白眼殘翅果蠅在本科遺傳學雜交實驗教學中的應用

趙國棟，陳 暉，王旭光，阿布力孜·吾斯曼

(新疆農業大學動物科學學院，烏魯木齊 830052)

果蠅是遺傳學教學應用最普遍的動物之一，也是驗證孟德爾三大定律較為理想的實驗動物之一，在高校本科遺傳學雜交實驗中，驗證孟德爾分離定律采用野生型長翅與殘翅果蠅雜交，驗證性連鎖基因遺傳采用野生型長翅與白眼果蠅雜交。采用白眼殘翅果蠅與野生型長翅果蠅雜交，經一次雜交后可同時反映兩個實驗結果，節約實驗材料與成本，使遺傳學實驗趨于簡單化。同時，以現有的品系培育新品系的方式教學，可激發學生的積極性和思考性。雜交后新品系的生活力和繁殖力普遍優于實驗室果蠅的四大品種[1]，對于本科遺傳學實驗教學改革具有極大的優越性[2]。將白眼殘翅果蠅應用于本科實驗教學中，使雜交實驗變得簡單的同時，也豐富了實驗室果蠅品系，對于學生的主觀能動性和科研思考能力具有促進作用，同時對于本科教學的創新和改革也具有一定的指導意義。

1 白眼殘翅果蠅純培養

1.1 實驗用品

白眼果蠅、殘翅果蠅均來自新疆農業大學動物科學學院動物遺傳育種與繁殖實驗室；電熱爐；2 cm×20 cm試管；棉花；紗布；石棉網；燒杯(200 mL、100 mL、5 mL各一個)；玻璃棒；稱量紙；瓊脂條；玉米面；酵母粉；苯甲酸；蔗糖；95%酒精；丙酸。

1.2 培養基的配制

果蠅培養基主要成分見表1。配制100 mL培養基方法：(1)量取自來水100 mL分為70 mL和30 mL，分兩個燒杯裝備用；(2)將玉米粉10 g、酵母粉1.6 g轉入100 mL燒杯內加水30 mL溶解；(3)將苯甲酸0.15 g溶于2 mL95%酒精中備用。

稱取瓊脂條1.5 g加入200 mL燒杯內加水70 mL墊石棉網后加熱煮沸，待瓊脂充分溶解后，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，混勻后分裝于10支試管內，將試管傾斜做出斜面，冷卻后用棉球擦干試管內壁水蒸氣，采用紗布棉塞封口備用。

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

1.3 實驗設計

參考郭善利等[3]處女蠅的選擇方法，分別在早08∶00，中午14∶00，晚上24∶00將羽化后的果蠅轉入空試管，用乙醚棉麻醉后分別挑選殘翅和白眼雌、雄果蠅。分別將殘翅雄果蠅(♂)與白眼雌果蠅(♀)、白眼雄果蠅(♂)與殘翅雌果蠅(♀)，雌雄1∶1放入新的培養基試管內，將試管放入26℃恒溫箱孵育4 d，待幼蟲長出后移除親本。10 d后將羽化出的F1代果蠅分批分別轉入新培養基的試管內放入26℃恒溫箱，待幼蟲長出后移除F1代親本，10 d后分別在早08∶00，中午14∶00，晚上24∶00將羽化后的F2代麻醉后挑選白眼殘翅果蠅。最后將挑選出的白眼殘翅果蠅統一移入新的培養基試管自交擴繁。

長翅相對于殘翅為顯性遺傳，紅眼相對于白眼為隱性遺傳，假設長翅為(+ +)，殘翅為(vg vg)，紅眼為(* *)，白眼為(w w)，則殘翅雌蠅(♀)基因型為X*X*vg/vg，殘翅雄蠅(♂)基因型為X*Yvg/vg，白眼雌蠅(♀)基因型為XwXw+/+，白眼雄蠅(♂)基因型為XwY+/+。

1.3.1 殘翅雄蠅(♂)與白眼雌蠅(♀)雜交選育

解析圖見圖1，殘翅雄蠅(♂)與白眼雌蠅(♀)雜交，其F1代雄蠅均為白眼長翅雜合子，雌性果蠅F1代均為紅眼長翅雜合子，經F1代自交后，F2代出現四種表型，分別為白眼長翅、白眼殘翅、紅眼長翅、紅眼殘翅，其比例為3∶1∶3∶1，從中選擇白眼殘翅(雌雄=1∶1)果蠅，其基因型分別為(XwXwvg/vg和XwYvg/vg)進行自交得到純合白眼殘翅果蠅。

