遗传学实验读书笔记

第一篇：遗传学实验读书笔记

读《生物学思想的发展史》

从古至今，很多人对生物学进行了阐述，其中也发展起来了一门学科叫做遗传学，从希波克拉底认为“从身体各个部分产生的‘种子物质’由体液运到生殖器官受精作用就是父母的种子物质互相混合。”亚里士多德认为“雌性总是提供材料，雄性则提供塑造材料成形的工具；就我们看来，这就是雌雄性的特点：雄性之所以是雄性和雌性之所以是雌性。”到现代的遗传学里“基因”、“染色体”的概念的提出，遗传学经历了2000多年的发展，但是在18世纪以前，人们脑海里的关于遗传学的概念一直都是沿用亚里士多德等人提出的，因此，从发展速度来看，遗传学在近300年时间里发展的最快。

在现代人看来，古代人所提出的有关遗传学方面的假设是很可笑的，但是正是有了他们对遗传学的关注，我们才会慢慢的去发展对遗传学的研究，最后才有了现在发展起来的遗传学，而且，由于在古代的时候，设备条件极其有限，人们最多只能通过解剖动物来大致的去推测一些遗传问题，而且还有人们的信仰等制约了人们去更深更广泛的探索遗传学的问题，到了现代，思想更加自由了，人们也会不断的去追求自己所不知道的却感兴趣的东西。

正当人们踌躇的时候，孟德尔通过他的豌豆实验，找出了两个重大的遗传定律，并且提出了遗传因子这一概念，当时所称作的遗传因子就是现在所说的基因。基因位于染色体上，几乎所有的生物都有染色体，染色体由DNA和蛋白质共同组成，在真核生物的体细胞中，有些细胞是能够进行分裂的细胞，这些细胞内的染色体能够先进行复制，然后平均分配到两个子细胞中，由于可能出现基因突变，因此每个子细胞中所含的染色体都只能达到和母细胞相似，相同的可能性很小。除了有丝分裂外，能够进行有性生殖的生物体内还有一种特殊的细胞分裂方式，那就是减数分裂，减数分裂是进行有性生殖的生物产生生殖细胞的基础，染色体在减数分裂过程当中也是起着主角的角色。减数分裂分为两个阶段，第一阶段有部分和有丝分裂相似，那就是染色体要进行复制，但是在复制完之后，同源染色体会排列在赤道板上，到第一阶段后期的时候，同源染色体相互分开，非同源染色体自由组合，然后分裂成两个子细胞，这两个子细胞内的染色体数只有正常细胞的一半，并且每条染色体都是由姐妹染色单体在着丝粒的作用下组成的，这些细胞在经过一段时间后，姐妹染色单体也分开，每个细胞又产生两个子细胞，如果这些子细胞经过发育长成成体，那么这个成体就是我们所说的单倍体。而精细胞和卵细胞在形成这种细胞的过程中也是有些差异的，一个初级精母细胞能够形成四个精子，并且每个精细胞的大小一样，而一个初级卵母细胞只能形成一个卵细胞，在第一阶段的分裂当中产生一个大的次级卵母细胞和一个小的极核，大的次级卵母细胞又会分裂成一个大的卵细胞和一个小的极核，原来的极核则分裂成两个大小一样的极核。

在有丝分裂当中，如果用秋水仙素处理分裂的细胞24小时，那么就会导致细胞内的纺锤体不能正常形成，最后导致细胞的染色体数加倍，这就是我们通常所说的多倍体，而多倍体还能够正常产生配子，只是配子的染色体数有异常，如果与正常配子结合，所产生的后代就是三倍体。

前面说到，很多基因都是存在与染色体上，染色体又分为常染色体和性染色体，这两种染色体上都有能够控制生物性状的基因存在，因此，各基因之间就有

了下面几种关系：位于同源染色体上、位于同一染色体上、位于非同源染色体上、位于性染色体上等，这些分布关系在生物个体的后代性状上都有一个的比例分布，而果蝇由于繁殖周期较短，数量大，性状易于观察，也经常作为遗传学上常用研究基因位置关系的实验材料。用果蝇进行的遗传学实验通常有伴性遗传和连锁与交换。两个实验都是通过对果蝇从亲代培养到F2代中，各代果蝇性状进行统计，然后分析控制被观察性状的基因间的位置关系。

基因不仅能够在自身细胞中复制、转录、表达，还有可能在一定情况下连接、转化、转导等进入到别的细胞中进行上述过程，这都是源于生物界统一的遗传密码。

我们可能会认为DNA只能在细胞内进行复制，但是随着现代技术的不断进步，PCR扩增技术的发展，DNA在体外也能够进行，复制，而且只要条件适宜，复制能够做到让其进行指数倍数复制，而且复制周期也短，这样的话，我们就能够在很短的时间内得到很多目的DNA了，从而让其他实验更高效的进行。

