遺傳學實驗(第二版)（簡體書）

《遺傳學實驗技術》第一版於2007年9月出版，國內先後有60多所院校的7屆學生使用。根據使用本教材的教師、學生的使用情況和反饋意見，結合本實驗室近幾年帶遺傳學實驗課教師的經驗體會，我們進行了較大範圍的修改。修改過程中，我們對複旦大學喬守怡教授、中山大學王金發教授、中國農業大學楊大祥教授、首都師範大學李雅軒教授等編寫的幾本遺傳學實驗教材進行了認真的研讀，參考了他們書中的不少內容。同時，查閱了大量文獻資料，將近些年發展起來的遺傳學新技術和新方法也編排到本書中，如染色體原位雜交、遺傳標記分析、親子鑑定、表觀遺傳等。
在《遺傳學實驗》第二版編寫過程中，河南師範大學的常重傑教授和杜啟艷教授、河南大學的李鎖平教授、曲阜師範大學的徐來祥教授、河北師範大學的葛榮朝教授、包頭師範學院的趙曉平教授、南陽師範學院的龐振凌教授、鄭州師範學院的汪琛穎教授等對本書內容的取捨、實驗的設計、實驗步驟的編排等都進行了認真的討論，做出了整體規劃，並進行了統稿工作。實驗1至實驗11由高武軍副教授編寫；實驗12至實驗24由鄧傳良副教授編寫；實驗25至實驗36由夏曉華副教授編寫；其他實驗及附錄部分由薛香副教授、龐瑞華副教授、路淑霞副教授、南平副教授、李書粉副教授、盧全偉老師等編寫。
值此教材修訂再版之際，我代表編委會向曾給予本書關心、支持和幫助的老師、學生及同仁們表示真摯的感謝。祝大家身體健康，工作順利，也祝我們的遺傳學實驗教學事業取得更大的成功。
儘管我們做了很大的努力，但限於作者的經驗和水平，本書還可能會存在一些不足之處，誠摯地歡迎廣大師生繼續給我們提出寶貴意見，以便於我們進一步修改和完善。意見和建議可以直接發到郵箱。

目錄
第二版前言
第一版前言
第一章植物遺傳學實驗1
實驗1植物有絲分裂中染色體行為觀察2
實驗2植物減數分裂中染色體行為觀察7
實驗3去壁低滲法製備植物染色體玻片標本12
實驗4植物染色體核型分析15
實驗5植物多倍體誘發及微核檢測20
實驗6植物有性雜交25
實驗7小麥數量性狀統計和遺傳率估算31
實驗8農作物雜種優勢測定33
實驗9玉米籽粒性狀分析及基因互作觀察36
實驗10玉米三點測交和遺傳作圖41
第二章動物遺傳學實驗45
實驗11動物減數分裂中染色體行為觀察46
實驗12果蠅性別鑑定、常見性狀及生活史觀察50
實驗13果蠅唾液腺染色體玻片標本製備與觀察55
實驗14搖蚊唾液腺染色體玻片標本製備與觀察59
實驗15小鼠骨髓細胞染色體玻片標本製備與觀察63
實驗16銀染核仁組織區與近端著絲粒染色體隨體聯合66
實驗17果蠅兩對相對性狀遺傳分析69
實驗18果蠅的三點測交和遍傳作圖72
實驗19果蠅的伴性遺傳分析75
實驗20果蠅數量性狀遺傳分析78
第三章人類遺傳學實驗83
實驗21人外周血淋巴細胞培養和染色體核型分析84
實驗22人類染色體分帶技術89
實驗23姊妹染色單體色差分析94
實驗24人體細胞Barr小體和Y小體觀察97
實驗25人體常見性狀的調查與遺傳分析100
實驗26人類指紋的遺傳分析104
實驗27群體遺傳平衡分析和基因頻率估算（PTC嚐味） 108
實驗28人類染色體熒光原位雜交技術(FISH) 111
實驗29人類親子關係鑑定117
實驗30人類p15基因甲基化狀態檢測120
第四章微生物遺傳學實驗123
實驗31粗糙鏈孢霉的四分子遺傳分析124
實驗32大腸桿菌雜交分析127
實驗33啤酒酵母雜交分析131
實驗34啤酒酵母營養缺陷型菌株篩選134
