《遗传学实验》教学大纲
一、实验目的与要求:
遗传学实验是生物学所有专业的一门专业基础课程,是一门独立的实验课程,同时也是为配合遗传学的教学而开设的一门实验课程,本课程由演示性、验证性、操作性和综合设计性等多层次实验内容构成。实验的目的在于巩固和加深学生对遗传学知识的理解、验证遗传学理论、并初步掌握遗传学研究所必需的基本实验技术,在此基础上,进行一定比例的综合性、设计性实验,将实验理论和实验技能融为一体,从而培养学生的基本实验思想、实验方法、实验技能和综合应用能力。本课程的任务是从个体、细胞、分子三个水平揭示遗传学的基本现象与规律,培养学生牢固掌握经典遗传学研究方法与技术,并初步掌握现代遗传学实验操作技能,熟悉遗传学分析方法,同时要求学生初步具备进行遗传学创新性研究的基本能力与素质。
遗传学实验教学大纲内容选编原则与要求是,既要涵盖遗传学基本原理的验证性实验,又要包括遗传学研究所必需的基本实验技术,同时也要体现现代遗传学发展的新方法、新技术。本实验课内容包括验证性实验、综合实验、自行设计实验三个部分,验证性实验主要通过多媒体演示方法进行教学,综合实验在教师指导下由学生自己动手完成,同时,要求学生根据所掌握的理论基础和实验技能,自行设计实验,经教师认可后独立完成实验操作,并撰写研究报告。
二、实验项目与提要:
序号 | 实验项目 | 必做 选做 | 时数 | 内 容 提 要 | 实验 类型 | 每套仪 器人数 |
1 | 洋葱根尖有丝分裂染色体标本制备及观察 | 必做 | 3 | 对植物组织、细胞的固定、离析、染色和压片;观察有丝分裂的全过程及其染色体的动态变化和各时期的特征。 | 验证 | 1 |
2 | 大葱花粉母细胞减数分裂染色体制片与观察 | 必做 | 3 | 分离植物花粉母细胞、涂片、染色和制片,了解小孢子形成过程及减数分裂中染色体的变化情况和各时期染色体的基本特征。 | 验证 | 1 |
3 | 小鼠骨髓细胞染色体制片技术 | 必做 | 3 | 本实验采用小鼠四肢骨内骨髓细胞中的造血干细胞,通过前处理,低渗,固定,制片,染色等步骤制得染色体标本,可观察到许多处于分裂中期的染色体,可以进行染色体组型分析。 | 验证 | 2 |
4 | 小鼠染色体C显带技术 | 必做 | 3 | 通过对小鼠染色体玻片标本进行酸、碱、盐和热处理,再用Giemsa染色,显示出染色体的异染色质区。 | 验证 | 2 |
5 | 染色体组型分析 | 必做 | 3 | 染色体组型分析是对染色体组中处于有丝分裂中期时染色体的数目、大小、形态、着丝点的位置以及次缢痕、随体的有无等形态特征作一描述。对中期分裂相中染色体进行测量、计算臂比值、全长、染色体分类和比较配对同源染色体,再按照一定的顺序排列起来所构成核型图。 | 验证 | 1 |
6 | 果蝇的形态、生活周期及其饲养 | 必做 | 3 | 观察果蝇生活史及各个阶段的形态特征、雌雄性别特征、常见突变型的特征,掌握实验果蝇的饲养,以及实验的处理方法和技术,为果蝇的杂交实验做准备。 | 验证 | 2 |
7 | 果蝇杂交实验(单双因子、伴性遗传及三点试验) | 必做 | 9 | 利用果蝇的一对和两对相对性状进行杂交实验,观察F1代性状,统计F2代实验结果和卡方检测,验证分离定律和自由组合定律;位于性染色体上的基因决定的性状进行正、反杂交实验,通过观察F1和F2代性状,验证伴性遗传规律;由同一染色体上三个非等位基因决定的性状进行杂交实验,对测交结合进行统计,确定基因的染色体的排列次序和图距。 | 验证 | 4 |
8 | 果蝇唾腺染色体制片及观察 | 必做 | 3 | 果蝇唾腺染色体是处于体细胞同源染色体的配对状态,由于多次复制而不分开,因而形成具有1000-4000根染色体丝的巨大染色体,又称为多线染色体.,本实验利用剖离果蝇三龄幼虫的唾腺,,压制染色体玻片标本的方法,观察多线染色体的特征。 | 验证 | 1 |
