遗传学实验教学大纲

1、遗传学实验教学大纲开课实验室：细胞学实验室 课程总学时：20 课程名称：遗传学实验 课程编号：实验学时：20 上机学时： 面向专业：生物科学、生物技术实验类别： 专业课 一、实验教学的指导思想和教学目的1、指导思想：遗传学是研究生物遗传和变异规律、探索生命奥秘的理论科学，是动、植物和微生物育种及相关课程的理论基础，是生物类各本科专业的必修专业基础课之一。通过本课程的学习，学生掌握对动、植物和微生物进行遗传分析的一般原理、方法和基本的实验操作技能，了解现代遗传学发展的最新成就。为了使学生能够理论联系实际，培养学生在遗传学实验设计和操作等方面的动手能力，我们开设了遗传学实验。2、教学目的：使学生掌

2、握遗传学实验基本技术，提高学生分析问题和解决问题的能力，为了今后独立进行科研工作打下坚实的基础。二、实验教学的基本要求1、通过遗传学实验课的学习，要求学生掌握遗传学研究的基本技能，熟悉有关的研究方法技术，培养科学务实的精神。 2、在实验过程中，要求学生认真预习实验讲义，上课亲自动手操作，作好实验记录，实验结束后详细整理、统计、分析实验结果。写出实验报告。培养端正的科研态度和独立思考解决问题的能力。三、实验教材遗传学实验 刘祖洞、江绍慧编 （第二版） 四、实验考核1 分实验（占70%）和理论（30%）两部分；2 实验缺席两次以内，从总成绩中每次扣10分，两次以上不准参加考试。五、实验项目第一大实

3、验-细胞学大实验【实验意义】19世纪末，发明了显微镜，从而扩大了人们的眼界。通过对细胞有丝分裂、减数分裂、受精现象及染色体行为的研究，为遗传学提供了有力的证据。不仅扩展了对遗传规律的认识，同时还加深了对遗传规律的认识，使遗传学从观察、研究生物外部性状及表现的个体水平进入到细胞水平。根据细胞学原理，说明孟德尔的遗传因子与染色体在减数分裂过程中的行为具有平行现象，为探讨基因及染色体的关系奠定了基础。此外，利用理化因素诱导突变，使遗传学的研究从研究遗传的规律到变异的起源，开始了人工诱变工作，进一步丰富了遗传学的内容，为育种实践提供了更多的依据。所以说，细胞学实验是遗传学的最基础的实验，学生必须牢固的

4、掌握。【实验目的】1. 掌握细胞的有丝分裂、减数分裂及受精的原理，并观察各期动态变化过程中的形态特征。2. 从减数分裂中的染色体行为，说明分离、自由组合及连锁互换的原理。3. 利用理化因素诱导突变，观察染色体异常行为，说明结构变异和数量变异的原理，为变异的检出及环境监测提供依据。4. 了解有关细胞固定、染色的基本知识和原理。 实验1、植物材料固定、染色原理与方法【实验目的】了解和掌握固定的目的，不同材料取材的时间。染色的目的和原理。熟悉洋葱根尖染色体观察的实验方法。 【实验内容】1.固定与固定液 固定的目的 固定的时期 有丝分裂减数分裂： 小麦、玉米、蚕豆 固定时的注意事项 固定液固定液应具备

5、的条件常用的几种固定液：酒精 甲醛水溶液 冰醋酸 AF液 卡诺氏固定液 改良卡诺氏固定液2.染色与染色原理 染料的来源 苯与苯的取代物 染料的分子结构 酸性与碱性染料 染色原理3.常用染料4.洋葱根尖有丝分裂的观察【实验要求】 了解常用染料及其性质。掌握固定、固定液概念。固定的目的和固定液应具备的条件。不同固定液的作用。染色原理和卡诺氏固定液的成分及作用。 【实验作业】写出实验报告，并绘制出你所观察到的分裂相。实验2、蚕豆根尖Feulgen染色 【实验目的】掌握Schiff试剂的主要成分和反应原理【实验原理】 偏重亚硫酸钠在1N HCl作用下亚硫酸根 亚硫酸根与碱性品红无色的亚硫酸品红-Sch

