实验五、数量遗传资料讲解.doc

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专业班级：生物2班 学号：20120322234 姓名：刘显号

同组人：关德红、林星龙、莽斌、李玉圣、杨伏东、郄凯鑫、桤正富

实验日期：2014年04月23日——2014年05月11日

平均室温：28.7 平均大气压:81.27Kpa

实验五：果蝇数量性状遗传
一、目的
1、以果蝇腹片着生的小刚毛为对象，研究数量性状遗传的特点。
2、记录交配结果和学习估算统计遗传学基本参数—遗传率。
3、进一步熟练的掌握雌雄果蝇的鉴别方法。
4、学会饲养果蝇，掌握果蝇的杂交技术。

二、原理
2.1、性状：性状是指生物的形态结构，生理特征，行为习惯等具有的各种特征。生物体的性状有质量性状和数量性状之分。
2.1.1、质量性状：质量性状指属性性状，即能观察而不能量测的性状，是指同一种性状的不同表现型之间不存在连续性的数量变化，而呈现质的中断性变化的那些性状。它由少数起决定作用的遗传基因所支配，在表面上这类性状显示的差别，如角的有无、毛色、血型、遗传缺陷、花药、籽粒、颖壳等器官的颜色、芒的有无、绒毛的有无等称为质量性状。质量性状较稳定，不易受环境条件上的影响，它们在群体内的分布是不连续的，杂交后代的个体可明确分组。质量性状的遗传可以较容易地由分离定律和连续定律来分析。
2.1.2、数量性状：指的是是指在一个群体内的各个体间表现为连续变异的性状，如动植物的高度或长度等。数量性状较易受环境的影响，在一个群体内各个个体的差异一般呈连续的正态分布，难以在个体间明确地分组，也就是说所有能够度量的性状都可成为数量性状。这些性状呈连续变异。这些性状呈连续变异，它不可以严格地分类，而是呈现出一系列程度上的差异，带有这些差异的个体没有质的差别，只有量的不同。数量性状表型的连续性是下列两个现象的结果。第一：一种基因型并不只表达为一种表型，而是影响一组表型的表现。其结果模糊了基因型所决定的不同表型之间的差异，因而不能将一个特定的表型归属于一个特定的基因型。第二：许多不同基因座的等位基因都能使某一种被观察的表型发生改变，许多不同的基因型可能有相同的表现型。
在生物中凡是可数、可度、可衡等并可用数字形式描述的性状，称数量性状。如果蝇的身体大小、生长速度、小刚毛数量的多少等，这样的性状都是数量性状，可用某种尺度来测量并可用数字形式来描述，一个显示数量性状的个体，其表型是受到多个不同等位基因的作用，而每个基因对表型的贡献很小，但相关的基因数目很多，其表型也受到环境因素的影响，数量性状的变异由可遗传的变异和不可遗传的变异组成，数量性状大都由多基因控制，控制同一性状的基因数目很多，而每个基因的作用很小，并且很容易受环境影响。群体的表型变量通常呈连续分布。对影响数量性状的单个等位基因的分离，以及用普通遗传学方法去追查各个基因的行为都是困难的，因此通常不能用孟德尔的分析方法进行分析，而是用数理统计的方法来进行分析。本实验用野生型黑腹果蝇（Drosophila melanogaster）刚毛数量作为数量性状的研究。
2.2、遗传率