9 | 蚕豆根尖微核检测技术 | 必做 | 3 | 来自污染环境中的各种理化因子对机体会产生不同的影响。有的会引起染色体的损伤,如微核,染色体桥,染色体断片,染色体环等。本实验利用环境污水及药物处理蚕豆根尖细胞,可观察到上述现象。 | 验证 | 1 |
10 | 植物多倍体人工诱导与观察 | 必做 | 3 | 介绍人工诱发多倍体的方法,本实验利用秋水仙素抑制纺缍丝的形成,使得染色体复制后不能向两极移动,同时细胞也不分裂,从而形成多倍体的原理,用适当浓度的秋水仙素处理洋葱或大蒜根尖,待根尖膨大后制片观察,可发现多倍体细胞。 | 验证 | 1 |
11 | 遗传学试验的计算机模拟 | 选做 | 3 | 许多遗传学实验具有随机性,利用计算机运算速度快的特点可模拟大量的遗传学试验。利用随机函数产生符合一定分布的配子、合子。对自由组合规律、连锁交换规律和遗传漂变进行计算机模拟。 | 验证 | 4 |
12 | 粗糙链脉孢菌顺序四分子分析 | 选做 | 6 | 本实验利用粗糙链孢霉的赖氨酸缺陷型和野生型进行杂交,根据野生型孢子成熟较早,缺陷型子囊孢子成熟较迟的特点,观察杂交后代的表型并进行分析,利用链孢霉减数分裂形成顺序四分子的特性进行着丝粒作图。 | 验证 | 1 |
13 | 质粒DNA的扩增与提取技术 | 选做 | 6 | 碱裂解法提取质粒是根据共价闭合环状质粒DNA和线性染色体DNA在拓扑学上的差异来分离质粒DNA的。在pH值介于12.0-12.5范围内,细菌染色体发生变性,线性的DNA双螺旋结构解开,而共价闭环质粒DNA具有紧密的超线团结构,不发生变性。当加入pH4.8乙酸钾高盐缓冲液恢复pH至中性时,变性染色体DNA与不稳定的大分子RNA,蛋白质-SDS复合物等一起沉淀下来,通过离心,可被除去。而共价闭合环状的质粒DNA的两条互补链仍保持在一起,复性迅速而准确,保存在溶液中。 | 综合 | 2-4 |
14 | 真核基因组DNA的快速提取(CTAB法) | 选做 | 3 | 用去污剂CTAB和EDTA消化细胞,随后用酚\氯仿\异戊醇抽提,去除蛋白和多糖等成份,乙醇沉淀DNA。 | 综合 | 2-4 |
15 | 琼脂糖凝胶电泳检测DNA | 选做 | 3 | DNA分子在琼脂糖凝胶中时有电荷效应和分子筛效应。DNA分子在高于等电点的溶液中带负电荷,在电场中向正极移动。在一定的电场强度下, DNA分子的迁移速度取决于分子筛效应.具有不同的相对分子质量的DNA片段泳动速度不一样,可进行分离.凝胶电泳不仅可分离不同分子质量的DNA, 也可以分离相对分子质量相同,但构型不同的DNA分子。 | 综合 | 2-4 |
16 | 人的外周血淋巴细胞培养 | 选做 | 6 | 人类血液中的小淋巴细胞经植物凝血素(PHA)刺激转化成为淋巴母细胞,经短期培养,秋水仙素处理,低渗和固定,可获得大量有丝分裂细胞。 | 综合 | 2-4 |
17 | 细菌转导(局限性转导) | 选做 | 6 | 本实验以局限性转导为例,供体菌为E.ColiK12(λ)gal+。由于λ噬菌体与半乳糖发酵基因(gal)紧密连锁,所以只能专一性转导半乳糖发酵基因,当供体菌受紫外线处理后,原噬菌体被诱导释放,并以一定比例携带邻近的半乳糖发酵基因,此即为转导噬菌体(λdg gal+)当其感染受体菌E.ColiK12Sgal-时,产生转导子λdg gal+gal-(不稳定)和gal+(稳定) 。 | 综合 | 2-4 |
