果蠅雜交實驗教學的小竅門

孟 敏, 胡 甘, 王竹林, 車 將

(西北農(nóng)林科技大學 農(nóng)學院, 陜西 楊凌 712100)

果蠅雜交實驗教學的小竅門

孟 敏, 胡 甘, 王竹林, 車 將

(西北農(nóng)林科技大學 農(nóng)學院, 陜西 楊凌 712100)

為了解決果蠅雜交實驗中存在的實驗過程耗時長、處女蠅質量不高、果蠅性狀識別不準確、F2代群體數(shù)量偏少等問題，探索出優(yōu)選培養(yǎng)基、快速鑒定果蠅性別、高質培養(yǎng)處女蠅、擴大F2代群體等優(yōu)化果蠅雜交實驗教學的一些小竅門。

實驗教學； 果蠅雜交； 處女蠅

在遺傳實驗教學中，果蠅雜交實驗是驗證遺傳學中分離規(guī)律、自由組合規(guī)律和連鎖互換規(guī)律的經(jīng)典實驗[1-4]，它既是培養(yǎng)學生科研意識和能力的基礎性實驗，又是指導學生學習經(jīng)典遺傳學理論和探索實踐的重要實驗。做好果蠅雜交實驗，對遺傳學相關專業(yè)的學習意義重大。針對遺傳學實驗，有的高校專門開設了獨立的果蠅雜交小實驗，有的高校開設了包括果蠅綜合實驗模塊在內的遺傳學綜合大實驗[5-6]。無論是獨立小實驗還是綜合大實驗，果蠅雜交實驗的任務都要在規(guī)定的教學時間內保質保量完成。這就需要實驗課教師課前設計好雜交方案，準備好實驗材料。果蠅雜交實驗主要包括果蠅生活史觀察、性別鑒定、性狀觀察、培養(yǎng)基配置、處女蠅選擇、親本雜交、F1代表現(xiàn)型、F2代表現(xiàn)型，以及比例觀察和卡方檢驗等基礎理論知識?？梢姡夒s交實驗存在工作量大、周期長、不確定因素多，以及實驗過程耗時長、環(huán)節(jié)多、內容瑣碎等不足。因此，實驗教學中常常出現(xiàn)學生上課前沒有高質量的處女蠅(可能存在非處女蠅)、學生對果蠅雌雄性狀識別不準確、F2代群體數(shù)量少等問題，導致實驗結果偏差很大，甚至造成實驗失敗。為了解決這些問題，我們結合多年的實驗教學經(jīng)歷，比較和借鑒同行實驗室的經(jīng)驗，從選擇培養(yǎng)基、鑒定果蠅性別、培養(yǎng)處女蠅、擴大F2代群體等方面摸索出一些優(yōu)化果蠅雜交實驗教學的小竅門。

1 科學合理選配培養(yǎng)基

果蠅性狀受環(huán)境和遺傳的相互作用，其中培養(yǎng)基成分與含量對果蠅的大小、發(fā)育、繁殖與生存有著重要影響[7-10]。因此，培養(yǎng)基成分優(yōu)化是果蠅實驗中非常重要的一步，也是很多實驗室研究的熱點，但是不同實驗室往往因培養(yǎng)基配方不同導致實驗效果大相徑庭[11-14]。在參考和比較多個同行實驗室培養(yǎng)基配方的基礎上，結合多年的實驗經(jīng)歷，我們摸索出了一個使果蠅性狀穩(wěn)定的培養(yǎng)與保種的合理配方(見表1)。

表1 配制1L培養(yǎng)基各成分含量

注：“+”表示在培養(yǎng)果蠅期間，培養(yǎng)基還要添加此成分。

配制時先將水分成2份，其中一份用于煮溶瓊脂和蔗糖，另一份用于煮溶玉米粉，待2份溶液分別溶解煮好后再合到一起煮沸，待其降溫至50～60 ℃時再加酵母粉和丙酸。充分攪拌后，將黏稠的培養(yǎng)基分裝在50 mL三角培養(yǎng)瓶中，每瓶約15 mL，加蓋用紗布包好的棉塞，于0.11 mP、121 ℃下滅菌15 min[15]。待培養(yǎng)基冷卻至室溫后，培養(yǎng)基即配制完成，置于-20 ℃冰箱保存?zhèn)溆谩?/p>