實驗35大腸桿菌Pl噬菌體普遍性轉導及基因定位138
實驗36大腸桿菌入噬菌體局限性轉導分析143
實驗37大腸桿菌紫外誘變及營養缺陷型菌株篩選147
實驗38大腸桿菌質粒DNA的轉化151
實驗39大腸桿菌基因的功能等位性測驗——互補測驗155
實驗40化學誘變劑的Ames檢測159
第五章分子遺傳學實驗165
實驗41 DNA的提取及純化166
實驗42 PCR擴增技術及擴增產物的檢測——瓊脂糖凝膠電泳171
實驗43質粒的雙酶切和目的基因片段回收176
實驗44重組質粒構建、轉化和篩選180
實驗45外源基因在大腸桿菌中的表達與檢測185
實驗46總RNA提取及反轉錄擴增cDNA(RT-PCR) 189
實驗47隨機擴增多態性DNA(RAPD)分析193
實驗48 Southern印跡196
實驗49 Western印跡200
實驗50 Northern印跡203
附錄207
附錄A常用染色液的配製207
附錄B遺傳學實驗室常用試劑配製208
附錄C幾種常用培養基配製210
附錄D果蠅實驗常用培養基配製213
附錄E微生物實驗常用培養基及試劑配製214
附錄F常用緩衝液的配製215
附錄G常用顯影液和定影液的配製223
附錄H分子遺傳學實驗常用試劑配製223
附錄I核酸電泳相關試劑及緩衝液226
附錄J實驗室常用技術參數資料227

第一章植物遺傳學實驗
植物遺傳學是遺傳學的重要分支學科，遺傳的分離定
律和自由組合定律就是奧地利遺傳學家孟德爾（GJ
Mendel）於1866年發表的《植物雜交試驗》論文中提出
的，譜寫了遺傳學的第一章。他的學說遠遠跨越了那個時
代，因此，沒有引起人們的重視和認可。1900年，荷蘭遺
傳學家HM de Vries、德國植物學家C. Correns、奧地利
遺傳學家E. Tschermak等在試驗中重新發現了孟德爾的遺
傳定律，並給予了充分肯定，使人們對植物性狀的遺傳規
律有了正確的認識，標誌著遺傳學的誕生。1906年，英國
遺傳學家W. Bateson把這個學科命名為“Genetics”。1914
年，美國遺傳學家RA Emerson對玉米的性狀進行了研
究，形成了玉米遺傳學派，開創了植物遺傳的新領域；在
RA Emerson教授帶領下，美國遺傳學家B. McClintock
詳細研究了玉米減數分裂中染色體的行為，1950年提出了
跳躍基因的理論和概念，1983年獲得諾貝爾生理學或醫學
獎。在孟德爾遺傳理論指導下，美國的玉米獲得了豐收。
20世紀50年代，NE Borlaug通過育成矮桿抗病小麥使
小麥的產量大幅度提高，被譽為“綠色革命之父”，並於
1970年獲得諾貝爾和平獎。我國遺傳學家袁隆平教授育成
的雜交水稻解決了中國乃至全世界人口的溫飽問題。為了
讓學生深刻理解傳統的遺傳學理論及染色體與基因的關
係，掌握植物遺傳學一些基本的操作技能，我們設計了植
物有絲分裂中染色體行為觀察、植物減數分裂中染色體行
為觀察、去壁低滲法製備植物染色體玻片標本、植物染
色體核型分析、植物多倍體誘發及微核檢測、植物有性
雜交、小麥數量性狀統計和遺傳率估算、農作物雜種優
勢測定、玉米籽粒性狀分析及基因互作觀察、玉米三點測
交和遺傳作圖等10個實驗。
Gregor Johann Mendel
(1822～1884奧地利遺傳學家)
Hugo Maria de Vries
(1848～1935荷蘭遺傳學家)
Barbara McClintock
(1902～1992美國遺傳學家)
袁隆平
(1930～中國遺傳學家)
實驗1?
