高校《遺傳學實驗》中果蠅實驗綜述

趙豐蘭 段永波 薛濤

摘要 對高校《遺傳學實驗》課程中有關果蠅雜交實驗的綜合化研究、培養條件及果蠅飼養中的問題進行了綜述分析。

關鍵詞 經典遺傳學實驗；果蠅培養；綜述

中圖分類號：G420 文獻標識碼：A 文章編號：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

遺傳學是一門實驗性極強的學科，需通過試驗數據對遺傳學規律進行解釋或驗證。因此，《遺傳學實驗》作為生物和醫學等專業本科生的專業核心課程，在相關高校中普遍開設。課程目的為通過實驗課程學習，加深學生對遺傳學理論知識的掌握和補充，提高實驗操作技能和科研素養[1]。經過多年實踐，遺傳學實驗的內容通常包括從個體水平理解遺傳學原理的經典遺傳學模塊、從細胞水平理解染色體基礎模塊以及從分子生物學水平理解遺傳機制的分子實驗模塊[2]，讓學生能從個體、細胞和分子不同層次理解遺傳的本質。

自現代實驗生物學奠基人摩爾根利用果蠅作為實驗材料發現“連鎖與互換定律”以來，果蠅以其體型小、繁殖系數高、染色體數目少等優點[3]在遺傳學教學和研究中得到廣泛應用。通過對多個高校《遺傳學實驗大綱》的分析，發現以果蠅為實驗材料的經典遺傳和細胞遺傳部分實驗項目為該課程的必設內容[4]。結合前人研究進展以及淮北師范大學生命科學學院遺傳學教研組對課程的教學經驗，筆者對果蠅在遺傳學實驗中的應用及果蠅養殖技術優化研究進行了綜述，以期為該課程的教學以及實驗果蠅材料的培養準備提供參考。

1 果蠅在遺傳學實驗教學中的應用及改進

在經典遺傳學實驗中，第一個開設的以果蠅為材料的實驗項目為“果蠅的性狀、生活史觀察及飼養”。該實驗旨在引導學生“認識”果蠅，了解其生活史及飼養管理方法，能鑒別果蠅的雌雄，觀察記錄野生型及突變型性狀。自上世紀中后期起，關于果蠅采集、飼養與觀察的論文陸續發表[5-7]。提出在夏秋季節，將腐爛的香蕉、蘋果、桃子或發酵面團等誘餌放入空瓶中，然后放置于垃圾箱或發酵車間等果蠅棲息地，即可短時間內容收集大量果蠅。帶回實驗室后用乙醚麻醉，在放大鏡或顯微鏡下區分野生型和突變體，同時將雌蠅和雄蠅分開。繁殖后即可用于本科生果蠅飼養與觀察實驗，需要觀察野生型和突變體的翅型、體色和眼色，能區分雌性與雄性果蠅。

在此基礎上開展“果蠅單因子雜交實驗”和“果蠅雙因子雜交實驗”，分別驗證孟德爾分離規律和自由組合規律，同時讓學生掌握果蠅的雜交技術及實驗結果的卡方檢驗（Chi square test）。通常采用灰體果蠅與黑檀體果蠅進行雜交驗證分離規律，灰體長翅果蠅與黑檀體殘翅果蠅雜交驗證自由組合規律。但在實驗中會發現，果蠅的正交與反交結果差別會很大，所以采用“果蠅的伴性遺傳實驗”讓學生掌握伴性遺傳的特點。通過“果蠅的三點測交實驗”學會遺傳學圖的原理和方法，學會計算性狀間的遺傳距離。由于這4個實驗都涉及果蠅雜交，且每次果蠅雜交都需要5周時間才能觀察統計結果，所以各高校遺傳教研室都在構建果蠅雜交實驗綜合體系。馬沛勤等[8]采用短翅、焦剛毛、白眼、灰體果蠅和長翅、直剛毛、紅眼、黑檀體果蠅為雜交實驗親本，按實驗小組模式構建果蠅雜交的綜合實驗，在5周時間內即完成了分離規律、自由組合規律、伴性遺傳規律以及連鎖互換規律的驗證，并且將原來單一驗證實驗豐富成集驗證、設計、綜合、探索一體的雜交實驗。各小組需自行設計實驗，選擇實驗材料，且最后實驗結果不同，以此提高了學生獨立解決問題的能力。趙燕等[9]針對果蠅雜交實驗項目多、周期長的問題，對果蠅經典遺傳實驗模塊進行了整合，改變傳統的單一課堂實驗模式。在該模塊中設置了2次課堂實驗（8學時），將實驗室全天開放，讓學生按照自己時間點自覺完成各項實驗，教師則起到督促作用。在課后考評時，對學生實驗設計方案、結果等進行綜合考慮，激發了學習主動性，收到了良好的教學效果。齊璐璐等[10]以純種長翅紅眼直剛毛雌雄果蠅和純種殘翅白眼焦剛毛雌雄果蠅為實驗材料，讓學生組成小組獨自設計實驗方案，教師負責指導和答疑。通過2種實驗材料的正交和反交成功研制了驗證分離規律、伴性遺傳和連鎖互換規律。大幅精簡了經典遺傳學教學時數，同時提高了教學效率和學生分析解決問題的能力。這些改進將驗證遺傳學三大定律的果蠅雜交實驗融合，且讓學生自主完成實驗，較好地解決了當前有關遺傳學實驗中經典遺傳學驗證實驗部分比重偏高的問題[11-12]，將更多學時投入到分子和群體遺傳部分。

