编写：洪亚辉 赵  燕 黄丽华

主审：张学文

 

目   录

实验一、植物有丝分裂标本制备与染色体核型分析…………………2

实验二、孟德尔分离规律和自由组合规律的验证……………………7

实验三、基因的连锁交换和基因定位…………………………………12

实验四、数量性状的遗传分析…………………………………………16

实验五、植物多倍体的人工诱导和鉴定………………………………20

实验六、微核检测技术…………………………………………………22

实验七、染色体显带技术和带型分析…………………………………24

 

染色体核型分析

通过对植物组织的取材、预处理、解离、染色、压片等制片步骤的学习，掌握植物制片技术，奠定细胞遗传学的研究技术；分析植物细胞有丝分裂中期染色体数目、大小、着丝粒位置和随体等形态特征，学习染色体组型分析的方法，为物种起源和进化提供依据，为遗传育种研究提供细胞学证据。

有丝分裂是植物细胞分裂的主要方式。通过有丝分裂增加细胞的数量而使植物有机体不断生长。在有丝分裂过程中，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。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。

各种生物染色体的形态，结构和数目都是相对稳定的。每一生物细胞内特定的染色体组成叫染色体组型。染色体组型分析也称核型分析。通过一定的方法制得染色体有丝分裂的玻片标本，经显微照相，冲洗放大等步骤获得染色体照片。从染色体玻片标本和染色体照片的对比分析，进行染色体分组，并对组内各染色体的长度，着丝点位置，臂比和随体有无等形态特征进行观测和描述，从而阐明生物的染色体组成，确定其染色体组型，这种过程称为染色体组型分析。染色体组型分析在细胞遗传学、现代分类学、生物进化和遗传育种学等研究中，是重要的研究手段。

 

蚕豆（Vicia faba， 2n=12）干种子

 

多媒体显微演示系统、显微照相系统、培养箱、分析天平、水浴锅、酒精灯、剪刀、镊子、解剖针、载玻片、盖玻片、滤纸、铅笔、标签纸、棕色瓶、相片冲洗放大整套设备、目镜测微尺、镜台测微尺、4^＃放大纸、135黑白胶卷、计算器、透明尺、坐标纸、胶水等。

秋水仙碱、8－羟基喹啉、苏木精、水合三氯乙醛、铁矾、无水酒精、冰醋酸、1N盐酸、50％丙酸米吐尔、无水亚硫酸钠、几奴尼（对苯二酚）、无水碳酸钠、溴化钾、硫代硫酸钠、硼酸、钾矾、28％醋酸等。

（一）材料准备：

1.蚕豆根尖：选取新鲜无病斑的蚕豆干种子，经日晒后，放在烧杯内，室温下清水浸泡一昼夜。种子吸水膨胀后，放在搪瓷盘上20℃左右保湿培养（双层纱布覆盖），待根长1~2cm时，剪下根尖备用。

（二）预处理

为了获得较多中期分裂相的细胞，同时使染色体缩短和分散，可对根尖进行预处理，处理方法如下：

1.0.05％~0.2％的秋水仙碱水溶液处理2~4小时。

2.0.002M的8~羟基喹啉溶液处理3~4小时。

3.根尖浸在蒸馏水中于在1~4℃低温下处理24小时。

（三）固定：

用蒸馏水洗净材料，再用卡诺氏（冰醋酸:无水酒精=1:3）固定液（用量应为材料体积的15倍以上）室温下固定30~60分钟。经90％酒精→80％酒精→70％酒精（各半小时）浸泡进行转换，最后置于70％酒精内放入0~4℃冰箱保存。

（四）解离：

根尖、茎尖等体细胞需经处理，除去细胞间的果胶层，并使细胞壁软化，才便于压片。这种处理过程称为解离，解离时间的长短依植物材料和解离液的不同而不同。时间短细胞不易压散，时间过长，细胞被压破，且影响染色效果。

方法：固定的材料（蚕豆根尖）用蒸馏水冲洗2遍，然后放入预热的60℃的1N盐酸中，60℃恒温处理5分钟左右，倒去盐酸，用蒸馏水冲洗3遍后，将材料浸泡在蒸馏水中2小时。

（五）染色液和制片

1.      染色液：

（1）丙酸－铁矾苏木精

　 贮存组：A液：苏木精2克，溶于100ml 50％丙酸，

　　　　　 B液：铁钾矾0。5克溶于100ml 50％丙酸。

　 染色液：A液和B液等量混合，每5ml的A液和B液的混合液中加入2克水合三氯乙醛，充分溶解摇匀，存放一天后使用。

2. 制片：

选取已处理过的根尖一枚，放在干净载玻片中央，除去非分生组织的部分，并吸去多余水分。另取一张干净载玻片，呈十字形交*盖在有根尖的载玻片上，用大拇指按压在载玻片的中央，使根尖压成一簿层，然后将两载玻片分开，各滴一小滴上述染色液进行染色，稍等片刻，取一盖玻片，盖玻片一边*在离材料不远的载玻片上，左手握镊子顶着盖玻片，右手握解剖针托住盖玻片徐徐放下，若染色液不能布满盖玻片时，可在盖玻片边缘稍加染色液，然后用一张大小合适的滤纸覆盖在盖玻片上，一手固定盖玻片，另一手持铅笔橡皮头，对准材料轻敲，使根尖细胞分散均匀。