遗传学的发展非常迅速，特别是在各种各样的精密设备被创造出来之后，再小的分子也能够被我们研究的很透彻，遗传学又与我们的生活密切相关，而现在的各种环境问题也在给遗传学提出了很大的挑战，越来越多对遗传物质产生影响的环境问题被提出，我想这也应该是遗传学以后可以研究的一个方向。

第二篇：遗传学实验教学大纲

《遗传学实验》教学大纲

一、课程基本情况

开课单位：生化工程系 总 学 时：48学时 修课方式：必修 考核方式：考查

先修课程：无机化学，有机化学，生物化学，微生物学 教

材：《遗传学实验》刘祖洞，高等教育出版社 参 考 书：《普通遗传学》.张飞雄.高等教育出版社

《遗传学实验》卢龙斗，常重杰.科学出版社

《现代遗传学》赵寿元，乔守怡主编.高等教育出版社

二、课程的性质、目的及任务

通过遗传学实验课的多媒体教学片、示范标本片、照片等和实验材料材印证课堂讲授的遗传学规律和理论；通过实验室实际操作和观察，训练遗传学的实验技能，培养学生的动手能力。

通过实验使学生学会正确使生物显微镜的方法，掌握常用的植物染色体制片技术，能独立进行从取材、样本处理到制片和观察的全过程操作，对实验结果进行记录、统计、分析和归纳，写出完整的实验报告，为学习后续课和以后从事本专业工程技术和科学研究工作打下基础。

三、课程内容、基本要求与学时分配

实验一 植物细胞有丝分裂与减数分裂的观察（3学时）

通过观看植物有丝分裂和减数分裂多媒体幻灯片、和永久载片，掌握植物有丝分裂和减数分裂各个时期染色体的变化特征；通过观看多媒体的显微镜使用示范和实验材料处理过程的幻灯片，熟悉掌握光学显微镜的使用方法和注意事项，实验材料制备的过程和方法。

实验二 植物花粉母细胞减数分裂涂抹制片（3学时）通过用涂抹法制作蚕豆花粉母细胞减数分裂临时片，并对其进行观察，学习花粉母细胞减数分裂涂抹制片技术，进一步了花粉母细胞减数分裂全过程及各个时期染色体的变化特征。

实验三 植物根尖有丝分裂压片法（3学时）

通过学习根尖压片技术，用涂抹法制作洋葱根尖有丝分裂临时片，并对其进行观察，进一步观察有丝分裂染色体的变化特征。

实验四 果蝇唾液腺染色体标本的制备与观察（3学时）通过制作果蝇唾液腺染色体临时片，并对其进行观察，进一步观察染色体的变化特征和果蝇巨大染色体的特点。

实验五 果蝇生活史观察（3学时）

通过果蝇培养基的配制、生活史观察，掌握果蝇的培养方法，了解果蝇的生活史特点，为进一步实验打下基础。

实验六 果蝇的性别鉴定（3学时）通过果蝇的特征观察，掌握果蝇雌雄鉴别的方法，为后续杂交实验做准备。实验七 果蝇一对性状的杂交实验（6学时）通过果蝇一对性状的杂交实验，使学生掌握果蝇杂交实验的操作方法，进一步理解基因的分离规律。

