Transcript 实验：染色体组型分析 - 武汉工业学院生物学实验教学示范中心

遗传学实验
武汉工业学院
生物与制药工程学院

任课教师：

曾万勇
谢佳燕
董国清
课程简介

遗传学是研究生物遗传与变异规律的科学，是生物科学中一
门发展十分迅速的理论科学，对探索生命的本质、推动整个生物
科学的发展起着巨大的作用，同时这门科学又是建立在实验的基
础上的。遗传学实验是我院生物技术和生物科学专业的一门专业
基础课程，是一门独立的实验课程，也是为了配合遗传学理论课
的教学而开设的一门实验课程。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，让学生牢固掌握经
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。本课程由演示性、验证性、操作性和综
合性等多层次实验内容构成，在演示实验和验证实验的基础上，
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
综合应用知识能力。
实验内容
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实验一 人类几种常见遗传性状的调查
实验二 果蝇唾液腺染色体制备及观察
实验三 人类性染色质的检测
实验四 植物有丝分裂制片技术
实验五 染色体核型分析
实验六 植物减数分裂制片与观察
实验七 植物多倍体的人工诱导
实验八 利用RFLP分子标记验证遗传学三大定律
实验九 综合设计实验：自选植物的有丝分裂观察
实验一
人类几种常见遗传性状的调查
实验目的：
了解人类一些常见遗传特性及其遗传方式
 学习系谱调查及分析的基本方法

实验原理
单对基因遗传：单对基因遗传是指某一
性状的表現，是由一对基因所決定。
 多对基因遗传：多对基因遗传是指某一
性状的表現，是由二对或二对以上的基
因所決定。
 人类的ABO血型是单对基因遗传，不过
控制血型的基因則有三种：IA、IB及i，

基因型(genotype)：生物个体基因组合，
表示生物个体的遗传组成，又称遗传型；
 表现型(phenotype)：指生物个体的性状
表现，简称表型

人类几种身体性状
性状
耳垂
与脸颊分离
紧貼脸颊
卷舌状
能
不能
美人尖
有
无
拇指竖起時变曲情形
挺直
拇指第一节向指背弯曲
食指長短
较无名指長
较无名指短
双手手指嵌合
左手拇指在
上
右手拇指在上
发涡旋转方向
顺时针
逆时针
上眼脸有无皱褶
有(双眼皮)
无(单眼皮)
酒窩
有
无
实验步骤

记录每一位同学上述的性状
由小组长观察每组同学上述的性
状的表现，并作记录。
 统计全组/班的资料，进行表型频
率和基因型频率的计算。

思考题
– 描述自己的一些遗传性状；
– 统计小组或班级遗传性状，计算性状比例，
估计该性状可能的遗传方式并说明理由。
实验二
果蝇唾腺染色体制备及观察
实验目的：
学习果蝇幼虫唾腺染色体的制片方法。
 了解果蝇唾腺染色体的形态学及遗传学特
征。

实验原理

1933年，美国学者贝恩特（Painter）等
又在果蝇和其它双翅目昆虫的幼虫唾腺
细胞间期核中发现了巨大染色体。这种
染色体宽约5μm，长400μm，相当于普
通染色体的100-150倍，因而又称为巨大
染色体。

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
用解剖镜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。
唾腺染色体的特点
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
巨大；
体联会现象决定了染色体只有半数；
各个染色体中异染色质多的着丝粒部分相互靠
拢形成染色中心；
横纹有深浅、数目、疏密的不同，各自对应排
列，这意味着基因的排列，具有种的特异性。
多线染色体（与中期高度螺旋的染色体相区别）
若有缺失、易位、倒位、重复等现象，很容易
在唾腺染色体上识别出来。
实验步骤


1.剥离唾腺： 在一干净的载玻片上滴一滴
生理盐水，选择三龄幼虫置于载玻片上。
解剖镜下进行操作，左手持解剖针按压住
虫体后端1/3的部位固定幼虫，右手持解剖
针扎住幼虫头部口器部位，适当用力向右
拉唾腺腺体随之而出。唾腺是一对透明的
棒状腺体。
2.解离： 在唾腺组织上滴一滴1N HCl，解
离1-2min ；
实验步骤



