实验六：果蝇的数量性状遗传

实验六果蝇数量性状的遗传
一、目的：
1、以果蝇（Drosophila melanogaster）腹片着生的小刚毛为对象，研究数量性状遗传的特点。

2、学习估算统计遗传学基本参数——遗传率（heritability）
二、原理：
1、在生物中凡是可数、可度、可衡等并可用数字形式描述的形状，称数量性状。

数量性状大都由多基因控制。

2、数量性状的变异由可遗传的变异和不可遗传的变异组成，因为控制同一数量性状的基因数目很多，而每个基因的作用很小，并且很容易受环境影响。

群体的表型变量通常呈连续分布。

因此，对数量性状遗传的分析，要运用数理统计的方法来操作。

3、果蝇的第四腹板和第五腹板上的小刚毛数就是典型的数量性状，不同的个体小刚毛数不同。

本实验采用不同品系果蝇的杂交后代为研究材料，在恒温培养下，从F2代开始观察雌雄果蝇不同个体的小刚毛数（因为考虑到F1代还未完全出现性状分离，故从F2代开始计数），并且选择刚毛数最多和最少的♀、♂个体分别进行杂交，计算产生的F3代的小刚毛数，最后根据以下公式估算遗传率。

即H2= ΔG/ σpi
式中σp为标准差，i=ΔP/σp为标准选择差，ΔP为子代平均值―亲代平均值，ΔG为遗传获得量。

说明：
在多基因遗传中，遗传因素所起的作用称为遗传率，一般采用百分比来表示。

遗传率是一个统计概率，只能运用于群体而不能用于个体。

遗传率有广义遗传率和狭义遗传率之分，广义遗传率是指遗传方差在总的表现型中所占的比率；而狭义遗传率是指计算基因的相加效应的方差VA在总的表型方差中所占百分率。

记作：
狭义遗传率＝相加的遗传方差/表型方差＝相加的遗传方差／(相加的遗传方差＋显性的遗传方差＋环境方差)。

但不管是广义遗传率还是狭义遗传率都涉及方差，方差是反映观察娄同平均数之间的变异程度。

观察娄同平均数之间的偏差越大，方差就越大，也就是观察的离散度大，其分布范围广；方差小，则表示各个观察值之间比较接近。

方差可用变数同平均数之间偏差的平均平方来表示。

记作：S2，如写成公式则是：
S2=∑(X—¯X)2/n
需要注意的是，公式中的分母n，只限于平均数是由理论假定的时候才适用。

如果平均数是从实际观察数计算出来的时候，则分母应该是(n-1)。

三、仪器、设备、试剂及材料：
仪器及设备：双筒解剖镜，照明装置，麻醉瓶，白瓷板，镊子，棉塞，小
指管，恒温培养箱
试剂：乙醚或三乙基胺
材料：黑腹果蝇，盛有培养基的饲养瓶
四、方法与步骤
1、把两个品系果蝇的杂交而得F2成蝇，随机选出处女蝇和雄蝇各20只，
用乙醚适度麻醉，在40倍显微镜下计算♀、♂蝇第四、第五腹板上的小刚毛数并相加计数，完毕后装入小指管里贴上标签（标明性别、两腹板小
刚毛合计数）。

图1：雌雄果蝇的第四、第五腹板示意图
说明：
实验室中维持多年的系统，因近交系数高，缺乏遗传的变异，所以不合适。

应该利用野外采集的果蝇或者把两个实验室品系杂交，再把F1个体相互交配，利用他们的F2代。

因为考虑到F1代还未完全出现性状分离，故从F2代开始计
数。

培养时，幼虫应避免过密，在20℃或稍低温度下培养，这样成虫个体大，容易观察和计数。

2、分别从上述20只蝇中选出小刚毛数最多和最少的♀、♂蝇各2只。

3、把小刚毛数最多的♀、♂各1只配成一杂交组合，小刚毛次多的♀、♂各1只配成一杂交组合（作备用），小刚毛数最少的♀、♂各1只配成另一组合，小刚毛数次少的♀、♂各1只再配成一杂交组合（作备用）。

4、把配好的杂交组合，放在20℃培养箱中培养3－4天，待看到产下适当多的卵后把亲本倒去。

5．培养两周后，把所有成虫倒出试管中进行麻醉，分别观察♀、♂蝇小刚毛数，做好记录并进行统计。

（考虑到要统计的20只果蝇并不是在同一天羽化出来，故要采取每隔1----2天进行统计的分段计数法，直到统计满20只为止）
说明：
本实验中F2代雌雄果蝇中小刚毛说最多、最少分别是：40、31、33、22，雌雄次多、次少分别是38、33、32、23。

