医学细胞与遗传学实验教程
A. 医学细胞生物学前景和发展趋势实验报告
80年代有远见的生物学家把分子生物学(包括分子遗传学)、细胞生物学、神经生物学与生态学列为当前生物科学的四大基础学科,无疑是正确地反映了现代生命科学的总趋势。遗传学(主要是分子遗传学)不仅当前是生物科学的带头学科,在今后多年还将保持其在生命科学中的核心作用。
有些科学家早就预测到,由于分子生物学、细胞生物学与遗传学的结合,必然促进发育生物学的蓬勃发展,从而提出发育生物学将成为21世纪生命科学的“新主人”,这种预测已逐渐变为现实。
分子生物学(包括分子遗传学)在生命科学中的主流地位,以及它在推动整个生命科学发展中所起的巨大作用是无可争辩的。细胞是生命活动基本的结构与功能单位,细胞生物学作为生物科学的基础学科地位必须给予重视。
很多生物科学家认为神经科学或脑科学的崛起将代表着生命科学发展的下一个高峰,然后将促进认知科学与行为科学的兴起。
生态学可能是最直接为人类生存环境服务,井对国民经济持续与协调发展起重要作用的学科。
A.分子生物学
分子生物学是在分子水平上研究生命现象本质与规律的学科。核酸与蛋白质(有人认为还有糖)是生命的最基本物质,因此核酸与蛋白质结构与功能的研究今后仍然是分子生物学研究的主要内容。蛋白质是生命活动的主要承担者,几乎一切生命活动都要依靠蛋白质(包括酶)来进行。蛋白质分子结构与功能的研究除了要阐明由氨基酸形成的并有一定顺序的肽链结构外,今后将特别重视肽链拆叠成的特定的三维空间结构,因为蛋白质生物功能与它的空间构型关系极为密切,核酸是遗传信息的携带者与传递者,遗传信息由DNA~RNA一蛋白质的传递过程,称为遗传信息传递的“中心法则”,是分子生物学(分子遗传学)研究的核心。其基本问题己比较清楚,当前研究的重点是:
①约经10一15年,人类基因组30亿个碱基对全序列(遗传密码)可以测出,这是具有里程碑意义的工作;
②真核生物基因表达过程在各层次上调节的研究仍然是今后相当长一段时间的任务。 分子生物学的概念、方法与技术和各学科的渗透,正在形成很多新的学科,诸如分子遗传学、细胞分子生物学、神经分子生物学、分子分类学、分子药理学与分子病理学等等。因此分子生物学在生命科学中的主导作用还将要持续下去。
B.遗传学
遗传学比分子生物学更具有自己独立的学科体系。但现代遗传学与分子生物学是不可分割、相互交叉的两个学科,且很难截然分开。
有些著名的遗传学家把遗传学概括称为基因学,因为现代遗传学主要是研究生物体遗传信息传递与表达的学科。基因携带的信息是由基因的结构所决定,信息的表达是由基因的功能实现的,因此遗传学研究的是基因的结构与功能。从遗传学的角度看,所有生命现象的机制,追根究底都会与基因的结构与功能相关。因此遗传学在今后较长时间仍然是生命科学的核心学科和推动力。
有人估计人体细胞内约有10万个基因,迄今弄清楚的不到5%,所以与重要生命活动有关与疾病有关的新基因的发现与阐明将是今后几十年的重要任务。
C.细胞生物学
著名生物学家威尔逊(Wilson)早在20世纪20年代就提出一句名言“一切生物学关键问题必须在细胞中找寻”,至今还有着很深的内涵。魏斯曼与摩尔根都曾先后试图在细胞研究的基础上建立遗传、发育与进化统一的理论,虽然当时没有找到具体解决的途径,但关于细胞的知识在生物科学中的重要性是显而易见的。细胞是一切生命活动结构与功能的基本单位,细胞生物学是研究细胞生命活动基本规律的科学,细胞的结构。细胞代谢、细胞遗传、细胞的增殖与分化,细胞信息的传递与细胞的通讯等是细胞生物学主要研究内容。虽然今后细胞生物学研究的内容是全方位的,但概括起来可能是两个基本点:
一是基因与基因产物如何控制细胞的重要生命活动,如生长、增殖、分化与衰老等,在此要涉及到一个全新的问题,细胞内外信号如何传递;二是基因产物一一蛋白质分子与其他生物分子如何构建与装配成细胞的结构,并行使细胞的有序的生命活动。