（六）显微观察

制备好的细胞学片子，置于显微镜的载物台上，先用低倍镜（10×10）调焦观察，寻找具有分裂相的细胞后，再转换到高倍镜（10×40）下观察。

（七）测量

选出符合染色体组型分析要求的细胞，这些细胞是处于有丝分裂中期，染色体分散良好，没有重叠，数目完整，随体和着丝点明显，没有断裂，着色鲜明，形态清晰，且各条染色体处于同一平面上。

选择染色体较平直的一条或几条，用目微尺（目镜测微尺）测量其长度。

（八）显微照相、冲洗和放大

将在显微镜下选定的符合要求的细胞进行显微照相，然后冲洗，选取图像清晰的底片，放大、洗印出染色体形态清晰的照片。在显微照相的同时，对镜台测微尺进行同样倍数拍摄，放大，然后根据照片上的实际长度，计算放大倍数。

（九）测量和计算

1.测量：在放大的照片上用透明尺准确地量出各条染色体的总长度和每条染色体两臂的长度（分别量到着丝点的中部）。随体的长度可计入或不计入染色体长度之内，应注明。染色体弯曲不能用直尺测量时，可先用细线量取染色体相等的长度，再用尺量出细线的相应长度。

放大照片上某染色体的照相长度（μ）   目镜测微尺测定的实际长度（μ）

2. 计算

（1）放大倍数＝

放大相片的台测微尺长度（mm）   台测微尺实际长度（μ）

    　    

或＝　　　

 

某染色体照片长度（μ）   放大倍数

 

（2）绝对长度＝

 

　　　　　

（3）相对长度：（取小数点后两位数）

某染色体绝对长度                              ×100％                             1/2全部染色体的总长度

 

　　　　　　　

 

（4）臂比（取小数点后两位数）

 

长臂的长度 　　　　　　　　　 短臂的长度

　　　　　　　

 

（十）染色体形态测量数据表

染色 体序 号	放大相片长度（mm）			绝对长度（μm）			相对 长度	臂比	染色体类型	备注
	长臂	短臂	全长	长臂	短臂	全长

（十一）剪贴和配对

将放大照片上的各条染色体剪下，根据目测和染色体的相对长度、臂比、着丝粒位置、次缢痕的有无和位置、随体的有无和形态大小等特征，进行同源染色体配对。

（十二）排列和粘贴

将配对好的染色体按照由大到小的顺序依次排列起来。排列时把各对染色体的着丝粒排在一条直线上，并且使短臂在上，长臂在下。等长的染色体，把短臂较长的染色体排在前面。随体染色体排在最后，性染色体和额外染色体单独排列。

已排好的同源染色体按染色体编号先后顺序粘贴在绘图纸上，粘贴时着丝粒要处在同一直线上。

（十三）分类

根据着丝点的位置，确定染色体的形态类型，臂比是反映着丝点在染色体上的位置。

具随体染色体（sat）用*标出。

（十四）翻拍和绘图

将剪贴排列的染色体组型图进行翻拍，并用座标纸绘制成染色体模式图。

1. 制作细胞有丝分裂各时期图象片子1－2张

2.描绘所观察到的细胞有丝分裂过程中各时期的图象，并简要说明染色体的行为特征。

3. 提交植物染色体组型剪贴图

4. 提交植物染色体组型的模式图

5.提交染色体形态测量数据

6.简述本实验的染色体组型结果，核型公式。

 

 

实验二、孟德尔分离规律和自由组合规律的验证

 

通过一对相对性状的遗传杂交实验，分析杂种后代的性状表现，验证分离规律。

通过两对相对性状的遗传杂交实验，分析杂种后代的性状表现，验证独立分配规律。并了解基因互作的现象。

    在减数分裂形成配子时，同源染色体上的等位基因，随所在染色体的分离而分离。将具有一对相对性状差异的两个亲本杂交，其F₁产生的雌雄配子各有两种，其比例为1：1，F₂的表现型也是两种，其比例为3：1。

玉米的籽粒黄色和白色及种子胚乳糯性和非糯性为一对相对性状，一般由单基因控制。例如玉米籽粒的非糯性(WxWx)品种与糯性(wxwx)品种杂交，其F₁的种子表现为非糯性的杂合体(Wxwx)，当其花粉母细胞减数分裂形成配子时，这对等位基因分离，形成含有基因Wx或wx的花粉粒，具有非糯性基因Wx，产生直链淀粉，遇碘液呈蓝色；具有糯性基因wx，产生支链淀粉，遇碘液呈棕色。这两种花粉粒在数量上的理论比例为1：1。F₁的雌雄配子相互受精结合，形成F₂种子的非糯性对糯性比例为3：1。     

同时，在减数分裂过程中，位于非同源染色体上的两对等位基因在形成配子时，每对等位基因既随同源染色体的分离而分离，又随非同源染色体的重组而自由组合，形成四种基因型的配子，其比例相等。因此，两对基因的杂合体在完全显性的条件下，其自交子代的表现型分离比例为9：3：3：1，测交子代的表现型分离比例为1：1：1：1。如果基因间发生互作，则随着互作方式的不同，产生的表现型分离比例有所不同。