实验八 果蝇两对性状的杂交实验（6学时）通过果蝇两对性状的杂交实验，使学生掌握果蝇杂交实验的操作方法，进一步理解基因的自由组合规律。

实验九 果蝇伴性遗传的杂交实验（6学时）通过果蝇一对性状的杂交实验，使学生掌握果蝇杂交实验的操作方法，进一步理解基因伴性遗传的规律。

实验十 植物DNA的提取及纯化（3学时）

通过植物DNA的提取及纯化，掌握植物体DNA的提取及纯化步骤和方法，加深理解分子生物学知识。

实验十一 多倍体的诱发与鉴定（6学时）通过制作黑麦加倍根尖材料的临时压片，掌握染色体加倍和鉴定方法，并进一步熟悉根尖压片技术。

实验十二 人体常见性状的调查

通过调查一定人群的常见性状并进行统计分析，加深理解基因频率和基因型频率和孟德尔遗传平衡群体。

四、课程的其他教学环节

本课程以实验操作为主，并辅以实验报告、课外作业等教学环节作为课程学习的补充。

五、教学手段与教学方法

课堂讲授注意采用启发式教学，激励学生思考、动手；利用实验演示、多媒体课件等教学手段，强化教学效果；课后布置一定的思考题，使同学带着问题学习，培养自学能力。

六、成绩评定

平时实验报告20%、期末闭卷考试80%。

七、其他说明

本课程课外作业不少于十六次。

教学大纲撰写人：陈耀明 教研室主任：

第三篇：遗传学实验教案

《现代遗传学》实验

实验一

植物细胞有丝分裂的制片与观察

实验类型：验证型。学

时： 4。内

容：

一、实验目的

1.学习和掌握植物细胞有丝分裂制片技术。

2.观察植物细胞有丝分裂过程中染色体的形态特征及染色体的动态变化行为。

二、实验原理

有丝分裂是植物体细胞进行的一种主要分裂方式。有丝分裂的目的是增加细胞的数量而使植物有机体不断生长。在有丝分裂过程中，细胞核内的遗传物质能准确地进行复制，然后能有规律地均匀地分配到两个子细胞中去。植物有丝分裂主要在根尖、节间、茎的生长点、芽及其它分生组织里进行。将生长旺盛的植物分生组织经取材，固定、解离、染色、压片，可以观察到细胞有丝分裂的全过程。若进行染色体计数，则需进行前处理，即取材之后要用物理的或化学的方法，阻止细胞分裂过程中纺垂体的形成，使细胞分裂停止在中期，这时的染色体不排到赤道板上，而是散在整个细胞核中，便于对染色体的形态、数目进行观察。

三、试剂与器材

恒温培养箱、显微镜、水浴锅、载玻片、盖玻片、单面刀片、镊子、培养皿、量筒、吸水纸等。

四、实验材料

蚕豆根尖。

五、实验内容

生根→取材→前处理→固定→解离→水洗与低渗→染色与压片→镜检→永久制片。

六、关键步骤及注意事项

1.取材要找分裂高峰期。

2.前处理、固定、解离、染色等步骤，注意药品与时间的选择。

七、思考题

选择有丝分裂各期的优秀细胞绘图，在典型的前、中、后、末各期之间选择一个过渡期细胞以连接染色体的动态行为。

实验二

植物细胞减数分裂的制片与观察

实验类型：验证型 学

时：4。内

容：

一、实验目的

1.学习和掌握植物细胞减数分裂制片方法。

2.了解植物生殖细胞的形成过程及减数分裂过程各期的细胞学特征。

二、实验原理

减数分裂是生物在形成配子时的一种特殊的分裂方式。减数分裂是在性母细胞中进行的。减数分裂的目的是使二倍染色体数减为单倍染色体数，以便两性配子结合时恢复形成二倍体生物。减数分裂的特点是这些细胞连续进行两次细胞分裂即减数第一次分裂和减数第二次分裂，而染色体只复制一次。结果一个小孢子母细胞形成四个小孢子，每个细胞只含单倍数染色体，使染色体数目减少一半，所以叫减数分裂。减数分裂的另一个特点是前期特别长，而且变化复杂，包括同源染色体配对、交换与分离等。

三、试剂与器材

酒精灯、镊子、解剖针、50ml烧杯、10ml烧杯、载玻片、吸水纸、量筒、显微镜等。

四、实验材料

玉米雄穗。

五、实验内容

取材→固定→保存→花药剥离→媒染→水洗→染色→压片→镜检。

六、关键步骤与注意事项

1.花药剥离时大、中、小花药都要有，量要充足。

2.镜检时首先要区分花粉母细胞和花药壁细胞，要注意第一次分裂的前期的不同型态。

七、思考题

试绘制减数分裂过程中各期的典型细胞。要求双线期、终变期染色体数目清楚。

实验三 果蝇唾腺染色体的制备和观察

实验类型：验证型 学

时：4。内

容：

一、实验目的

1.练习分离果蝇幼虫唾腺的技术，学习唾腺染色体的制片方法。2.观察了解果蝇唾腺染色体的形态学及遗传学特征。

二、实验原理

果蝇是双翅目昆虫，其唾腺细胞发育到一定阶段后停止在间期，但紧密配对的同源染色体（实为伸展的染色质丝），仍能不断复制，复制后产生的子染色体彼此不分开。复制可达9次之多，因此一对染色体最终可产生2×2＝1024条染色质丝。它们集结在一起形成了一条多线染色体，宽度可达5m，长度可达400m，约为普通中期染色体的，在显微镜下清晰可见。染色质丝的不同部位螺旋化程度不同，其中螺旋化程度较高的部位形成染色粒。这些染色粒经由多线染色体的放大，形成染色较深的横纹，而染色粒间螺旋化程度较低的部分则形成了染色较浅的间纹。研究表明，对一种果蝇来说，带纹的宽窄、数目、位置等是恒定的，标志着物种的特征。当染色体上有结构畸变，如缺失、重复、倒位、易位等，很容易在唾腺染色体上鉴别，使唾腺染色体成为染色体变异研究的独特材料。