由于果蠅在培養(yǎng)過程中會不斷消耗培養(yǎng)基的營養(yǎng)成分，為了使果蠅性狀不因營養(yǎng)成分的降低而變異，我們在果蠅接種后每隔2周就要在通風櫥內給培養(yǎng)基表面加入2～3滴由4%的酵母液[16]與1%的葡萄糖液配成的混合液(以覆蓋在培養(yǎng)基表面薄薄一層為宜)，使其在生長過程中充分吸取營養(yǎng)物質。酵母粉含有豐富的蛋白質、B族維生素、維生素D2原、脂肪、粗纖維素、碳水化合物、礦物元素及微量元素等，同時還含有豐富的酶系統(tǒng)和生理活性物質，果蠅喜甜食且葡萄糖能增加酵母活性。

2 簡單快速鑒定果蠅性別

果蠅雜交實驗，關鍵是要準確辨別果蠅的性狀，操作的難點則在于雌雄性別的區(qū)分。通常，雌雄性別的鑒定主要通過性梳的有無以及背上條紋數(shù)量的差異來區(qū)分，但是由于麻醉程度不同，顯微鏡下果蠅姿態(tài)與觀察角度不同，雄性的性梳不易觀察到；另外，在分辨處女蠅雌雄時，由于果蠅剛羽化不久，腹背條紋不清，性梳也不易分辨。

通過反復觀察和實驗我們發(fā)現(xiàn)，利用果蠅腹部的差異能有效區(qū)分其雌雄。差異一，在雄蠅腹部下方有個突起的交尾器，且交尾器上有粗黑剛毛使尾部呈現(xiàn)一個小黑點，而雌蠅沒有這個特點；差異二，雄蠅尾部末端鈍圓，而雌蠅尾部末端稍尖。通過這些只需肉眼就能區(qū)分的差異初步辨別之后，再有針對性地麻醉，于顯微鏡下尋找性梳，就大大提高了鑒定雌雄果蠅的速度，也避免了因盲目尋找性梳對果蠅進行深度麻醉而造成大量果蠅死亡，還可避免學生因性梳尋找失誤而造成同一品種果蠅雌雄性都選進雜交瓶，最終導致F1代果蠅出現(xiàn)親本的性狀錯誤。快速準確區(qū)分果蠅雌雄，是保證雜交實驗成功的基礎。

3 高效優(yōu)質獲取處女蠅

高質量的處女蠅是果蠅雜交實驗成功的保證，但是，無論是綜合實驗還是獨立實驗，實驗教師接種一批果蠅往往要供多個班級多次選用，因此，時間的控制成為獲取處女蠅的關鍵。經(jīng)驗告訴我們，果蠅在接種以后，前期羽化的果蠅中雌蠅數(shù)量較多，而羽化三批次后雄蠅數(shù)量偏多，原因是當培養(yǎng)基的營養(yǎng)成分減少，雌蠅的發(fā)育受到限制，雄蠅卻發(fā)育正常。但是在雜交親本選擇時，一定要優(yōu)先保證處女蠅(即雌蠅)的數(shù)量。上文關于合理選配培養(yǎng)基部分已提到，我們在果蠅接種后每隔2周要在培養(yǎng)基表面加入2～3滴營養(yǎng)液，因此保證了整個培養(yǎng)過程中雌蠅發(fā)育所需的營養(yǎng)，平衡了雌雄蠅羽化的比例。

為了盡量降低實驗成本，我們在不擴大接種數(shù)量的前提下摸索出了一套實用有效的接種時間和培養(yǎng)條件。具體如下：每次實驗課前2周接種親本，當觀察瓶壁上出現(xiàn)較多黑褐色的蛹時，將培養(yǎng)瓶轉移至溫度較低的15 ℃培養(yǎng)箱中以延長羽化時間。為了獲得真實的高質量處女蠅，在課前5～6 h將培養(yǎng)瓶內果蠅轉移至一個干凈的空瓶內(備用于雄蠅選擇)，確保培養(yǎng)瓶內沒有果蠅殘留，再將培養(yǎng)瓶轉置于26 ℃培養(yǎng)箱內羽化果蠅，這樣上課時就能確保獲得較多的處女蠅。

4 有效擴大F2代群體

果蠅雜交實驗最終要通過計算各個性狀果蠅數(shù)量的比例來驗證遺傳學三大定律，因此獲得龐大的群體數(shù)量成為果蠅雜交實驗的又一關鍵環(huán)節(jié)。通常，為了獲得龐大的群體數(shù)量，需要延長培養(yǎng)時間，既耗費人力又耗費物力。為此，我們在實驗教學過程摸索出一套省時又省力的快速獲得大群體的方法。

我們知道，在轉接時F1代是自交，不需要處女蠅，且交配后的雌蠅在即將產(chǎn)卵時腹部變得肥大，肉眼可見腹部正下方呈現(xiàn)一個小白點。所以，在選擇F1代親本時，通過肉眼我們就能分辨出已經(jīng)交配過、將要產(chǎn)卵的雌蠅。為了短時間內獲得大量后代，我們選擇6～8只即將產(chǎn)卵的雌蠅和3～4只雄蠅置于培養(yǎng)瓶內，再將該培養(yǎng)瓶置于25 ℃的培養(yǎng)箱內培養(yǎng)。雌蠅在轉接后短期內就會產(chǎn)出大量的卵，這些卵羽化的時間幾乎相當，2周內就可以獲得大量的果蠅。