6、iff试剂 DNA在60，1N HCl下形成半缩醛羟基，与Schiff试剂反应，形成紫红色化合物。【实验内容】 碱性品红及Schiff试剂的反应原理。 影响孚尔根反应的主要因素有以下几个方面水解时间和温度固定液的成分SO2含量染色质中DNA的含量。 洋葱根尖的染色体观察。【实验要求】掌握Schiff试剂即无色的亚硫酸品红。能够写出Schiff试剂的染色反应式。时间和温度对Schiff试剂的染色反应的影响。【实验作业】写出实验报告。绘出你所观察到的分裂相。 实验3、植物减数分裂【实验目的】掌握制备植物细胞减数分裂玻片标本的技术和方法。了解高等植物细胞减数分裂过程，观察染色体的动态变化。【实验原理

7、】减数分裂是生物在形成性细胞过程中的一种特殊方式的细胞分裂，在此过程中先由花药或胚珠中的某些细胞分化为二倍性的小孢子母细胞或大孢子母细胞，这些细胞连续进行两次细胞分裂即减数第一分裂和减数第二分裂，结果一个小孢子母细胞形成4个小孢子，一个大孢子母细胞形成一个大孢子，它们都只具有单倍的染色体。【实验内容】取材时间和部位、固定的时期、染色和压片的方法。【实验要求】熟练掌握小麦和蚕豆的取材及染色和压片的方法。了解小麦三核花粉为成熟的花粉粒。蚕豆不形成二分孢子，形成立体锥状排列的四分孢子，外被胼胝体。【实验作业】写出实验报告。绘出你所观察到的减数分裂各个时期的分裂相。实验4、动物减数分裂【实验目的】 了

8、解动物精子形成过程中的动态变化。【实验原理】减数分裂是配子形成过程中一种特殊形式的有丝分裂，也叫成熟分裂。在高等动物的有性生殖过程中，雄性个体生殖腺（精巢）中的精原细胞(2n)生长分化为初级精母细胞(2n)，初级精母细胞经过减数第一分裂产生两个次级精母细胞(n)，再经过减数第二分裂和一系列的变化最后形成四个精子(n)。雌性个体的生殖腺（卵巢）中的卵原细胞(2n)经过生长分化形成初级卵母细胞(2n)，初级卵母细胞经过减数第一分裂形成大小悬殊的两个细胞，大的叫次级卵母细胞(n)，小的叫第一极体(n)，它们各自进行减数第二分裂分别产生一个大的卵细胞(n)和三个第二极体(n)，因此可以用高等动物的精巢

9、或卵巢作材料进行减数分裂的研究。【实验内容】 减数分裂的特点、力的来源、交叉、交换、端移、异固缩 蝗虫精巢减数分裂观察【实验要求】掌握动物减数分裂的特点。认识光学显微镜下蝗虫精母细胞减数分裂各个时期的特点。掌握概念：交叉、交换、端移、异固缩、单价体【实验作业】写出实验报告。绘出你所观察到的蝗虫减数分裂中至少5个分裂相。 第二大实验 果蝇大实验【实验意义】自二十世纪初至二十世纪三十年代，果蝇作为遗传学实验材料就被广泛的应用。不仅验证了孟德尔的分离规律、自由组合规律，还发现了性连锁遗传。特别是1910年果蝇白眼突变体的发现，通过设计的伴性遗传实验，证明了控制白眼性状的基因是座落于X染色体上，在19

10、16年摩尔根的学生Bridges设计的X染色体不分开实验，无可辩驳地证明了基因是在X染色体上，从而建立了摩尔根的基因的染色体学说，即基因在染色体上并呈直线排列。性连锁遗传的发现，推进了常染色体遗传的研究，从而建立了连锁和互换规律，使基因定位和连锁群的建立得到空前的发展，使得经典遗传学得到完整的说明和证实。Muller用X射线诱变果蝇，得到了大量的染色体数量变异、结构变异和基因突变，研究者们设计了大量的、有说服力的，非常严密的实验，不仅能把突变体检出，还找到了控制某性状的遗传物质在染色体上的对应位置，以至后来的发育遗传学，分子遗传学等的研究也是以果蝇为实验材料，推动了现代遗传学的发展。 由此可知

