高校遗传学实验教学初探

　　引言

　　遗传学是高等院校生命学科专业的一门基础课程，同时又是一门技术精密的实验课程。特别是当今生命科学的迅猛发展，要求我们培养的学生不仅有扎实的理论知识，而且具备熟练的实验操作技能和富于创新的思维能力。因而，实验课是教学的重要组成部分，是获得遗传学知识的重要方法和手段。通过实验，不但可以加深对一些基本知识和基本理论的认知和理解，而且还可以得到专业技能训练，提高观察、分析、综合和解决问题的能力，对学生更好地认识生命、认清自我、理论与实践相结合等都有非常重要的作用。

　　由于遗传学实验所涉及的范围广、内容多，而教学时间又极其有限，同时又要兼顾前后实验课程的教学内容，做到有特点、不重复。因此，只有通过精选实验内容，综合考虑实验内容的搭配，才可能在有限的教学时间内，使学生较全面而系统地掌握遗传学实验基本的实验原理和操作技术，培养学生的综合和设计实验的能力，启发学生创造性思维111。从30个遗传学实验项目中，按基础性实验、综合性实验和设计性实验的要求，精选出5个实验作为遗传学实验内容，以期达到良好的实验效果，提高高校遗传学实验教学质量。

　　2基础性实验

　　基础性实验即最基本、最能代表学科特点的实验方法和技术12。我们选取2个实验是基于其在遗传学领域有着广泛、重要的实践意义，既能培养学生最基本的细胞遗传学方面的操作技能，又能培养学生对遗传学实验的观察、记录和分析能力，是对生命遗传和变异的现象与规律最好的巩固和深化。

　　21植物染色体常规压片技术及核型分析

　　植物染色体压片技术是细胞遗传学中最为基本和常用的方法，在物种亲缘关系鉴定、染色体变异、杂种分析等工作中有着广泛的用途，因此，高等院校生物技术专业的遗传学教学必须涉及染色体的观察分析。本实验通过对几种不同的代表植物根尖染色体的制备和观察，使学生学习不同植物材料的固定方法和常规压片技术观察在细胞分裂过程中染色体的动态变化，掌握核型分析的原理和方法。

　　核型是指细胞核内染色体群的形态而言，是一个物种的体细胞内染色体各方面特征的总和。鉴于核型研究的新趋势是研究染色体形态、结构和功能的关系，因此引导学生在实验观察的过程中，除了观察有丝分裂中期染色体的数目、形态、各染色体间的差异、主缢痕和次缢痕的位置、随体的大小及数目外，还应注意到染色体的结构、带型及间期染色质的形态差异等。这对学生的精细动手能力、观察能力、分析能力和判断能力等都是一个非常好的训练。

　　由于课前己要求每位同学上交一张最好的装片进行现场评比打分，并且指出良好植物染色体装片的质量标准，加之全过程教师在现场督导。因此，整个实验过程学生们都自觉地进行实验操作，力求能得到最高分。通过反复练习，绝大部分同学都能够制作出较好的植物染色体装片，领悟出染色体制片的技术要领，从而达到了良好的实验效果。

　　2.2果蝇饲养及其杂交实验

　　果蝇具有生活史短、繁殖率高、突变表型显著、饲养简便等特点，是遗传学研究的模式生物，尤其在基因分离、连锁、交换等遗传规律的揭示上更有其巨大的作用。对此课我们提供学生突变型果蝇，要求学生自己捕捉和饲养野生型果蝇，通过培养过程了解普通果蝇的生活史及一些突变型的表现性状差别，学会辨认雌雄。要求以实验小组为单位进行讨论，设计出具体的实验方案，整个实验过程是在完全开放的状态下进行。实验过程中涉及基因的显隐性、连锁、交换等多种关系，同时也会得出一些与期望值不同的结果。要求学生在一段时间内安排好实验进程，如实记录实验中出现的现象和问题，并做出自己的分析和判断。

　　掌握果蝇杂交的实验技术，做好实验观察记录，并尝试运用生物统计的方法对实验数据进行分析，将实验得到的结果与理论预测结果进行比较，从而更好更直观地理解经典遗传学三大基本规律。

　　对此次实验成绩的考核，采取以小组为单位提交完整的实验报告，包括实验设计的思路、中间操作的过程、最后统计的结果以及对实验结果的分析等。通过此次实验，学生们初步掌握了实验设计的方法、实验过程的观察和记录，更好地将理论课程中的相关知识运用和发挥，锻炼了学生们的思维创造力。本实验所有学生都能够全程积极参与，提高。

　　3综合性实验

　　综合性实验是由多技术、多种实验手段、多层次实验内容组成；要求学生独立完成预习报告、试剂配制、仪器安装调试、实验记录、数据处理和总结报告。重在提高学生全面实验能力和综合素质，培养学生分析问题、解决问题的能力。选取综合性实验是提高遗传学教学质量的保证，适应新时代教学发展的要求。

　　31小鼠细胞染色体标本的制备和观察

　　染色体的数目及形态特征在一个物种内是相对稳定的，染色体上的基因决定了一个物种生长发育的全部信息。因此通过染色体分析，可以了解某一物种最基本的遗传指标。而制备优良的细胞学标本是进一步开展染色体分带、核型分析和原位杂交的前提13。

