果蝇杂交实验实验报告

果蝇杂交实验

【实验目的】 实验目的】 通过实验验证分离规律、自由组合规律、伴性遗传和连锁互换规律，掌握果 蝇杂交的实验技术和基因定位的三点测验方法， 在实验中熟练运用生物统计的方 法对实验数据进行分析。

【实验原理】 实验原理】 1. 果蝇（fruit fly）是双翅目（Diptera）昆虫，属果蝇属（genus Drosophila） ， 约有 3000 多种，我国已发现 800 多种。大部分的物种以腐烂的水果或植物体为 食， 少部分则只取用真菌， 树液或花粉为其食物。 以果蝇作为遗传学研究的材料， 利用突变株研究基因和性状之间的关系已近一百年，至今，各种研究遗传学的工 具已达完善的地步，果蝇对今日的遗传学的发展有其不可磨灭的贡献；从 1980 年初， C. Nesslein-Volhard 和 E. Weichaus 以果蝇作为发育生物学的模式动物， Drs. 利用其完备的遗传研究工具来探讨基因是如何调控动物体胚胎的发育， 也带动了 其它模式生物（线虫、斑马鱼、小鼠和拟南芥等）的研究，且有非常具体的成果。 通常用作遗传学实验材料的是黑腹果蝇（Drosophila melanogaster） 。用果蝇 作为实验材料有许多优点： ⑴饲养容易。在常温下，以玉米粉等作饲料就可以生长，繁殖。 ⑵生长迅速。 十天左右就可完成一个世代， 每个受精的雌蝇可产卵 400～500 个，因此在短时间内就可获得大量的子代，便于遗传学分析。 ⑶染色体数少。只有 4 对。 ⑷唾腺染色体制作容易。横纹清晰，是细胞学观察的好材料。 ⑸突变性状多，而且多数是形态突变，便于观察。 果蝇的生活史： 果蝇的生活周期长短与温度有密切关系。一般来说，30℃以上温度能使果蝇 不育或死亡，低温能使生活周期延长，生活力下降，饲养果蝇的最适温度为 20～ 25℃。 生活周期长短与饲养温度的关系 10℃ 卵→幼虫 57 天 幼虫→成虫 18 天 15℃ 20℃ 8天 6天 25℃ 5天 4天

果蝇在 25℃时，从卵到成蝇需 10 天左右，成虫可活 26～33 天。果蝇的生 活史如下：

1

雌蝇 →减数分裂 → 卵 受精 雄蝇 →减数分裂 →精子

第一批成虫 羽化（第八天） （可活 26～33 天） 产第一批卵

蛹（第四天）

第二次蜕皮 （第二天）

第一批卵孵化 （第零天）

第一次蜕皮 （第一天）

幼虫

果蝇的生活周期和各发育阶段的经过时间 果蝇的性别及突变性状的鉴别： 果蝇的每一体细胞有 8 个染色体（2n=8） ，可配成 4 对，其中 3 对在雌雄果 蝇中是一样的，称常染色体。另外一对称性染色体，在雌果蝇中是 XX，在雄蝇 中是 XY。 果蝇的雌雄在幼虫期较难区别，但到了成虫期区别相当容易。雄性个体一般 较雌性个体小，腹部环纹 5 条，腹尖色深，第一对脚

的跗节前端表面有黑色鬃毛 流苏，称性梳（Sex combs） 。雌性环纹 7 条，腹尖色浅，无性梳。 实验中选用的果蝇突变性状一般都可用肉眼鉴定，例如红眼与白眼，正常翅 与残翅等。 而另一些性状可在解剖镜下鉴定， 如焦刚毛与直刚毛等。 现列表如下： 实验中使用的果蝇突变品系 影响部分 翅 眼色 体色 刚毛 翅形 突变名称 残翅 白眼 黑体 焦刚毛 小翅 基因符号 vg w b sn m 染色体上座位 IIR 67.0 X 1.5 IIR 48.5 X 21.0 X 36.1

焦刚毛的基因座为 sn3, 本文简写为 sn。 2. 野生型果蝇为红眼、灰身、长翅、直刚毛，与这些性状对应的突变性状 很多，其中灰身（+）与黑身（b）是一对相对性状，且灰身对黑身为完全显性，

