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。

圖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。

表1 四格表的格式

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。

表2 對照組和近交組果蠅耐熱性的比較

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.

[注]：發表在《中學生物學教學》（下半月）2012年第8期