三、实验材料

黑腹果蝇三龄幼虫。

四、实验步骤

1．剥离唾腺：在一干净的载玻片上滴一滴生理盐水，选择行动迟缓、肥大、爬在瓶壁上即将化蛹的三龄幼虫，或者选择经低温处理的果蝇三龄幼虫置于载玻片上。每只手各持一个解剖针，在解剖镜下进行操作。果蝇的唾腺位于幼虫体前约1/3处，找到具有口器的头部（有一小黑点），一手用解剖针刺入（或压住）头部，将虫固定，一手用解剖针刺入体前约1/3处，适当用力向两端迅速拉开。唾腺是一对透明的棒状腺体，外有白色的脂肪组织（不透明）。去除幼虫其它组织部分，并把唾腺周围的白色脂肪剥离干净。

2．染色：吸去生理盐水，注意操作时要边观察边吸湿，最好用解剖针轻压，防止连同唾腺一起吸走；滴加卡宝品红染色液，染色5-10min。

3．压片：染色完成后，盖上干净的盖片，并覆一层滤纸。将片子放在实验台上，用大拇指均匀用力压片。（注意不要使盖片移动。）

4．镜检：在低倍镜选择唾腺细胞多且染色体分散好的视野，换高倍镜仔细观察唾腺染色体的染色中心、染色体臂、横纹、蓬突（puff）等结构。

五、注意事项

1.一定加生理盐水，否则唾腺易干。2.将脂肪组织清除干净

3.水不可太多，否则幼虫会漂浮而且活跃。4.染色时间不可过长，否则背景也着色 5.压片时要揉，用力要均匀

6.染色完以后，将旧的染色液吸去，加新的染色液，再压片。7.吸水时勿将唾腺一起吸走。9

六、实验作业

1．制做效果较好的唾腺染色体临时片1～2张。检查你制作的制片，寻找形态良好、分散适中的图象仔细观察各条臂的特点。

2．画出所制染色体的形态，大小，并标出明显的横纹特点。

实验四 染色体数目变异的观察

实验类型：验证型。学

时：4。内

容：

一、实验目的

1.观察和鉴别洋葱、小麦等植物单倍体、二倍体、三倍体等染色体永久装片，了解倍性变化在植物育种上的应用。

2.观察和分析人类染色体数目变异装片，了解染色体数目变化导致的遗传疾病。

二、实验原理

自然界各种生物的染色体数目是相当恒定的，这是物种的重要特征。例如玉米体细胞染色体有20 个，配成10 对。遗传学上把一个配子的染色体数，称为染色体组（或称基因组）用n 表示。如玉米染色体组内包含10 个染色体，它的基数n=10。一个染色体组内每个染色体的形态和功能各不相同，但又互相协调，共同控制生物的生长和发育、遗传和变异。

由于各种生物的来源不同，细胞核内可能具有一个或一个以上的染色体组，凡是细胞核中含有一套完整染色体组的就叫做单倍体，也用n 表示。具有两套染色体组的生物体称为二倍体，以2n 表示。细胞内多于两套染色体组的生物体称为多倍体。例如三倍体（3n）、四倍体（4n）、六倍体（6n）等，这类染色体数的变化是以染色体组为单位的增减，所以称作整倍体。

在整倍体中，又可按染色体组的来源，区分为同源多倍体和异源多倍体。凡增加的染色体组来自同一物种或者是原来的染色体组加倍的结果，称为同源多倍体。如果增加的染色体组来自不同的物种，则称为异源多倍体。

多倍体普遍存在于植物界，目前已知道被子植物中有1/3 或更多的物种是多倍体，如小麦属（Triticum）染色体基数是7，属二倍体的有一粒小麦，四倍体的有二粒小麦，六倍体的有普通小麦。除了自然界存在的多倍体物种之外，又可采用高温、低温、X 射线照射、嫁接和切断等物理方法人工诱发多倍体植物。在诱发多倍体方法中，以应用化学药剂更为有效。如秋水仙素、萘嵌戊烷、异生长素、富民农等，都可诱发多倍体，其中以秋水仙素效果最好，使用最为广泛。秋水仙素是由百合科植物秋种番红花——秋水仙（Colchicumautumnale）的种子及器官中提炼出来的一种生物碱。化学分子式为