2

控制这对相对性状的基因位于第二号染色体上。 用具有这对相对性状的两纯合亲 本杂交，性状的遗传行为应符合分离定律。 3. 黑体果蝇的体色为黑色 （b） 与之相对应的野生型果蝇的体色为灰色 ， （+） ， 灰色对黑色为完全显性，控制这对相对性状的基因位于第二号染色体上；果蝇另 一突变性状为焦刚毛（sn） ，与之对应的野生型性状为直刚毛（+） ，控制这对相 对性状的基因位于第一号染色体上，直刚毛对焦刚毛为完全显性。用具有这两对 相对性状的纯合亲本杂交，其性状的遗传行为应符合自由组合定律。 4. 生物某些性状的遗传常与性别联系在一起，这种现象称为伴性遗传 （sex-linked inheritance） ，这是由于支配某些性状的基因位于性染色体上。果蝇 属 XY 型生物，共有四对染色体，第一对为性染色体，其余三对为常染色体。雌 果蝇的性染色体构型为 XX， 雄果蝇为 XY。 、 控制果蝇眼色的基因位于 X 染色体 上，在 Y 染色体则没有与之相应的等位基因。将红眼（+）果蝇和白眼（w）果 蝇杂交，其后代眼色的表现与性别有关。而且，正反交的结果不同。 5. 不完全连锁基因在形成配子时，随同源染色体非姊妹染色体单体之间发 生交换而交换， 产生一定频度的重组型配子， 在子代中表现一定比例的重组性状， 通过观察和统计测交子代各种表型的个体数，可估算出连锁基因间的交换率，由 此确定基因在染色体上的相对位置，绘制出连锁遗传图。已知果蝇（Drosophila melanogaster）的红眼（+）对白眼（w）是显性，直刚毛（+）对焦刚毛（sn） 是显性，长翅（+）对小型翅（m）是显性，控制这三对相对性状的基因都位于 X 染色体上，若将白眼（w） 、焦刚毛（sn） 、小型翅（m）三隐性突变体雌蝇（Xw sn m w sn m X ）与红眼（+） 、直刚毛（+） 、长翅（+）野生型雄蝇（X+++Y）杂交， 。由于 Y 染色 则 F1 可产生三杂合体雌蝇（Xw sn mX+++）和三隐性雄

蝇（Xw sn mY） 体上不携带相应的等位基因，因而表现出 X 染色体上三个隐性基因所控制的性 状，相当于一个三隐性纯合体。用 F1 代杂交（相当于测交）,F2 代表现出的 8 种 表型及数目与 F1 雌蝇产生的 8 种配子及数目一致，通过观察和统计 F2 代（相当 于测交子代）8 种表型的个体数，就可估算出这三对基因间的交换率，由此确定 这三对基因其在染色体上的相对位置，绘制出连锁遗传图。

【实验材料】 实验材料】 不同品系的黑腹果蝇； 黑身果蝇（b） ：黑体、红眼、长翅、直刚毛（bb ++ ++ ++）品系； 三隐果蝇：灰体、白眼、小翅、焦刚毛（++ ww snsn mm）品系。 实验用具、药品： 双筒解剖镜，镊子，解剖针，毛笔，白瓷板，吸水纸，培养箱，饲养瓶（指 管） ，麻醉瓶，棉花，乙醚，酒精，丙酸，培养基等。

【实验操作】 实验操作】 （一）果蝇实验技术 1. 麻醉：对果蝇进行检查时，用乙醚麻醉，使果蝇处于昏迷状态。使用时 ，麻醉瓶 将乙醚（2～3 滴）滴到麻醉瓶的棉花球上（注意不要让乙醚流进瓶内）

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要保持干燥，否则会粘住果蝇翅膀，影响观察。麻醉果蝇时，先将长有果蝇的培 养瓶在海棉垫上敲， 使果蝇全部震落在培养瓶底部， 然后迅速打开培养瓶的棉塞， 把果蝇倒入去盖的麻醉瓶中，并立即盖好麻醉瓶，待果蝇全部昏迷后，倒在白瓷 板上进行观察。 果蝇的麻醉程度看实验要求而定，对仍需培养的果蝇，以轻度麻醉为宜。但 对不再培养，单单进行性状观察的果蝇可以深度麻醉，甚至致死也无妨（果蝇翅 膀外展 45°角，说明死亡） 。检查完毕后，把不需要的果蝇倒入盛有煤油或酒精 或水的瓶中（死蝇盛留器） 。 2. 果蝇交配：将雌雄果蝇放在一起培养，雌蝇的生殖器中有贮精囊，可保 留交配所得的大量精子，雌蝇一次交配所得的精子，足够它多次排出的卵受精， 因此在做杂交试验时，雌蝇必须选用处女蝇（没有交配过的雌蝇） 。雌蝇孵出后 12 小时内不会交配，这个时间内把果蝇全部倒出，分出雌雄蝇，单独饲养，这 时收集的雌蝇是处女蝇。杂交时把所需品系的雄蝇直接放到处女蝇培养瓶中，贴 好标签，注明两亲本的基因型及交配日期，进行培养。7～8 天后倒掉亲本（一 定要倒干净，以免亲代和子代混淆） ，待 F1 成蝇羽化后开始计算，观察性状。可 靠的计数及观察是培养开始的 20 天以内 （再晚 F2 也可能有了） 若须继续实验， 。 观察 F2，可在 F1 内挑出雌雄数对，另外培养，因为这次是用 F1 作亲本，进行 个体间互交，所以这时不是处女蝇也可以。但如要把 F1 雌蝇与另一品系雄蝇杂 交时，还要严格地选取处女

