白眼残翅果蝇在本科遗传学杂交实验教学中的应用

赵国栋，陈 晖，王旭光，阿布力孜·吾斯曼

(新疆农业大学动物科学学院，乌鲁木齐 830052)

果蝇是遗传学教学应用最普遍的动物之一，也是验证孟德尔三大定律较为理想的实验动物之一，在高校本科遗传学杂交实验中，验证孟德尔分离定律采用野生型长翅与残翅果蝇杂交，验证性连锁基因遗传采用野生型长翅与白眼果蝇杂交。采用白眼残翅果蝇与野生型长翅果蝇杂交，经一次杂交后可同时反映两个实验结果，节约实验材料与成本，使遗传学实验趋于简单化。同时，以现有的品系培育新品系的方式教学，可激发学生的积极性和思考性。杂交后新品系的生活力和繁殖力普遍优于实验室果蝇的四大品种[1]，对于本科遗传学实验教学改革具有极大的优越性[2]。将白眼残翅果蝇应用于本科实验教学中，使杂交实验变得简单的同时，也丰富了实验室果蝇品系，对于学生的主观能动性和科研思考能力具有促进作用，同时对于本科教学的创新和改革也具有一定的指导意义。

1 白眼残翅果蝇纯培养

1.1 实验用品

白眼果蝇、残翅果蝇均来自新疆农业大学动物科学学院动物遗传育种与繁殖实验室；电热炉；2 cm×20 cm试管；棉花；纱布；石棉网；烧杯(200 mL、100 mL、5 mL各一个)；玻璃棒；称量纸；琼脂条；玉米面；酵母粉；苯甲酸；蔗糖；95%酒精；丙酸。

1.2 培养基的配制

果蝇培养基主要成分见表1。配制100 mL培养基方法：(1)量取自来水100 mL分为70 mL和30 mL，分两个烧杯装备用；(2)将玉米粉10 g、酵母粉1.6 g转入100 mL烧杯内加水30 mL溶解；(3)将苯甲酸0.15 g溶于2 mL95%酒精中备用。

称取琼脂条1.5 g加入200 mL烧杯内加水70 mL垫石棉网后加热煮沸，待琼脂充分溶解后，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，混匀后分装于10支试管内，将试管倾斜做出斜面，冷却后用棉球擦干试管内壁水蒸气，采用纱布棉塞封口备用。

表1 玉米培养基的成分含量Tab.1 Component content of corn medium

1.3 实验设计

参考郭善利等[3]处女蝇的选择方法，分别在早08∶00，中午14∶00，晚上24∶00将羽化后的果蝇转入空试管，用乙醚棉麻醉后分别挑选残翅和白眼雌、雄果蝇。分别将残翅雄果蝇(♂)与白眼雌果蝇(♀)、白眼雄果蝇(♂)与残翅雌果蝇(♀)，雌雄1∶1放入新的培养基试管内，将试管放入26℃恒温箱孵育4 d，待幼虫长出后移除亲本。10 d后将羽化出的F1代果蝇分批分别转入新培养基的试管内放入26℃恒温箱，待幼虫长出后移除F1代亲本，10 d后分别在早08∶00，中午14∶00，晚上24∶00将羽化后的F2代麻醉后挑选白眼残翅果蝇。最后将挑选出的白眼残翅果蝇统一移入新的培养基试管自交扩繁。

长翅相对于残翅为显性遗传，红眼相对于白眼为隐性遗传，假设长翅为(+ +)，残翅为(vg vg)，红眼为(* *)，白眼为(w w)，则残翅雌蝇(♀)基因型为X*X*vg/vg，残翅雄蝇(♂)基因型为X*Yvg/vg，白眼雌蝇(♀)基因型为XwXw+/+，白眼雄蝇(♂)基因型为XwY+/+。

1.3.1 残翅雄蝇(♂)与白眼雌蝇(♀)杂交选育

解析图见图1，残翅雄蝇(♂)与白眼雌蝇(♀)杂交，其F1代雄蝇均为白眼长翅杂合子，雌性果蝇F1代均为红眼长翅杂合子，经F1代自交后，F2代出现四种表型，分别为白眼长翅、白眼残翅、红眼长翅、红眼残翅，其比例为3∶1∶3∶1，从中选择白眼残翅(雌雄=1∶1)果蝇，其基因型分别为(XwXwvg/vg和XwYvg/vg)进行自交得到纯合白眼残翅果蝇。