具有麻醉作用，对植物种子、幼芽、花蕾、花粉、嫩枝等可产生诱变作用。它的主要作用是抑制细胞分裂时纺锤体的形成，使染色体不走向两极而被阻止在分裂中期，这样细胞不能继续分裂，从而产生染色体数目加倍的核。若染色体加倍的细胞继续分裂，就形成多倍性的组织，由多倍性组织分化产生的性细胞，所产生的配子是多倍性的，因而也可通过有性繁殖方法把多倍体繁殖下去。

多倍体已成功地应用于植物育种，用人工方法诱导的多倍体，可以得到一般二倍体所没有的优良经济性状，如粒大、穗长、抗病性强等。三倍体西瓜、三倍体甜菜、八倍体小黑麦已在生产上应用。

三、实验材料

洋葱、小麦、人等永久装片。

四、实验器具

显微镜。

五、实验步骤

用光学显微镜观察各种染色体数目变异永久装片。

六、实验作业

绘出至少3种染色体数目变异材料观察结果。

实验五 人类染色体核型分析

实验类型：综合型。学

时：4。内

容：

一、实验目的

1.学习染色体组型的分析方法。2.了解人类染色体的特征。

二、实验原理

各种生物的染色体数目是恒定的。大多数高等动植物是二倍体（diploid）。也就是说，每一个体细胞含有两组同样的染色体，用2n 表示。其中与性别直接有关的染色体，即性染色体，可以不成对。每一个配子带有一组染色体，叫做单倍体（haploid），用n 表示。两性配子结合后，具有两组染色体，成为二倍体的体细胞。如蚕豆的体细胞2n=12，它的配子n=6，玉米的体细胞2n=20，配子n=10。水稻2n=24，n=12。有些高等植物还是多倍体。

染色体在复制以后，纵向并列的两个染色单体（chromatids），往往通过着丝粒（centromere）联在一起。着丝粒在染色体上的位置是固定的。由于着丝粒位置的不同，可以把染色体分成相等或不等的两臂（arms），造成中间着丝粒，亚中间着丝粒、亚端部着丝粒和端部着丝粒等形态不同的染色体。此外，有的染色体还含有随体或次级缢痕。所有这些染色体的特异性构成一个物种的染色体组型。染色体组型分析是细胞遗传学、现代分类学和进化理论的重要研究手段，也是一种简便的方法。

三、实验材料

由实验室提供的正常男性染色体放大照片。

四、实验器具和药品

镊子、剪刀、绘图纸。

五、实验内容

染色体组型分析方法分为两大类，一类是分析体细胞有丝分裂时期的染色体数目和形态。另一类是分析减数分裂时期的染色体数目和形态，均能得到染色体组型。这里我们要做的是有丝分裂时期的分析。

各染色体的长臂与短臂之比称为臂率。

臂率为1.0—1.7 的归为中间着丝粒染色体，用（M）表示。

1.7—3.0 的归为亚中间着丝粒染色体，用（Sm）表示。3.0—7.0 的归为亚端部着丝粒染色体，用（St）表示。7.0—更大的归为端部着丝粒染色体，用（Ot）表示。

用SAT 代表具随体的染色体，计算染色体长度时，可以包括随体也可以不包括，但均要注明。

六、实验步骤

1、测量：根据放大照片测量、记录染色体形态测量数据如下：（1）臂比＝长臂（q）长度/短臂（p）长度（2）着丝粒指数＝短臂长度/该染色体长度×100（3）总染色体长度=该细胞单倍体全部染色体长度（包括性染色体）之和（4）相对长度＝每条染色体长度/总长度×100

2、填表（表格于实验结果中）。

3、配对：根据测量数据，即染色体相对长度、臂率、着丝粒指数、次缢痕的有无及位置、随体的形状和大小等进行同源染色体的剪贴配对。

4、染色体排列：染色体对从大到小，短臂向上、长臂向下，各染色体的着丝粒排在一条直线上。有特殊标记的染色体（如含有随体的）以及性染色体等可单独排列。

5、绘图：完成上述步骤的染色体剪贴，可以通过翻拍摄影或描图成为染色体组型图。

七、实验作业

填表并说明人类染色体的各种测量值并列出核型公式。K(2n)=2X=46=xm+xSm+xSt+xOt

第四篇：遗传学实验体会及课程设置建议

09生科二班 杨梦甜 0907040123 遗传学实验心得体会及建议

关于遗传学这门学科，其实我觉得并不会很简单，遗传学在高中的生物学习中也算是表较难的一个部分，注重理解，而在我们大学生涯中又把理论和实践联系起来，于是就有了我们的遗传学实验。对于这一点，其实我是很兴奋的。可是接下来我又纠结了······作为实验我没有感觉到遗传学实验的特殊性，这是我的感受。周而复始地围着染色体，细胞的观察打转，而且一而再地实验失败观察不到现象，使得我们很无奈。