蝇，方法同上。 3. 原种培养 在作新的留种培养时，应事先检查一下果蝇有没有混杂，以防原种丢失。亲 本的数目一般每瓶 5～10 对，移入新瓶时，须将培养瓶横卧，然后用毛笔将麻醉 的果蝇从白瓷板上轻轻扫入，待果蝇醒过来后再把培养瓶竖起，以防果蝇粘在饲 料上。 原种每 2～4 周换一次培养基 （依温度而定， 10～15℃约 4 周换一次， 20～ 25℃约二周换一次） 。每一原种培养至少保留两套，培养瓶的标签上要写明突变 名称，培养日期等。作原种培养温度可控制在 10～15℃，培养时避免日光直射。 果蝇在适宜条件下会产子代，在肉眼能看到幼虫时就可把亲本倒掉，几天以 后，新的成蝇便产生。待成蝇有了足够保种的数量后，要调换培养瓶，作为下一 代的亲本，继续培养。 原种果蝇培养遇到的麻烦是饲料发霉。发霉的原因很多，如用具没有灭菌， 空气污染，亲本不及时倒掉，都会引起饲料发霉。严重的霉菌污染会影响果蝇的 生长。饲料中加丙酸可以抑制霉菌，但并不能完全制止。发现培养瓶中有少量霉 点时可用烧过的解剖针挑出。若大量霉菌污染，可把果蝇全部倒在一个消毒过的 空指管中，让它活动 2～3 小时，换一支指管，再活动 1～2 小时，而后倒入一支 新的培养瓶中继续培养，这样可以防止霉菌污染。

4

原种保存遇到的另一个问题是混杂，几个不同品系的果蝇在一起培养，一定 要防止混杂。培养瓶的塞子要做得紧些，不使果蝇逃出。调换培养瓶时，要防止 果蝇飞散。 外逃的果蝇要打死。 发现了混杂的原种， 要根据原种果蝇的全部特征， 挑出数对雌雄蝇饲养，进行筛选直到完全没有分离为止。这样做，费时费力，只 是在不得已时才采用。一般混杂时，只要方便，可以重新引种，将混杂种弃去。 （二）果蝇杂交实验 （1）果蝇的性状观察、性别鉴定及饲养。 （2）选取杂交亲本中所用的母本必须是处女蝇。刚羽化的雌蝇在 12h 内一般 无交配能力。在杂交前放出亲本培养瓶中的所有成蝇，每隔 10～12h 收集一次羽 化的成蝇，并将雌雄蝇分开饲养。收集处女蝇数量的多少根据需要而定。 （3）麻醉接种 用黑身果蝇与三隐果蝇杂交，正反交同时进行。即三隐♀× 黑身♂，黑身♀×三隐♂。 将所选处女蝇按品系分别麻醉，按不同杂交组合分别选取雌、雄蝇各 6～10 只移入杂交瓶中，为了防止昏迷果蝇被培养基粘住，可将培养瓶放倒，将果蝇置 于瓶壁，待其苏醒后再将培养瓶直立，贴上标签：

正交 +++ X ×bbX Y♂ 反交 w-m-sn X × BBX Y♂

+++

w-m-sn w-m-sn

+++

♀BBX 日期： 姓名：

♀bb X 日期： 姓名：

将杂交瓶放在 20℃～25℃恒温箱内

培养。 （4）培养 7～8d，倒掉杂交亲本（倒掉的果蝇最好处死） 。 （5）再过 4～5d，F1 代成蝇出现，观察 F1 代性状是否和预期结果一致。 （6）收集 6～10 对 F1 代果蝇放入一新培养瓶，在 20℃～25℃恒温箱内继续 。 培养，以便观察 F2 代（正反交作相同处理） （7）继续培养 7～8d 后，移去 F1 代。 （8） 4～5d， 2 代成蝇出现， 再 F 开始观察并统计 F2 代的性状表现类型及数目。 【结果统计分析】 结果统计分析】

