高校《遗传学实验》中果蝇实验综述

赵丰兰 段永波 薛涛

摘要 对高校《遗传学实验》课程中有关果蝇杂交实验的综合化研究、培养条件及果蝇饲养中的问题进行了综述分析。

关键词 经典遗传学实验；果蝇培养；综述

中图分类号：G420 文献标识码：A 文章编号：2095-3305（2018）03-089-03

DOI： 10.19383/j.cnki.nyzhyj.2018.03.037

Abstract The comprehensive study on the setting of drosophila hybridization experiment project， culture conditions and problems in breeding of drosophila in the "genetics experiment" course were reviewed and analyzed.

Key words Classical genetics experiment； Drosophila culture； Review

遗传学是一门实验性极强的学科，需通过试验数据对遗传学规律进行解释或验证。因此，《遗传学实验》作为生物和医学等专业本科生的专业核心课程，在相关高校中普遍开设。课程目的为通过实验课程学习，加深学生对遗传学理论知识的掌握和补充，提高实验操作技能和科研素养[1]。经过多年实践，遗传学实验的内容通常包括从个体水平理解遗传学原理的经典遗传学模块、从细胞水平理解染色体基础模块以及从分子生物学水平理解遗传机制的分子实验模块[2]，让学生能从个体、细胞和分子不同层次理解遗传的本质。

自现代实验生物学奠基人摩尔根利用果蝇作为实验材料发现“连锁与互换定律”以来，果蝇以其体型小、繁殖系数高、染色体数目少等优点[3]在遗传学教学和研究中得到广泛应用。通过对多个高校《遗传学实验大纲》的分析，发现以果蝇为实验材料的经典遗传和细胞遗传部分实验项目为该课程的必设内容[4]。结合前人研究进展以及淮北师范大学生命科学学院遗传学教研组对课程的教学经验，笔者对果蝇在遗传学实验中的应用及果蝇养殖技术优化研究进行了综述，以期为该课程的教学以及实验果蝇材料的培养准备提供参考。

1 果蝇在遗传学实验教学中的应用及改进

在经典遗传学实验中，第一个开设的以果蝇为材料的实验项目为“果蝇的性状、生活史观察及饲养”。该实验旨在引导学生“认识”果蝇，了解其生活史及饲养管理方法，能鉴别果蝇的雌雄，观察记录野生型及突变型性状。自上世纪中后期起，关于果蝇采集、饲养与观察的论文陆续发表[5-7]。提出在夏秋季节，将腐烂的香蕉、苹果、桃子或发酵面团等诱饵放入空瓶中，然后放置于垃圾箱或发酵车间等果蝇栖息地，即可短时间内容收集大量果蝇。带回实验室后用乙醚麻醉，在放大镜或显微镜下区分野生型和突变体，同时将雌蝇和雄蝇分开。繁殖后即可用于本科生果蝇饲养与观察实验，需要观察野生型和突变体的翅型、体色和眼色，能区分雌性与雄性果蝇。

在此基础上开展“果蝇单因子杂交实验”和“果蝇双因子杂交实验”，分别验证孟德尔分离规律和自由组合规律，同时让学生掌握果蝇的杂交技术及实验结果的卡方检验（Chi square test）。通常采用灰体果蝇与黑檀体果蝇进行杂交验证分离规律，灰体长翅果蝇与黑檀体残翅果蝇杂交验证自由组合规律。但在实验中会发现，果蝇的正交与反交结果差别会很大，所以采用“果蝇的伴性遗传实验”让学生掌握伴性遗传的特点。通过“果蝇的三点测交实验”学会遗传学图的原理和方法，学会计算性状间的遗传距离。由于这4个实验都涉及果蝇杂交，且每次果蝇杂交都需要5周时间才能观察统计结果，所以各高校遗传教研室都在构建果蝇杂交实验综合体系。马沛勤等[8]采用短翅、焦刚毛、白眼、灰体果蝇和长翅、直刚毛、红眼、黑檀体果蝇为杂交实验亲本，按实验小组模式构建果蝇杂交的综合实验，在5周时间内即完成了分离规律、自由组合规律、伴性遗传规律以及连锁互换规律的验证，并且将原来单一验证实验丰富成集验证、设计、综合、探索一体的杂交实验。各小组需自行设计实验，选择实验材料，且最后实验结果不同，以此提高了学生独立解决问题的能力。赵燕等[9]针对果蝇杂交实验项目多、周期长的问题，对果蝇经典遗传实验模块进行了整合，改变传统的单一课堂实验模式。在该模块中设置了2次课堂实验（8学时），将实验室全天开放，让学生按照自己时间点自觉完成各项实验，教师则起到督促作用。在课后考评时，对学生实验设计方案、结果等进行综合考虑，激发了学习主动性，收到了良好的教学效果。齐璐璐等[10]以纯种长翅红眼直刚毛雌雄果蝇和纯种残翅白眼焦刚毛雌雄果蝇为实验材料，让学生组成小组独自设计实验方案，教师负责指导和答疑。通過2种实验材料的正交和反交成功研制了验证分离规律、伴性遗传和连锁互换规律。大幅精简了经典遗传学教学时数，同时提高了教学效率和学生分析解决问题的能力。这些改进将验证遗传学三大定律的果蝇杂交实验融合，且让学生自主完成实验，较好地解决了当前有关遗传学实验中经典遗传学验证实验部分比重偏高的问题[11-12]，将更多学时投入到分子和群体遗传部分。