細胞遺傳學部分主要開展“果蠅唾腺染色體制片技術”實驗，掌握唾腺的分離及唾腺染色體標本制作，觀察多線染色體的形態特征。該實驗在細胞操作方面要求較高，王轉斌[13]報道了高校制備果蠅唾液腺染色體關鍵步驟，包括選擇個體肥大的3齡幼蟲、清洗幼蟲去雜以及適當的鹽酸和秋水仙素處理。薛小橋等[14]在壓片前通過“推動”讓染色體臂伸展至理想狀態，通過增加這一簡單操作獲得染色體臂完好的片子。余玲[15]在唾腺分離后去雜部分進行了優化，發現加入一滴0.2 mol/L的鹽酸解離后，很容易分離得到干凈的唾腺，制出清晰干凈的片子。為學生實驗操作中觀察清晰的染色體形態特征，提高實驗成功率提供了很好的參考。

2 果蠅培養基及培養條件優化

鑒于果蠅在遺傳學實驗教學中的重要作用，諸多教研組在果蠅培養基和生長條件方面開展了大量研究。果蠅培養基組成通常包括水、蔗糖、瓊脂、正丙酸、酵母粉和主料，其中蔗糖用于提供碳源和能源，瓊脂為培養基固化劑，正丙酸能維持培養基后期的潔凈，酵母粉用于催化主要發酵。當前關于培養基的優化主要集中在主料和糖源的選擇上，蔡梅紅等[16]測試了麩皮、香蕉和玉米粉為主要原料對果蠅生長的影響，發現玉米粉或香蕉配制的培養基隨著培養時間延長逐漸會出現黏液或干縮的情況，之后會出現果蠅死亡現象，而麩皮培養基則能是果蠅生長良好。培養基成本核算結果表明，每100 ml培養基成本為玉米粉培養基為0.059元、麩皮培養基為0.041元、香蕉培養基為0.079元。綜合考慮，作出麩皮為主料制備果蠅培養基的結論。鄧接樓等[17]則從繁殖系數、雌雄比例、變異果蠅數量和體型大小方面探究了不同主料培養基對果蠅生長的影響。發現不同主料培養基對果蠅生活史影響不大，均為8～9 d；F1代數量為玉米粉 >土豆 >面粉>香蕉，F2代數量為則為玉米粉>香蕉>面粉>土豆。香蕉和土豆培養基在F1和F2代中雌雄比例都接近于1∶1，有助于穩定果蠅的種群發展。香蕉和面粉培養基中出現了變異果蠅，在一定程度上豐富了果蠅種類，為果蠅的遺傳學研究提供了一個思路。故認為，幾種主料各有利弊，可根據實驗需要選擇適合主料。彭曉云等[18]調整同一主料的不同比例，獲得了適合果蠅留種、雜交分析和染色體分析的配方。此外，還有學者探討其他添加劑對果蠅生長的影響，如荸薺汁[19]、刺梨原汁[20]、蘿卜[21]等，這些輔料都一定程度地改進了果蠅的培養效果。

除培養基外，果蠅生長還受到溫度、濕度和空間等條件的影響。彭曉云等[18]設置4種溫度培養果蠅，發現13℃時壽命最短，23℃繁殖量最大，但在17℃條件下能獲得生長最快的幼蠅。用于雜交實驗的處女蠅培養蠅在23℃，核型分析在17℃較為合適。胡甘[22]采用交替溫度培養法，在25℃進行果蠅繁殖產卵，16～18℃培養幼蟲，成功獲得適合果蠅唾腺染色體觀察的實驗材料。李佳琳等[23]對野生黑腹果蠅的培養條件進行了優化，發現野生黑腹果蠅最適培養溫度為 25～28℃。楊紅彥等[24]分析了相對濕度對果蠅生長的影響，認為相對濕度應在40%，過高會顯著縮短果蠅壽命，而過低則容易導致培養基污染，且雌果蠅壽命顯著長于雄果蠅。彭曉云等[18]對果蠅培養瓶進行了選擇優化，提出保種時使用平底玻璃指管，而培養處女蠅和幼蟲時用罐頭瓶效果較好。

3 實驗果蠅培養的關鍵問題

雖然果蠅繁殖系數很高，但培養過程中需要解決培養基污染和保種等問題。針對培養基污染問題，馮航[25]認為對已經發霉的培養基，在具有備用種時可以將其淘汰，若僅此一瓶，則采用75%酒精殺滅果蠅攜帶霉孢子，然后將果蠅轉移至新培養基，重復5～6次即可獲得潔凈的果蠅。