（一）数据记录 灰体 正 红、长、直 白、 焦 小、 白、 直 长、 红、 焦 小、 红、 焦 长、 交 ♀ ♂ ♀ 561 397 113 99 22 ♂ 426 362 77 96 17 3856 3098 760 718 151 ╋ ╋ ╋ 1622 1247 ━ ━ ━ 1185 1154 ━ ╋ ╋ ╋ ━ ━ ╋ ╋ ━ 309 264 63

5

黑体 合计

261 259 49

白、 直 小、 红、 直 小、 白、 焦 长、

━ ━ ╋ ╋ ━ ╋ ━ ╋ ━

81 311 341

97 315 245

26 127 131

36 128 75

240 881 792 10496

体色合计 性别合计 性别合计

7803

2693

4176 3627 1476 1217 ♀ 5652 ♂ 4844

灰体 反 红、长、直 白、 焦 小、 白、 直 长、 红、 焦 小、 红、 焦 长、 白、 直 小、 红、 直 小、 白、 焦 长、 交 ♀ ╋ ╋ ╋ 3558 ━ ━ ━ ━ ╋ ╋ ╋ ━ ━ ╋ ╋ ━ ━ ━ ╋ ╋ ━ ╋ ━ ╋ ━ 145 46 73 41 13 157 61 4094 ♀ ♂ 1437 914 205 195 88 73 318 274 7598 3504 5587 ♀

黑体 合计 ♂ 481 313 74 62 41 35 125 77 2701 1493 ♂ 1208 4712 10299 6629 1494 352 356 201 133 696 438 1153 122 27 26 31 12 96 26

体色合计 性别合计 性别合计

（二）统计分析 1.分离定律 图谱分析 P: F1: F2：

BB（灰体）× bb（黑体） Bb(灰体) 自交 Bb bb 黑体 ： 1 2693 ： 1 2701

6

BB 灰体 3 7803 2.90 7598

理论 实际

比值： 正交数量： 比值： 反交数量：

比值： χ2 检验 基因 F2 表型 实得数 O 预期数 E χ2 P（n=1） 基因 表型 实得数 预期数 χ2 P（n=1）

2.81

：

1

正交

反交

体色基因（B/b） 灰体 黑体 合计 7803 2693 10496 7872 2624 10496 2.4192 0.10—0.50(>0.05)（差异不显著） 体色基因（A/a） 灰体 黑体 合计 7598 2701 10299 7724.25 2574.75 10299 8.2540

2.自由组合定律 图谱分析 正交： P: 灰体焦刚毛（BBXsnXsn）× 黑体直刚毛（bbX+Y） F1: F2 ： sn sn bbX X bbXsnY 灰体直刚毛 比值： 3 数量： 4243 比值： 3.54 反交： P: F1: F2 ： + + bbX X BBX+X+ BbX+Y 黑体直刚毛 1 ： 1494 1.25 ： 灰体焦刚毛 黑体焦刚毛 3 ： 1 3560 1199 2.97 ： 1 BBX+Xsn BbX+Y BbX+Xsn × BbXsnY BbX+Xsn BBXsnXsn BbXsnXsn BBXsnY BbXsnY bbX+Xsn bbX+Y