今后20多年,以下一些问题可望取得重要进展与突破:
①遗传信息的储存、复制与表达的主要执行者——染色体的结构与功能可能在不同的结构层次上得到阐明。
②细胞骨架(包括核骨架与染色体骨架)的研究将得到全方位的进展。
③细胞生物学与分子生物学
B. 医学遗传学的全国高等医学院校教材
书名:医学遗传学/5年制全国高等医学院校教材
ISBN:754390656
作者:张咸宁 刘永章 黄辰 霍满鹏
出版社:北京蓝色畅想图书发行有限公司(原高教)
定价:28
页数:0
出版日期:2004-1-1
版次:
开本:大32开
包装:平装 医学遗传学是医学领域中发展很快的带头学科之一,尤其是在人类基因组计划的推动下,获得了飞速的发展。遗传病的种类已认识到6000余种,它对人类健康的影响显得日益重要。基因的分离、克隆,基因诊断、基因治疗不仅在实验室内实施,也均已涉及临床应用。
在我国各医学院校的医学教育计划中,医学遗传学也已列为一门必修课或必选课。然而,在已有的教材系列中,很少见到专门适合全日制5年制学生用的医学遗传学教材。为此,我们编写了这本教材,目的就是培养知识面广的医科学生,使之成为具备遗传学知识的、初步合格的临床医师,并为他们将来在医学各分支领域继续深造打下基础。 第一篇 绪论
第一章 医学遗传学导论
第一节 医学遗传学概述
第二节 遗传病概述
第三节 人类基因组计划与医学遗传学
第四节 医学遗传学及相关学科发展大事记
第二章 医学遗传学研究的基本策略
第一节 遗传病研究的策略
第二节 分子克隆、基因操作与突变基因检测
第三节 人类基因定位、基因作图及连锁分析
第二篇 基因及其缺陷
第三章 基因生物学
第一节 基因的概念
第二节 基因的化学本质
第三节 人类基因组的一般特点
第四节 基因的生物学特性
第四章 基因突变
第一节 基因突变的一般特性
第二节 诱发基因突变的因素
第三节 基因突变的分子机制
第四节 DNA损伤的修复
第五章 突变基因的细胞及分子生物学效应
第一节 基因突变导致蛋白质功能改变
第二节 基因突变引起性状改变的机制
第六章 突变基因在家系中的传递
第一节 系谱与系谱分析法
第二节 单基因遗传病
第三节 影响单基因遗传病分析的因素
第四节 多基因遗传病
第七章 突变基因在群体中的行为
第一节 群体
第二节 Hardy-Weinberg遗传平衡
第三节 某些因素对遗传平衡的影响
第四节 基因突变率的计算
第八章 突变基因引起的疾病
第一节 血红蛋白病
第二节 先天性代谢缺陷
第三节 血友病
第四节 α1抗胰蛋白酶缺乏症
第五节 胶原蛋白病
第九章 细胞质基因突变
第一节 人类线粒体基因组
第二节 线粒体遗传系统的特点
第三节 人类线粒体疾病
第三篇 染色体及其缺陷
第十章 染色体生物学
第一节 人类染色体
第二节 染色体分组、核型与显带技术
第十一章 染色体畸变
第一节 染色体畸变发生的原因
第二节 染色体数目异常及其发生机制
第三节 染色体结构畸变及其发生机制
第十二章 畸变染色体引起的重要疾病
第一节 染色体病发病概况
第二节 染色体病
第三节 染色体异常携带者
第四篇 临床医学相关的遗传学问题
第十三章 遗传在肿瘤发生中的作用
第一节 肿瘤发生的遗传现象
第二节 癌基因
第三节 肿瘤抑制基因
第四节 肿瘤的多步骤发生和癌基因组解剖计划
第十四章 免疫的遗传基础
第一节 红细胞抗原遗传与血型不相容
第二节 白细胞抗原遗传与器官移植
第三节 抗体的基因结构及其基因重排
第四节 T细胞受体的遗传
第十五章 用药与遗传
第一节 药物代谢与遗传因素
第二节 遗传多态性与药物代谢及分布
第三节 SNP、基因芯片与药物基因组学
第十六章 行为与遗传
第一节 行为的遗传现象
