遗传学实验指导书.doc

实验1 植物染色体减数分裂观察
1、实验目的
通过对植物花粉的形成过程中减数分裂的观察，了解植物生殖细胞形成的一般过程以及染色体在这一过程中的动态变化，从而深刻理解减数分裂的遗传学意义，为研究遗传学基本规律奠定细胞学基础。
2、实验原理
减数分裂是一种特殊方式的细胞分裂，仅在配子形成过程中发生。这一过程的特点是：细胞连续两次进行核分裂，而染色体只复制一次，结果形成四个核，每个核只含单倍数的染色体。即染色体数减少一半，所以称为减数分裂。另一个特点是前期特别长。而且变化复杂，包括同源染色体的配对和非姊妹染色单体的交换与分离等。
3、实验材料
高粱（2n=20）、玉米（2n=20）或小麦（2n=42）等雄蕊幼穗及其永久制片和照片。
4、实验器具和药品
（1） 用具：显微镜、载玻片、盖玻片、刀片、接种针、镊子、酒精灯、吸水纸、擦镜纸、烧杯、量筒、带橡皮头的铅笔。
（2） 药品：纯酒精、95%酒精、冰醋酸、70%酒精、卡诺固定液（Carnoy）液、醋酸洋红（醋酸地衣红）。
5、实验说明
在被子植物中，由分生细胞进行几次有丝分裂，形成小孢子母细胞（花粉母细胞），简称PMC，每个PMC进行两次连续的细胞分裂，即减数分裂，产生四个子细胞，每个子细胞就是一个小孢子，每个小孢子内的染色体的数目是PMC的一半（n）。整个减数分裂过程可分为下列各个时期：
第一次分裂：
前期I：又可分为以下五个时期：
细线期：核内出现染色体细长如线，数目成双，核仁明显，但一般看不到双线结构。
偶线期：同源染色体配对，即联会。呈二价状态（此期很短暂，不易找到）。
粗线期：二价体变粗变短，由于各染色体由已复制成两条的染色单体组成。故此时配对的染色体含有四条染色单体，叫做四合体。
双线期：各同源染色体开始分开，由于在粗线期非姊妹染色体之间发生局部的交换，因而同源染色体在一定区段出现交叉结。
终变期：染色体长度更为粗短，交叉结向端部移动，核仁的核膜开始消失，此时观察染色体最清楚，故可计算数目。
中期I：染色体排列在赤道板上，并出现纺锤丝。
后期I：同源染色体由于纺锤丝牵引着丝粒，分别向两极移动。由于各染色体的着丝粒没有分裂，故两个细胞只有半数染色体（n）。
末期I：染色体拉向两极，松开变细，形成两个子核，细胞质分裂，在中央由纺锤丝形成细胞板，产生二分体。
第二次分裂：
前期Ⅱ：染色体又开始缩短，而其包含的两条染色单体分得很开，但着丝粒仍然连在一起。
中期Ⅱ：每个染色体整齐地排列在各个分裂细胞的赤道板上。
后期Ⅱ：每个染色体的着丝粒分裂为二，姊妹染色体分别移向两极。