　　小鼠是进行遗传学和细胞生物学常用的模式动物和实验材料。动物的骨髓是重要的造血器官，它通过细胞分裂不断补充体内的需要，如将秋水仙素注射到动物的腹腔内，经肠系膜吸收并可转运到骨髓，结果使正在分裂的细胞不能形成纺锤体，使得染色体停在中期状态，经过处理和制片后就可以清楚地观察到染色体。本实验我们仅提供学生实验小鼠，整个实验过程要求学生每人查阅相关资料，准备实验用具材料和药品，每人独立完成实验，并提交一张最好的小鼠细胞染色体标本装片作为评分依据。实验过程中，要求学生在掌握利用动物骨髓进行细胞染色体制片技术的同时，比较与植物和人的细胞染色体制片方法的区别，从而更好地掌握细胞收集、低渗、滴片等技术手段，观察和了解小鼠染色体的数目及形态特征；同时，要求学生能独立思考实验中所遇到的一些实际问题，作出合理的分析和解释。

　　该实验的开设，较好地培养了学生进行动物细胞染色体制片的能力，强化了学生良好的实验习惯，提高了学生综合实验素质。较多的学生通过反复摸索，最终制出了良好的小鼠细胞染色体装片，完全可以继续进行下一步实验分析。

　　32糙链孢霉的四分子遗传学分析

　　粗糙链孢霉（Neurospoacassa)属于子囊菌纲，分析涉及其减数分裂过程中的重组、交换的整个过程，两种不同接合型（maigype)的个体产生的短暂二倍体进行的减数分裂形成了4个单倍体的细胞。根据在同源染色体联会时有无非姐妹染色体的交换，带有基因标记的子囊孢子可以直接显现出来，因此是遗传分析工作中的有用工具141。

　　本实验提供学生粗糙链孢霉的野生型和鸟氨酸缺陷型两种菌株及实验用品，要求每位学生独立操作，学习粗糙链孢霉的培养方法和杂交技术了解粗糙链孢霉的生活史。通过对链孢霉杂交产生的子囊孢子的统计分析，验证遗传学的基本规律，掌握着丝粒作图的方法。实验过程中，要求学生思考高等动、植物的有性生殖和基因交换与粗糙链孢霉相比有何异同，并根据实验结果，绘出粗糙链孢霉〇n基因与着丝粒的连锁图。

　　通过本实验的操作，使学生进一步熟悉微生物菌落的培养方法和接种杂交技术掌握微生物遗传实验操作的基本要领，初步学会微生物遗传数据的统计和分析，并对遗传作图有了深刻理解，对遗传学基本规律有了清楚的感性认识，为从事微生物学研究打下了良好的实验基础。学生们实验兴趣得到极大提高，绝大部分学生都能细心地进行实验操作，实验结果基本揭示出遗传规律，对理论知识的理解起到了明显功效。

　　4设计性实验

　　设计性实验是在学生完成基础性实验和综合性实验的基础上，可以不同的实验材料，不同的实验条件，结合多学科的知识，由学生自己设计实验进行科学研究的初步训练。

　　4.1基因频率和基因型频率变化的遗传学检测

　　Hardy-Wenberg定律是群体遗传学中的基本定律又称遗传平衡定律，该定律于1908年由英国数学家GHHady和德国医生WWeinbeig共同建立的。它的基本含义是指在一个大的随机交配的群体中，在无突变、无任何形式的选择、无迁入迁出、无遗传漂变的情况下，群体中的基因频率和基因型频率可以世代相传不发生变化，并且基因型频率是由基因频率决定的。根据人类遗传的研究己知人体的许多性状是按照孟德尔方式遗传的，例如人能力是由一对等位基因（Tt)所决定的遗传性状，其中TX寸为不完全显性。

　　通过对人体一些遗传性状或以果蝇为模式生物进行遗传分析，进一步理解Hady-Weinbeg定律的基本原理；调查周围人群中ABO血型系统或人群中PT尝味能力的基因频率和基因型频率的情况及基因频率的计算认识孟德尔定律的普遍意义和选择对改变基因频率的作用。本实验给出实验目标和提供必要的实验用品，要求学生根据兴趣自行设计实验内容，提交完整的实验报告。如通过实验，检测味盲基因是否在人群中呈现平衡状态；或对周围人群的ABO血型的不同表现型进行统计，进而估算出基因频率；或人工模拟选择对果蝇正常翅、残翅等位基因的基因频率变化的影响，考察迁移对群体基因和基因型频率的影响程度。

　　在本实验开设过程中，学生们可根据自己的兴趣自觉分为几组，各组成员就不同的实验材料查阅相关资料，设计实验方案，分头行动。在实验室工作的学生，积极进行果蝇的培养和杂交统计；了解味盲基因变化的学生在全校学生中进行味盲基因频率和基因型频率的检测和统计；对血型感兴趣的一组，广泛地在全校学生中和到校医院搜集ABO血型资料。学生们对实验的热情空前高涨，基本能在规定的时间段内提交实验报告，对理论课中较为抽象的实验原理和遗传定律有了明确的认识，达到了预期的实验效果。

　　5结束语

　　对较为广泛的遗传学实验内容，通过精选有代表性的几个实验，不仅使学生掌握基本实验技术、了解遗传学常用的实验方法；而且，培养了学生综合设计实验的能力和良好的实验习惯，启发学生创造性思维，提高了高校遗传学实验教学质量。

　                      　李标，张继承，梁亦龙，舒坤贤

　                    　 (重庆邮电大学生物信息学院重庆400065)