第二节 行为遗传的特点
第三节 行为遗传学研究的对象和主要方法
第四节 行为的遗传方式
第五节 行为的遗传
第十七章 疾病诊断和预防的遗传原理
第一节 遗传病诊断的主要内容
第二节 遗传病的产前诊断
第三节 分子诊断
第四节 遗传病的预防和优生学的误区
第十八章 疾病治疗的遗传原理
第一节 遗传病治疗的原则
第二节 传统的遗传病治疗方法
第三节 基因治疗
索引
推荐参考书目
C. 医学细胞生物学与医学生物学学习内容的区别
所学的范畴不一样,医学细胞生物学是更细化更深入的分支学科,属于医学生物学的专范畴之内的。简属单讲,医学生物学学得比较泛,范围和涉及面比较广。而医学细胞生物学则更偏重于细胞方面的医学生物学,更精细更深化。
细胞生物学(Cell Biology)是在显微、亚显微和分子水平三个层次上,研究细胞的结构、功能和各种生命规律的一门科学。细胞生物学由Cytology发展而来,Cytology是关于细胞结构与功能(特别是染色体)的研究。现代细胞生物学从显微水平、超微水平和分子水平等不同层次研究细胞的结构、功能及生命活动。在我国基础学科发展规划中,细胞生物学与分子生物学、神经生物学和生态学并列为生命科学的四大基础学科。
医学生物学是一门实验性很强的科学,医学生物学的基础理论都是以实验为依据的。因此,实验是医学生物学的最重要的教学环节之一。本课程教学中将大力加强实验这一环节,以培养学生操作,观察,分析综合,记录,绘图等基本技能。
D. 《细胞生物学和医学遗传学》这本书主要讲的什么内容
主要从微观方面讲解生物结构,如DNA、遗传方面.
E. 细胞培养的实验报告
实验:细胞培养
1.实验目的
初步掌握哺乳动物细胞的原代培养与传代培养的基本操作过程,为生物工程在医学上的应用打下基础。
2.实验原理
从生物体中取出某种组织或细胞,模拟体内生理条件,在人工培养条件下使其生存、生长、繁殖或传代,这一过程称为细胞培养。细胞培养技术的最大优点是使我们得以直接观察活细胞,并在有控制的环境条件下进行实验,避免了体内实验时的许多复杂因素,还可以与体内实验互为补充,可同时提供大量生物性状相同的细胞作为研究对象,耗费少,比较经济,因此成为生物学研究的重要手段。近年来,在体细胞遗传、分化、胚胎发生、肿瘤发生、免疫学、细胞工程、放射生物学以及老年学等一系列的研究领域中得到广泛的应用,并取得了丰硕的成果。
细胞培养可分为原代培养和传代(继代)培养。直接从体内获取的组织细胞进行首次培养为原代培养;当原代培养的细胞增殖达到一定密度后,则需要做再培养,即将培养的细胞分散后,从一个容器以1:2或其他比率转移到另一个或几个容器中扩大培养,为传代培养,传代培养的累积次数就是细胞的代数。
细胞培养是一种程序复杂、要求条件多而严格的实验性工作。所有离体细胞的生长都受温度、渗透压、pH值、无机盐影响,消毒、配液等均有严格的规范和要求,特别是无菌操作是细胞培养成败的关键。
3.实验用品
3.1 材料和标本 乳兔、HeLa细胞(人宫颈癌细胞)
3.2 器材和仪器 手术器械、平皿、培养瓶、吸管、离心管(灭菌后备用)、酒精灯、烧杯、超净工作台、二氧化碳培养箱、倒置显微镜。
2.3 试剂 含有5%小牛血清的MEM培养液、0.01mol/L PBS,0.25%胰蛋白酶一0.02%EDTA混合消化液、75%乙醇。
4.实验方法
4.1 原代细胞培养
4.1.1 原理
细胞培养(Cell culture)是模拟机体内生理条件,将细胞从机体中取出,在人工条件下使其生存、生长、繁殖和传代,进行细胞生命过程、细胞癌变、细胞工程等问题的研究。近年来,广泛地应用于分子生物学、遗传学、免疫学、肿瘤学、细胞工程等领域,发展成一种重要生物技术,并取得显著成就。由体内直接取出组织或细胞进行培养叫原代培养。原代培养细胞离体时间短,性状与体内相似,适用于研究。一般说来,幼稚状态的组织和细胞,如:动物的胚胎、幼仔的脏器等更容易进行原代培养。