遗传率是指基因型方差（VG）占表型总方差（Vp）的比值， 它是衡量基因型变异和表型总变异相对程度的遗传统计量。遗传率反映了通过表型值预测基因型值的可靠程度，表明了亲代变异传递到子代的能力。同时也可以作为考查亲代与子代相似程度的指标。由于导致群体表现型产生变异的遗传原因可以进一步区分为由遗传主效应产生的普通遗传变异和由基因型×环境互作效应产生的互作遗传变异，故遗传率可以分解为普通遗传率和互作遗传率两个分量。
2.2.1、遗传率的两个分量
在多基因遗传中，遗传因素所起的作用称为遗传率，一般采用百分比来表示。遗传率是一个统计概率，只能运用于群体而不能用于个体，遗传率有广义遗传率和狭义遗传率之分
2.2.1.1、广义遗传率=普通遗传率
广义遗传率是指由遗传主效应引起的那部分遗传率，一般指基因型方差占表现型方差的比率。
2.2.1.1、狭义遗传率=互作遗传率
狭义遗传率是指计算基因的相加效应的方差VA在总的表型方差中所占百分率。记作：狭义遗传率＝相加的遗传方差/表型方差＝相加的遗传方差／(相加的遗传方差＋显性的遗传方差＋环境方差)，一般指累加方差占表现型方差的比率。
但不管是广义遗传率还是狭义遗传率都涉及方差，方差是反映观察数同平均数之间的变异程度。观察数同平均数之间的偏差越大，方差就越大，也就是观察的离散度大，其分布范围广；方差小，则表示各个观察值之间比较接近。方差可用变数同平均数之间偏差的平均平方来表示。记作：S2，如写成公式则是：S2=∑(X—¯X)2/n需要注意的是，公式中的分母n，只限于平均数是由理论假定的时候才适用。如果平均数是从实际观察数计算出来的时候，则分母应该是(n-1)。
对于某些受多基因系统支配，在表现为连续变异性状的遗传处理上，遗传率是一项极为重要的数量指标，尤其是狭义的遗传率，现已成为进行选择育种时的基础数量指标。这是因为在群体的个体变异中可以求出其哪些变异能够传给子代，其遗传可能的百分率究竟有多少等（即为可遗传率的百分率），也就是说，进行人工选择时，所获得的遗传获得量ΔG，可以用选择差数i乘以遗传率h2来求出。
2.2.2、遗传率的估计
估算遗传率的方法有二：一是应用子代对于亲本的回归法；一是应用方差分析，求得基因型方差及其中各个组分后，再进行估算遗传率。除上述之外，还可以用选择差数i除人工选择过程中实际获得的遗传获得量，即ΔG/i，此称为现实遗传率，本次实验主要是采用标准选择差数法来估算遗传率。
三、材料与方法
3.1、材料：黑腹果蝇(Drosophila melanogaster)。
3.2、仪器设备：双筒解剖镜，恒温培养箱，天平，培养瓶，麻醉瓶，毛笔、白瓷板,放大镜，棉花，镊子，大烧杯，电炉，玻璃棒，铁架台，漏斗，胶管，无数锥形瓶。
3.3、试剂：乙醚、玉米粉、琼脂、葡萄糖、酵母粉、丙酸。
3.4、方法：
3.4.1、野生型果蝇的捕获：
找一些塑料瓶或者不用的水杯，在里面放上烂的香蕉或者菠萝，并将其放在垃圾堆或者水果摊处（尽可能的放在向阳的地方），到第二天中午的时候再去用熟料袋或者纱布盖住瓶口将瓶子取走。
3.4.2、果蝇培养基配制：
先计算所要的量，然后制定配方：A：糖6.2克，加琼脂0.62克，再加水40ml煮沸溶解；
B：玉米粉8.25克，加水40ml，加热搅拌均匀，再加0.7克酵母粉；
A和B混合加热成糊状后，加0.5ml丙酸，即可分装到培养瓶中。