图1 残翅雄蝇(♂)与白眼雌蝇(♀)杂交解析图Fig.1 Hybridization of male drosophila(♂) with vestigial wings and female drosophila(♀) with white eyes

1.3.2 白眼雄蝇(♂)与残翅雌蝇(♀)杂交选育

解析图见图2，白眼雄蝇(♂)与残翅雌蝇(♀)杂交，其F1代雄蝇均为红眼长翅杂合子，经F1代自交后，F2代出现四种表型，分别为白眼长翅、白眼残翅、红眼长翅、红眼残翅，其比例为3∶1∶9∶3，其中白眼残翅果蝇均为雄蝇没有雌蝇，其基因型分别为(XwYvg/vg)，因此白眼雄蝇与残翅雌蝇杂交不适合白眼残翅果蝇的培育。

图2 白眼雄蝇(♂)与残翅雌蝇(♀)杂交解析图Fig.2 Hybridization of male drosophila(♂) with white eyes and female drosophila(♀) with vestigial wings

2 白眼残翅在本科遗传实验教学中的应用

在以往的孟德尔分离定律和性连锁基因遗传实验中，常采用的果蝇分别是野生型长翅(**+/+)、残翅(**vg/vg)和野生型长翅(**+/+)、白眼(w w+/+)。在本实验中采用野生型长翅果蝇(* *+/+)与白眼残翅(w wvg/vg)果蝇杂交后，其杂交结果可同时反映出孟德尔分离定律和性连锁基因遗传实验结果。

2.1 孟德尔分离定律验证实验

孟德尔分离定律图解如图3所示，野生型长翅(**+/+)果蝇与残翅(**vg/vg)果蝇杂交，杂交后F1代均为长翅杂合子果蝇，F1代自交后F2代出现两种表型长翅和残翅，其比例为3∶1。

图3 孟德尔分离定律图解Fig.3 Mendel’s separation law diagram

2.2 性连锁基因遗传验证实验

2.2.1 正交

正交图解见图4，野生型雄果蝇(X*Y)与白眼雌果蝇(XwXw)杂交后，F1代雄性均为白眼，雌性均为红眼，F1代自交后出现两种表型白眼和红眼比例为1∶1，且各表型中雌雄比例均为1∶1。

图4 性连锁基因遗传正交图解Fig.4 Orthogonality diagram of sex linkage gene inheritance

2.2.2 反交

反交图解见图5，白眼雄性(XwY)果蝇与红眼雌性(X*X*)果蝇杂交后，其F1代均为红眼果蝇，F1代自交后，F2代有两种表型红眼和白眼比例为3∶1，其中白眼均为雄性。

图5 性连锁基因遗传反交图解Fig.5 Reciprocal cross of sex-linked genes

图6 野生型果蝇与白眼残翅果蝇正交图解Fig.6 Orthogonality of drosophila of wild type, and with white eyes and vestigial wings

2.3 野生型果蝇与白眼残翅果蝇杂交双验证实验

2.3.1 野生型果蝇与白眼残翅果蝇正交实验

正交图解见图6，野生型雄果蝇(X*Y+/+)与白眼残翅雌果蝇(XwXwvg/vg)杂交，F1代白眼与红眼比例为1∶1都为长翅，且雄性果蝇均为白眼。F2代表现出4种性状，分别为白眼长翅、白眼残翅、红眼长翅、红眼残翅，比例为3∶1∶3∶1。在此实验中，只考虑眼型不考虑翅型，F2代白眼与红眼之比为1∶1，且F1代雄性均为白眼，可作为验证性连锁基因遗传正交实验；只考虑翅型不考虑眼型，长翅与残翅之比为3∶1，可作为验证孟德尔分离定律正交实验。