玉米籽粒是由果皮、胚乳和胚三部分组成，其中胚乳包括糊粉层和淀粉层。如图：

已知控制玉米籽粒各种性状的基因，具有下列的遗传表现。果皮颜色性状有红色、棕色和无色。在基本色素基因A₁存在时，果皮颜色的表现一般是由P和B_P两对基因互作的结果。

    胚乳性状有非甜粒和甜粒，非甜粒外形饱满，甜籽粒外形皱缩。已知皱缩性状是受位于第6染色体上的隐性基因su所控制。

    糊粉层颜色性状有紫色、红色和无色。它主要由7对基因 (花青素基因：A_la_l、A₂a₂、A₃a₃；糊粉粒色基因：Cc、Rr、PrPr；色素抑制基因：Ii) 所控制。只有当显性基因A_l、A₂、A₃、C、R同时存在、而抑制基因又呈隐性纯合ii时，色素才能形成。而色素形成的类别是由Prpr决定的，当显性基因Pr存在时，呈现为紫色，当隐性基因纯合prpr存在时则表现为红色。当显性基因A₁、A₂、A₃、C、R中缺少任何一个或所有这些色素基因均为显性，但当显性抑制基因I存在时，均表现为无色。

    由于控制玉米籽粒、果皮和糊粉层颜色，以及胚乳性状的基因分别位于非同源染色体上，故这些性状的遗传表现为独立分配和基因互作现象。

玉米(Zeamays)：多79（黄色，非糯）

多67-1（白色，糯）

多79×多67-1F₁自交的果穗。

玉米(Zeamays)果穗：PC5－2 (黄色、非糯性、硬粒)

                                2041  (白色、糯性、硬粒)

PC5－2  2041 F₁植株的自交果穗；

多媒体演示系统、显微镜、培养皿、载玻片、盖玻片、镊子、解剖针、玻棒、培养箱、计算器、计数器。

碘、碘化钾、酒精、冰醋酸。

1％碘—碘化钾溶液的配制：取2g碘化钾溶于5ml蒸馏水中，加入1g金属碘，待其溶解后再加入295ml蒸馏水，保存于棕色瓶中。

 (一)分离规律验证

观察玉米花粉粒：从多79×多67-1 F₁植株上取1枚花药(于散粉前，把雄花序放入卡诺氏液固定，70％酒精中保存备用)放在载玻片上，用镊子(或解剖针)将花粉粒压出，散开，加1滴1％碘-碘化钾液染色，盖上盖玻片。在低倍镜下(10 X 4倍)观察花粉粒的染色反应，并记录10个视野下蓝色与棕色的花粉粒数。

     玉米籽粒黄色和白色的分离及种子胚乳糯性和非糯性：玉米籽粒黄色对白色为显性，胚乳非糯性对糯性为显性。每人取玉米杂合体F₁植株上自交的果穗，按籽粒颜色及糯性计数各果穗上黄色粒数和白色数，非糯性粒数和糯性粒数。最后按各小组观察的数据汇总进行统计分析。

为了验证分离规律，对所观察的资料须按下式进行X²(卡方)测验。

    X²=∑(O-E)²∕E

    上式中，O：为实际观察数，E：为预期理论数，∑为各项总和。

    求得X²值后，根据自由度df (即分离类型组数N减去1)，查X²值表(附录)，求出概率值P。再根据P值决定实得结果与理论数是否有显著差异。PO．05，则表示差异不显著，即说明实际观察数符合预期理论数。

(二)自由组合规律验证

    配制玉米自交系PC5－2和自交系2041，将自交系(PC5-2×20414)杂交，产生杂交F₁植株的自交果穗，观察果穗上籽粒性状的分离现象。每一果穗的籽粒表现是：有色、非糯，有色、糯性，白色、非糯，白色、糯性，四种表现型。每位(或两位)同学统计一果穗，各组统计实验结果，最后全班汇总，进行X²测验。 

(三)观察基因互作现象

   1 互补作用：

1）玉米果穗：由于A、C、R中缺少任何一个色素显性基因，籽粒均为无色。因而将籽粒无色、基因型分别为aaCCRR、AAccRR或AACCrr亲本间杂交，例如aaCCRR×AAccRR产生F₁为AaCcRR，由于显性基因A和C的互补作用，其F₁籽粒表现有色。让F₁植株自交产生果穗，观察果穗上F₂籽粒的分离现象，按有色和无色两种表现型记数，其F₂籽粒色的分离比例为9有色(9A C RR)：7无色(3aaCcRR+3AaccRR+1aaccRR)。

2）水稻植株：V优77叶鞘色由两对基因互作控制，F₁植株表现为有色，F₂叶鞘色分离为紫色和无色。播F₂种子，光照培养至4叶期，观察叶鞘色分离现象。按紫色和无色两种表现型记数，其F₂叶鞘色分离比例为9紫色：7无色。

    2 抑制作用：  将有色籽粒Ccii与无色籽粒ccII的亲本杂交，产生F₁的自交果穗。然后观察果穗上籽粒性状的分离现象，按无色和有色两种表现型记数。上述组合中，由于抑制基因I能抑制所有色素基因的表达，故其双亲虽均具有纯合的A和R基因，但其F₁的自交果穗籽粒的性状表现为13无色(9C I+3ccI +lccii)：3有色(3C ii)。