5 總結

遺傳學是在實踐中發(fā)展起來的實踐性很強的一門學科，果蠅雜交實驗是驗證遺傳學定律的經(jīng)典實驗，因此它是遺傳學實驗教學的重要組成部分。我實驗室在工作中摸索優(yōu)化了雜交實驗4個環(huán)節(jié)：培養(yǎng)基配制、果蠅性別鑒定、處女蠅培養(yǎng)以及F2代群體擴繁，為同行實驗教學及準備工作提供可行的參考。

References)

[1] 王建波,方呈祥,鄢慧民,等.遺傳學實驗教程[M]. 武漢：武漢大學出版社,2004.

[2] 李素芳,孫駿威,朱銀煥,等.通過果蠅雜交實驗培養(yǎng)學生的科研意識和能力[J].實驗技術與管理,2007,24(2):16-18.

[3] 劉祖洞,江紹慧.遺傳學試驗[M]. 北京：高等教育出版社, 1979.

[4] 王轉斌，曲志才.培養(yǎng)果蠅的最佳生態(tài)因子研究[J].菏澤學院學報，2010，25(5)：112-114.

[5] 盧萍.高校遺傳學教學改革探索[C]//中國遺傳學會.全國遺傳學理論與實驗教學研討會會議手冊及論文集.北京:科學出版社，2014:32-37.

[6] 秦永燕，劉瑞祥，李云玲，等.遺傳學實驗內容的整體優(yōu)化與探索[J].教育教學論壇，2014，52(12):257-258.

[7] Joshi A. Are bigger flies always better: the role of genes and environment[J]. Journal of Genetics, 2004 , 83(1):13-15.

[8] Medeiros L, Zucoloto F S. Nutritional balancing in f ruit flies: Performanceof wild adult females of anastrepha obliqua(Diptera: Tephritidae) fed on single-food or food-pair treatments[J].Journal of Insect Physiology, 2006, 52:1121-1127.

[9] 顧蔚,車娜克,單玉龍,等.酵母粉對果蠅精子發(fā)生之影響[J].西北大學學報：自然科學版,2006,36(6):932-935.

[10] 宋文貞，夏曦中，朱麗華.實驗用果蠅培養(yǎng)技術探索[J].氨基酸和生物資源,2007，29(3)：36-37.

[11] 龔慧明.果蠅培養(yǎng)基長霉的處理措施[J].生物學教學,2007,32(4):52.

[12] 陳宗禮,延志蓮.果蠅培養(yǎng)基的選擇研究[J].生物學志,1994(3):31-33.

[13] 卞立紅，袁紅梅，汪洋，等.不同配方培養(yǎng)基對果蠅生長和繁殖的影響[J].天津農(nóng)業(yè)學，2012,18(3):144-146.

[14] 謝德娟,顧蔚,李翠平,等.培養(yǎng)基對果蠅生長發(fā)育的影響[J].陜西師范大學學報:自然科學版,2008,36(3):83-86.

[15] 胡甘.用于果蠅唾腺染色體實驗材料的培養(yǎng)方法[J].實驗科學與技術，2007(5):38，52.

[16] 修冰，吳強.酵母粉對果蠅繁殖力和生長發(fā)育的影響[J].同濟大學學報：醫(yī)學版，2002，23(3)：204-206.

Four methods for the optimization of drosophila hybridization experiment teaching

Meng Min, Hu Gan, Wang Zhulin, Che Jiang

(College of Agronomy, Northwest A&F University, Yangling 712100， China)

In order to solve the problems in drosophila hybridization experiments such as time-consuming，female drosophila not good enough, identification of gender not accurate, F2 population less to be chosen and so on. Some tips are explored to optimize drosophila hybridization experimental teaching such as optimal medium, rapid identification of drosophila sex , high quality of the virgins drosophilas, expanding the F2 generation group, etc., which is beneficial to references.

experimental teaching; drosophila hybrid; virgins drosophila

2015- 01- 27

孟敏(1978—)，女，吉林松原，博士，實驗師，從事本科遺傳實驗教學和科研工作

E-mail：mengmin@nwsuaf.edu.cn

胡甘(1964—)，男，陜西楊凌，高級實驗師，從事遺傳學方面的教學和科研工作.

E-mail：huyunuo@163.com

G642.0

A

1002-4956(2015)8- 0173- 03