11、，经典遗传学的建立，除了孟氏的豌豆实验外，果蝇实验也是决定性的基础实验。不仅验证了三大规律，还给人以实验方法、实验设计等方面的启迪和思考。对学生的学习是很有利的。此外，果蝇也是中学的重点实验，作为一名高师生物教育专业的学生，必须掌握的实验技术。【实验目的】1. 掌握果蝇的形态构造、生活史及各种突变性状，并学会饲养果蝇的方法。2. 掌握果蝇的杂交技术，并以果蝇为材料，验证遗传学的分离、自由组合、伴性遗传和连锁互换规律，并作出遗传分析。3. 熟练掌握果蝇唾腺的剥制技术及唾腺染色体标本的制作，并能正确观察和辨认。实验5、 果蝇形态观察【实验目的】 了解果蝇生活史中各个不同阶段的形态特点；区别雌雄果蝇

12、以及几种常见突变类型的主要性状特征；掌握实验果蝇的饲养、管理及实验处理方法和技术。【实验内容】1.果蝇的生活史2.形态构造3.成虫雌雄的鉴别4.果蝇常见的几种突变类型5.果蝇的性别决定 染色体组成 果蝇的性别决定果蝇的连锁群同源染色体【实验要求】了解果蝇的卵、幼虫、蛹、成虫的结构特点。能够区分果蝇的雌雄。掌握果蝇的常见的几种突变类型的特点。掌握概念：核内有丝分裂、体联会、染色体组、连锁群、雌雄基因平衡理论、性比值（性指数）X/A【实验作业】写出实验报告。实验6、7、果蝇杂交试验I II【实验目的】 通过对果蝇的杂交实验，能基本掌握果蝇的杂交技术。并验证与加深理解三个遗传规律。【实验内容】1.

13、研究概况2. 果蝇材料的几大优点3. 一对相对性状、两对相对性状、伴性遗传 、连锁交换、三点测交的实验和设计。重组值=重组合/（亲组合+重组合）；图距=重组值或重组值之和；基因直线排列定律【实验要求】学生能够自己设计实验。并对实验调查数据能够进行正确的分析。【实验作业】写出实验报告。计算X2值、交换值。实验8、果蝇唾腺染色体的观察【实验目的】 练习取出果蝇等幼虫唾腺的技术和制作唾腺染色体标本的方法。同时，根据唾腺染色体上带纹的形态和排列识别不同的染色体，也是进一步研究和鉴别果蝇染色体结构变异的有用方法之一。【实验内容】1.果蝇唾腺染色体的有关知识2. 果蝇唾腺染色体的特点 3.幼虫的培养4.

14、果蝇唾腺解剖和染色体观察【实验要求】了解果蝇唾腺染色体的有关知识和果蝇幼虫的培养技术。掌握果蝇的染色体组成和特点。掌握果蝇唾腺的解剖技术和果蝇唾腺染色体标本的制作技术。掌握概念：核内有丝分裂、核内复制、体联会。【实验作业】 写出实验报告。绘出你所观察到的果蝇唾腺染色体5臂末端简图。 第三大实验 人类遗传大实验实验9、X染色质的观察【实验目的】 掌握观察与鉴别X染色质的简易方法，识别其形态特征及所在部位，为进一步研究人体染色体的畸变与疾病提供参考条件。【实验原理】正常女性的间期细胞核中紧贴核膜内缘有一个染色较深，大小约为1微米的三角形或椭圆形小体，即X染色质。间期核内X染色质的数目总是比X染色体

15、的数目少1。正常女性有两条X染色体，因此只有一个X染色质；若有三条X染色体，就会有两个X染色质，余此类推。正常男性只有一条X染色体，所以没有X染色质。【实验内容】1 发现2 莱昂假说3 剂量补偿4 腔颊部粘膜细胞和发根细胞巴氏小体观察【实验要求】 通过观察学生本身的口腔颊部粘膜细胞和发根细胞巴氏小体，了解人类X染色质的特征。掌握人类巴氏小体的制片技术。【实验作业】写出实验报告。绘制你所观察到的巴氏小体。统计不同性别中巴氏小体所占的比例。实验10、人类皮肤纹理分析【实验目的】掌握其调查方法可以为遗传病诊断提供资料。 【实验原理】人类皮纹是受基因控制的遗传性状，具有高度的稳定性，即出生后已定型（胚