3 隐性上位作用

    糊粉层颜色： 将玉米籽粒糊粉层颜色表现为紫色的亲本(CCPrPr)与无色的亲本(ccprpr)杂交，产生F₁的自交果穗。观察统计 F₁的果穗上籽粒糊粉层颜色的分离现象。由于cc隐性纯合基因对产生紫色糊粉层的基因Pr具有隐性上位作用，故F₁植株(CcPrpr)的自交果穗上的籽粒糊粉层颜色的分离比例为9紫色(9C Pr )：3红色(3C_prpr)：4无色(3ccPr +lccprpr)。

1.上述各实验材料所获得的观察资料，全班汇总填表，然后分别进行X² 测验，根据自由度和估算的X²值，查阅X²值表，求其概率值P，验证分离规律。

2.观察上述各杂交实验的性状分离和重组的表现型，并写出它们的基因型。各实验观察结果分别按下表填写和分析。

3、对以上各实验结果进行X²测验，验证自由组合规律。

      4、 观察基因互补现象： (1)、互作作用   (2)、抑制作用  (3)、隐性上位作用 

附：X²表

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

实验三、基因的连锁交换和基因定位

 观察玉米籽粒性状间的连锁遗传现象；理解连锁和交换的原理；掌握测定基因间交换值和基因定位的方法。

位于同一染色体上的两非等位基因(如AB或ab)，总是有联系在一起分配到同一配子中去的倾向。若两非等位基因完全连锁，杂合体(AB//ab)只产生2种亲本型配子(AB和ab)，F2代出现与杂交亲本相同的2种表型。若两非等位基因不完全连锁，杂合体(AB//ab)仍产生4种类型的配子，但它们的比例不是1:1:1:1，且总是亲本型配子(AB和ab)占多数，重组型配子(Ab和aB)占少数；F2代也出现4种表型，但比例不符合9:3:3:1，而是亲本型表型数比例大，重组型表型数比例少。这种遗传现象称为连锁遗传。
     两不完全连锁的非等位基因的杂合体产生4种数目不等的配子，其原因在于： 一对同源染色体上的非等位基因之间，在减数分裂过程中通常会交*断裂而发生交换，导致基因重组，发生交换而使基因重组的某孢(性)母细胞形成4种比例相等的配子(亲本型配子AB和ab和重组型配子Ab和aB)，而在该位点不发生交换或虽发生交换但未导致基因重组的孢(性)母细胞只形成2种亲本型配子(AB和ab)。因此，两个性状的连锁遗传中，杂种后代只出现少量的重组型个体。重组型个体在杂种后代群体中出现的概率P(0≤P≤50%)取决于两对基因间发生交换的几率，一般用重组值(Rf)(F1代孢/性母细胞产生的重组型配子数占配子总数的百分率)表示。重组值的求算方法常有测交法和自交(F2)法两种。一般玉米等异花授粉作物和动物，多采用测交法来测定重组值，而小麦，水稻等自花授粉作物，由于测交法的工作量太大，常用自交法。

根据染色体-基因理论，基因在染色体上按一定的顺序和距离呈线性排列，相邻两基因位点之间发生断裂和交换而形成重组型配子的几率与二者间的距离呈正相关，即距离越大，断裂和交换而产生重组型配子的几率也越大。因此，两基因间相对距离的大小可以用交换率来反映。规定1%的交换率称为一个遗传图距(1cM = 1Mbp)，两基因间的相对距离(遗传距离)用两基因的交换率来表示。交换率越小，表明两个基因间的距离越近，连锁越紧密；反之，交换率越大，则两基因间距离越远，连锁越松散。连锁分析就是要测定基因间的交换值，并确定基因间的排列顺序，绘出连锁遗传图(linkage map)。通过连锁分析可以确定基因在染色体上的相对位置，因此也称为基因定位(gene location)。

基因定位是新性状/基因遗传基础研究的重要内容。基因定位常用的方法是三点测验(three-point test cross)，它通过一次杂交和一次测交，确定三对基因在染色体上的相对位置和遗传距离。与两点测验相比，三点测验操作简便，并且可在一定程度上消除双交换的干扰，得到的交换值可以更准确地反映两基因间的遗传距离。

已知控制玉米(Zea mays)籽粒的三对性状:即有色(C)/无色(c)，饱满(Sh)/凹陷(sh)，非糯(Wx)/糯性(wx)的基因均位于第9染色体上。以籽粒有色饱满非糯自交系(CCShShWxWx)与无色凹陷糯性自交系(ccshshwxwx)杂交，杂种F1与三隐性无色凹陷糯性(ccshshwxwx)自交系进行测交，或以F1自交，然后根据测交(测交子代)或自交果穗上每种表型的子粒数及其比例，估算出基因间的交换值；利用三点测验，进行基因定位。
三、实验材料

玉米(Zea mays) 果穗；[(有色饱满非糯(CCShShWxWx)×无色凹陷糯性(ccshshwxwx))F1×无色凹陷糯性(ccshshwxwx)]的测交果穗；[(有色饱满非糯(CCShShWxWx)×无色凹陷糯性(ccshshwxwx))F1的自交果穗。