3.染色： 吸去 HCl，用水冲洗2-3次后滴加
醋酸洋红染液染色10min。
4.压片： 染色完成后，盖上干净的盖片，
并覆一层滤纸进行压片。
5.镜检：
注意事项
1.一定加生理盐水，否则唾腺易干。

2.水不可太多，否则幼虫会漂浮而且
活跃。

3.染色时间不可过长，否则背景也着
色。

4.染色完以后，将旧的染色液吸去，
加新的染色液，再压片。

思考题
– 绘制所观察到的唾腺染色体图；
– 制作唾腺染色体永久玻片标本。
实验三
人类性染色质的检测
实验目的：
学习人类性染色质的检查方法
 了解X染色体失活假设及剂量补偿效应
的机制

实验原理

Barr等 （1949）在雌猫的神经元细胞核
中首次发现一种染色较深的浓缩小体，
而在雄猫则没有这种结构。进一步研究
发现，除猫外，其他雌性哺乳动物（包
括人类）也同样有这种显示性别差异的
结构。而且不仅是神经元细胞，在其他
细胞的间期核中也可以见到这一结构。
称之为巴氏小体，也称为X染色质。
X染色质是两个X染色体中的一个，在间
期时发生异固缩而形成，且通常为失活
状态。
 X染色质为正常女性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。
 对它的研究有助于揭示X连锁基因的调控
机理、性染色体的进化过程。

剂量补偿

：由于雌性细胞中的两个X染色体中的一
个发生异固缩（也称为Lyon化现象），
失去活性，这样保证了雌雄两性细胞中
都只有一条X染色体保持转录活性，使两
性X连锁基因产物的量保持在相同水平上。
这种效应称为X染色体的剂量补偿。
实验步骤
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
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

口腔颊部粘膜细胞巴氏小体观察
刮取颊部粘膜上皮细胞（用灭菌玻璃片）
涂片
60%冰醋酸固定5min
吸去冰醋酸，用改良苯酚品红染色1-2min
压片
镜检
思考题
– 分别观察男女各50个可数细胞，计算显示X
染色质所占百分比。
– 选绘4-5个典型细胞，绘出观察到的巴氏小
体在显微镜下的示意图。
实验四
植物有丝分裂染色体制片技术
实验目的：
掌握植物染色体压片法。
 掌握有丝分裂各时期的特征。

实验原理

有丝分裂是植物细胞分裂的主要方式，
细胞分裂过程中，核内染色体准确地复
制，并有规律地、均匀地分配到两个子
细胞中去，使子细胞和母细胞的遗传组
成一样，保证了植物细胞的遗传性状的
一致。
实验原理

各种生长旺盛的植物组织中，如根尖组
织、茎尖组织、居间分生组织、愈伤组
织等，常进行着剧烈的细胞有丝分裂。
在细胞分裂的适当（分裂旺盛期）时候
取材，进行预处理，固定、解离、染色
和涂抹压片等方法，使细胞、染色体分
散，便于在显微镜下观察染色体的形态
特征和变化特点及进行染色体计数。
实验步骤
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
取材：洋葱根尖或蚕豆根尖，恒温箱培养
预处理：药物处理（秋水仙素2~4小时）或
1~4℃低温下处理24小时；
固定：卡诺氏固定液30~60分钟；
解离： 60℃恒温1N盐酸处理5分钟
染色及压片：改良苯酚品红染色液染色
镜检观察染色体
思考题
– 绘出所观察到的有丝分裂图象，并注明时期。
– 预处理与未预处理的分裂相有何不同，为什
么？
实验五 染色体核型分析
实验目的
1、 掌握染色体组型分析的一般步骤和方法。
2、 学会分析染色体组型，计算有关数据。
实验原理


各种生物染色体数目是恒定的。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。将一个
细胞内的染色体按照一定的顺序排列起来所构
成的图像就称为该细胞的核型。
染色体的排列原则：①染色体的大小（即长
度），②着丝粒的位置，③特殊标记，如随体
的有无。
染色体的类型