圖1 殘翅雄蠅(♂)與白眼雌蠅(♀)雜交解析圖Fig.1 Hybridization of male drosophila(♂) with vestigial wings and female drosophila(♀) with white eyes

1.3.2 白眼雄蠅(♂)與殘翅雌蠅(♀)雜交選育

解析圖見圖2，白眼雄蠅(♂)與殘翅雌蠅(♀)雜交，其F1代雄蠅均為紅眼長翅雜合子，經F1代自交后，F2代出現四種表型，分別為白眼長翅、白眼殘翅、紅眼長翅、紅眼殘翅，其比例為3∶1∶9∶3，其中白眼殘翅果蠅均為雄蠅沒有雌蠅，其基因型分別為(XwYvg/vg)，因此白眼雄蠅與殘翅雌蠅雜交不適合白眼殘翅果蠅的培育。

圖2 白眼雄蠅(♂)與殘翅雌蠅(♀)雜交解析圖Fig.2 Hybridization of male drosophila(♂) with white eyes and female drosophila(♀) with vestigial wings

2 白眼殘翅在本科遺傳實驗教學中的應用

在以往的孟德爾分離定律和性連鎖基因遺傳實驗中，常采用的果蠅分別是野生型長翅(**+/+)、殘翅(**vg/vg)和野生型長翅(**+/+)、白眼(w w+/+)。在本實驗中采用野生型長翅果蠅(* *+/+)與白眼殘翅(w wvg/vg)果蠅雜交后，其雜交結果可同時反映出孟德爾分離定律和性連鎖基因遺傳實驗結果。

2.1 孟德爾分離定律驗證實驗

孟德爾分離定律圖解如圖3所示，野生型長翅(**+/+)果蠅與殘翅(**vg/vg)果蠅雜交，雜交后F1代均為長翅雜合子果蠅，F1代自交后F2代出現兩種表型長翅和殘翅，其比例為3∶1。

圖3 孟德爾分離定律圖解Fig.3 Mendel’s separation law diagram

2.2 性連鎖基因遺傳驗證實驗

2.2.1 正交

正交圖解見圖4，野生型雄果蠅(X*Y)與白眼雌果蠅(XwXw)雜交后，F1代雄性均為白眼，雌性均為紅眼，F1代自交后出現兩種表型白眼和紅眼比例為1∶1，且各表型中雌雄比例均為1∶1。

圖4 性連鎖基因遺傳正交圖解Fig.4 Orthogonality diagram of sex linkage gene inheritance

2.2.2 反交

反交圖解見圖5，白眼雄性(XwY)果蠅與紅眼雌性(X*X*)果蠅雜交后，其F1代均為紅眼果蠅，F1代自交后，F2代有兩種表型紅眼和白眼比例為3∶1，其中白眼均為雄性。

圖5 性連鎖基因遺傳反交圖解Fig.5 Reciprocal cross of sex-linked genes

圖6 野生型果蠅與白眼殘翅果蠅正交圖解Fig.6 Orthogonality of drosophila of wild type, and with white eyes and vestigial wings

2.3 野生型果蠅與白眼殘翅果蠅雜交雙驗證實驗

2.3.1 野生型果蠅與白眼殘翅果蠅正交實驗

正交圖解見圖6，野生型雄果蠅(X*Y+/+)與白眼殘翅雌果蠅(XwXwvg/vg)雜交，F1代白眼與紅眼比例為1∶1都為長翅，且雄性果蠅均為白眼。F2代表現出4種性狀，分別為白眼長翅、白眼殘翅、紅眼長翅、紅眼殘翅，比例為3∶1∶3∶1。在此實驗中，只考慮眼型不考慮翅型，F2代白眼與紅眼之比為1∶1，且F1代雄性均為白眼，可作為驗證性連鎖基因遺傳正交實驗；只考慮翅型不考慮眼型，長翅與殘翅之比為3∶1，可作為驗證孟德爾分離定律正交實驗。

