实验目的

1.以黑腹果蝇腹片上着生的小刚毛为研究对象，理解数量性状遗传的特点和规律。

2.学习数量性状分析方法，估算统计遗传学基本参数——遗传率。

实验原理

在生物中，有些性状可用某种尺度来度量并可用数字形式来加以描述，如果蝇的体长、发生量、小刚毛数量等，这样一类性状称为数量性状（quantitative characteristics）。数量性状大都受多基因（又称为微效基因）的联合控制。多基因中的每一对基因对性状表型的表现所产生的效应是微小的，同时多基因又对环境较敏感，导致数量性状的表现容易受环境因素的影响而发生较大的变化。因此，数量性状的变异由遗传的变异和非遗传的变异组成，群体的表型变量通常呈连续分布。基于此，用通常的遗传学方法就不能对多基因予以个别辨认，只能按性状的表现一并研究。在数量性状的遗传分析方面，常采用数理统计的方法。

在对数量性状进行遗传分析时，必须判断并量化影响一个数量性状表现的遗传效应和环境效应。遗传率（heritability）就是描述数量性状遗传规律的遗传参数之一。本实验介绍一种通过选择实验估算遗传率的方法。

在群体中对某性状进行选择，挑选出一定比例的处于该性状的表型值正态分布最上端（上向选择）或最下端（下向选择）的个体。由这些入选的极端类型的个体繁育产生下一代。下一代的群体平均值一般向选择的方向移动，移动的范围跟亲代群体的相加遗传方差成正比。现在设亲代群体的平均值为P0，中选个体构成的群体（中选群体）的平均值为PS，则PS-P0=ΔP，表示所加的选择强度，称为选择差（selectiondifferential）。ΔP以标准差（σp）为单位来表示，即ΔP/σp=i（i称为标准选择差）。设中选群体后代的平均值为P1，P1-P0=ΔG，这是由选择而产生的群体平均数的变化量，称为遗传获得量（geneticgain）或遗传进度。由数量遗传学知识可知：ΔG=h2ΔP=h2σpi。

由此可得

也就是说，在进行人工选择时，可以利用观察到的遗传进度估算出遗传率。它表示每个单位的选择差所获得的一代遗传进度。这里估算出来的是狭义遗传率，这时特称“实现遗传率”（realizedheritability）。

黑腹果蝇（Drosophila melanogaster）第4腹板和第5腹板上的小刚毛数是典型的数量性状，不同的个体小刚毛数不尽相同。本实验以黑腹果蝇腹生小刚毛数为研究对象，观察选择作用在各个世代中引起的小刚毛数的变化，从而预测选择作用的一代遗传进度，估算实现遗传率。

实验用品

1.材料

野外采集的黑腹果蝇，或把两个不同的实验室品系杂交，所得F1代个体再相互交配，利用它们的F2代进行实验分析。

2.试剂

乙醚、乙醇、水、琼脂、蔗糖、玉米粉、酵母粉、丙酸。

3.器具

恒温培养箱、光学显微镜、双目解剖镜、电子天平、高压灭菌锅、白瓷板、镊子、毛笔、解剖针、无菌麻醉瓶、无菌果蝇培养瓶（三角瓶和平底试管）、小指管、死蝇盛留器、海绵垫、脱脂棉、医用纱布、标签纸、牛皮纸、棉线绳、橡皮筋等。

实验操作程序

1.亲代群体和中选群体的确定

以两个近交系杂交所得到的F2群体作为亲代群体，从中随机地选出处女蝇和雄蝇各20只，分批次轻度麻醉，在光学显微镜下计数第4、5腹板上的刚毛总数（图5-1）。再分别选出刚毛数最多（上向选择）的雌雄果蝇各2只，刚毛数最少（下向选择）的雌雄果蝇各2只。把计测过的果蝇放入指管，每管一只，做好标记。将刚毛数多的和刚毛数少的各取雌雄2只移入新的培养瓶内，放入20℃恒温培养箱培养，使之交配。在第2～3d确实看到产卵后，移去亲代果蝇。这样完成了刚毛数多的一代选择与刚毛数少的一代选择。

图5-1　黑腹果蝇的腹部腹板图
（引自周洲等2013）

2.后代表型数据统计

第二代果蝇羽化后，分别从两个培养瓶中随机地取出雌雄果蝇各20只，计测刚毛数（表5-1）。

3.统计分析

根据统计数据，计算出亲代的刚毛数平均数和方差以及上下两个方向选择系统的刚毛数平均数和方差（表5-2）。

预期实验结果与分析

1.根据实验观察和统计结果，完成表5-1和表5-2。

表5-1　黑腹果蝇第4、5腹板小刚毛总数统计表

(www.daowen.com)

表5-2　对黑腹果蝇的第4、5腹板小刚毛数进行一代选择实验的结果

2.估算实现遗传率

在这个实验中，假定上下两个方向的选择效应是相等的，则两个选择系统的平均数之差（H–L）是遗传获得量（ΔG）的两倍（H、L分别表示上下两个选择系统的平均数）。虽然雌雄平均数明显不同，但计测的雌雄数是相同的，所以取其平均数。

2ΔG=H-L　　ΔG=（H-L）/2

由于表型标准差（σp）在一代选择中基本上没有变化，所以可以从亲代与子代的方差平均数（Vp）估算表型标准差，即：

标准选择差（i）可从实测数据求得。但根据正态分布的性质，也可由中选亲体的比例决定，也就是说可从理论上求得。本实验选出的亲本果蝇数少，其平均值不是很可信，所以通常用理论值（表5-3）。

表5-3　标准选择差（i）理论值

在本实验中，群体大小是20只，选择数量是2只，所以选择率为10%，查表得i=1.638。

实现遗传率是：

要点及注意事项

1.实验室中维持多年的黑腹果蝇品系，因近交系数高，缺乏可遗传的变异，所以不适合用于数量性状的遗传分析。

2.培养供试果蝇时，幼虫期应避免温度过高，最好在20℃左右饲养，这样成虫个体大，容易观察和计数腹板上的小刚毛。

3.雌雄果蝇腹板的位置稍有不同，在统计时需仔细辨认，以免出错。

4.在轻度麻醉状态下，同时计测20只或更多果蝇腹板小刚毛数是比较困难的，建议边麻醉边计测，切记不能麻醉过度。

作业与思考题

1.收集全体学生的实验数据，把刚毛数的个体变异作成频度分布图，判断是否符合正态分布。

2.计算实现遗传率。根据每个人求得的遗传率，计算标准差。

3.什么是数量性状？简述数量性状与质量性状之间的主要异同点，并描述二者的遗传学本质。

参考文献

1.盛志廉，陈瑶生．数量遗传学［M］.北京：科学出版社，1999.

2.刘祖洞，江绍慧．遗传学实验［M］.2版．北京：高等教育出版社，1987.

3.郭善利，刘林德．遗传学实验教程［M］.2版．北京：科学出版社，2010.

4.李雅轩，赵昕．遗传学综合实验［M］.2版．北京：科学出版社，2010.

5.王建波，方呈祥，鄢慧民，等．遗传学实验教程［M］.武汉：武汉大学出版社，2004.

6.周洲，程罗根．遗传学实验［M］.北京：科学出版社，2013.

（孙英莉）