4.1.2 操作
①.取材
用颈椎脱位法使乳兔迅速死亡。然后,把整个动物浸入盛有75%乙醇的烧杯中数秒钟消毒,取出后放在大平皿中携入超净台。用消过毒的剪刀剪开用碘酒和乙醇再次消毒后的皮肤,剖腹取出肝脏或肾脏。置于无菌平皿中。
②.切割
用灭菌的PBS液将取出的脏器清洗三次,然后用眼科手术剪刀仔细将组织反复剪碎,直到成1mm3左右的小块,再用PBS清洗,洗到组织块发白为止。移入无菌离心管中,静置数分钟,使组织块自然沉淀到管底,弃去上清。
③.消化、接种培养
吸取0.25%胰蛋白酶一0.02%EDTA混合消化液1ml,加入离心管中,与组织块混匀后,加上管口塞子,37℃水浴中消化8~10分钟,每隔几分钟摇动一下试管,使组织与消化液充分接触,静止,吸去上清,向离心管中加入5~10ml含5%小牛血清的MEM培养基,用吸管吹打混匀,移入二个培养瓶中,置于二氧化碳培养箱中培养。
4.1.3 结果
细胞接种后一般几小时内就能贴壁,并开始生长,如接种的细胞密度适宜,5天到一周即可形成单层。
4.2 传代细胞培养
4.2.1 原理
体外培养的原代细胞或细胞株要在体外持续地培养就必须传代,以便获得稳定的细胞株或得到大量的同种细胞,并维持细胞种的延续。培养的细胞形成单层汇合以后,由于密度过大生存空间不足而引起营养枯竭,将培养的细胞分散,从容器中取出,以1:2或l:3以上的比率转移到另外的容器中进行培养,即为传代培养。
细胞“一代”指从细胞接种到分离再培养的一段期间,与细胞世代或倍增不同。在一代中,细胞培增3~6次。细胞传代后,一般经过三个阶段:游离期、指数增生期和停止期。
常用细胞分裂指数表示细胞增殖的旺盛程度,即细胞群的分裂相数/100个细胞。一般细胞分裂指数介于0.2%~0.5%,肿瘤细胞可达3~5%。细胞接种2~3天分裂增殖旺盛,是活力最好时期,称指数增生期(对数生长期),适宜进行各种试验。
4.2.2 操作
①.将长成单层的原代培养细胞或HeLa细胞从二氧化碳培养箱中取出,在超净工作台中倒掉瓶内的培养液,加入少许消化液。(以液面盖住细胞为宜),静置5~10分钟。
②.在倒置镜下观察被消化的细胞,如果细胞变园,相互之间不再连接成片,这时应立即
在超净台中将消化液倒掉,加入3~5ml新鲜培养液,吹打,制成细胞悬液。
③.将细胞悬液吸出2ml左右,加到另一个培养瓶中并向每个瓶中分别加3ml左右培养液,盖好瓶塞,送回二氧化碳培养箱中,继续进行培养。
4.2.3 结果
一般情况,传代后的细胞在2小时左右就能附着在培养瓶壁上,2~4天就可在瓶内形成单层,需要再次进行传代。
4.3 器材及液体的准备和无菌操作的注意事项
4.3.1 器材和液体的准备
细胞培养用的玻璃器材,如:培养瓶、吸管等在清洗干净以后,装在铝盒和铁筒中,120℃,2小时干烤灭菌后备用;手术器材、瓶塞、配制好的PBS液用灭菌锅15磅,20分钟蒸气灭菌;MEM培养液、小牛血清、消化液用G6滤器负压抽滤后备用。
4.3.2 无菌操作中的注意事项
在无菌操作中,一定要保持工作区的无菌清洁。为此,在操作前要认真地洗手并用75%乙醇消毒。操作前20~30分钟起动超净台吹风。操作时,严禁说话,严禁用手直接拿无菌的物品,如瓶塞等,而要用器械,如止血钳、镊子等去拿。培养瓶要在超净台内才能打开瓶塞,打开之前用乙醇将瓶口消毒,打开后和加塞前瓶口都要在酒精灯上烧一下,打开瓶口后的操作全部都要在超净台内完成。操作完毕后,加上瓶塞,才能拿到超净台外。使用的吸管在从消毒的铁筒中取出后要手拿末端,将尖端在火上烧一下,戴上胶皮乳头,然后再去吸取液体。总之,在整个无菌操作过程中都应该在酒精灯的周围进行。
5.实验报告
(1).原代细胞和传代细胞培养有哪些区别?