2.3.2 野生型果蝇与白眼残翅果蝇反交实验

反交图解见图7，白眼残翅雄果蝇(XwYvg/vg)与红眼长翅雌果蝇(X*X*+/+)杂交后，F1代均为红眼长翅果蝇，F1代自交后，F2代表现出4种性状，分别为红眼长翅、红眼残翅、白眼长翅、白眼残翅，其比例为9∶3∶3∶1。在此实验中只考虑眼型不考虑翅型，则红眼与白眼之比为3∶1，可作为验证性连锁基因遗传反交实验；只考虑翅型不考虑眼型，则长翅与残翅之比为3∶1，可作为验证孟德尔分离定律反交实验。

图7 野生型果蝇与白眼残翅果蝇反交图解Fig.7 Reciprocal cross of drosophila of wild type, and with white eyes and vestigial wings

3 可作为高校遗传杂交实验改革创新的实验材料

3.1 以往果蝇杂交实验教学存在的问题

在以往的遗传学教学实验中，近2个月的果蝇杂交实验通常为教师教学为主，常以野生型、白眼、残翅、黑檀体作为教学模型[4]，实验中通常是教师讲授，学生按部就班操作，整个实验过程没有真正融入学生的思考能力和自主创新能力，因此实验报告经常出现雷同现象，缺乏学生自己的分析与判断，不利于提升学生的科研能力和自主创新能力[5]。别敦荣等[6]在本科教学改革中提出全面性、创新型、国际化的人才培养理念。潘雅[7]也提出大学应该培养学生的团队合作和灵活性思维。美国麻省理工学院也一度提倡培养创新型人才[8]。因此，本科实验中培养学生的创新性思维能力尤为重要。

3.2 白眼残翅果蝇在遗传杂交实验中的创新与应用

白眼果蝇经两个品系杂交培育后，其生活力、繁殖力要优于其他品系的果蝇[9]，因此在果蝇杂交实验中具有相对的优势。在本实验课程设计中，实验初期实验教师提前挑选出各品种的处女蝇，集中上课时，简述果蝇的外形观察与雌雄果蝇的鉴别，阐明遗传学中的基因分离定律、自由组合定律和性连锁基因定律，并详述各实验所用果蝇的原因。课后以小组形式，在三大定律的验证实验基础上[10]，每小组自由设计一项实验，实验内容以现有的果蝇品种任选两种作为亲本，培育一个新的品系，学生实验报告中需画出培育的技术路线图，果蝇由实验室提供，最后以培育的统计结果计为最后的考核标准。这样不但能调动学生的积极性，也能调动学生的自主性和创新性，培养学生的科研兴趣和思考能力。白眼残翅果蝇由于翅形的残缺，在雌雄鉴别及在转移的时候相对简单，而且其眼型和翅型呈双隐性，便于学生观察时进行对照，因此白眼残翅果蝇可作为创新教学的重要材料。

在学生创新实验设计中，野生型、白眼、残翅、黑檀体均可作为亲本，但是白眼残翅果蝇作为亲本可培育的品系相对较多，如：以白眼残翅果蝇和红眼长翅果蝇为亲本，通过杂交后可培育红眼残翅果蝇和白眼长翅果蝇；以白眼残翅果蝇与黑檀体果蝇为亲本杂交，又可培育红眼长翅果蝇、红眼残翅果蝇、白眼黑体果蝇和白眼长翅果蝇，白眼残翅果蝇在整个创新实验中所占比重相对较大，是整个创新实验中较为重要的材料之一。

通过以培育新的果蝇品系作为实验目的，以集中学习、小组学习、自主创新和课后拓展的形式对遗传杂交实验进行改革，整个实验完成后，学生对遗传中杂交、选育、扩繁等都会有新的认识，对杂交实验也会有深入的理解。白眼残翅果蝇应用于本科实验改革，其本身就具备一定的创新性，弥补了本科实验室遗传实验资源的匮乏，对于本科遗传学实验教学具有重要意义。

4 小结与展望

本科实验教学是高校本科教学的重要组成部分，本科实验的自主能动性和创新性直接影响到学生对整体课程的认识与理解，因此加大高校本科实验的创新性和提高学生在实验中的主观能动性是本科教学的重点，是大学本科提倡的教学改革重点，也是高校各实验教师不断努力的目标。加大新资源的利用和新方法的使用，可以有效提高学生的理解力、认知度和学习兴趣。