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教研論文

黑腹果蠅近交衰退的實驗研究

腹果蠅近交衰退的實驗研究

婚姻法規定禁止近親結婚,其遺傳依據是因為近親夫婦從共同祖先那里獲得了較多相同的基因,這大大增加了后代患隱性遺傳病的概率[1]。親緣關系較近的親本交配,破壞了多基因平衡,有害的隱性基因更易于顯出作用,因此其后代的適應性、可育性及生活力減弱,稱為近交衰退,常見于自然界隔離的動植物種群和家養的牲畜中,對種群的可持續性和農牧業生產造成了較大的不利影響。本實驗通過比較野生黑腹果蠅和近交系果蠅的耐熱性,證明了近交對生物個體適應性的潛在影響。果蠅繁殖力強、易于培養、世代間隔短,且本實驗操作簡單,結果較明顯,適合在中學教學中作為課外實驗,幫助中學生進一步理解近交的危害。

1 實驗材料

果蠅玉米粉培養基[2](瓊脂1.5 g、蔗糖13 g、玉米粉17 g、酵母粉1.4 g、丙酸1 ml、水150 ml,121°C高壓滅菌15分鐘),野外采集的黑腹果蠅,乙醚,顯微鏡,錐形瓶,棉塞,試管,恒溫水浴鍋。

2 實驗方法

2.1 雌雄果蠅的鑒別

將野外采集的黑腹果蠅置于錐形瓶中,迅速用沾有乙醚的棉塞塞緊瓶口,待果蠅輕度麻醉后,在顯微鏡下鑒別雌雄。雌果蠅的腹部末端稍尖且有3條黑色環紋,而雄果蠅的腹部末端鈍圓,有5條環紋,且其第一對足的第一跗節處有性梳[2],如圖1所示。

 

1 雌雄果蠅的差異

A、B分別為雌果蠅和雄果蠅的腹部,C、D為雄果蠅的性梳)

2.2 果蠅近交系的建立

選取3對野外采集的雌雄果蠅置于培養瓶中,25、12 h/12 h光暗交替培養7-8 d,待瓶壁上出現黑色的蛹時,放出親本果蠅。繼續培養3 d左右,果蠅蛹羽化為成蟲,此即F1代果蠅。挑取F1代雌雄果蠅,按上述方法進行培養,連續全同胞交配五代后,即形成近交系果蠅。

2.3 野生型果蠅和近交系果蠅耐熱性的比較

本實驗共設置10組,每組選取30只野生型雌果蠅和近交系雌果蠅,分別放入兩只試管中,并將試管置于38的恒溫水浴鍋中1 h。熱刺激后,將果蠅于常溫下恢復30 min,統計活躍果蠅和昏迷果蠅的數量,鑒定標準為試管水平放置或輕微旋轉時,活躍果蠅依舊立于管壁,昏迷果蠅則落入管底。

2.4 數據分析

以四格表的形式記錄每組實驗數據,并按如下公式對實驗數據進行卡方檢驗,驗證實驗結果是否具有統計學意義。

1 四格表的格式

組別

昏迷果蠅

活躍果蠅

合計

對照組

a

b

a+b

近交組

c

d

c+d

合計

a+c

b+d

a+b+c+d/n

 

3 實驗結果

對照組和近交組果蠅的耐熱程度如表2所示,對照組中共有13.6%的果蠅在熱刺激后昏迷,而近交組中的昏迷果蠅占74.6%。對每組數據進行卡方檢驗,在EXCEL中用chidist函數確定P值遠遠小于0.05,說明近交引起的耐熱性差異具有統計學意義,近交使得果蠅在熱環境下的存活能力降低。

 

 

 

2 對照組和近交組果蠅耐熱性的比較

 

組別

對照組

近交組

c2

P

活躍

昏迷

活躍

昏迷

1

27

3

6

24

29.70

5.04×10-8

2

27

3

13

17

14.70

1.26×10-4

3

29

1

7

23

33.61

6.73×10-9

4

29

1

11

19

24.30

8.24×10-7

5

28

2

6

24

32.85

9.96×10-9

6

17

13

5

25

10.33

1.30×10-3

7

23

7

3

27

27.15

1.88×10-7

8

27

3

7

23

27.15

1.88×10-7

9

28

2

14

16

15.56

7.99×10-5

10

24

6

4

26

26.79

2.27×10-7

總計

259

41

76

224

226.34

3.75×10-51

4 分析與討論

通過本實驗,學生直觀地觀察到近交使生物個體的耐熱性降低,從而進一步理解了近交衰退的概念。近交對生物個體適應性的影響隨著物種、品系和性別的不同而存在差異,故本實驗為方便操作,全部選用雌果蠅為實驗材料,學生可另行實驗測定雄果蠅的耐受溫度。學生通過親身實驗,建立近交系果蠅,鍛煉了科學思維和實驗操作能力,除此之外,學生對親自獲得的實驗數據進行卡方檢驗,不僅明白了統計學的重要性和方法,更激發了其實驗研究的熱情。教師可引導學生將全球變暖這一環境壓力和近交結合起來,討論這兩種因素對自然界中種群的基因多樣性和適應能力的影響,引起學生對群體遺傳學的興趣。

                           主要參考文獻

1.楚玉榮,官凌濤,楚智慧,近親結婚的危害與遺傳病的發病率.生物學教學, 2004. 29(2): p. 55-56.

2.祝水金, et al.,遺傳學實驗指導. 2005:中國農業出版社.

 

[]:發表在《中學生物學教學》(下半月)2012年第8

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