“果蝇的杂交”实验教学

王 芳 杜玉芬

（1 北京市第十五中学 北京 100054 2 北京市西城区教育研修学院 北京 100035）

果蝇的杂交实验是高中生物学必修2《遗传与进化》模块中的经典发现实验。由于果蝇易于培养，繁殖迅速，性状明显，因此果蝇的杂交实验也是高中生物学课程中为数不多的、易于重复的经典实验。高中学生通过动手实践完成这一经典发现的历程，获得杂交结果的实验数据，再从数据的分析中得出遗传的规律，这样就能真正自主地形成学科的核心理论。

1 实验内容

“果蝇的杂交” 实验包括3 个方面的内容：①果蝇培养基的配置和果蝇的接种；②纯种果蝇性状观察和性别鉴定；③果蝇的杂交。

2 实验材料

1）仪器：高压蒸汽灭菌锅、恒温恒湿培养箱、实体解剖显微镜（可用普通放大镜替代）、二氧化碳气瓶（可从水族用品店购置小型4 L 容量）。

2）试剂：玉米琼脂培养基，成分如下：玉米粉50 g、红糖6 g、白糖7 g、琼脂5 g、酵母20 g、丙酸4 mL、对羟基苯甲酸丁酯1 g、蒸馏水1 000 mL。

3 材料：纯合红眼、白眼品系黑腹果蝇（本实验果蝇品系由首都师范大学李周华教授提供）。

4）其他用具：塑料培养试管、试管架、海绵试管塞、毛笔、培养皿、冰袋。

3 实验方案的优化

3.1 果蝇培养基的配置和果蝇的观察性培养

3.1.1 培养基的配制方法 果蝇是一种十分常见的昆虫，酵母菌是果蝇幼虫和成虫的主要食物，多数能发酵的物质都可以成为果蝇的培养基。早期培养果蝇是将香蕉外加少量防腐剂做培养基，现在则多用玉米粉。下面介绍实验室常用的玉米琼脂培养基的配制方法。

首先将琼脂以少量的水溶解，再将红糖和白糖加入少量水中，待糖充分溶解后，将已溶解的琼脂均匀倒入糖水中，继续加热煮沸。另将玉米粉溶于剩余的大部分水中，调匀，边搅拌边倒入溶解好的糖-琼脂水，继续煮沸几分钟，终止加热后加入丙酸及对羟基苯甲酸丁酯，搅拌均匀。将溶解好的培养基分装于培养瓶中，盖好瓶塞。（若实验室条件不足，此培养基中去除琼脂、红糖、白糖、对羟基苯甲酸丁酯4 种成分也可。）

3.1.2 灭菌 将配置好的培养基置于高压蒸汽灭菌锅中，103.4 kPa 灭菌20 min，冷却待用。（若条件不允许也可不灭菌，在尽可能无菌条件下配置和分装即可。）

3.1.3 晾干 分装后的培养基在接种前，培养瓶内应晾至表面无水层、瓶壁无水滴，并在培养瓶中加入适量（每管约加入0.5 g）干酵母粉。

3.1.4 原种果蝇的获得 用于培养的野生果蝇可直接从野外捕获，若用于遗传学研究则需要特定的品系。从野外收集野生果蝇的方法：取一个清洁玻璃容器放入葡萄、香蕉、桃之类的水果，用纱布罩住容器口，在纱布上开几个2～3 mm 见方的孔。将容器置于室外。2～3 d 后即可采集到野生型果蝇。通过麻醉、挑选，转移到培养基内即可。本实验杂交所用的纯合红眼、白眼果蝇由首都师范大学遗传学实验室提供。

3.1.5 接种 将新培养瓶与装有纯种果蝇的培养瓶口对口垂直放置。其中，装有新鲜培养基的培养瓶倒扣在上方。注意，打开培养瓶塞后应迅速对好2 个瓶口，以防果蝇飞逸。将对好的2 个培养瓶翻转，使新培养瓶位于下方，轻顿几下，待全部果蝇落入新培养瓶后迅速盖好瓶塞，并写好标签，即完成了果蝇的接种。

3.1.6 生活史观察 接种至新培养基的果蝇成虫在25℃条件下，1～2 d 即可交配产卵，受精卵24 h 之内即可孵化成幼虫，幼虫经2 次蜕皮成为三龄幼虫。三龄幼虫活动性较强，会爬出培养基层在培养瓶壁上附着并化蛹。待培养基中有三龄幼虫爬出时需要依照上面的接种步骤移除全部亲代成虫，以免亲代、子代果蝇混合。果蝇化蛹后3 d即会羽化，成虫羽化8～12 h 后可交配。