计算器，计数器。

(一)测定交换值
1.测交法 取供试玉米测交果穗，按籽粒有色/无色，饱满/凹陷两对相对性状所的四种组合表型，观察计数测交所结籽粒(测交子代)各种表型的粒数，填入下表，汇总全班(组)数据，并计算其交换值。

 

b+c

交换值=               x100%

a+b+c+d

2.自交法 取供试的玉米自交果穗，按前述方法观察计数自交所结籽粒(F2)的四种表型的粒数，上式中，k表示双隐性个体的百分数。填入下表，汇总全班数据，并计算其交换值。

 

d

    双隐性个体百分数k =                x100%

a+b+c+d

交换值= [1-2（k的开方）] x100%

(二) 三点测验
1.观察计数
    取供试玉米三对相对性状测交果穗，按8种籽粒表型分别计数其粒数，填入下表中，汇总全班(组)数据。
2.分析计算
(1)确定3对基因的遗传关系 表中所列测交子代的8种表型中，各有2种表型的比例比较接近，共可分4组，这表明此3对基因连锁在同一对同源染色体上。(2)确定交换类型 在测交子代中观察数最多的一组为亲本型，最少的一组为双交换型，其余两组为单交换型。(3)确定3对基因的排列顺序 在双交换型中，若有两对性状表现为亲本的组合类型，则控制第3对性状的基因必然位于上述两对基因之间。例如，本实验的双交换型中，有色非糯和无色糯性分别为亲本的组合类型，则控制饱满/凹陷的这对基因必位于上述两对基因之间。(4)计算交换值 将结果填入表中。

 

 

 

三点测验法进行基因定位

注：单交换值I=(c+d+g+h)/T×l00%；单交换值II=(e+f+g+h)/T×l00%；

双交换值=(g+h)/T×l00%。
3.绘连锁遗传图
   根据以上估算的单交换值I，II和双交换值，确定3对基因排列顺序，绘出连锁遗传图。六、实验作业

1..测交法和自交法求得的交换值是否等同？为什么？
2.绘出C/c，Sh/sh和Wx/wx这3对基因的连锁遗传图并加以分析。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

实验四、数量性状的遗传分析

 

学习统计分析数量性状遗传试验的数据，估算遗传率和杂种优势表现的程度。了解植物数量性状的遗传规律。

数量性状受多基因控制，且各基因间的关系复杂，因此进行数量性状遗传分析时，往往从一对基因（如A，a）的遗传模型及其基因效应分析着手。现根据加性-显性遗传模型，假设纯合型AA和aa的加性效应值分别为d和-d，中亲值（m）为[d+（-d）]/2=0，由杂合体Aa的显性作用所引起的显性偏差为h，则其基因的作用效应可分解为：

纯合型（AA和aa，其加性效应值分别为d和-d）

加性效应

等位基因间

无显性（h=0）

基因作用效应              杂合型      部分显性（-d﹤h﹤d）

完全显性（h=d或h=-d）  非加性效应

超显性（h﹥d或h﹤-d）

非等位基因间………………………上位性

由于数量性状的表现是由基因型和环境两方面决定的，假定基因型与环境之间没有相关和互作，则群体的表现型方差（V_P）应为基因型方差（V_G）和环境方差（V_E）之和：

V_p= V_G+ V_E

基因型方差是由加性方差（V_d）、显性方差（V_h）和非等位基因间的上位性方差（V_i）所组成，故上式可进一步列为：

V_P=V_d+V_h +V_i +V_E

根据F₂、B₁（F₁×P₁）、B₂（F₁×P₂）群体的方差组成分析为：

       V_F2= D+ H+V_E

上列二式相减，可求得V_B1 +V_B2 = D+ H+2V_E 

F₂的基因加性方差为：V_d = D=2V_F2 -（V_B1 +V_B2）

    式中D=Σd²，是各基因加性效应方差的总和；H=Σh² 是各基因显性偏差方差的总和。

根据上述群体方差的组成分析，可统计分析数量性状遗传试验的数据，并按公式估算遗传率。

杂种优势是指杂种一代(F₁)在产量、品质、生活力、生长势、抗逆性和适应性等方面比其双亲及其子代优越的现象。杂种优势原理通常用显性学说和超显性学说解释，但这两者都不能完善地解释杂种优势原理。一般概括地说，杂种优势可能是由于双亲显性基因的互补、异质等位基因互作和非等位基因互作的单一作用，也可能是由于这些因素的综合作用。同时杂种优势也不是一、二个性状的突出优势，而是许多单位性状的优势的综合表现。

形成杂种优势必须具备两个重要条件：第一，杂交亲本的基因型应高度纯合；第二，杂交亲本的遗传差异大，且能相互补充。评价杂种优势大小的指标有平均优势、超亲优势、竞争优势、显性势能等。

玉米果穗长度的遗传试验材料：将P₁（PC-5，长果穗）、P₂（2041，短果穗）及其杂种后代F₁、F₂，回交后代B₁、B₂，对照种的穗，于同年种植，收获后分别按世代测量记录果穗长度。