BBX+Y

理论 实际

：

：

黑体直刚毛（bbX+X+）× 灰体焦刚毛（BBXsnY） BbX+Xsn × BbX+Y BbX+X+ BBX+Xsn BbX+Xsn BBXsnY

7

bbX+Xsn bbX+Y

BBX+Y

BbXsnY

bbXsnY 灰体直刚毛 比值： 9 数量： 5807 比值： 8.32 χ2 检验 表型 黑体直刚毛 1494 1312 合计 104

96 10496 黑体直刚毛 灰体焦刚毛 黑体焦刚毛 3 ： 3 ： 1 2003 1791 698 2.87 ： 2.57 ： 1

理论 实际

：

：

正 交

反 交

实得数 预期数 χ2 P（n=3） 实得数 预期数 χ2 P(n=3) 3.伴性遗传 图谱分析

灰体直刚毛 4243 3936

5807 5793.1875

灰体焦刚毛 黑体焦刚毛 3560 1199 3936 1312 94.8463

10299 10299

P： 白眼）

正交 X X （雌白眼）× X+Y（雄红眼）

w w

反交 X X （雌红眼）× XwY（雄

+ +

F1: X+Xw（雌红眼）× XwY（雄白眼） 红眼） 理论： 1 ： 1 实际： 25 ： 16 F2： XwY X+Xw XwXw X+Y XwY

X+Xw（雌红眼）× X+Y（雄 1 30 X+X+ ： ： X+Xw 1 29 X+Y

理论 实际

雌红眼 雌白眼 雄红眼 雄白眼 1 ： 1 ： 1 ： 1 3069 ：2583 ：2537 ：2307

雌红眼 雄红眼 雄白眼 2 ： 1 ： 1 5135 ： 2747 ： 1965

χ2 检验 红眼 正 F1 表型 雌 雄

8

白眼 合计 雌 雄

交

F2

F1 反 交

F2

实得数 预期数 χ2 P（n=1） 表型 实得数 预期数 χ2 P(n=3) 表型 实得数 预期数 χ2 P（n=1） 表型 实得数 预期数 χ2 P（n=2）

25 20.5

雌 3069 2624

雌 30 29.5

雌 5135 4923.5

0 16 0 20.5 1.9756 0.1—0.5(>0.05)（差异不显著） 雄 雌 雄 2537 2583 2307 2624 2624 2624 117.2880 0.05)（差异不显著） 雄 雌 雄 2747 1965 2461.75 2461.75 142.3761

0 0

41 41

合计 10496 10496

合计 59 59

合计 9847 9847

4.连锁交换定律 利用正交数据进行统计可知，表型+ + sn 和 w m +个体数目最少，应是双交 换产物，由此可以推论，基因 sn 一定位于中间，而三基因的相对顺序是 w sn m 三点测交结果统计 重组发生在基因 F2 表型 数量 比例 w—sn sn—m w—m 3856 +++ 66.25％ 3098 w sn m 881 ++m 15.94％ √ √ 792 w sn + 718 + sn m 14.08％ √ √ 760 w++ 151 + sn + 3.73％ √ √ 240 w+m 总计 10496 1 交换值 w-m sn-m w-sn 并发率 干扰 30.02％+2×3.73％＝37.47％ 19.66％ 17.81％ 1.07 -0.07

9

17.81％

19.66％ 图距 37.47 19.66 17.81

30.02％ 理论值 34.6 15.1 19.5

染色体图 w 17.81

sn 19.66 33.4

m

理论连锁图 w 15.10

sn 19.60 34.60

m

【分析及讨论】 分析及讨论】 1.分离定律的验证：果蝇的体色是一对独立遗传的常染色体基因。对于这对 基因来说，自身遵守分离定律，且正反交表型比率相同。但是针对实验得到表型 比率来看，相差比较大。单因子适合度测验主要是来验证分离定律。在χ2 适合 度检验中我们发现，正交的结果 P 值>0.05，说明实验得到的数据与理论的数据 相差不大，支持最初的假设。但是对于反交来说，得到的 P 值

刚毛是两对独立遗传的基因，刚毛基 因位于 X 染色体上。因此，对于这两对基因来说，自身遵守自由组合定律，且 F2 正反交表型比率不同，通过图谱分析，我们得到正交表型比率（灰体直刚毛： 灰体焦刚毛：黑体直刚毛：黑体焦刚毛）分别为 3:3:1:1 和 9:3:3:1。在双因子χ2 适合度检验中，正反交的结果 P 值均0.05，符合 伴性遗传规律，而 F2 代 P 值均

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辨错误使结果出现误差。 4.连锁交换定律的验证： 由以上分析数据可以看出，本组实验结果与理论值较为接近，尤其是 sn—m 基因间的图距。产生数据偏差的原因可能是进行实验的环境条件有差异，我们知 道不同环境条件下的重组值是有变化的。而且进行三点测交实验数据越多越精 确，实验室中果蝇数目有限这就使偶然因素引起的误差的影响力加大，也是导致 结果与理论值有偏差的原因之一。加之三隐性个体的生存力很弱，在幼虫密度较 高时易在自然选择中被淘汰，在实验中此因素也有可能引起误差。而且观察果蝇 时，有一些观察不到放走的，死掉的或者没有观察清楚的等等。但是虽然定量结 果存在一定偏差，但是此实验还是可以准确地反映三个基因的连锁位置关系。根 据本组实验数据计算出的并发率近似等于 1，距此可判断此三个基因间不存在干 扰。

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