2.3.2 野生型果蠅與白眼殘翅果蠅反交實驗

反交圖解見圖7，白眼殘翅雄果蠅(XwYvg/vg)與紅眼長翅雌果蠅(X*X*+/+)雜交后，F1代均為紅眼長翅果蠅，F1代自交后，F2代表現出4種性狀，分別為紅眼長翅、紅眼殘翅、白眼長翅、白眼殘翅，其比例為9∶3∶3∶1。在此實驗中只考慮眼型不考慮翅型，則紅眼與白眼之比為3∶1，可作為驗證性連鎖基因遺傳反交實驗；只考慮翅型不考慮眼型，則長翅與殘翅之比為3∶1，可作為驗證孟德爾分離定律反交實驗。

圖7 野生型果蠅與白眼殘翅果蠅反交圖解Fig.7 Reciprocal cross of drosophila of wild type, and with white eyes and vestigial wings

3 可作為高校遺傳雜交實驗改革創新的實驗材料

3.1 以往果蠅雜交實驗教學存在的問題

在以往的遺傳學教學實驗中，近2個月的果蠅雜交實驗通常為教師教學為主，常以野生型、白眼、殘翅、黑檀體作為教學模型[4]，實驗中通常是教師講授，學生按部就班操作，整個實驗過程沒有真正融入學生的思考能力和自主創新能力，因此實驗報告經常出現雷同現象，缺乏學生自己的分析與判斷，不利于提升學生的科研能力和自主創新能力[5]。別敦榮等[6]在本科教學改革中提出全面性、創新型、國際化的人才培養理念。潘雅[7]也提出大學應該培養學生的團隊合作和靈活性思維。美國麻省理工學院也一度提倡培養創新型人才[8]。因此，本科實驗中培養學生的創新性思維能力尤為重要。

3.2 白眼殘翅果蠅在遺傳雜交實驗中的創新與應用

白眼果蠅經兩個品系雜交培育后，其生活力、繁殖力要優于其他品系的果蠅[9]，因此在果蠅雜交實驗中具有相對的優勢。在本實驗課程設計中，實驗初期實驗教師提前挑選出各品種的處女蠅，集中上課時，簡述果蠅的外形觀察與雌雄果蠅的鑒別，闡明遺傳學中的基因分離定律、自由組合定律和性連鎖基因定律，并詳述各實驗所用果蠅的原因。課后以小組形式，在三大定律的驗證實驗基礎上[10]，每小組自由設計一項實驗，實驗內容以現有的果蠅品種任選兩種作為親本，培育一個新的品系，學生實驗報告中需畫出培育的技術路線圖，果蠅由實驗室提供，最后以培育的統計結果計為最后的考核標準。這樣不但能調動學生的積極性，也能調動學生的自主性和創新性，培養學生的科研興趣和思考能力。白眼殘翅果蠅由于翅形的殘缺，在雌雄鑒別及在轉移的時候相對簡單，而且其眼型和翅型呈雙隱性，便于學生觀察時進行對照，因此白眼殘翅果蠅可作為創新教學的重要材料。

在學生創新實驗設計中，野生型、白眼、殘翅、黑檀體均可作為親本，但是白眼殘翅果蠅作為親本可培育的品系相對較多，如：以白眼殘翅果蠅和紅眼長翅果蠅為親本，通過雜交后可培育紅眼殘翅果蠅和白眼長翅果蠅；以白眼殘翅果蠅與黑檀體果蠅為親本雜交，又可培育紅眼長翅果蠅、紅眼殘翅果蠅、白眼黑體果蠅和白眼長翅果蠅，白眼殘翅果蠅在整個創新實驗中所占比重相對較大，是整個創新實驗中較為重要的材料之一。

通過以培育新的果蠅品系作為實驗目的，以集中學習、小組學習、自主創新和課后拓展的形式對遺傳雜交實驗進行改革，整個實驗完成后，學生對遺傳中雜交、選育、擴繁等都會有新的認識，對雜交實驗也會有深入的理解。白眼殘翅果蠅應用于本科實驗改革，其本身就具備一定的創新性，彌補了本科實驗室遺傳實驗資源的匱乏，對于本科遺傳學實驗教學具有重要意義。

4 小結與展望

本科實驗教學是高校本科教學的重要組成部分，本科實驗的自主能動性和創新性直接影響到學生對整體課程的認識與理解，因此加大高校本科實驗的創新性和提高學生在實驗中的主觀能動性是本科教學的重點，是大學本科提倡的教學改革重點，也是高校各實驗教師不斷努力的目標。加大新資源的利用和新方法的使用，可以有效提高學生的理解力、認知度和學習興趣。