末期Ⅱ：每个分裂细胞的细胞质又分隔为二，形成四个子细胞，又叫四分体。
6、实验步骤
（1）试剂的配制
卡诺固定液：纯酒精：冰醋酸 = 3：1
卡宝品红：①原液A：称取8克碱性品红结晶溶于100毫升70%乙醇中（可以无限期保存）
②原液B：取100毫升原液A 加入到90毫升5%的苯酚水溶液中，充分混匀，置37℃温箱中温溶2-4小时（此液不稳定，2周内使用）
③原液C：取原液B55毫升，加入冰乙酸和甲醛各6毫升，充分混匀。
④染色液：取原液C10-20毫升，加入90-80毫升45%乙酸和1克山梨醇（Sorbitol）。
该染色液配好后为淡品红色，立即使用染色较淡，放置两周后染色能力明显加强，而且放置时间越久染色能力越强，可以在常温下存放两年。
醋酸洋红：先将100毫升45%的乙酸装入大约200毫升的短颈平底烧瓶中加热煮沸，移去火源，然后，缓缓加入1克洋红粉末，并不断搅动使其溶解，这一过程防止溅出完全溶解后，重新置火上加热煮沸1-2分钟，此时，可用细线悬一生锈的小铁钉浸入染色液中约1分钟后取出或加入氢氧化铁的50%的乙酸饱和液1-2滴，不可多加，以免产生沉淀，配置完毕在室温下静置12小时后过滤于棕色试剂瓶中，备用。
（2）取材：玉米一般在雄穗抽出数天前开始取样，取材时用手指由喇叭口向下挤捏叶鞘，感到松软则是花序部位，用刀片纵切一刀，用镊子取出数条花序检查，如先端小穗长3-4cm时，花药未变黄的花序下处于减数分裂期，采样放入固定液中固定备用。高粱是在孕穗期，旗叶叶环与倒二叶叶环4-10cm时取样。高粱和玉米的最佳取样时间是晴天的上午8-10时。
（3）制片：在洁净的载玻片上，用清洁解剖针或刀片压在小花基部向一端挤出花药2-3枚，再将花药纵切数片，涂成薄片，然后加一滴醋酸洋红染液。也可在花药上滴上染液，然后用镊子把花药镊碎。上述两种方法都要去掉肉眼可看到的残渣，数分钟后盖上盖玻片，将吸水纸放于盖玻片上固定盖玻片，用大拇指匀力压片。为加深染色，可微微加热。
（4）镜检：先在低倍镜下寻找花粉母细胞，一般花粉母细胞较大，园或扁园形，细胞核大着色浅。而一些形状较小而整齐一致着色深的细胞则是花药壁体细胞，那些形状处于中间略呈扁形的细胞则是从四分体脱开后的小孢子或幼小花粉粒。如有形状较大，似有明显的外壳，内部较透明的细胞则是成熟的花粉粒。选择有一定分裂相的花粉母细胞后，用高倍镜观察减数分裂时期染色体变化的特征。
7、思考题
减数分裂在遗传学上有什么意义？
8、作业
绘制你所观察到的减数分裂各时期的图象并简述其特征。