3.4.2.1、倒入培养基的厚度约2厘米，在培养基中插入一张消过毒的干燥硬纸片，以扩大果蝇的活动场所；
3.4.2.2、将培养瓶置入高温高压灭菌锅内，以121℃，1.5大气压消毒30分钟；
3.4.2.3、灭菌完成后，待灭菌锅内压力降至常压后开启锅盖使其半开，再以灭菌锅干燥培养瓶之棉塞30分钟，完成后取出使其冷却备用；
3.4.2.4、待培养基冷却后，用酒精棉花擦去瓶壁上的水珠。因为瓶里有了积水，移入的果蝇容易淹死或粘住；
3.4.3、野生型果蝇处女蝇的收集：先把培养瓶中的老果蝇全部除去，收集10小时之内羽化出来的新果蝇，麻醉后用放大镜在百瓷板上将果蝇雌雄分开，这时得到的雌果蝇应该全部都是处女蝇。可以在每天晚上 22:00～23:00 将培养瓶内的成蝇杀死，次日早晨 8:00～9:00 对新羽化出的果蝇进行挑选，将选择出来的果蝇分开培养。
3.4.4、引出果蝇：将有果蝇的培养瓶用手轻拍，使果蝇震落瓶底，迅速拔去棉塞，将麻醉瓶与培养瓶的两口相对，培养瓶在下、麻醉瓶在上并朝向灯光处，双手遮住培养瓶，利用果蝇的趋光性和向上性，将果蝇引入麻醉瓶。
3.4.5、果蝇的麻醉： 所用的麻醉瓶可直接用干净的培养瓶，或用广口瓶代替。用左
小指与无名指夹取麻醉瓶瓶塞。在瓶塞滴加数滴乙醚。取果蝇培养瓶轻拍瓶壁，使果蝇震落在瓶底。再用左手无名指与中指夹取培瓶塞．培养瓶口与麻醉瓶口对接轻拍上方的培养瓶将果蝇落到麻醉瓶里。然后迅速盖好两个瓶塞，半分钟左右，果蝇被麻醉，活动缓慢，注意麻醉不得过度，如果果蝇两翅展开且肢体僵硬．说明已致死。因此，必须抓紧时间移人新培养瓶中．可将培养瓶横卧，用干净毛笔把果蝇挑入，待果蝇清醒后．再竖立加塞，防止果蝇粘在培养基上。
3.4.6、雌雄果蝇的收集：在麻醉后的果蝇中挑出所有的野生型雌雄过蝇,放入已准备好的培养瓶中备用。
3.4.7、观察雌雄果蝇的刚毛数：将挑出来的处女蝇和雄果蝇各50只分别放在载玻片上，用显微镜观察其雌雄果蝇腹部第四和第五腹板上的刚毛数，并记录下来。（注意：取果蝇进行观察时要随机的挑选）。
3.4.8、对结果进行分析和处理：将上述记录的结果求其平均值，用平均值作为刚毛数的中间数并与刚毛数最少的和最多的分别放入不同的培养瓶中。
3.4.9、杂交：在6个杂交瓶上贴上标签，标明杂交亲本，杂交日期、实验人姓名，进行杂交实验，且在每个培养瓶内分别加入8只雌雄果蝇进行如下杂交：(不用进行正反交实验)
(1)、刚毛数多的果蝇与刚毛数多的果蝇杂交；
(2)、刚毛数多的果蝇与刚毛数少的果蝇杂交；
(3)、刚毛数多的果蝇与刚毛数中间的果蝇杂交；
(4)、刚毛数少的果蝇与刚毛数少的果蝇杂交；
(5)、刚毛数中间的果蝇与刚毛数少的果蝇杂交；
(6)、刚毛数中间的果蝇与刚毛数中间的果蝇杂交。
3.4.10、亲本杂交完成后，随时观察杂家瓶内果蝇的生活史情况，并记录下每天的温度和大气压。
3.4.11、去亲本：亲本果蝇都保持正常生活状态时，杂交后7 —8天，亲本都已杂交产卵。在杂种幼虫化蛹羽化前，将亲本移出弃去，目的是防止亲本与F1代成虫混杂。再过4-5天，F1成蝇出现。
3.4.12、下一代成虫羽化后，分别在两个选择交配的组合中随机取出雌雄各50只，同亲代一样观察记录小刚毛数。
3.4.13、详细的记录刚毛的数量，并认真的完成实验报告。
四、结果与分析
4.1、结果