或许是自己本身缺乏经验，所以看似简单的实验老是做失败；也有缺乏耐心的原因，每每到了五点来钟，生物钟就提醒我了，该吃饭了，于是置失败的实验于不顾。而缺乏交流也是其中的问题了，做学问不能闭门造车，当然实验就更不能了，当遇到问题的时候不积极地与老师同学交流也是致使实验失败的重大原因之一。其实遗传学是一门很深奥的学科，它包含了生物体很多奥秘，它是一门既要结合理论知识又要通过实践来检验的科学，所以遗传学实验有着很重要的地位。所以作为学生的我们必须以科学严谨的态度认真对待它，认真学习好理论知识，使之付诸实践。

再说说对于这门课程的建议吧：首先，对于学生来说，我们最大的难处是把实验做成功，由于实验的多次失败，其实在很大程度上打击我们的自信心，我们对于实验没有什么成就感可言。所以在这里希望老师每次讲解实验的时候能够实际给我们操作一遍，或者是事先下载好网上操作的视频给我们观看，了解其具体操作程序，注意事项，我想可以更好的让我们完成实验，成功率和效率都会提高很多.其次，就是对于实验教学课程的设置的问题，个人觉得遗传学实验课程设置所包括的内容涵盖面太过狭窄，大多都是对于染色体的观察操作，重复性较高，没有涵盖到遗传学里面的细胞水平、分子水平的遗传学内容。这样可能会使我们的遗传学学习和研究深度不够。希望这方面在课程设计之中能够得到加强。

再者，遗传学实验本身就和其他实验不同。它应该包含一个实验设计的项目。我建议在探究性实验和验证性实验当中，可以让我们事先对实验进行设计，再拿到实验室进行验证操作，大家相互讨论，通过实验结果等等一些因素来判定设计的完善与否。这样既可以培养学生的设计实验能力，又能够提高学生的综合能力。

最后不得不提的就是实验室器材的缺乏，每次我们实验室的显微镜数量都不够，就算够了质量也不太高，这样很影响我们对装片的观察，希望学院对这方面能重视起来。

以上就是我对于遗传学实验的体会及建议，句句肺腑之言，如有不妥之处，还望老师海涵。谢谢！

第五篇：遗传学实验探究性教学的尝试

遗传学探究性实验教学的思考及实践

肖建富*，吴建国，石春海

浙江大学农业与生物技术学院农学系，杭州 310029

摘要：以创新意识和创新能力培养为导向的新一轮实验教学改革对遗传学的实验教学提出了更高的要求。本文提出了将遗传学实验改造成具有综合性、设计性性质的探究性实验的一些思路，并列举了开展遗传学实验探究性教学的一些方法。

关键词：遗传学实验；探究性教学方法；创新意识；创新能力

Approaches on stimulating methods with teaching of experimental genetics XIAO Jian-Fu,WU Jian-Guo, SHI Chun-Hai Agronomy Department, Zhejiang University,Hangzhou 310029, China

Abstract: Aiming for fostering talents with the sense and ability of creation, the teaching of experimental genetics demands significant improvements during the current wave of educational reformation.This paper proposed a practical approach on a stimulating method with teaching of experimental genetics.Key words:;experimental genetics;stimulating methods;the sense of creation;the ability of creation

遗传学既是一门历史悠久的学科，又是一门发展迅速、实践性很强的学科，研究范围正在不断拓宽和深化，新技术、新方法不断涌现。根据这一特点，在世纪之初我们对遗传学实验内容、实验项目和实验教程进行了及时的调整，取得了一定的效果[1]。目前，着重于培养学生分析问题、解决问题的能力，提高学生创新意识的实验教学改革正在进一步深化，对遗传学实验教学提出了更高的要求。因此，如何在有限的课时中既让学生掌握遗传学实验的基本理论和基本方法，又能了解掌握遗传学学科发展中产生的新技术、新方法，提高学生的创新能力，是摆在遗传学实验教学工作者面前的重要课题。这需要我们加深对新形势下实验教学理念的理解，并对实验教学方法做出新的改革尝试。遗传学实验教学理念的发展

遗传学实验教学在我国已有半个多世纪的历史。不过在上世纪九十年代以前，遗传学实验教学的理念基本上是定位在“验证遗传学基础理论，练习遗传学实验技术和分析遗传学实验结果，从而加深理解和掌握遗传学的内容”[2]，导致开设的实验主要以验证性内容为主。在实验教材上的反映就是从实验课题、实验目的、实验原理、注意事项，到仪器、器材和操作步骤等，都一一罗列得清清楚楚，连记录表格以及实验报告的格式也都准备得非常齐全，实验目的非常单一。学生做起实验来只需依样画葫芦，就可以掌握该实验的基本技术和方法。这样的验证性实验虽能在一定程度上培养学生的有限“动手能力”，但其创新内容少，客观上压抑了学生对实验课程的兴趣，束缚了学生的想象力和创造力，无法激发学生的创新潜能，直接影响了学生创新能力的培养[3]。收稿日期：2009-02-13；修回日期：2009-02-15 *基金项目：国家、浙江省和浙江大学精品课程建设项目资助

