“表型=基因型+環境”綜合實驗設計

邢彩虹 那冬晨

（山西師范大學生命科學學院 山西臨汾 041000）

生物科學與日常生活息息相關，在教學中應該注重理論與生活、生產實踐密切結合，使學生在現實生活情境中體驗并學習有關生物科學知識，感受科學知識的重要性及其對生活、 生產實踐的指導作用。

《遺傳學》是高等院校生物學大類的重要專業基礎課，實驗性強，要求學生在學習理論知識的基礎上，掌握有關實驗原理、技術、結果分析方法，培養學生綜合實驗設計能力和分析解決問題能力。實驗教學就是溝通理論與實踐的橋梁，通過遺傳學實驗教學，能讓學生掌握遺傳學基本實驗技能，培養學生創新能力、動手能力和綜合分析等能力［1］。傳統的遺傳學實驗是經典實驗，向人們提供了科學史實，展示了很多科學理論，但是其過分依附于理論教學，學生只是跟著實驗教材做實驗，處于接受式被動學習，其主觀能動性得不到激發，創新思維得不到培養［2］，基于傳統實驗的這一弊端，設計了“表型=基因型+環境”這一綜合實驗，旨在激發學生學習興趣，調動學生自主學習積極性，鼓勵學生自主設計、完成實驗，提高學生綜合能力，培養符合當今時代社會需要的綜合創新人才。

1 實驗設計

一直以來，學生對于“表型=基因型+環境”這一抽象理論知識的學習方法只有機械記憶，只能通過教師講述和查找媒體資料加深映像，資料中也沒有精確的數據反映不同環境下表型的具體差異。為了讓學生更好地理解這一知識，筆者設計了“用數學方法分析環境對性狀的影響”綜合性實驗，讓學生親自體驗，選擇了易受環境影響的性狀——皮膚含水量，該性狀因個體基因型不同而不同，并受空氣濕度、保濕護膚狀況的影響。本實驗綜合了保濕護膚品制作、皮膚含水量測試、實驗結果統計分析3 個方面的方法與技能，均由學生自主完成。學生對這一實驗很感興趣，每個環節都認真進行，最后的統計分析結果，更令學生興奮，自己制作的面膜的保濕效果竟然超過了大眾公認的蘆薈膠。該實驗激發了學生的學習興趣，培養了綜合實驗能力，同時具有啟發性，使學生受益匪淺。

2 實驗實施

2.1 實驗小組劃分 本實驗以小組為單位進行，5 名學生一組。

2.2 面膜的制作 各小組成員在教師的指導下，根據自己的興趣愛好選擇不同的實驗材料制作純天然環保型面膜，有冬瓜、西瓜、柚子、梨、葡萄等。

本文以梨面膜為例具體說明測試與分析過程。

2.3 保濕效果測試 測試分為3 個處理：梨面膜（x）、蘆薈膠（y）、空白（z）對照。重復3 次。在測試者前臂上進行測試。

首先，測試者清洗前臂，擦拭干凈后劃分3 個區域，區域1 涂抹梨面膜，區域2 涂抹蘆薈膠，區域3 不作任何處理，作為空白對照。30 min 后利用皮膚含水量測試儀測皮膚的含水量。重復3 次。

2.4 方差分析與多重比較 共測試55 人，對實驗數據進行方差分析、多重比較，并初步估算基因型與環境效應對該性狀表型的貢獻率。

2.4.1 方差分析 方差分析結果見表1。

表1 梨面膜方差分析表

2.4.2 多重比較 多重比較結果見表2、表3。

表2 LSR 計算表

表3 梨面膜多重比較（q 檢驗）表

2.4.3 基因型與環境效應對表型的貢獻

1）基因型方差與總方差的估算。

根據方差公式得：

2）基因型與環境效應對表型的貢獻。

基因型對表型的貢獻率為：24.44/105.94×100%=23.07%；

環境效應對表型的貢獻率為：（105.94－24.44）/105.94×100%=76.93%。

2.5 結果分析從表1看 出，F=1404.83 ＞F0.01=10.90，表明3 個處理的皮膚含水量差異極顯著。

從表3看出，梨面膜與空白、蘆薈膠與空白的皮膚含水量差值分別為21.90、18.70，均大于LSR0.01=2.00（k=3），梨面膜與蘆薈膠的皮膚含水量差值為3.20，大于LSR0.01=1.66（k=2），表明梨面膜與空白、蘆薈膠與空白、梨面膜與蘆薈膠的皮膚含水量差異極顯著，涂過梨面膜的皮膚含水量最高（46.90），空白最?。?5.00），蘆薈膠居中（43.70）。

從基因型與環境效應對表型的貢獻率看，該性狀在很大程度上受環境條件影響，基因型的作用很小。

實驗結果表明：1）處理30 min 后，涂過梨面膜的皮膚含水量顯著高于涂過蘆薈膠的皮膚含水量，說明自制梨面膜的保濕效果顯著好于蘆薈膠。2）皮膚含水量性狀極易受環境條件影響，暴露在空氣中30 min 左右，皮膚含水量迅速降低，如果涂上保濕護膚品，能不同程度地保持皮膚角質層的水分，防止皮膚干燥、粗糙、無光澤，長期科學使用適合個人膚質的環保型保濕護膚產品，可防止皮膚老化、減少皺紋。

3 討論

本實驗收到了良好的效果，學生對于這一實驗的設計與實施給予了高度的肯定。

1）有助于學生理解遺傳學中抽象的理論知識，激發學習興趣。

通過實驗，學生切身感受到“表型=基因型+環境”的真實含義。首先，學生明確了皮膚含水量是數量性狀，在梨面膜、蘆薈膠、空白3 種不同處理下，皮膚含水量存在極顯著差異，環境效應對皮膚含水量的貢獻率遠遠高于基因型的貢獻。這一實驗也使學生懂得了皮膚補水保濕的重要性，激發了濃厚的學習興趣。

2）實驗具有啟發性。以教材中的理論知識為基礎，設計了這一綜合實驗，啟發學生在學習過程中將理論知識與生活實際緊密聯系，在生活中發現問題、獲取素材，應用所學的理論知識解釋實際生活中的具體現象與問題，并注意各相關學科知識的融會貫通，有助于培養學生的創新意識和科研意識，提高學生觀察問題、分析問題及解決問題的綜合能力，適應新時期創新人才培養的目標［3］。

希望遺傳學實驗教學的改革在實驗內容方面進行整合，例如精選基礎性的實驗，增加探索性和創新性的自選實驗比例，此外，實驗教學也要采取靈活多變的教學方法，力圖培養出更多的創新人才［4］。