16、胎第1319周形成），而且终生不变。同时还具有个体特异性。人类皮肤纹理分析是遗传病诊断的实验室辅助检测分析的方法，以便使诊断的正确率更高。【实验内容】1. 正常人体皮纹 皮嵴、皮沟、皮纹。 指纹：手指尖端的皮肤纹理图象弓形纹、箕形纹、斗形纹、环形纹、螺形纹（束形纹、绞形纹、偏形纹、变形纹）、嵴纹数的统计方法 掌纹大鱼际区、小鱼际区、指间区、指部三叉点 、主线、轴三角（t）、atd 掌屈线2. 染色体病患者的肤纹特征 先天愚型患者 13三体综合症 18三体综合症 5p-综合症3. 皮纹异常判断标准 显著异常 一般异常4. 记录皮纹方法 直接记录法 油墨法 化学法 透明胶带法 油印法【实验要求】掌

17、握人类皮肤纹理图象。了解染色体病患者的肤纹特征。掌握皮纹异常判断标准。【实验作业】写出实验报告。绘制你自己的皮纹图，并进行分析。实验11、外周血淋巴细胞培养【实验目的】学习和掌握人体微量血液体外培养制备染色体标本的方法。【实验原理】人体外周血的形成包括红细胞、白细胞、血小板，其中红细胞和血小板不能离体培养。血细胞中的小淋巴细胞处于间期的GO和G1期。在培养条件下给予药物刺激，可转变为淋巴细胞，随后进行有丝分裂。这样经过66-72小时短期培养，秋水仙素处理，低渗和固定，就可获得大量有丝分裂的细胞。【实验内容】背景知识染色体技术制作及取材方法药品配制 RPMI1640培养基、植物血凝素（PHA）、

18、小牛血清、肝素、双抗、秋水仙素、低渗液、固定液、Giemsa染色液、磷酸缓冲液(pH7.4-7.6)【实验要求】掌握人体微量血液体外培养基中不同成分的作用。掌握收集细胞、低渗、预固定、收集白细胞、再固定、制片、干燥：37干燥、染色、镜检等的实验技术方法。 【实验作业】写出实验报告。制做出人类染色体标本片。实验12、染色体核型分析【实验目的】了解人类染色体研究简史，掌握人类染色体核型分析方法。【实验内容】1 非显带染色体的识别A组（1-3号）B组（4-5号）C组（6-12号，X）D组（13-15号）E组（16-18号）F组（19-20号）G组（21-22号，Y）2 显带染色体识别3 高分辨显带染

19、色体识别【实验要求】 能够区分和认识人类的染色体核型。会进行人类染色体核型分析。掌握概念：核型分析 核型、组型、染色体相对长度、臂比率、着丝点指数【实验作业】写出实验报告。制作出人类染色体核型分析板。验13：遗传学实验课简介及显微镜的使用和维护 【实验目的】 本次实验使学生对遗传学大实验有一个比较系统的了解。遗传学大实验作为单独考核的一门课程，可以提高学生对遗传学大实验的重视程度。通过显微镜的使用和维护，提高学生对仪器设备的操作水平和维护技术。【实验内容】1.遗传学实验课简介 遗传学实验课的特点：独立开课、自成体系、单独考核。系统性、典型性、实用性、实践性、先进性。 实验课的目的：面向中学、面

20、向科研实践、面向未来。 授课方法：理论与实践相结合。实验室开放。 考核方法：实验态度（10分）、平时考察（20分）实验报告（10分）、期末考试（60分）。2.显微镜的使用和维护 显微镜的组成(仿Olympus)： 机械部分、光学部分 放大系统集光系统 使用: 开关 调焦距 观察 维护工作【实验要求】 要求学生能够熟练地掌握显微镜的使用和操作技术以及维护情况。尤其是安指针、调节目镜距、利用标尺定位等操作技术。【实验作业】 本实验不要求写实验报告。但要求学生在规定时间内能够达到实验要求。实验14、玉米花药小孢子形成【实验目的】 掌握制备植物细胞减数分裂玻片标本的技术和方法。了解高等植物细胞减数分裂