计算器、尺子、托盘天平、计算器。

1、基本参数的计算

（1）计算各世代果穗长度的平均数（ ）、方差（V）及标准差（S） 

按下列公式分别计算各世代的基本参数。          

平均数 = =               

或                             = =       

V= =

或                       =

S=

式中x指个体值或指分组的各组值；f指分组的各组次数；N指所观察的个体数。

（2）计算环境方差（V_E） F₂的环境方差一般可根据不同情况采用下列方法估算：

V_E= （V_P1+V_P2 +V_F1）

或                              = （V_P1+V_P2）          （适用于无F₁数据）

或                              = V_F1                    （适用与异花授粉作物）

2、遗传率的估算  遗传率是指一个群体内某数量性状由于遗传原因引起的变异在表现变异中所占的比值。广义遗传率（ ）指基因型方差占表现型方差的比值；狭义遗传率（ ）指加性方差占表现型方差的比值。

（1）广义遗传率（ ）

= ×100%= ×100% = ×100%

如供试材料为异花授粉作物，可用下式估算：

= ×100%

（2）狭义遗传率（ ）

                  = ×100%= ×100%

3、以小组为单位，分别观察比较亲本、F₁和对照相互之间在性状上的差异。

（1）分别调查上述群体的穗长、穗重，并将结果记录下来。

（2）根据调查结果，按照公式，分别计算F1代的：平均优势、超亲优势、竞争优势、优势指数、显性势能或相对优势

1.根据本实验测量各世代玉米果穗材料的长度或水稻生育期和棉花纤维长度的试验材料，分别估算该性状的广义遗传率、狭义遗传率。

2.根据观察和计算，说明杂种一代（F₁）和其亲本在表现型上有什么不同，主要在哪些方面表现了优势。

3.求平均优势，超亲优势，竞争优势，优势指数和显性势能。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

实验五、植物多倍体的人工诱导和鉴定

 

学会利用所学知识，进行自主实验设计；了解人工诱导多倍体的原理、方法及其在植物育种上的意义；掌握诱发多倍体的一般方法；学会利用染色体分析鉴别植物染色体数目的变化；鉴别植物染色体数目的变化引起植物其它器官的变异。

自然界各种生物的染色体数目一般是相当稳定的，这是物种的重要特征。例如黑麦体细胞染色体为14条，配成7对。遗传学上把一个配子的染色体数，称为染色体组，用n表示。如黑麦染色体组内包含7个染色体，它的基数X=7。一个染色体组内每个染色体的形态和功能各不相同，但又相互协调，共同控制生物的生长、发育、遗传和变异。

由于各种生物的来源不同，细胞核内可能具有一个或一个以上的染色体组，凡是细胞核中含有一套完整染色体组的就叫做单倍体，亦用n表示。具有两套染色体组的生物体称为二倍体，以2n表示。细胞内多于两套染色体组的生物体则称为多倍体。如三倍体（3n）、四倍体（4n）、六倍体（6n）等，这类染色体数目的变化是以染色体组为单位的增减，所以称作整倍体。

在整倍体中，又可按染色体组的来源，区分为同源多倍体和异源多倍体。凡增加的染色体组来自同一物种或者是原来的染色体组加倍的结果，称为同源多倍体。如果增加的染色体组来自不同的物种，则称为异源多倍体。

多倍化是植物新物种形成的重要途径，也是进行物种间遗传转移的重要手段和桥梁。植物多倍体广泛存在于自然界，许多栽培作物和森林植物都是多倍体。对于不以收获种子为目的的植物，通过人工创造同源多倍体的途径，可获得较大的营养器官，花或果实，或获得无籽或少籽的果实，同时利用多倍体生理生化变化可能获得某种生化成分含量高的器官产品，增强植物抗逆性，扩大栽植区域。例如：四倍体番茄的维生素C含量比二倍体提高一倍;三倍体西瓜和黄瓜优质无籽，三倍体和四倍体的西瓜对枯萎病菌抵抗力更强；三倍体甜菜耐寒，含糖量和产量都高，成熟也较早，抗病力强，且根部含有害氮素及灰分少，是世界主要甜菜生产国采用的栽培品种类型。三倍体的杜鹃花因为不育所以花期特长，现今菊花，月季，郁金香，百日草，大丽菊等的著名品种也几乎都是多倍体。人工创造多倍体，还可用于克服远缘杂交不孕，远缘杂种不育或创造远缘杂交育种的中间亲本，育成作物新类型。因此，多倍体是生物变异的源泉之一，对物种进化和新品种的选育都具有重要的意义。除了自然界存在的多倍体物种之外，又可采用高温、低温、X射线照射、嫁接和切断等物理方法人工诱发多倍体植物。在诱发多倍体的方法中，以应用化学药剂更为有效。如秋水仙素、萘嵌戊烷、异生长素、富民农等，都可诱发多倍体。

由学生自主选择。

多媒体系统（带显微演示）、显微镜、培养箱、分析天平、水浴锅、酒精灯、剪刀、镊子、解剖针、载玻片、盖玻片、滤纸、铅笔、标签纸、胶水等。

根据学生试验设计要求，提供相应的药品和试剂。

(一)实验设计

学生可选择不同的材料和不同的方法自行设计进行多倍体的诱导，并将试验设计交指导老师审核后进行试验操作。

(二)实验实施   

学生根据实验设计独立进行实验实施。并撰写实验报告。

（1）交染色体数目变异的有丝分裂制片一张，

（2）绘制观察的染色体数目变异的形态并说明。

 