王轉斌[13]研究了果蠅保種過程中的關鍵問題及解決辦法：（1）培養基過干時可用無菌枕頭注射溶于無菌水的酵母粉，增加培養基濕度且有利于果蠅獲得營養，培養基過濕時刻插入無菌紙片吸水；（2） 酵母用量較大時使培養基發酵過快，產氣過多，培養基會出現斷層現象，需要在實驗前優化酵母用量；（3） 棉塞感染問題，與培養瓶得不到良好通風有關，應經常打開培養箱觀察，且在轉接前將原瓶瓶口用酒精消毒。對高校而言，夏季高溫時節正是暑假階段，此時果蠅培養需要更為仔細。跟蹤檢查溫度、培養基濕度和果蠅生長情況極為重要。王轉斌[26]進一步研究發現，選用更細的20目玉米粉配制的培養基相對松軟，有利于果蠅生長，同時提高丙酸用量，更好地維持培養基的潔凈環境。

參考文獻

[1] 王利，鐘金城，郭春華，等.本科生科研能力在遺傳學實驗教學中的培養[J].實驗技術與管理，2013，30（5）：108-110.

[2] 趙燕，黃麗華，李健.遺傳學實驗課程教學內容的優化與實施[J].現代農業科技，2016（19）：295-296.

[3] 喬守怡，江紹慧.遺傳學實驗——果蠅實驗[J].遺傳，1981（1）：39-42.

[4] 林娟，郭濱，蔡新中， 等.綜合性大學遺傳學實驗教學內容的改革[J].高等理科教育，2008（4）：88-91.

[5] 張英俊.果蠅的采集與識別[J].生物學通報，1985（5）：46-47.

[6] 王兆存.果蠅的采集與觀察[J].生物學通報，1995（11）：33.

[7] 崔北超.果蠅的采集和飼養管理[J].生物學通報，2004，39（7）：32-32.

[8] 馬沛勤，蘇仙絨，陳莉.綜合果蠅雜交實驗的構建與實踐[J].運城學院學報，2015（3）：21-23.

[9] 趙燕，黃麗華，李健.遺傳學實驗課程教學內容的優化與實施[J].現代農業科技，2016（19）：295-296.

[10] 齊璐璐，姜先榮，周亞彬，等.遺傳學實驗教學中果蠅雜交實驗整合的探索[J].合肥師范學院學報，2015，33（3）：114-117.

[11] 熊大勝，席在星.本科生遺傳學實驗教學的改革探討[J].遺傳，2005，27（5）：811-814.

[12] 林娟，郭濱，蔡新中，等.綜合性大學遺傳學實驗教學內容的改革[J].高等理科教育，2008（4）：88-91.

[13] 王轉斌.果蠅的保種技巧及唾液腺染色體的制備[J].實驗技術與管理，2002，19（3）：37-39.

[14] 薛小橋，曾慶韜，楊勇.一種易于掌握的果蠅唾腺染色體制片方法[J].實驗室研究與探索，2000，19（5）：108-109.

[15] 余玲.一種易于掌握的果蠅唾腺染色體制片方法[J].楊凌職業技術學院學報.2006，5（4）：45-46.

[16] 蔡梅紅，王黎黎，劉鑫，等.3種農產品培養基對果蠅培養性能的初步比較[J].安徽農業大學學報，2009，36（3）：422-425.

[17] 鄧接樓，晏燕花，付國良，等.不同培養基培養果蠅的效果差異研究[J].上饒師范學院學報，2010，30（6）：69-72.

[18] 彭曉云，張明，許東祝.果蠅培養效果的影響因子分析[J].韶關學院學報，2006，27（9）：96-98.

[19] 宋文貞，郭厚良.荸薺汁對果蠅生長發育的影響[J].氨基酸和生物資源，1995（3）：26-28.

[20] 王繼堯，倪璇，吳亦帆.刺梨原汁對果蠅生長發育及壽命的影響[J].中國食品衛生雜志，1989（2）： 9-12.

[21] 劉希玲，郭碧薇，郭厚良.胡蘿卜和白蘿卜對果蠅壽命的比較效應[J].氨基酸和生物資源，2003，25（1）：67-68.

[22] 胡甘.用于果蠅唾腺染色體實驗材料的培養方法[J].實驗科學與技術，2007，5（5）：38-38.

[23] 李佳琳，劉歡，那美玲，等.野生黑腹果蠅培養條件的優化試驗[J].佳木斯大學學報（自然科學版），2012（4）：638-640.

[24] 楊紅彥，劉海燕，楊波，等.溫度和相對濕度對果蠅壽命的影響[J].同濟大學學報（醫學版），2002，23（1）：20-22.

[25] 馮航.實驗室培養果蠅的方法和注意事項[J].科技傳播，2010（13）：181，188.

[26] 王轉斌.果蠅復壯初探與保種技巧[J].濟寧學院學報，2009，30（6）：52-53.

責任編輯：劉赟