21、过程，观察染色体的动态变化。 【实验原理】减数分裂是生物在形成性细胞过程中的一种特殊方式的细胞分裂，在此过程中先由花药或胚珠中的某些细胞分化为二倍性的小孢子母细胞或大孢子母细胞，这些细胞连续进行两次细胞分裂即减数第一分裂和减数第二分裂，结果一个小孢子母细胞形成4个小孢子，一个大孢子母细胞形成一个大孢子，它们都只具有单倍的染色体。减数分裂在遗传上有重要意义。性母细胞(2n)经过减数分裂形成染色体数目减半的配子(n)。经过受精作用雌雄配子融合为合子，染色体数目恢复为2n 。这样在物种延续的过程中确保了染色体数目的恒定，从而使物种在遗传上具有相对的稳定性。另外，在减数分裂过程中包含有同源染色体的配对

22、、交换、分离和非同源染色体的自由组合，这些都是遗传学分离、自由组合和连锁互换规律的细胞学基础。在这些基本规律的作用之下，导致了各种遗传重组的发生，而遗传重组又是生物变异的重要源泉。【实验内容】讲述实验目的和原理 取材和固定、染色、压片镜检【实验要求】了解不同的取材时间对减数分裂的观察有不同的影响。熟练掌握减数分裂的取材和制片技术。【实验作业】写出实验报告。绘出你所观察到的减数分裂各个时期的分裂相。 第四大实验 分子遗传学大实验【实验意义】1940年以后，遗传学实验开始了一个新的转折点，其一是普遍以微生物为研究对象，如Beadle与其同事在红色面包霉上进行了大量工作，系统地研究了生化合成与基因的

23、关系，提出了"一个基因一个酶"的理论。1944年，埃弗里等人的细菌转化实验有力地证明了去氧核糖核酸（DNA）是遗传物质。后来发现大肠杆菌也能通过结合进行有性生殖，从此深入进行有关遗传物质及基因重组的研究。特别是1957年，Benzerc T噬菌体为材料，在DNA分子水平上，分析研究了基因内部的精细结构，提出了顺反子学说，从而打破了基因的"三位一体"的概念。以后又研究了大肠杆菌乳糖代谢的调节机制，提出了操纵子学说，从而更深刻地揭露了基因的活动，生物就是通过一整套相互制约的基因，使生物在不同的环境中，适应各种复杂的环境条件。可见，遗传学的发展是牢固建立在实验

24、基础之上的。以小小的微生物为实验材料，使遗传学从细胞水平发展到分子水平，为分子遗传学的建立，为近代遗传工程奠定了实验基础。【实验目的】1.掌握红色面包霉的杂交及着丝粒作图。2.了解和掌握细菌转化的机理及实验方法。3.了解和掌握质粒DNA的提取和鉴定方法。4.了解和掌握小麦核DNA的提取和鉴定方法。5.掌握琼脂糖电泳的机理和实验方法。实验15、 粗糙链孢霉的杂交【实验目的】 通过对链孢霉杂交所产生的子囊孢子的观察，了解分离和交换现象，并进行统计，计算交换值。【实验内容】1. 材料及生活史2. 材料的优点3.子囊孢子的分离及分析 正常分离 异常分离 【实验要求】 了解粗糙链孢霉的生活史和遗传学特点

25、。掌握当基因发生了互换时，形成2黑2白2黑2白或排列成2黑4白2黑或2白4黑2白的子囊排列顺序。掌握基因转换的概念和转换的原理。 【实验作业】 写出实验报告。绘出你所观察到的子囊孢子排列图。 实验四、五、质粒DNA提取I II【实验目的】 掌握质粒DNA提取原理和提取方法。【实验内容】1.质粒 2.复制类型 ： 严紧型 松弛型 3.PUC119质粒 4.质粒的一般特性【实验要求】了解LB培养基的制备方法。掌握提取液中不同成分的作用。掌握质粒DNA的提取技术。【实验作业】写出实验报告。实验六、植物总DNA的提取【实验目的】学习和掌握DNA的微量提取法。【实验原理】 小麦黄化苗经液氮研磨，可使细胞

26、壁破裂，加入去污剂（如SDS），可使核蛋白体解析，然后使蛋白和多糖杂质沉淀，DNA进入水相，再用酚、氯仿抽提纯化。本实验采用SDS法，其主要作用是破膜。SDS属阴离子去污剂，要溶解膜蛋白与脂肪，也可解聚核蛋白。SDS在溶液中带负电荷，能与带正电荷的蛋白质侧链结合成复合物，当加入钾盐时，能与SDS蛋白质生成溶解度很小的沉淀一同去除。酚/氯仿/异戊醇的作用是去除核酸制品中的蛋白质，并有利于水相与有机相的分开，而且可以消除泡沫。异丙醇或乙醇的作用是沉淀DNA。【实验内容】 处理DNA样品时，可在65保温30min，较之37处理有以下优点：RNA酶的最适作用温度为65；DNA酶最适作用温度为37，当用