故F3代的果蝇是向多方向选择：♀40
x ♂33、♀38 x ♂32
和向少方向选择♀31 x ♂22、♀33 x ♂23。

由于最多和最少的组合果蝇即够数，故没有计数次多和次少组合的。

五、实验数据的处理
亲代的平均和方差、高低两个方向的两个选择系统的平均和方差如下表所示。

在本实验中，向俩个方向进行选择，假定两个选择效应相等，则两个系统的平均值之差（H ——
- L ___
）是遗传获得量（ΔG ）的两倍，雌雄平均值明显不同，但计测的雌雄数目相同，所以取其平均值。

即2ΔG =H ——
- L ___
表型标准差σp 在一代选择中是基本没有变化的，所以亲代与子代的方差平均可以估计表型标准差，即
σp =（Vp ）1/2
由以上数据得到
2ΔG =H ——
- L ___
=1/2 x （37.75+26.4）─1/2 x(33.9+22.75)=3.75
ΔG =1.875
Vp=1/6 x （5.49+4.12+1.99+11.73+1.48+2.76）=4.595
σp =（Vp ）1/2=（4.595）1 /2=2.144
选择标准差（i ）可以求得，但根据正态分布的性质，也可以由入选亲本的比例决定，也就是说可以从理论上求得。

在本实验中，选出的亲本较少，其平均值不很准确，，所以用理论值。

本实验是从20只中取出2只时，选择强度为0.1，根据上表得到理论值
i=1.638。

由此计算本实验的遗传率:
H2= ΔG/ σpi
H2=1.875 /2.144 x 1.638=0.534
六、实验结果讨论
果蝇的小刚毛数在亲代(F2)中雌雄不同性别相差很大，平均相差值达到8左右，特别是在子代（F3）中向多方向选择的雌果蝇刚毛数比向少方向选择的雄果蝇刚毛数平均多出15左右。

另外，在果蝇小刚毛数的统计中，我认为亲代表现的离散度比较适中，但在子代中都趋于密集，只有极个别个体的小刚毛数与其他的果蝇明显不同，这或许是环境因素都比较适宜而且具有明确的选择方向而导致的。

但通过对整个实验数据的分析，我认为本实验的数据还是可行的。

七、结论
本实验计算得到遗传率=0.534，0.534大于0.5，说明在果蝇刚毛数这一性状遗传中，由亲本遗传下来的基因所起的作用占主要作用，但是遗传率为0.534，说明环境因素的作用是非常明显的。

这就证实了数量性状的变异由可遗传的变异和不可遗传的变异组成，而且控制同一数量性状的基因数目很多，而每个基因的作用很小，并且很容易受环境影响的论点。

总体来说，本实验是成功的，数据也与预期数据相符合，具有一定的参考价值。

八、作业与思考题
1、简述果蝇的麻醉操作过程，如何判断果蝇已麻醉死亡？
答：果蝇具有趋光性，并且喜欢向上爬。

利用这些特性，我们就能很方便地将果蝇转移到麻醉瓶中进行麻醉。

1. 轻拍培养瓶，使果蝇落于培养瓶底部；
2. 右手两指取下培养瓶塞，将培养瓶与麻醉瓶紧密对接；
3. 左手握紧两瓶接口处，倒转使培养瓶向上；
4. 右手轻拍培养瓶将果蝇震落到麻醉瓶中；
5. 分开两瓶，将瓶盖各自盖好；
6. 将麻醉瓶的果蝇轻拍到瓶底，迅速拔出塞子，滴上几滴乙醚，重新塞上麻醉瓶，平放在桌面上；（不能将培养瓶竖立，以免果蝇落入培养基中不便取出）
7. 半分钟后，观察果蝇，不再爬动，并在瓶壁上站不稳，麻醉完成。

如果果蝇的翅膀与身体呈45 °角翘起，表明麻醉过度，不能复苏而死亡。

2、什么是数量性状，数量性状与质量性状之间有什么区别和联系？试述二者
的遗传学本质。

答：在生物中凡是可数、可度、可衡等并可用数字形式描述的形状，称数量性状。

数量性状与质量性状都遵循门德尔定律，二者既有差别又有联系。

具体表现在：
1.遗传性状表现为不连续分布的为质量性状，表现为连续分布的为数量性状。

2.支配数量性状和质量性状的基因数目不同，支配质量性状的是单对基因，支配数
量性状的则是多对基因，因此数量性状的杂种后代基因型的比率非常复杂，需用
数学统计的方法从总体效应进行分析。

3.数量性状或者质量性状的区分并不是绝对的，有时可以相互转化。

但其二者的遗
传学本质都是对生物的遗传现象进行分类处理，以便能够以其作为研究生命起源
的工具。

九、参考文献
【1】杨业华.普通遗传学（第二版）.高等教育出版社，2006:61-85.
【2】刘庆昌.遗传学（第二版）.科学教育出版社，2010:59-81.
【3】刘祖洞.江绍慧.遗传学实验（第二版）.高等教育出版社，1987.。