作者简介：肖建富（1963－），男，副教授，博士，研究方向：实验室管理和实验教学。Tel：0571-86971993，E-mail：jfxiao@zju.edu.cn 当我国提出要进入创新型国家的行列后，高等教育教学理念有了很大的发展，具体表现在对学生的综合素质和创新能力有了更高的要求。因此必须把提高教学质量放在更加突出的位置，更好更快地培养大批拔尖创新人才。而要培养具有创新意识的高素质人才，就需要改革过去传统的实验教学体系和教学方法，使学生在实验过程中变被动学习为主动学习，逐渐提高发现、分析和解决问题的能力，增强对困难和失败的承受力和培养团队精神和协作能力[4]。这种新理念导致的直接结果就是在实验教学中倡导开设综合性和设计性实验，教育部已经将综合性、设计性实验设为实践教学部分的主要观测点，并且规定实验教学评估成绩达到“优秀”的标准是“有综合性、设计性实验的课程占有实验课程总数的比例≥80%，效果好”，直接推动了各高校把开设综合性、设计性实验作为课堂实验教学改革的重中之重。

但是，由于实验课时和实验室条件的限制，开设大量的综合性、设计性实验存在着较大的难度[5，6]。为了更好地协调两者之间的矛盾，我们的选择是改进实验教学方法，在实验中积极引入科学探究的成分，将原来的验证性实验改造成微型的综合性实验或设计性实验，或者统一称为微型探究性实验（以下简称探究性实验）。探究性实验的内涵和意义

综合性实验和设计性实验具有良好的相容性，综合性实验中可以有设计性的特点，设计性实验也可以带有同一类实验的综合成分。区别于以“验证”为主的验证性实验，综合性实验或设计性实验的本质是“科学探究”，学生在探究过程中可以培养创新意识和创新能力。因此，将综合性实验和设计性实验合称为探究性实验，具有重要的实际意义。

在探究性实验的实施过程中要以问题为核心，让学生在实验过程中思考问题、解决问题，提高创新实践能力。在实验的教学方法上，教师不能通过一种线形和单一的教学过程把不容置疑的实验知识和结论直截了当地灌输给学生；而是应当先发现和提出问题，通过一定的探究过程让学生自己得到问题的正确答案[8]。在实验过程中，所设计的遗传学实验不仅要使学生能够更深入地理解所获得的知识和结论，而且要有利于激发学生的求知欲、培养他们的创新思维习惯和能力。通过教师的引导和巧妙安排，大多技能训练型实验或验证性实验都可以转化为探究型实验。比如，在遗传学实验中，观察植物细胞的有丝分裂时首先要软化和分解细胞壁，通常的做法是将细胞材料放入1 mol/L盐酸在60℃水浴中处理10 min，学生只要照着做就一定能得到较好的实验结果，似乎整个实验过程中不存在什么问题；但实际上仍可以提出许多问题：如用0.5 mol/L 盐酸在60℃水浴中处理20 min是不是可以获得同样的实验结果？用2 mol/L 盐酸在60℃水浴中处理5 min效果会不会更好？等等。围绕这些问题，学生可以分组进行对比试验，最终得出正确的答案。而这些对比试验完全可以在正常实验课时内完成。这样就可以把一个原来纯粹的验证性实验通过教学方法的改变而转变成一个微型且具有多重设计的探究性实验。[7]3 遗传学实验探究性教学的实践

当然，遗传学实验的探究性教学不能仅凭某一环节的问题式教学，而要将探究性贯彻到实验过程的各个环节，包括实验背景的讲解（0.5~1节课）、实验过程的设计和实施（2~3节课）、实验结果的总结（0.5~1节课）、实验理论的考核（期末2h）等，将实验课转变成全方位培养学生创新意识和创新能力的舞台。浙江大学大农类专业的植物类遗传学实验教学有着悠久的历史，通过近年来遗传学国家精品课程的建设以及多轮实验教学改革，已经积累了较为丰富的探究性实验教学经验并取得了较好的教学效果。3.1 启发式、问题式的实验讲解