18 | 高等植物有性杂交 | 选做 | 3 | 通过将雌雄性细胞结合的有性杂交方式,重新组合基因,借以产生各种性状的新组合,从中选择出最需要的基因型,进而创造出对人类有利的新种。 | 综合 | 2-4 |
19 | 人群中PTC味盲基因频率的分析 | 选做 | 3 | PTC即苯硫脲,是一种无毒无副作用的化合物,PTC尝味能力是一个遗传性状,受单基因控制,在不同人群中对该物质的尝味能力不同。将不同浓度的PTC逐步测试学生的尝味能力,由此可区分出味盲(隐性纯合体)、高度敏感(显性纯合体)和介于二者之间的人(杂合体)。据此可对人群中味盲基因的频率进行分析。 | 综合 | 2-4 |
20 | 姊妹染色单体分染技术 | 选做 | 3 | 植物根尖在含有适当Brdu的培养液中生长二个分裂周期后,中期染色体的两条染色单体在化学组成上有了差别,一条染色单体的两条DNA链均为新合成的,因此T位完全由Brdu代替,另一条染色单体的一条DNA链是新合成的,所以只有一条DNA中含有Brdu,这样的细胞经染色后,一条为深染,一条为淡染,所以称之为姊妹染色单体的差别染色。本实验运用这一原理,利用蚕豆根尖作为材料,经过适当处理制片,可观察到姊妹染色单体分染现象。 | 综合 | 2 |
21 | 环境致突变因子对动植物遗传物质的损伤研究 | 选做 | 9 | 微核是往往是细胞经辐射或化学药物的作用而产生的。学生自选实验材料和检测物,设计实验,独立完成实验过程,并给出检测物的评价结果。 | 设计 | 2-4 |
22 | 动物染色体组型和带型分析 | 选做 | 9 | 在实验教师指导下,学生自选实验材料,进行实验设计,利用已学习的染色体组型分析方法,独立完成某种动物的染色体组型分析和带型分析。 | 设计 | 2-4 |
23 | 植物染色体组型和带型分析 | 选做 | 9 | 在实验教师指导下,学生自选实验材料,进行实验设计,利用已学习的染色体组型分析方法,独立完成某种植物的染色体组型分析和带型分析。 | 设计 | 2-4 |
24 | 利用基因组原位杂交比较不同物种基因组的亲缘关系 | 选做 | 9 | 利用一个物种的基因组总DNA作为标记探针,对另一物种的染色体进行原位杂交,由此来探测这两个物种间的北缘关系。要求学生自行设计实验,独立完成。 | 设计 | 2-4 |
25 | PCR | 选做 | 9 | PCR反应是模拟细胞内发生的DNA复制过程,在体外由酶催化合成DNA的技术。学生自行设计实验,学会设计引物,优化程序,并能扩增出目的DNA片段。 | 设计 | 2-4 |
26 | 遗传学基础理论的计算机编程和设计 | 选做 | 9 | 利用计算机编程技术,对遗传学的三大定律进行计算机模拟,探讨群体大小、基因间的图距等对实验结果的影响。 | 设计 | 2-4 |
27 | 数量遗传学和群体遗传学基础理论的计算机模拟 | 选做 | 9 | 利用循环结构语句重复产生子代基因型,算出该子代群体的各种基因型频率,然后又以该子代群体为亲代,不断重复上述过程即可模拟出从一个初始群体经过若干世代的遗传漂变过程。 | 设计 | 2-4 |
三、成绩考核方法:
平时成绩:包括出勤10%和课堂提问及实验结果20%
实验成绩:实验报告10%和自行设计实验20%
试卷成绩:理论考试20%和实验操作考试20%
综合考核成绩:以上成绩综合
四、教材及主要参考书:(提供2-6种)
《遗传学实验》刘祖洞等 高等教育出版社 北京(教材)第2版1987.11
《普通遗传学实验指导》张贵友等清华大学出版社 北京2003.1
《分子克隆实验指南》(上、下册)Sambrook, J.等. 科学出版社 第3版 2002
《分子生物学指导》魏群 高等教育出版社 施普林格出版社 北京 1999.12
撰写人:高建国审核人:潘沈元