (D. virilis)的体细胞染色体数 2n=12，全部为端部着丝点。 其中有 5 对染色体臂较长 ， 一对染色体臂很小是点状染色体。 唾腺染色体是 5 条长臂，点状染色体附着在染色中心附近。 另外 ， 在染色体臂上有明显深浅 不同 、 宽窄不 一 的带纹。 在染色体臂的不同部位有时会出现疏松区 (胀泡 )，这是转录活性区。 我 院遗传学 实验室饲养的果蝇 (D. virilis) 唾腺染色体 中，常见某一条染色体局部区域 出现 不联会 的 分叉或分枝 现象 ， 该区域的带纹彼此间也存在明显差异。 这 表明 ，这对同源染色体之间存在着遗传上的差异。 关于这种差异产生的畸变原因 是否与某种环境因素有关， 目前尚不清楚。 思考题 1 认识唾腺染色体的结构特点， 绘制唾腺染色体 变异 结构图像。 2 讨论染色体结构变异的类型及其特点。 13 实验 紫萼玉簪染色体结构变异的显微镜观察 目的 要求 1 进一步掌握染色 体 结构变异的特点及细胞学特征。 2 了解染色体结构变异在遗传上的意义。 实验原理 染色体结构变异是自然界中存在的一种生物进化和新物种形成的重要因素之一。 染色体结构变异主要有缺失、重复、倒位、易位四种。 其中易位是最容易发生的一种染色体结构变异，也是自然界中存在的最广泛的一种结构变异。 不同的染色体结构变异具有 各自 不同的特殊表型。 臂内倒位杂合体在倒位圈内发生交换后形成 一 条具有双着丝粒染色体和一个无着丝粒的染色体片段。 在减数分裂 后期 I， 同源染色体由纺锤体拉向两极时形成染色体桥和落后的断 片。 染色体断裂之后，不论是有着丝点的缺失染色体还是无着丝粒的断片，都可能形成微核，尤其是无着丝粒的染色体片段最终都可能形成微核。 有时可以利用 对 微核 测试 方法检测 环境污染等因素 对染色体畸变的影响。 染色体的变异 现象越丰富，说明 诱变 因素 的作用越大。 试剂和器材 1 材料 紫萼玉簪花蕾 (东北师大校园内栽培种 )。 紫萼玉簪花染色体数目多，个体差异大。 由于染色体 数目和结构 有严重的变异，不能产生有效配子， 因而 导致有性生殖率极低，几乎不产生种子或只产生少数败育的种子， 繁殖 方式主要依赖分根法 进行无性繁殖。 这种 紫萼玉簪 是一份 天然的、 不需人工诱导 即可 观察染色体结构变异的好材料。 2 试剂 乙醇、冰乙酸、硫酸铁铵、苏木精。 3 器材 广口瓶、酒精灯、镊子、载片、盖片、吸水纸、解剖针、小烧杯、表玻皿。 操作方法 1 取材 东北师大校园内栽培的紫萼玉簪花开花的时间是每年夏天的 7 月上旬，取正处于减数分裂时期尚未开花的花蕾，取材的时间一般在上午 8～ 9 点，下午 2～ 3 点为宜。 2 固定 花蕾取来要放入 Carnoy 固定液中固定。 由于花蕾体积较大，需固定一周时间，中间要更换 2～ 3 次固定液。 材料固定之后转入 70％乙醇中保存。 3 剥离花药 花蕾有许多小花组成，小花中有三枚花药。 花药 若 呈黄色，表明减数分裂已经完成。 剥离花药时要选择白色的。 使用的解剖针和镊子都不能伤害花药，否则花粉母细胞会从伤口处流失。 4 媒染水洗 剥离出的花药放在 4％硫酸铁铵水溶液中浸泡 4~24h，浸泡时花药必须浸于底部，飘浮于液体表面的花药则达不到媒染效果。 媒染后的花药要彻底水洗，最好是流水冲洗 5min 左右。 5 染色 14 冲洗后的花药放入苏 木 精染液中，染色时间 4~24h，染后的花药为蓝黑色。 染色 之后的花药用清水洗去表面的染料，存放于清水中备用。 6 制片 取 一枚 花药放 在 一 张 洁净的载片上，滴上 一 滴 45％的冰乙酸，酒精灯上加热 3～ 5s，盖上盖片， 覆盖 上一层吸水纸，在材料部位用力压实，载片盖片之间不能有摩擦，否则会造成细胞变形变碎。 7 实验结果 观察 在显微镜下， 选择体积大 、 圆形 花粉母细胞进行 观察。 在不同的 细胞分裂 相中会发现 ，有的 中期 细胞中有落后染色体和断片，后期 会 有 染色体 桥 形成 ， 而且 有的细胞中还有双桥和多桥 现象 ， 末期有染色质桥和微核。 从这些细胞学现象分析， 紫萼玉簪 细胞中的染 色体结构曾发生 过的 多种变异。 思考题 1 绘制所观察到的 紫萼玉簪 变异细胞的染色体图相。 2 记录 紫萼玉簪 变异细胞出现的 类型和 频率。 3 讨论 紫萼玉簪 变异的原因及其意义。 实验 植物多倍体诱发实验 目的要求 1 了解染色体整倍性变化的特点。 2 掌握诱导多倍体的方法技术及其在植物育种上的意义。 实验原理 多倍体是指细胞核内具有二个以上染色体组 ， 如 3n、 4n、 6n 等的植物。 多倍体广泛地 存在于自然界中，小麦是异源六倍体，棉花是 4 倍体等。 多倍体产生的途径除自然发生外， 还 可以 人工诱导。 诱导多倍体可以采用 物理方法如射线处理、低温、高温、嫁接等手段。 还可以采用化学的方法，如秋水仙素、富民农、异生长 素 等药品都能诱发多倍体。 其 中 以秋水仙素效果最好。 秋水仙素是百合科植物秋种番红花 — 秋水仙 (ColcMcum autumnale) 的种 子 及器官中提炼出来的一种生物碱 ，具有麻醉作用。 化学分子式为 OH。