(2).总结一下你自己的经验,怎样才能既迅速,又保证无菌操作。
F. 如何自学医学知识
你好
医学生在步入大学后,首先将学习2年的基础医学课程,只要包括细胞生物学,医用化学,系统解剖学,组织胚胎学,生物化学与分子生物学,生理学,病理学,医学免疫学,医学微生物学,医学遗传学,病理生理学,医学统计学等课程,这些课程是为以后学习临床课程打下基础,只有有了扎实的基础医学知识,才能在更好的理解临床知识,并将此零活运用于临床工作,那么怎样才能学好基础医学知识呢?
学好基础课,注意三步走!
1
课前浏览,善于思考
在课前应当花5~10分钟时间浏览一遍明天所要学习的内容,这样就会心中有数,这样老师讲课的时候,就会有自己的一些见解,这样在通过问老师,查文献,解决问题的同时,也能掌握知识。
2
课后总结,善抓重点
教材为了全方位,系统的介绍某个知识点,往往会长篇大论,很详细的解释,尔这对于复习是不利的,如果在阅读完课本之后,能自己把这一章或几章的知识总结在一张纸上,这样一来,就能更好的搞清章节脉络,记得也就更好了~
3
培养动手能力,重视实验课
大部分基础课程都会开设实验课,医学生一定要重视。因为实验课一来锻炼了我们的动手能力,同时也是对理论课知识的复习和验证,当通过亲自动手实验验证知识后,无疑是对记忆的加强。
END
重视这几个基础课的学习
1
生理学~
生理学是连接基础科和临床课的桥梁,解释了人体各个系统的正常生理功能,是学好其他基础课和临床课的基础学科。
2
生物化学~
生物化学这门课系统的阐述了人体内各物质的代谢,学完之后你会对人体内的各类化学反应有更新的认识,虽然有些深奥,但也很有趣。
3
系统解剖学,局部解剖学~
这两个课程从不同的角度介绍了人体各个部位的正常结构,是学好临床课的核心学科。
4
病理学,病理生理学
这两个课程介绍了各个系统常见疾病的特点及机制,能够让你对疾病有更清楚,深刻的认识。
G. 常考的遗传学实验设计题应注意什么
新陈代谢、遗传学和生态学是中学生物学中理论知识的三大部分内容。尤其是遗传学内容是高中生物学的核心和支柱,是高考生物学命题的重要根据地,高考试题该部分占的比例,历年都较大,出活题、考能力的主角非它莫属。可见,它是高考重(点)中之重,难(点)中之难,热(点)中之热。高考中连续几年不回避,不能不说是重点了。在近几年高考理综生物试题中,实验设计题是必不可少的一道20分以上大题。也是历年考生最头疼、失分最多的一道题。
学生经过前三轮的复习,对生物实验设计的一般题目都能比较好的掌握,但对遗传学实验设计的题目还是无从下手。没有掌握正确的解题方法,乱写一气,严重影响得分率。如何提高学生遗传学实验设计的能力,提高得分率,必须对遗传学实验设计的进行专题复习,对大量的题目进行归类讲解。使学生知道一般的解题方法。实验设计和探究能力是一种较高的综合能力,要在高考中拿到这类题目的高分,需要我们注重平时的积累。
归类复习能在比较短的时间里使学生熟悉遗传学实验设计题目的基本类型,了解解题的基本方法。我们在具体的教学中采用了以下的归类。
准备题 下列各项依次采用哪种方法最适宜:①鉴别一只羊是纯合体还是杂合体 ②在一对相对性状中区分显隐性 ③不断提高小麦抗病品种的纯度 ④检验杂种基因型的方法
A.杂交、自交、测交、测交 B.测交、测交、杂交、自交
C.测交、杂交、自交、测交 D.杂交、杂交、杂交、测交
解析 考查生物相交的应用。各项最适方法依次是:测交、杂交、自交、测交。答案:C。
生物的几种交配类型归纳介绍:
(1)杂交:不同的生物体间相互交配。
(2)自交:同一植物体的自花受粉和雌雄异花的同株受粉均属于自交。自交是获得纯系的有效方法。自交也是鉴别纯合子与杂合子的常用方法之一。
(3)测交:杂种子一代与隐性个体相交,用来测定Fl的基因型。测交是遗传规律理论假设的验证实验。测交也可用于纯合子与杂合子的鉴定。