3.2 纯种果蝇性状观察和性别的鉴定

3.2.1 麻醉 选择杂交的纯种果蝇，在进行杂交实验前应再次确认其性状是否为所需。常规安全麻醉的具体做法是：将果蝇按前面的接种方法转移至未装入培养基的空培养瓶中，打开连接好的二氧化碳罐，用注射针将二氧化碳通入培养瓶，此时会观察到果蝇逐渐昏迷，之后继续通入二氧化碳10 s，以确保足够的麻醉时间。如果实验室没有二氧化碳罐也可采用简易麻醉的方法：将果蝇转移至空培养瓶中，放入冰箱冷冻室（-20℃）冷冻约2 min。

3.2.2 观察 将已麻醉的果蝇倒入实体解剖显微镜载物台的培养皿上，为确保果蝇不在观察过程中苏醒，需在培养皿下方放置冰袋。调节显微镜使显微镜下的果蝇清晰呈现。用毛笔翻动果蝇使其腹面朝上即可观察果蝇的性别。

3.2.3 雌、雄果蝇的鉴定 在显微镜下观察果蝇，雌、雄果蝇成虫的区分较明显，雌果蝇体型较大，腹部椭圆末端稍尖，无性梳，生殖器外观简单。雄果蝇的体型较小，腹部末端钝圆，尾部有一明显的黑斑，第1 对附足的基部有性梳，外生殖器外观复杂。若为刚孵化的果蝇性征没有发育完全，可根据外生殖器结构分辨。

3.2.4 果蝇恒温箱培养 结束观察后将果蝇倒回试管，待其苏醒。当果蝇全部苏醒后将其放回原培养瓶中，置于20～25℃恒温、50%～80%湿度的恒湿培养箱中培养。

3.3 果蝇的杂交技术

3.3.1 处女蝇的筛选 新羽化的果蝇8～12 h 后即可交配，交配后精子可在雌蝇的受精囊中储存一段时间，再逐渐释放到输卵管中。所以，在果蝇杂交实验中母本必须选用处女蝇。

处女蝇的筛选方法： 倒空培养瓶中所有的成虫，此后12 h 内新羽化的雌蝇即为处女蝇。实验中建议选取羽化后8～10 h 内的雌蝇,更为可靠。同时为了尽量保证实验在白天进行,可在一天中选择7∶00、15∶00、23∶00 挑选处女蝇。具体操作方法：将8 h 内新孵出的果蝇移出培养瓶，麻醉后在实体解剖显微镜下区分性别（见步骤3.2.3），将雌、雄蝇分别分装到新培养瓶中，贴好标签，分别培养，这些雌性果蝇即为杂交实验所用的处女蝇。

3.3.2 杂交方案 若研究题目为一对性状的杂交实验，以红眼、白眼为例。在获得足够数量2 种性状的处女蝇后，即可组合出3～5 个杂交管（正交：红眼♀×白眼♂；反交：白眼♀×红眼♂），每个杂交管中放入3～5 对雌、雄果蝇。将杂交管置于25℃环境中，待三龄幼虫出现，去除各杂交管中的全部亲代果蝇。待子代羽化为成虫后，进行麻醉，观察每组子代果蝇的眼色并记录。将F1代的雌、雄果蝇同时引入新培养基中，1 个周期之后即可观测F1代自交，以及产生的F2代的性状。

在教学过程中，教师也可将本实验设计为性状传递规律的探究性实验，引导学生设计杂交方案，进行实验结果预期。实施杂交实验之后，分析实验结果见图1，得出实验结论。进而学生通过亲历的实验探索过程获得遗传规律的学科知识。

4 探究性实验教学对接生物学重要概念构建

在果蝇杂交实验的研究过程，清晰展现了科学家探索基因与染色体关系的研究历程。学生通过亲历的实验研究过程，真实体验科学发现的过程，在此基础上自主构建基因位于染色体上的核心概念，对学科核心概念的理解更加深入。

学生进行的果蝇杂交实验，是在教师提出“果蝇的红眼和白眼性状会具有怎样的传递规律”这一研究情境的基础上进行的。进行果蝇杂交实验后，学生对实验结果进行统计和分析，再运用经典的“假说-演绎”的研究方法解决问题。这样就真正实现了让学生运用科学研究方法解决实际问题，帮助学生真正学会科学的研究方法。教学实践表明，果蝇杂交实验的教学过程是提升学生科学素养的有效媒介。