表1实验数据汇总结果

雌（20只）
雄（20只）
平均
方差
平均
方差
亲代
35.6
5.49
27.45
11.73
子代（F1)
向多的方向选择（H）
向少的方向选择(L)
37.75
4.12
26.4
1.48
33.9
1.99
22.75
2.76
由表1数据得到
2ΔG=H(——)-L(___)=1/2x（37.75+26.4）─1/2 x(33.9+22.75)=3.75
ΔG=1.875
Vp=1/6x（5.49+4.12+1.99+11.73+1.48+2.76）=4.595
σp=（Vp）1/2=（4.595）1 /2=2.144
表2选择标准差（i）的理论值

选择强度
群体大小
10
20
30
50
∞
0.1
1.539
1.638
1.674
1.705
1.755
0.2
1.270
1.332
1.354
1.372
1.400
0.3
1.065
1.110
1.126
1.139
1.159
0.4
0.893
0.928
0.941
0.951
0.966
0.5
0.739
0.767
0.777
0.786
0.798

本实验是从20只中取出2只时，选择强度为0.1，根据上表得到理论值i=1.638。
由此计算本实验的遗传率:
H2=ΔG/σpi
H2=1.875/2.144x1.638=0.534
4.2、分析
本实验计算得到遗传率=0.534，0.534大于0.5，说明在果蝇刚毛数这一性状遗传中，由亲本遗传下来的基因所起的作用占主要作用，但是遗传率为0.534，说明环境因素的作用是非常明显的。果蝇的小刚毛数在亲代中雌雄不同性别相差很大，平均相差值达到8左右，特别是在子代（F1）中向多方向选择的雌果蝇刚毛数比向少方向选择的雄果蝇刚毛数平均多出15左右。另外，在果蝇小刚毛数的统计中，我认为亲代表现的离散度比较适中，但在子代中都趋于密集，只有极个别个体的小刚毛数与其他的果蝇明显不同，这或许是环境因素都比较适宜而且具有明确的选择方向而导致的。但通过对整个实验数据的分析，我认为本实验的数据还是可行的。
五、讨论与结论
5.1、经过与各小组的讨论，我们发现，要得到更有说服力的实验依据我们还应改善以下两点：
(1)从F2代开始观察雌雄果蝇不同个体的小刚毛数，因为考虑到F1代还未完全出现性状分离，故从F2代开始计数。
(2)应该拉大实验的规模，多做几组实验可以减小误差。
5.2、结论：果蝇的数量性状的变异由可遗传的变异和不可遗传的变异组成，而且控制同一数量性状的基因数目很多，而每个基因的作用很小，并且很容易受环境影响的论点。总体来说，本实验是成功的，数据也与预期数据相符合，具有一定的参考价值。

六、作业
1、什么是性状，数量性状与质量性状的区别与联系？试述二者的遗传学本质？二者的研究方法有什么区别？
答：数量性状（quantitative characters）是指在一个群体内的各个体间表现为连续变异的性状，如动植物的高度或长度等。数量性状较易受环境的影响，在一个群体内各个个体的差异一般呈连续的正态分布，难以在个体间明确地分组。数量性状大都由很多基因支配，其中每个基因的作用很小，但有关的基因数目很多，又受到环境的影响，所以它们的表型呈连续分布。
数量性状与质量性状的联系
控制数量性状的微效多基因。与控制质量性状的主基因都在染色体上，都符合遗传的基本规律，二者既有区别又互相联系。主要表现在：
①遗传性状的分布有连续的和不连续的。表现不连续分布的性状称为质量性状，表现连续分布的性状称为数量性状。数量性状的差异不能象区别质量性状一样用文字来描述，它只能用数字加上计量单位如克、厘米、升等表示，数字大小之间没有明确的界限，而只能是人为的加以分组.
②支配数量性状或质量性状的基因数目不同。支配质量性状的是单对基因，而支配数量性状的则是多对基因(一般在10对以上)，因此数量性状的杂种后代其基因型的分离比较复杂，需用数量统计的方法从基因的总效应上进行分析。
③数量性状或性状的区分并不是绝对的。如上面的实验中，小麦的籽粒有红色和白色，红色籽粒的红色程度随显性基因数目的多少而有差别，因此红粒与白粒杂交，子二代分离为红粒与白粒。

2、试述果蝇麻醉的操作过程，如何判断果蝇已麻醉死亡？
答：麻醉果蝇：对果蝇进行观察，检查时，用乙醚麻醉，使其暂时处于昏迷状态，以便于操作，先取下麻醉瓶塞，滴几滴乙醚于麻醉蕊的棉花上（注意不要让乙醚流进瓶内），麻醉瓶要保持干燥，否则会粘住果蝇翅膀，影响观察，再将果蝇的培养瓶手掌上震几下，使果蝇落在培养瓶底部，然后迅速打开培养瓶的棉塞，把果蝇倒入去盖的麻醉瓶中，并立即盖好麻醉瓶，待果蝇全部昏迷后，倒在白瓷板上进行观察。本实验时如不熟练，一次麻醉计测20只是有困难的，所以分几次麻醉，把计测过的果蝇放入指管，每管一只，这样做也是可以的。用三乙基胺时，麻醉时间长，这是方便之处，但也要注意，不要麻醉过头
果蝇的麻醉程度视实验要求而定，对仍须培养的果蝇以轻度麻醉为宜，但对不再培养，单单进行性状观察的果蝇，可以深度麻醉，甚至死也不妨（果蝇翅膀外展45º角，说明已死亡）。检查完毕后，把不需要的果蝇倒入盛有煤油或酒精的瓶中。