27、65处理时，这些酶往往处于活性极低的状态而不会降解DNA；RNA中的某些总分会形成发卡结构，65处理更有利于这些结构的松散，使RNA酶的作用更完全。提取缓冲液 、20SDS 、5mol/L醋酸钾、酚/氯仿/异戊醇（25：24：1）、异丙醇、70乙醇等不同溶液的作用实验流程和注意事项【实验要求】写出实验报告。【实验作业】写出实验报告。实验16、琼脂糖凝胶电泳 【实验目的】 学习和掌握琼脂糖电泳法鉴定DNA的原理和方法。【实验原理】 琼脂糖凝胶电泳是用于分离、鉴定和提纯DNA片段的标准方法。琼脂糖是从琼脂中提取的一种多糖，具亲水性，但不带电荷，是一种很好的电泳支持物。DNA在碱性条件下（pH8.0

28、的缓冲液）带负电荷，在电场中通过凝胶介质向正极移动，不同DNA分子片段由于分子量和构型不同，在电场中的泳动速率液不同。溴化乙锭（EB）可嵌入DNA分子碱基对间形成荧光络合物，经紫外线照射后，可分出不同的区带，达到分离、鉴定分子量，筛选重组子的目的。【实验内容】 电泳 琼脂糖凝胶电泳 电荷效应 分子筛效应 泳动率【实验要求】要求学生理解琼脂糖凝胶电泳鉴定DNA的原理。掌握制胶和灌胶等电泳技术，会对电泳胶板进行染色和观察。实验操作中的注意事项【实验作业】写出实验报告。绘制出你所做的DNA电泳图。 第五大实验 遗传与育种大实验【实验意义】遗传学的建立与发展完全是建立在科学实验和生产实践基础上的，但它

29、又反过来指导科学实验和生产实践的，两者是紧密结合，互相促进的。在遗传理论指导下育种实践，才能提高预见性，减少盲目性，变被动为主动，使理论更好的为国民经济服务。【实验目的】1. 了解和掌握小麦有性杂交原理，技术和育种方法。2. 了解和掌握小麦单倍体育种原理和方法。3. 了解和掌握小麦二倍体细胞的培养技术为体细胞杂交和外源DNA的导入提供物质基础。4. 了解和掌握如何诱导多倍体的方法。 5. 了解和掌握小麦三系杂种优势利用。实验17、常规育种【实验目的】了解小麦育种知识。掌握小麦有性杂交技术。【实验原理】通过雌雄细胞结合，产生各种新性状组合，通过人工选择选出需要的基因型，即品种。【实验内容】远缘杂

30、交、近缘杂交、育种目标 高产、稳产、高抗、优质、早熟、好的株型标准【实验要求】要求学生能够根据育种目标，正确选择亲本配置杂交组合。掌握选穗、整穗、去雄、采粉及授粉等有性杂交技术。【实验作业】写出实验报告。每个学生自己至少做一个杂交组合。实验九、小麦未成熟胚愈伤组织的诱导 【实验目的】掌握无菌操作方法，将小麦未成熟胚培养成为愈伤组织。【实验原理】 植物体的任何一个细胞都具有全能性。分化了的植物根、茎、叶等组织在一定的条件下进行离体培养，给于一定的营养和激素，可以脱分化为愈伤组织。愈伤组织在不同的营养和激素的作用下，又可以生出完整的小植株。植物的脱分化和分化培养，证明分化了的植物细胞仍具备形成完整植株所需要的全套基因。【实验内容】1母液的配制2培养基的配制3分装、灭菌4. 取材、整穗、剥粒、消毒、接种【实验要求】掌握培养基中大量元素 微量元素 铁盐 有机成分 激素等各种成分的作用。掌握无菌操作方法。【实验作业】写出实验报告。每个学生至少培养一瓶未成熟胚。以培养基是否污染、是否诱导出愈伤组织、是否进行了分化培养