根据着丝粒的位置，人类染色体可分为三种：
①中央着丝粒染色体：着丝粒位于染色体纵轴的
1/2～5/8处；
②亚中着丝粒染色体：着丝粒位于染色体纵轴的
5/8～7/8处；
③近端着丝粒染色体：着丝粒位于染色体纵轴的
7/8～末端
中着丝粒染色体 近中着丝粒染色体近端着丝粒染色体
人类染色体组型
材料和方法


材料及用具：小鼠或者人染色体显微照
片，剪子、镊子、刻度尺、圆规。
方法：测量-计算相对长度及臂比-染色
体粗剪配对-排列-剪贴-翻拍与绘图。
实验步骤





将显微照片上的每条染色体进行随机编
号，注意编在长臂端。
测量
计算
配对
排列染色体
思考与讨论



记录染色体的测量计算数据，制备给定
图片染色体组型分析图片。
为什么要用染色体的相对长度表示各染
色体的长度 ？
染色体组型分析有什么意义？
实验六
植物减数分裂制片与观察
实验目的：
掌握植物染色体制片技术。
 掌握减数分裂过程中各时期染色体的基
本特征。

实验原理

减数分裂是生物在性母细胞成熟形成配
子过程中发生的一种特殊有丝分裂，它
包括连续两次的细胞分裂，第一次分裂
是减数的，第二次是等数的。最终产生
的四个子细胞内染色体数目只有母细胞
的一半，以后每一个子细胞进一步发育
为雌配子和雄配子。
实验原理

减数分裂第一次分裂的前期较长，染色
体变化较复杂，可细分为5个时期，即细
线期、偶线期、粗线期、双线期和终变
期。在减数分裂的整个过程中，同源染
色体之间要发生联会、交换和分离，非
同源染色体之间要发生自由组合。
实验步骤



取材：大葱或蚕豆花蕾，蝗虫精巢
固定： Carnoy固定液固定，70％的乙醇
保存；
取1~3枚花药放在洁净的载玻片上，吸
去多余的保存液，用刀片将花药横向切
断;
实验步骤



染色：改良苯酚品红染色液滴于花药上，
用镊子挤压花药，使花粉母细胞从花药
中逸出;
用一盖玻片的一边靠在载玻片，待染色
液布满整个边缘时，左手用镊子顶着盖
玻，右手用解剖针托着盖玻片轻轻放下。
然后在酒精灯上手持载玻片来回移动烤
片。烤片使细胞质颜色变浅，染色体着
色深。
镜检
思考题
– 绘出所观察到的减数分裂图象，并注明时期。
– 比较减数分裂与有丝分裂有何异同。
实验七 植物多倍体的人工诱导
实验目的



了解多倍体植物及其在植物遗传与进化
中的重要作用
了解人工诱导植物多倍体的原理、方法
及其在植物育种中的应用
应用植物染色体制片技术，鉴别诱导后
染色体数目的变化
实验原理

植物多倍体是指每个细胞内染色体组有
三套以上的植物。人工诱发多倍体的方
法有很多，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。

秋水仙素溶液的主要作用是抑制细胞分裂时纺
锤体的形成，使染色体向两极的移动被阻止，
而停留在分裂中期，但染色体的复制不受影响，
这样细胞不能继续分裂，从而产生染色体数目
加倍的核。若染色体加倍的细胞继续分裂，就
形成多倍性的组织．由多倍性组织分化产生的
性细胞，可通过有性繁殖方法把多倍体繁殖下
去。如果将种子用秋水仙素浸渍，也可诱导多
倍体植株产生。




人工诱导多倍体的方法很多，分为
物理的（温度剧变、机械损伤、各种射线处理
等）
化学方法的（各种植物碱、麻醉剂、植物生长
激素等）诱导方法。
其中，秋水仙素是诱导多倍体的最有效的方法
之一。
材料和方法