植物有絲分裂中染色體
行為觀察
【實驗目的】
1.觀察植物細胞有絲分裂過程中染色體的形態特徵和動態變化。
2.學習和掌握植物根尖細胞壓片技術。
【實驗原理】
細胞分裂是生物個體生長和生命延續的基本特徵。在高等植物中，有兩種主要的細胞分
裂方式，即有絲分裂和減數分裂。有絲分裂是植物個體生長和分化的基礎，染色體是遺傳物
質的載體，在有絲分裂過程中，細胞核內的染色體能準確地複制，並能有規律地均勻分配到
兩個子細胞中去，使子細胞遺傳組成與母細胞完全一樣，從而可推斷生物性狀的遺傳與染色
體的準確複製和均等分配有關。
高等植物有絲分裂主要發生在根尖、莖生長點及幼葉等部位的分生組織，其中根尖取材
容易，操作和鑑定方便。通過對根尖的固定、染色和壓片，可在顯微鏡下觀察到大量處於有
絲分裂各個時期的細胞和染色體，看到染色體的變化特點和染色體的形態特徵，進行染色體
計數。為了獲得更多的中期染色體圖像，可以採用藥物處理或冷凍處理的方法，阻止紡錘體
的形成，使細胞分裂停止在中期，同時還可以使染色體縮短，易於分散，便於觀察研究。另
外，通過對細胞組織進行酸性水解或酸處理除去細胞壁，並使細胞軟化，便於細胞彼此分開，
有利於壓片和染色。
秋水仙素（colchicine）是一種生物鹼。因最初從百合科植物秋水仙（Colchicum autumnale）
中提取出來而得名。分子式C22H25O6N。純秋水仙素呈黃色針狀結晶，熔點157℃。易溶於水、
乙醇和氯仿。味苦，有毒。在正常有絲分裂過程中形成紡錘絲，細胞兩極的紡錘絲附著在染色體
的著絲粒處，牽拉染色體向兩極移動，從而使細胞分裂，染色體也均勻分配到兩個子細胞中。而
秋水仙素能破壞有絲分裂過程中紡錘絲的形成，使染色體失去向細胞兩極移動的能力，導致細胞
停滯在分裂中期，這種由秋水仙素引起的不正常分裂，稱為秋水仙素有絲分裂（ C-mitosis）。
【實驗材料】
洋蔥（Allium cepa）、大蒜（Allium sativum）、蠶豆（Vicia faba）、小麥（Triticum spp．）、玉米（Zea mays）等。
【實驗器具】
冰箱、恆溫箱、顯微鏡、水浴鍋、電子天平、電爐、溫度計、剪刀、鑷子、刀片、量筒、
量杯、三角瓶、燒杯、漏斗、培養皿、酒精燈、滴瓶、載玻片、蓋玻片、濾紙、標籤等。
【實驗試劑】
無水乙醇、95%乙醇、70%乙醇、45%乙醇、0.075mol/L氯化鉀、0.5%醋酸洋紅、0.5%
蘇木精液、4%鐵明礬液、秋水仙素、對二氯苯、8-羥基喹啉、放線菌酮、1mol/L鹽酸、乙酸
鈉、45%乙酸、2.5%纖維素酶、2.5%果膠酶、加拿大樹膠等。
【實驗步驟】
1.根尖培養
1）洋蔥和大蒜
對前一年收穫的洋蔥，可以首先將其鱗莖外部幾層乾枯的表皮除去，剪掉乾枯的老根，
充分洗淨後置於盛清水的小燒杯口上，使根部與水接觸。然後轉移到25～28℃條件下培養，
每天換一次水，以防污染、爛根。一般3～4d即可獲得實驗所需材料。待根尖長到1～1.5cm
時，在9：00～10：00剪取根尖約1cm備用。
如果使用當年剛採收的新洋蔥鱗莖培養生根，則應設法打破它的休眠。常用的方法是用
低濃度的赤黴素溶液浸泡洋蔥鱗莖底盤，這樣可以促使其生根。或把新鮮洋蔥鱗莖在太陽下