(4)正交与反交:正交与反交是相对而言的,正交中的父方与母方恰好是反交中的母方和父方。正交与反交可以用来检验是细胞核遗传或细胞质遗传。
一、相对性状显隐关系确定的实验设计
例1 科学家选用萌发的普通甜椒的种子搭载“神舟”飞船,应用在微重力和宇宙射线等各种因素作用下生物易发生基因突变的原理,在从太空返回后种植得到的植株中选择果实较大的个体,培育出大果实“太空甜椒”。假设果实大小是一对相对性状,且由单基因控制的完全显性遗传,请你用原有的纯种小果实普通甜椒和大果实甜椒为实验材料,设计一个实验方案,以鉴别太空甜椒大果实这一性状的基因型。
解析 直接用纯种小果实与大果实杂交,观察后代的性状:
1、如果后代全表现为小果实,则小果实为显性,大果实为隐性;
2、如果后代全表现为大果实或大果实与小果实的比例为1∶1,则大果实为显性,小果实为隐性。
例2 马的毛色有栗色和白色两种。正常情况下,一匹母马一次只能生一匹小马,假定毛色由基因B和b控制,此基因位于常染色体上。现提供一个自由放养多年的农场马群为实验动物,在一个配种季节从该马群中随机抽取1头栗色公马和多头白色母马交配,⑴如果后代毛色均为栗色;⑵如果后代小马毛色有栗色的,也有白色的。能否分别对⑴⑵结果判断控制马毛色基因的显隐性关系。若能,说明理由;若不能,设计出合理的杂交实验。
解析 这道题比较开放。(1)能。理由:如果栗色为隐性,则这匹公马的基因型为bb,白色母马的基因型为BB、Bb,那么后代小马的基因型为Bb和bb,即既有白色的也有栗色的。如果栗色为显性,则这匹栗色公马的基因型为BB或Bb,多匹白色母马的基因型均为bb,那么后代小马的基因型为Bb,全为栗色或Bb和bb,栗色和白色均有。综上所述,只有在栗色公马为显性纯合体的情况下才会出现后代小马毛色全为栗色的杂交结果。(2)不能。杂交方案:从马群中随机选择多对栗色母马与这匹栗色公马杂交(栗色×栗色)。如果后代出现白马。则栗色为显性,白色为隐性;如果后代全部为栗色马,则白色为显性,栗色为隐性。
二、验证遗传规律的实验设计
例3 用纯种有色饱满籽粒的玉米与无色皱缩籽粒的玉米杂交(实验条件满足实验要求),F1全部表现为有色饱满,F1自交后,F2的性状表现及比例为:有色饱满73%,有色皱缩2%,无色饱满2%,无色皱缩23%。回答下列问题:
(1)上述一对性状的遗传符合_________________定律。
(2)上述两对性状的遗传是否符合自由组合定律?为什么?
(3)请设计一个实验方案,验证这两对性状的遗传是否符合自由组合定律。(实验条件满足实验要求)
实验方案实施步骤:①____________;②____________;③_______________。
答案 (1)基因的分离 (2)不符合;因为玉米粒色和粒形的每对相对性状的分离比均为3:1,两对性状综合考虑,如果符合自由组合规律,F1自交后代分离比应符合9:3:3:1。(3)实验步骤:①纯种有色饱满的玉米和纯种无色皱缩的玉米杂交,获得F1 ②取F1植株10株,与无色皱缩的玉米进行杂交 ③收获杂交后代种子,并统计不同表现型的数量比例 结果预测:①若后代种子四种表现型比例符合1:1:1:1,则说明符合自由组合定律;②若后代种子四种表现型比例不符合1:1:1:1,则说明不符合自由组合定律。
对学生应强调一对性状分离为比3:1,二对性状分离比为9:3:3:1。
三、纯合体、杂合体鉴定的实验设计
例4 3支度管内分别装有红眼雄性和两种不同基因型的红眼雌性果蝇,还有1支试管内装有白眼果蝇。请利用实验室条件设计最佳方案,鉴别上述3支试管内果蝇的基因型(显性基因用B表示)。