实验2 花药发育过程的细胞学观察
1、实验目的
通过对植物雄蕊发育过程的细胞学观察，了解植物生殖细胞形成的一般过程以及花药、染色体在这一过程中的动态变化，为研究遗传学基本规律奠定细胞学基础。
2、实验原理
花药通常有4个花粉囊，锦葵科为2个。花粉囊是产生花粉粒的处所，每个花粉囊中含有很多花粉粒。花药的中部为药隔，除表皮外，有很多薄壁细胞，其中有一个维管束自花丝通入。花隔支连着花粉囊，并供应花药发育时所需的水分和养料。花粉粒成熟后，花药两侧的花粉囊各合并成一室，花药开裂，花粉粒散出，开始传粉 (见下图) 。
花药囊由表皮、内壁、中层和绒毡层组成。成熟的花药中一般已不存在中层。绒毡层是花粉囊壁的最里面的一层细胞，其细胞较大，初期为单核，在花粉母细胞开始减数分裂时，绒毡层细胞核内DNA增加很快。通常核进行分裂，但不伴随细胞壁的形成，所以每个细胞常具有双核或多核。在花粉粒为四分体时期，发育达到顶点，以后开始出现退化现象。

3、实验材料
高粱（2n=20）、玉米（2n=20）或小麦（2n=42）等雄蕊幼穗及其永久制片和照片。
4、实验器具和药品
用具：切片机、烤片台、显微镜、载玻片、盖玻片、刀片、镊子、酒精灯、吸水纸、擦镜纸、烧杯、量筒。
药品：纯酒精、95%酒精、二甲苯、冰醋酸、甲醛、FAA固定液、爱氏苏木精染色剂。
5、实验步骤
（1）试剂的配制
FAA固定液：50%酒精 89ml，冰醋酸 5ml，甲醛 6 ml。
爱氏苏木精：A：苏木精2g, 95%酒精 100 ml，冰醋酸10 ml，甘油100 ml
B：钾矾 10g, 蒸馏水100 ml
（2）材料的固定：取各个发育时期的玉米或高粱小穗，用FAA固定液固定备用。
（3）爱氏苏木精染色
1） 选取合适的材料放入染色剂中整染5-7天；
2） 脱水：从低浓度酒精到高浓度酒精依次进行 ，每次3-5分钟；
3） 石蜡包埋：经1/2石蜡+1/2二甲苯 —石蜡；
4） 切片：将由石蜡包埋的材料放到切片机上切片；
5） 烤片：将切片放到烤片台上烤干；
6） 脱蜡：切片脱蜡；
7） 脱水至透明：经1/2纯酒精+1/2二甲苯—二甲苯I—二甲苯Ⅱ（30分钟）；
8） 封片：用加拿大树胶封片；
9） 用显微镜观察花药的正常结构及小孢子的发育过程。
6、作业：
（1）描述所观察到的花药的时期和结构。
（2）绘制观察到的花药结构图，并表明各部分的名称。

实验3 数量性状遗传力的估算
1．实验目的
认识数量性状的特性，了解遗传力的概念，统计分析某些数量性状遗传的试验数据，练习估算遗传力的方法。
2．实验原理
数量性状的研究对研究生物进化和在动植物育种方面都有着十分重要的意义。由于生物类型、杂交组合及性状的不同，数量性状的遗传方式多种多样，控制数量性状的多基因间关系也十分复杂，其遗传呈多基因作用的方式。
遗传率或遗传力(heritability)：指遗传方差(VG)在总方差(VP) 中所占比值，可作为杂种后代进行选择的一个指标。遗传率是度量性状的遗传变异占表现型变异相对比率的重要遗传参数。遗传率大，早期选择效果好，如株高、抽穗期等性状；遗传率小，早期选择效果差，如穗数、产量等。
① 广义遗传率(heritability in the broadsense，简称H2)，通常定义广义遗传率为总的遗传方差占表现型方差的比率，

② 狭义遗传率(heritability in the narrow sense, 简称h2 )，通常定义狭义遗传率为加性遗传方差占表现型方差的比率

导致群体表现型发生变异的遗传原因：
① 遗传主效应产生的普通遗传变异，由遗传方差(VG)来度量：
② 基因型×环境的互作效应产生的互作遗传变异，基因型×环境的互作方差(VGE)来度量。
遗传率也可分解为二个分量：普通遗传率和互作遗传率。
① 广义遗传率(H2)：

② 狭义遗传率(h2)

加性－显性遗传模型：

3．实验材料
玉米自交系（P1、P2）、杂交种（F1、F2）和回交种（BC1、BC2）果穗或水稻、小麦、棉花各世代材料。
4．实验器具
计算器、计数器、米尺等测量仪器。
5．实验方法步骤
1）不同世代抽样数为P1=P2=F1=20株；BC1=BC2=50---50株；F2=100株。
2）对所测定的性状进行调查、测量和记载。
3）资料整理，将调查的数据记入适当的表格中，并计算有关数据。
4）计算各世代的表型方差值。
5）估算遗传力。
6．作业
陆地棉4个亲本及其F1在8月9 日和9月3日的平均单株成铃数的分析资料（1981，1985）
方差和协方差计算结果：
方差
8月9日
9月3日
协方差Cov
VA
2.250*
8.182**
CA 4.277*
VD
3.809*
2.735*
CD 2.373
VAE
2.207*
1.086
CAE 1.086
VDE
0.605*
1.644*
CDE -0.156
Ve
3.216*
6.634*
Ce 3.853+
VP
12.087**
20.280**
CP 11.433*

根据遗传力分析原理与方法，估算8月9日和9月3日的普通广义遗传率、互作广义遗传率、普通狭义遗传率、互作狭义遗传率，说明这两个时期单株成铃数的遗传规律及其对选择育种的指导意义。
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