 

 

 

 

 

 

实验六、微核检测技术

 

学会利用所学知识，进行自主实验设计；了解染色体畸变的各种类型及原理，掌握利用微核检测技术监测环境污染的一般方法。

微核（micronucleus, 简称MCN），也叫卫星核，是真核类生物细胞中的一种异常结构，是染色体畸变在间期细胞中的一种表现形式。微核往往是各种理化因子，如辐射、化学药剂对分裂细胞作用而产生的。在细胞间期，微核呈圆形或椭圆形，游离于主核之外，大小应在主核1/3以下。微核的折光率及细胞化学反应性质和主核一样，也具合成DNA的能力。一般认为微核是由有丝分裂后期丧失着丝粒的染色体断片产生的。有实验证明，整条染色体或几条染色体也能形成微核。这些断片或染色体在分裂过程中行动滞后，在分裂末期不能进入主核，便形成了主核之外的核块。当子细胞进入下一次分裂间期时，它们便浓缩成主核之外的小核，即形成了微核。已经证实，微核率的大小是和作用因子的剂量或辐射累积效应呈正相关，这一点与染色体畸变的情况一样。所以许多人认为可用简易的周期微核计数来代替繁杂的中期畸变染色体计数。由于大量新的化合物的合成，原子能的应用，各种各样工业废物的排出等都存在污染环境的可能性，欲了解这些因素对机体潜在的遗传危害，需要有一套高度灵敏，技术简单易行的测试系统来监测环境的变化。只有真核类的测试系统更能直接推测诱变物质对人类或其它高等生物的遗传危害，在这方面，微核测试是一种比较理想的方法。目前国内外不少部门已把微核测试用于辐射损伤、辐射防护、化学诱变剂、新药试验、食品添加剂的安全评价，以及染色体遗传疾病和癌症前期诊断等各个方面。

蚕豆（vicia faba, 2n＝12）干种子。

显微镜、手动计数器、镊子、载玻片、盖玻片、烧杯、瓷盘、培养箱、分析天平、水浴锅、酒精灯、剪刀、解剖针、滤纸、铅笔、标签纸、胶水等。

根据学生试验设计要求，提供相应的药品和试剂。

(一)实验设计

学生可选择不同的方法自行设计进行材料的诱变处理，并将试验设计交指导老师审核后进行试验操作。

(二)实验实施   

学生根据实验设计独立进行实验实施。并撰写实验报告。

产生微核的根尖细胞在分裂中期可能出现什么样的分裂图象？

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

实验七、染色体显带技术和带型分析

学习和掌握植物染色体显带技术和带型分析方法，进一步鉴别植物染色体组和染色体结构。

对植物有丝分裂中期染色体进行酶解，酸、碱、盐等处理，再经染色后，染色体可清楚地显示出很多条深浅、宽窄不同的染色带。各染色体上染色带的数目、部位、宽窄、深浅、相对稳定，为鉴别染色体的形态提供依据，也为细胞遗传学和染色体工程提供新的研究手段。

植物染色体显带技术包括荧光分带和Giemsa（吉姆萨）分带两大类。在植物染色体显带上最常用的是Giemsa分带技术，其中C带和N带较为常用。C带的形成认为是高度重复序列的DNA（异染色质）经酸碱变性和复性处理后，易于复性，而低重复序列和单一序列DNA（常染色质）不复性，经Giemsa染色后呈现深浅不同的染色反应。这种差异反映染色体结构的差异。

洋葱、蚕豆、大麦、黄麻的根尖。

多媒体系统（附显微演示），显微镜（附摄影装置），半异体致冷器，冰箱，恒温水浴锅，电子天平，液态氮装置，容量瓶，试剂瓶烧杯，染色缸，载玻片，盖玻片，剪刀，镊子，玻璃板，滤纸，标签，铅笔

冰醋酸，无水酒精，甲醇，盐酸，柠檬酸钠，氢氧化钡，氯化钠，磷酸二氢钠，磷酸二氢钾，磷酸氢二钠，甘油，Giemsa粉剂，果胶酶，纤维素酶

试剂1：Giemsa液：0。5克Giemsa，33ml甘油，33ml甲醇，用少量甘油将Giemsa粉末研磨至无颗粒，剩余甘油分次洗涤至棕色瓶内，置56℃恒温2h，加入甲醇，过滤后保存于棕色瓶中。

试剂2 ：5％氢氧化钡：5gBa(OH)₂加入100ml沸蒸馏水中溶解后过滤，冷却至18－28℃。

试剂3：2×SSC溶液：0。3M氯化钠+0。3M柠檬酸钠。

试剂4：1M NaH₂PO₄溶液。

试剂5：1％纤维素酶和果胶酶混合液。

试剂6：1/15磷酸二氢钾和1/15磷酸氢二钠缓冲液。

（一）染色体分带

1.材料准备　　待洋葱鳞茎发根长2cm左右，切取根尖进行预处理。蚕豆种子浸种发芽，待幼根长至3cm左右，切取根尖进行预处理。蚕豆主根根尖切去后继续长出的次生根，可再切取次生根根尖进行预处理。大麦种子发芽至幼根长1cm左右，切取白色的幼根进行预处理。