暴晒20～30d，然後再用來培養生根，也能獲得很好的效果。
大蒜根尖的培養方法基本上與洋蔥相同。對於新收穫的大蒜，也需要在太陽底下暴晒
20～30d。
2）玉米、小麥和蠶豆
用溫水將蠶豆種子浸種2d，玉米及小麥種子浸種1d，待吸水膨脹後轉移到舖有幾層吸
水紙的培養皿或搪瓷盤中。上面蓋雙層濕紗布並加入少許水，放在25～28℃條件下培養。待
根尖長到2cm左右時，在9：00～10：00或15：00～17：00取下根尖備用。
2.預處理
為了有利於對有絲分裂中染色體的觀察和計數，在固定之前應對剪下的根尖進行預處
理，這樣可以改變細胞質的黏度，抑制和破壞紡錘絲的形成，促使染色體縮短和分散。預處
理的方法有低溫預處理和藥物預處理。
1）低溫預處理
將剪取的根尖浸入盛有蒸餾水的燒杯內，置於1～4℃的冰箱中進行低溫處理24h。此法
效果很好，對染色體無破壞作用，染色體縮短均勻，簡便易行，各種植物都適用。
2）藥物預處理
（1）秋水仙素處理：用0.05%或0.1%秋水仙素溶液於室溫、暗環境下處理根尖2～4h，
對抑制紡錘體活動效果明顯，易獲得較多的中期分裂相，且染色體收縮適中，有利於染色體
結構的研究。秋水仙素屬於劇毒藥品，使用時戴口罩和眼鏡，防止溶液濺入口中或眼內，如
果發生此情況，應馬上用自來水反复沖洗。
?4?遺傳學實驗（第二版）
（2）對二氯苯處理：用飽和對二氯苯溶液於室溫下處理根尖3～5h，對阻止紡錘體活動玉米（Zea mays）等。
【實驗器具】
冰箱、恆溫箱、顯微鏡、水浴鍋、電子天平、電爐、溫度計、剪刀、鑷子、刀片、量筒、
量杯、三角瓶、燒杯、漏斗、培養皿、酒精燈、滴瓶、載玻片、蓋玻片、濾紙、標籤等。
【實驗試劑】
無水乙醇、95%乙醇、70%乙醇、45%乙醇、0.075mol/L氯化鉀、0.5%醋酸洋紅、0.5%
蘇木精液、4%鐵明礬液、秋水仙素、對二氯苯、8-羥基喹啉、放線菌酮、1mol/L鹽酸、乙酸
鈉、45%乙酸、2.5%纖維素酶、2.5%果膠酶、加拿大樹膠等。
【實驗步驟】
1.根尖培養
1）洋蔥和大蒜
對前一年收穫的洋蔥，可以首先將其鱗莖外部幾層乾枯的表皮除去，剪掉乾枯的老根，
充分洗淨後置於盛清水的小燒杯口上，使根部與水接觸。然後轉移到25～28℃條件下培養，
每天換一次水，以防污染、爛根。一般3～4d即可獲得實驗所需材料。待根尖長到1～1.5cm
時，在9：00～10：00剪取根尖約1cm備用。
如果使用當年剛採收的新洋蔥鱗莖培養生根，則應設法打破它的休眠。常用的方法是用
低濃度的赤黴素溶液浸泡洋蔥鱗莖底盤，這樣可以促使其生根。或把新鮮洋蔥鱗莖在太陽下
暴晒20～30d，然後再用來培養生根，也能獲得很好的效果。
大蒜根尖的培養方法基本上與洋蔥相同。對於新收穫的大蒜，也需要在太陽底下暴晒
20～30d。
2）玉米、小麥和蠶豆
用溫水將蠶豆種子浸種2d，玉米及小麥種子浸種1d，待吸水膨脹後轉移到舖有幾層吸
水紙的培養皿或搪瓷盤中。上面蓋雙層濕紗布並加入少許水，放在25～28℃條件下培養。待
根尖長到2cm左右時，在9：00～10：00或15：00～17：00取下根尖備用。
2.預處理