解析 果蝇的红眼和白眼为一对相对性状,红眼为显性性状,白眼为隐性性状,控制这对性状的基因位于X染色体上。雄果蝇的基因型有两种:XBY(红眼)、XbY(白眼);雌果蝇的基因型有三种:XBXB(红眼)、XBXb(红眼)、XbXb(白眼),雌果蝇和雄果蝇可直接通过观察成体第二性征的差别来鉴定。通过以上分析可知,唯有红眼雌果蝇的基因型(有XBXB和XBXb两种基因型)需要鉴别。可以直接用红眼雌果蝇与白眼雄果蝇交配,若后代有白眼果蝇,说明该红眼雌果蝇是杂合体,基因型为XBXb;若后代全为红眼果蝇,说明该红眼果蝇是纯合体,基因型为XBXB。至此,设计的实验方案也就出来了。
答案 先根据第二性征鉴别四支试管内果蝇的性别,若为红眼雄性果蝇,则该试管内果蝇基因型为XBY,再用白眼雄性果蝇分别与另两管的红眼雌性果蝇交配,若后代中出现性状分离,则该管中果蝇的基因型为XBXb;若后代中不出现性状分离,则该管中果蝇的基因型为XBXB。
四、根据某一性状辨别生物性别的实验设计
例5 (2001年上海高考)果蝇的红眼(B)对白眼(b)是一对相对性状,基因B、b位于X染色体上。请设计一个实验,单就颜色便能鉴别雏蝇的雌雄。
解析 根据题意分析可知,雌果蝇含有两条同型的性染色体XX,雄果蝇含有两条异型的性染色体X、Y,控制眼色的基因位于X染色体上。很显然,雄果蝇的基因型有两种:XBY(红眼)、XbY(白眼);雌果蝇的基因型有三种:XBXB(红眼)、XBXb(红眼)、XbXb(白眼)。要辨别雌雄唯有让某一性别表现为单一的眼色。可以通过上述六组亲本杂交结果分析得知,只有杂交亲本组合“XBY×XbXb”的后代从眼色性状可以直接判断出性别:红眼为雌性,白眼为雄性。
答案 让白眼雌果蝇(XbXb )与红眼雄果蝇(XBY)杂交,后代中凡是红眼的都是雌果蝇,白眼的都是雄果蝇。
五、育种过程的实验设计
例6 (2003江苏)现在三个番茄品种,A品种的基因型为AABBdd,B品种的基因型为AabbDD,C品种的基因型为aaBBDD。三对等位基因分别位于三对同源染色体上,并且分别控制叶形、花色和果形三对相对性状。请回答:
(1)如何运用杂交育种方法利用以上三个品种获得基因型为aabbdd的植株?(用文字简要描述获得过程即可)
(2)如果从播种到获得种子需要一年,获得基因型为aabbdd的植株最少需要几年?
(3)如果要缩短获得aabbdd植株的时间,可采用什么方法?(写出方法的名称即可)
解析 根据题意可知,三对等位基因(A、a,B、b和D、d)遵循基因的自由组合定律,实验设计要求培育出纯合体(aabbdd),即培育出能够稳定遗传个体。由于a、b、d基因不在同一个个体上,因此先由两个亲本通过杂交,得到F1(含a、b或a、d或b、d);再通过F1与第三个亲本杂交,得到含有a、b、d杂合体F2;最后通过F2自交可以得到aabbdd 的基因型个体。从时间上来看,若A与B杂交得到杂交一代,杂交一代与C杂交,得到杂交二代,杂交二代自交,可以得到基因型为aabbdd的种子,aabbdd的种子发育成为aabbdd基因型植株需要一年。共需4年。
若想缩短育种年限,可选用单倍体育种的方法:杂交二代AaBbDd可产生abd型的配子,将花药离体培养成单倍体幼苗,再用秋水仙素处理,用二年时间可得到aabbdd基因型植株。
答案 (1)A与B杂交得到杂交一代,杂交一代与C杂交,得到杂交二代,杂交二代自交,可以得到基因型为aabbdd的种子,该种子可长成基因型为aabbdd植株 ;(2)4年;(3)单倍体育种技术。
六、探究遗传方式的实验设计
例7 有人选取豌豆的高茎与矮茎杂交得子一代,子一代全为高茎。子一代自交得子二代,子二代出现了性状分离,但分离比并不是预期的3∶1,而是出现了高∶矮=35∶1。试分析产生这一现象的原因,并设计一个实验方案加以证明。