2.预处理　　洋葱和蚕豆根尖在0。05％秋水仙碱溶液中预处理2~3h。处理温度一般为25℃。预处理后须用清水冲洗多次，洗去药液。

3.固定　　以上各材料经预处理后，放入卡诺氏固定液中固定0。5~24h，转换到70％酒精，置于冰箱中保存备用。

4.解离　　洋葱、蚕豆根尖在0。1N盐酸溶液中置于60℃恒温下处理10~15min。大麦根尖在37℃下用1％果胶酶处理30min，然后在0。1N盐酸溶液中置于60℃下处理5min。

上述材料用酸处理后，须用蒸馏水冲洗多次，除去残留酸液，否则将会影响染色体的显带效果。

5.压片　　与常规的植物染色体压片方法相同。在45％醋酸中压片，制成白片。在相差显微镜下检查染色体分散程度，挑选出分裂相多，染色体分散均匀的片子。选出的玻片经液氮、CO₂干冰或半导体致冷器冻结，用刀片揭开盖玻片。置室温下干燥。

6.空气干燥　　脱水后的染色体标本一般需经过4~7天的空气干燥，再进行分带处理。不同的材料所需干燥的时间不一样。洋葱要求空气干燥的时间较严，未经空气干燥的染色体不显带，干燥一周后经显带处理显示末端带，干燥半个月后能同时显示末端带和着丝点带。而蚕豆、黑麦、大麦则要求干燥时间不十分严格。

7.显带处理　　空气干燥后的染色体标本即可进行显带处理。处理方法不同，可显示不同的带型。

（1）C带　　HSG法（Hydrochloric acid~Saline~Giemsa method）将空气干燥后的洋葱、蚕豆染色体标本浸入0。2N盐酸（25℃左右）分别处理30和60min。用蒸馏水冲洗多次后，在60℃的2×SSC溶液中保温30min，再用蒸馏水冲洗数次，室温风干，即可染色。

BSG法（Barium~Saline~Giesa method）　　将空气干燥后的黑麦、大麦的染色体标本浸入盛有新配制的5％氢氧化钡饱和液的染色缸中，在室温条件下处理5~10min，然后用蒸馏水小心地多次冲洗浮垢后，在60℃的2×SSC溶液中保温60min，再用蒸馏水冲洗数次，室温风干，即可染色。

（2）N带　　将黑麦、大麦种子发根1cm左右切取，在0℃冰水中预处理24h。卡诺氏固定液中固定半小时以上，1％醋酸洋红染色液中染色2h，然后在45％醋酸中压片，冰冻法揭开。尔后在45％醋酸60℃条件下脱色10min，再在95％酒精室温下脱水10min，气干过夜。最后在1M NaH₂PO₄溶液中95℃恒温下保温2min，蒸馏水冲洗，气干后即可染色。

8. 吉姆萨染色　　吉姆萨母液用1/15M磷酸缓冲液按一定的比例稀释。例如，10份磷酸缓冲液加1份吉姆萨母液稀释即为10：1，一般都采用扣染法染色。在一干净的玻璃板上，对称放置两根牙签或火柴棒，距离与载玻片上的材料范围相等。将带有材料的玻片翻转向下，放在牙签上，然后沿载玻片一边向载玻片与玻璃板之间的空隙内缓缓滴入染色液，在室温下染色。染色时间因材料而异，因吉姆萨染料批号不同、质量上有差异，因此其染色液浓度和染色时间需作适当调整。下列材料的染色浓度和染色时间可供参考。

 

9.镜检和封片　　染色后的玻片标本，用蒸馏水洗去多余染料，染色过深可用磷酸缓冲液脱色。室温下风干后即可镜检，挑选染色体带型清晰的片子，用树胶封片。

（二）染色体带型分析　　经过上述处理的植物染色体标本，可以显示出C带或N带的带型，一般有以下四种带型：

1.着丝粒带（C带）　　带纹分布在着丝粒及其附近，大多数植物的染色体可显示C带。蚕豆、黑麦、大麦等的染色体着丝粒带比较清楚，洋葱染色体的着丝粒带较浅。

2.中间带（I带）　　带纹分布在着丝粒至末端之间，表现比较复杂，不是所有染色体都具有中间带。

3.末端带（T带）　　带纹分布在染色体末端。洋葱和黑麦染色体具有典型的末端带，而蚕豆、大麦的末端带不明显。

4.核仁缢痕带（N带）　　带纹分布在核仁组织者中心区。蚕豆的大M染色体和黑麦的第Ⅶ染色体具有这种带型。

同时具有以上四种带型的叫完全带，以“CITN”表示，其它称为不完全带，有“CIN”和“以CTN”型、“TN”型和“N”型。

根据植物各染色体上显示的不同带纹和带纹的宽窄，可按染色体组型分析的方法对同源染色体进行剪贴排列，绘出模式图，从而对各染色体的带型作出分析。

1.将提供的植物染色体C带带型进行同源染色体排列剪贴，

2.绘制带型模式图并作出带型特点分析描述。