细胞遗传学部分主要开展“果蝇唾腺染色体制片技术”实验，掌握唾腺的分离及唾腺染色体标本制作，观察多线染色体的形态特征。该实验在细胞操作方面要求较高，王转斌[13]报道了高校制备果蝇唾液腺染色体关键步骤，包括选择个体肥大的3龄幼虫、清洗幼虫去杂以及适当的盐酸和秋水仙素处理。薛小桥等[14]在压片前通过“推动”让染色体臂伸展至理想状态，通过增加这一简单操作获得染色体臂完好的片子。余玲[15]在唾腺分离后去杂部分进行了优化，发现加入一滴0.2 mol/L的盐酸解离后，很容易分离得到干净的唾腺，制出清晰干净的片子。为学生实验操作中观察清晰的染色体形态特征，提高实验成功率提供了很好的参考。

2 果蝇培养基及培养条件优化

鉴于果蝇在遗传学实验教学中的重要作用，诸多教研组在果蝇培养基和生长条件方面开展了大量研究。果蝇培养基组成通常包括水、蔗糖、琼脂、正丙酸、酵母粉和主料，其中蔗糖用于提供碳源和能源，琼脂为培养基固化剂，正丙酸能维持培养基后期的洁净，酵母粉用于催化主要发酵。当前关于培养基的优化主要集中在主料和糖源的选择上，蔡梅红等[16]测试了麸皮、香蕉和玉米粉为主要原料对果蝇生长的影响，发现玉米粉或香蕉配制的培养基随着培养时间延长逐渐会出现黏液或干缩的情况，之后会出现果蝇死亡现象，而麸皮培养基则能是果蝇生长良好。培养基成本核算结果表明，每100 ml培养基成本为玉米粉培养基为0.059元、麸皮培养基为0.041元、香蕉培养基为0.079元。综合考虑，作出麸皮为主料制备果蝇培养基的结论。邓接楼等[17]则从繁殖系数、雌雄比例、变异果蝇数量和体型大小方面探究了不同主料培养基对果蝇生长的影响。发现不同主料培养基对果蝇生活史影响不大，均为8～9 d；F1代数量为玉米粉 >土豆 >面粉>香蕉，F2代数量为则为玉米粉>香蕉>面粉>土豆。香蕉和土豆培养基在F1和F2代中雌雄比例都接近于1∶1，有助于稳定果蝇的种群发展。香蕉和面粉培养基中出现了变异果蝇，在一定程度上丰富了果蝇种类，为果蝇的遗传学研究提供了一个思路。故认为，几种主料各有利弊，可根据实验需要选择适合主料。彭晓云等[18]调整同一主料的不同比例，获得了适合果蝇留种、杂交分析和染色体分析的配方。此外，还有学者探讨其他添加剂对果蝇生长的影响，如荸荠汁[19]、刺梨原汁[20]、萝卜[21]等，这些辅料都一定程度地改进了果蝇的培养效果。

除培养基外，果蝇生长还受到温度、湿度和空间等条件的影响。彭晓云等[18]设置4种温度培养果蝇，发现13℃时寿命最短，23℃繁殖量最大，但在17℃条件下能获得生长最快的幼蝇。用于杂交实验的处女蝇培养蝇在23℃，核型分析在17℃较为合适。胡甘[22]采用交替温度培养法，在25℃进行果蝇繁殖产卵，16～18℃培养幼虫，成功获得适合果蝇唾腺染色体观察的实验材料。李佳琳等[23]对野生黑腹果蝇的培养条件进行了优化，发现野生黑腹果蝇最适培养温度为 25～28℃。杨红彦等[24]分析了相对湿度对果蝇生长的影响，认为相对湿度应在40%，过高会显著缩短果蝇寿命，而过低则容易导致培养基污染，且雌果蝇寿命显著长于雄果蝇。彭晓云等[18]对果蝇培养瓶进行了选择优化，提出保种时使用平底玻璃指管，而培养处女蝇和幼虫时用罐头瓶效果较好。

3 实验果蝇培养的关键问题

虽然果蝇繁殖系数很高，但培养过程中需要解决培养基污染和保种等问题。针对培养基污染问题，冯航[25]认为对已经发霉的培养基，在具有备用种时可以将其淘汰，若仅此一瓶，则采用75%酒精杀灭果蝇携带霉孢子，然后将果蝇转移至新培养基，重复5～6次即可获得洁净的果蝇。

王转斌[13]研究了果蝇保种过程中的关键问题及解决办法：（1）培养基过干时可用无菌枕头注射溶于无菌水的酵母粉，增加培养基湿度且有利于果蝇获得营养，培养基过湿时刻插入无菌纸片吸水；（2） 酵母用量较大时使培养基发酵过快，产气过多，培养基会出现断层现象，需要在实验前优化酵母用量；（3） 棉塞感染问题，与培养瓶得不到良好通风有关，应经常打开培养箱观察，且在转接前将原瓶瓶口用酒精消毒。对高校而言，夏季高温时节正是暑假阶段，此时果蝇培养需要更为仔细。跟踪检查温度、培养基湿度和果蝇生长情况极为重要。王转斌[26]进一步研究发现，选用更细的20目玉米粉配制的培养基相对松软，有利于果蝇生长，同时提高丙酸用量，更好地维持培养基的洁净环境。

参考文献

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责任编辑：刘赟