解析 这种特殊遗传现象(不常见)的出现必然有规律的特殊性。这类实验设计包含了遗传规律建立的一般程序:提出假说、肯定假说、预期结果、杂交实验、比较分析。从所学的遗传知识可以预测产生这一现象的原因是杂种一代变成了多倍体(四倍体)。
F1 DDdd
♂
♀
1 DD
4Dd
1dd
1DD
1DDDD
4DDDd
1DDdd
4Dd
4DDDd
16DDdd
4Dddd
1dd
1DDdd
4Dddd
1dddd
配子
F2
表现型 高茎∶矮茎=35∶1
答案 实验假设:豌豆杂合体自交后代性状分离比为35∶1的原因可能是染色体加倍形成了四倍体DDdd 。同源四倍体减数分裂产生配子时,其配子的总组合数为 。其种类和比例为 DD∶Dd∶dd =1∶4∶1。
实验目的:探究F1的基因组成是否是四倍体。
实验原理:四倍体DDdd产生的配子有三种:DD、Dd 、dd。其比例为1∶4∶1。通过测交实验可测定F1的基因型。
实验材料 :待测豌豆、矮茎豌豆、剪刀、毛笔、纸袋等
实验思路 : 肯定假说、预期结果、测交实验、记录测交结果、比较分析两者的结果即可得出结论。
实验过程:根据假说,测交后代性状分离比为高∶矮=5∶1。用上述待测的F1与隐性亲本测交,记录测交结果。再比较分析测交结果与预期结果是否一致。如果一致则说明F1染色体数目已加倍而成为四倍体。
七.表型模写的实验设计
主要考查了学生对基因型、表现型、突变与环境的认识与理解,考查学生对已知实验现象的假设能力、验证能力和实验结果分析能力。环境条件的改变,有时会导致表现型的改变。不过,因环境改变所引起的表型改变,与某基因型所引起的表型变化通常是不一样的。但是,有时环境条件的改变所引起的表型改变,很像某基因型引起的表型变化。这在生物学上称为表型模写。表型模写的性状是不能真实遗传的。因为其遗传物质并没有发生改变。
例8 已知家鸡的突变类型无尾(M)对普通类型有尾(m)是显性。现用普通有尾鸡自交产的受精卵来孵小鸡,在孵化早期向卵内注射一点点胰岛素,孵化出的小鸡就表现出无尾性状。
(1)普通有尾鸡自交产的受精卵的基因型是______,如果不在孵化早期向卵内注射胰岛素,正常情况下表现型应是______。
(2)孵化早期一般是指胚胎发育的______期。
(3)你认为上述实验中胰岛素的作用是_______。
(4)请设计实验探究你在(3)中的假设,简要写出实验步骤、实验结果和结论。
解析 本题中题干正是一个表型模写的例子。普通有尾鸡自交产的受精卵的基因型是 mm,正常情况下表现型应是有尾。在孵化早期向卵内注射胰岛素,引起了无尾性状,是否发生了遗传物质的改变,这是本题的切入点。胰岛素引起的无尾性状能否真实遗传,这是实验设计的出发点。
答案 (1)mm,有尾;(2)卵裂和囊胚;(3)诱导基因m突变为M(或影响胚胎的正常发育);(4)让上述注射胰岛素后产生的无尾鸡,成熟后雌雄交配(1分)。所产受精卵正常孵化(不注射胰岛素)。观察后代相关性状表现(1分)。如果后代出现无尾鸡,则证明胰岛素的作用是诱导基因发生突变(1分);如果后代全部表现出有尾性状,则证明胰岛素的作用并非诱导基因突变,只是影响了鸡的胚胎发育的正常进行(1分)。
实际上遗传学实验设计的类型还有很多,不可能都罗列。但基本方法是不会有很大的变化。所以,除上课讲解外,还应加强实验设计和探究能力的培养。
1.要抓好课本上的基础实验,要求明确每个实验的原理、目的、材料、方法步骤、注意事项及结论,并能做到对基础实验所涉及的方法、技能进行迁移与综合运用。
2.要对课本中一些科学家的经典实验(肺炎双球菌的转化实验、噬菌体侵染细菌的实验等)进行剖析,吸取其精华,并能应用到自己的实验设计当中去。
3.要学习一些实验设计方面的基本知识。加强实验设计方面的试题训练,毕竟目前的高考还仅限于笔试。
这样,我们完全有理由相信学生对这类题目不再为难。