3、试述本学期所完成的所有遗传学实验之间的内在联系。
答：本学期我们所完成的实验有果蝇形态以及生活史的观察、果蝇的单因子实验、果蝇的双因子实验、果蝇的伴性遗传、果蝇的数量性状遗传，在这几个实验中我们所用的材料都是果蝇，有长翅黑腹果蝇、黑檀体、残翅果蝇、白眼果蝇等多种果蝇进行杂交试验，都是从果蝇的遗传方面进行研究，从颜色、眼色、体型、翅型、刚毛数等多种性状。这些实验都是以遗传为基础来展开的实验。而且有几个是验证性实验。
4、 果蝇已有哪些数量性状？选择其中的某一数量性状，写出一个你的实验设计。
答：果蝇的数量性状有身体大小、生长速度、重量等。
实验设计：
一、目的：以果蝇的身体大小为对象，研究数量性状的遗传特点。
二、原理：数量性状是指个体间的表现成联系变异，很难明确分组，需要用度量等方式来描述的性状。数量性状的变异由可遗传的变异和不可遗传的变异组成，数量性状大都由多基因控制，控制同一性状的基因数目很多，而每个基因的作用很小，并且很容易受环境影响。
三、材料与方法
3.1、材料：黑腹果蝇(Drosophila melanogaster)。
3.2、仪器设备：双筒解剖镜，恒温培养箱，天平，培养瓶，麻醉瓶，毛笔、白瓷板,放大镜，棉花，镊子，大烧杯，电炉，玻璃棒，铁架台，漏斗，胶管，无数锥形瓶。
3.3、试剂：乙醚、玉米粉、琼脂、葡萄糖、酵母粉、丙酸。
3.4、方法
3.4.1、收集野生果蝇
3.4.2、把果蝇的杂交而得的F2成蝇，随机选出处女蝇和雄蝇各20只，用乙醚适度麻醉，在40倍显微镜下测出果蝇身体大小，装入小指管里贴上标签。
3.4.3、分别从上述20只果蝇中选出身体最大和最小的♀、♂蝇各2只。
3.4.4、把最大的♀、♂各1只配成一杂交组合，次大的♀、♂各1只配成一杂交组合（作备用），最小的♀、♂各1只配成另一组合，次少的♀、♂各1只再配成一杂交组合（作备用）。
3.4.5、把配好的杂交组合，培养3－4天，把亲本倒去。
3.4.6、培养两周后，把所有成虫倒出试管中进行麻醉，分别测出大小，做好记录并进行统计。
3.4.7、把所得的数据分组，确定组距。
3.4.8、把亲代和子代♀、♂两组数字，分别以果蝇身体大小（组距）为横坐标，频数为纵坐标绘制频度分布图。
3.4.9、计算实现遗传率:H2=ΔG/σpi
3.4.10、根据实验的统计结果，作数量性状遗传的详细分析。
七、参考文献
1.洪亢亢.PINK1对SCA3/MJD转基因果蝇模型的神经保护作用机制的研究.桂林医学院硕士学位论文,2013
2.贾丹丹.氯化锂对SCA3/MJD转基因果蝇模型的保护作用研究.中南大学博士学位论文，2012
3.丰时运.组蛋白H3K4三甲基化相关表观遗传因子在果蝇雌性生殖干细胞维持中的作用及其机制研究.上海交通大学硕士学位论文，2012
4.毛雪.重金属镉对黑腹果蝇的毒性效应及其分子机制的初步研究.陕西师范大学硕士学位论文，2012
5.朱惊雷.Sir2对SCA3/MJD转基因果蝇的神经保护作用及其与自噬的相关性研究.桂林医学院硕士学位论文，2012
6.郑贤瑞.果蝇bam突变体的遗传筛选.中国科学院研究生院硕士学位论文，2012
7.王在竹.微管相关蛋白在果蝇中的遗传相互作用研究.南开大学硕士学位论文，2012
8.赖颖诗.果蝇NF-Y转录因子的发育遗传分析.慈济大学硕士学位论文，2012
9.付金玲.斑马鱼视网膜发育及Crb2b对光感受器细胞影响的研究.吉林大学博士学位论文，2012
10.李衡.对国内一家族性CADASIL病Notch3基因突变的确认.哈尔滨医科大学硕士学位论文，2012

致谢
首先要感谢的是我的老师李天星。学习上，李老师为我指明了学习的方向，给与了我学习的空间，从开始实验，到最后全文的写作完成，李老师付出了很多的时间和精力，一遍遍的修改，一遍遍的指导，精心点拨，热忱鼓励，帮助我开拓了研究思想，在我最需要的时候给我勇气和力量，在我咬牙坚持的时候给我加油和鼓励，是李老师，用他的言传身教，让我学到了课本以外更丰富的知识。我知道，对老师的感谢不是几句话就能确切表达，学生会不断的学习进取来作为对老师最好的回报。此外，我要感谢各位老师，他们严谨细致、一丝不苟的作风一直是我工作、学习中的榜样；还要感谢各位同学对我的支持和帮助，能成为这个大家庭中的一员我感到非常的荣幸和骄傲，正是因为有了这样一帮兄弟姐妹，才使我在求学路上感到充满着力量。

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