材料：蚕豆或洋葱根尖，玉米种子，植
物幼苗。
仪器和药品：显微镜，秋水仙素。
基本方法：①蚕豆或洋葱根尖的处理。
②按照植物有丝分裂实验进行染色体制
片观察。
实验步骤
种子催芽
将材料种子用自来水洗净并浸泡半小时，
然后转入有侵润吸水纸的平皿中，与
25℃培养箱中催芽36-48小时

秋水仙素处理

种子萌发至根长0.5-1.0cm时，洗净发芽
种子，加入0.02%秋水仙素溶液，使萌
发的根尖浸泡在溶液中，盖上平皿，置
25℃温箱中处理24h

根尖观察及固定

根尖处理及压片
二倍体细胞染色体
四倍体细胞染色体
实验结果

观察对比加倍根尖细胞和未加倍根尖细
胞中染色体数目变化，并绘图
思考与讨论


比较多倍体细胞与二倍体细胞的异同
人工诱导多倍体技术有哪些应用？
实验八 利用RFLP分子标记验证
遗传学三大定律
实验目的


了解基因型和表现型分析的异同
从基因水平验证遗传学三大定律
实验原理






遗传标记（Genetic markers）被定义为可遗传
的、特殊的、易于识别的等位基因表现形式。
形态标记（morphological marker）
细胞标记（cytological markers）
生化标记（Biochemical marker）
分子标记（molecular marker）
遗传分析可用于基因的连锁分析、基因定位、
遗传作图和基因转移的鉴定。
限制性片段长度多态性（Restriction
Fragment Length Polymorphism）

限制性片段长度多态性，
简称RFLP，是出现最早，
应用最广泛的DNA标记
技术之一。RFLP标记非
常稳定，它是一种共显
性标记，在分离群体中
可区分纯合体与杂合体，
提供标记位点完整的遗
传信息。
材料与方法


材料：由培矮64S与8920s杂交获得的
240个单株F2群体的四张RFLP分子标记
杂交图片。
方法：数据统计与分析方法
实验步骤

数据收集和整理
M1
M2
M1M2
培矮64S
AA
BB
AABB
8902S
aa
bb
aabb
1
AA
BB
AABB
2
AA
Bb
AABb
3
AA
Bb
AABb
4
Aa
Bb
AaBb
5
AA
BB
AABB
6
Aa
Bb
AaBb
7
Aa
Bb
AaBb
数据分析


一对基因位点分析
（针对A、针对B）
两对基因位点分析
实验结果


1.利用遗传学原理判断三个标记间两个
是否连锁或独立分配。
2.计算两个连锁标记见的遗传距离。
思考与讨论

遗传标记在遗传学研究中有什么应用？
实验九 综合设计实验：自选植
物的有丝分裂观察
实验目的




通过自主设计实验，总结本门课程学到
的遗传学实验技术
培养观察和动手能力
学习使用水培法培养植物产生根尖
学习各种试剂的配制
实验原理


植物染色体常规压片技术是观察植物染色体常
用的方法。通常采用植物的新鲜根尖作为材料
，经过预处理、固定、解离、染色、压片等过
程就可以观察到较多的处于有丝分裂中期的细
胞和染色体。
有丝分裂中期是观察染色体的最佳时期，为了
观察到较多的中期细胞，可以对材料进行预处
理。预处理的方法可以用秋水仙素、对二氯苯
、8-羟基喹啉、α-溴萘等。
材料与方法


材料：自选校园内或校园周围的草本植
物，注意应带有根部。
方法：自己查阅文献，设计实验方法
实验要求







自己选取实验材料，以个人为单位开展实验
到图书馆查找资料，设计好实验方案，经老师
批准后开始实验
利用课余时间完成材料的处理、观察和记录
详细记录实验结果，包括水培产生根的过程
实验结果应附植物图片和染色体图片，图片应
清晰，染色体应尽量分散开
对材料的染色体进行计数
实验报告书写规范翔实
时间安排





从即日起准备实验材料的收集
两周内提交实验方案
到第12周前完成材料的水培和根尖收集
及预处理
第13周课余时间完成根尖的染色体制片
和观察记录
第14周提交实验报告