為了有利於對有絲分裂中染色體的觀察和計數，在固定之前應對剪下的根尖進行預處
理，這樣可以改變細胞質的黏度，抑制和破壞紡錘絲的形成，促使染色體縮短和分散。預處
理的方法有低溫預處理和藥物預處理。
1）低溫預處理
將剪取的根尖浸入盛有蒸餾水的燒杯內，置於1～4℃的冰箱中進行低溫處理24h。此法
效果很好，對染色體無破壞作用，染色體縮短均勻，簡便易行，各種植物都適用。
2）藥物預處理
（1）秋水仙素處理：用0.05%或0.1%秋水仙素溶液於室溫、暗環境下處理根尖2～4h，
對抑制紡錘體活動效果明顯，易獲得較多的中期分裂相，且染色體收縮適中，有利於染色體
結構的研究。秋水仙素屬於劇毒藥品，使用時戴口罩和眼鏡，防止溶液濺入口中或眼內，如
果發生此情況，應馬上用自來水反复沖洗。
（2）對二氯苯處理：用飽和對二氯苯溶液於室溫下處理根尖3～5h，對阻止紡錘體活動
和縮短染色體效果也較好，對染色體小而多的植物，計數染色體制片效果更好。
（3）8-羥基喹啉處理：用0.002～0.004mol/L 8-羥基喹啉溶液18℃條件下處理根尖5～6h，
引起細胞黏滯度的改變，導致紡錘體活動受阻，使中期染色體在赤道面上保持相應的排列位
置。縊痕區也較為清晰。此種處理方法對中等或長染色體的植物較合適。
（4）放線菌酮、8-羥基喹啉混合處理：0.007%放線菌酮和0.025% 8-羥基喹啉的混合液於
25℃條件下，根尖不離體處理5h左右，可獲得大量的分裂相，是最值得首選的預處理方法
之一。
3.固定
固定的目的是藉助於物理方法或化學藥劑的作用，迅速滲入組織和細胞將其殺死，防止
細胞死亡後的變化，防止自溶、腐敗，盡量保持生長狀態結構；使細胞中的蛋白質、脂肪、
糖、酶等成分轉變為不溶性物質，以保持生前的形態；使組織內各種物質成分產生不同的折
光率，便於觀察和鑑定；使不同組織成分對染料有不同的親和力，便於染色；防止細胞過度
收縮或膨脹，失去原有的形態結構。
將預處理過的根尖用蒸餾水沖洗兩次（約5min），然後移入卡諾氏固定液中，在4～15℃條
件下固定20～24h後，用70%乙醇沖洗2次，轉入70%乙醇中，在4℃冰箱內保存，保存時
間最好不超過兩個月。經過較長時間保存的材料，進行觀察前可以換用固定液再處理一次，
效果較好。或者將預處理過的根尖放入0.075mol/L KCl溶液中低滲20min，然後在蒸餾水中
沖洗2或3次（約10min）待用。
4.解離
使分生組織細胞間的果膠質分解，細胞壁軟化或部分分解，使細胞和染色體容易分散壓
平。解離有酸解和酶解兩種方法。
1）酸解
將根尖從固定液中取出，用蒸餾水漂洗，然後放入已經在60℃水浴鍋中預熱的1mol/L
HCl中，在60℃的恆溫條件下解離10～15min，當根尖透明呈米黃色時取出，用蒸餾水沖洗
2或3次。
酸解的優點是製片清潔，染色體清晰，組織軟化好，易於壓片，還可以對染色體DNA
的含量進行測定。其缺點是，染色體較軟，容易纏繞，不易分散。在加強預處理使染色體縮
短的情況下，可獲得較好的效果。另外，對小型染色體的材料效果較差。這一方法在切片、
塗片上研究核及染色體時能減少細胞質著色對觀察的影響。因此在細胞學研究........