背景知识对学生深入理解与掌握一个实验是必要的。学生有了较多的相关背景知识，在实验中才会有深入观察的要求、判断推理的基础、准确解释结果的可能。因此，我们在每一个实验开始前都会安排10 min左右的开卷测验和20 min左右的背景知识讲解。这样做的好处主要是可以为下

[9]面的实验讲解做一个铺垫，引起学生对讲解内容的兴趣。测验时多选用一些书本中没有、对理解实验原理很有帮助的简单题目，学生在做测验题时多数会有挫折感，因而会产生希望得到真正结果的期望。背景知识的讲解就围绕测验中的问题采用启发式讲解方式展开，必要时可以以逻辑关系依次对学生进行提问，让学生的思维跟着解决问题的思路走，以最大限度地启迪学生的创新思维。下面列举这方面的两个例子。

在做“植物细胞有丝分裂观察”实验时，会让学生在测验中说说为什么根尖要用秋水仙素处理，而且处理的时间一般都定在常温下4 h。对前一个问题，学生一般能笼统地回答；但对后一个问题，学生就只能用“实验结果证明这是最佳时间”来回答，而几乎没有学生能从细胞周期的角度去分析。因此，教师在实验背景知识讲解中就用多媒体着重讲解细胞周期的概念，并收集大量植物的细胞周期资料来给学生分析，引导学生自己总结出多数植物的细胞周期在十几至几十小时之间，而G2期和分裂前期维持的时间一般在数小时左右，用秋水仙碱处理4 h，理论上可让G2期和分裂前期的细胞都进入中期并停留在中期，从而达到增加中期分裂相之目的；并建议学生进一步尝试在秋水仙碱的处理时间更多的情况下，有丝分裂的中期细胞相数目是否还会有所增加？因为从理论上讲，G1和S期的细胞也可能进入中期并停留在中期而使中期细胞数量进一步增加。通过讲解，学生对实验原理有了更深刻的了解，对许多实验现象都能从本质上进行解释，达到“知其然知其所以然”之目的。比如，有的学生总是质疑为什么在染色体压片中中期分裂相总是那么少呢？通过本实验的操作和进行结果分析，他们就知道了原来多数植物细胞的分裂中期持续时间仅占整个分裂期的1/10左右，而整个分裂期的持续时间仅占整个细胞周期的1/10左右，因而压片中中期相细胞数目就只占全部细胞数目的1/100左右，要在压片中找到正中期的、分散良好的细胞相本来就不是一件容易的事，实验和研究均需要付出辛勤的劳动。

在做“果蝇的伴性遗传和三点测验”综合实验时，会先给学生们介绍染色体遗传学说建立过程[10][11]的传奇故事，以培养学生的科学精神，增强学习遗传学的兴趣，提高学生的智力水平。通常都认为连锁交换规律是摩尔根(Morgan)发现的，但真正的实验背景学生了解得并不多。实际上，摩尔根的学生斯特蒂文特（Sturtevant）在连锁交换规律的发现过程中发挥了重要作用。斯特蒂文特当年还是一名哥伦比亚大学的大学生，接受摩尔根的指导。1911年末在同摩尔根的一次交谈中，他突然认识到，已被摩尔根归因于基因空间间隔差异的连锁紧密程度的不同，提供了在染色体上确定基因线性顺序的可能性。他回家后用了大半夜的时间（不做他的大学生家庭作业）制造出第一张染色体图。他在1913年的一篇论文中第一次提出了“双交换”的概念，并用三重杂合子与三隐性突变体回交，证明了“双交换”的存在，这就是有名的“三点测验”。把这样一个本科生创造发明的背景故事放到实验前的讲解中，学生会有耳目一新的感觉，它会使学生认识到只要在实验中肯动脑筋、尽情发挥自己的主观能动性，即使是一个处于学习阶段的学生，也可以有所发现、有所发明，从而促进学生实验的自觉性和主动性。3.2 探究性实验的设计和实施

探究性实验需以问题为核心。课程实验设计就是要学生通过一系列的置疑、判断、比较、选择以及相应的分析、综合、概括等多样化的过程，由发散到收敛，由求异到求同[8]；通过自主设计实验、自主完成实验、自主管理实验，激发学生创新思维和创新意识，让学生逐渐掌握思考问题、解决问题的方法、提高其创新实践能力。因此，探究性实验的目标并不是让学生在实验中去攀登科技高峰、产出具有高水平应用价值的实验成果，而是让学生通过主动学习去掌握科学研究的方法、培养创新的意识和提高创新能力。这也就决定了课程实验并不需要设计高深的实验项目，而只需要在教学设计和实施方法上适当做一些改进和创造。

例如，“植物细胞有丝分裂观察”是一个典型的验证性实验。过去一般用洋葱根尖为材料，一个球茎放在盛水的烧杯上几天后就可得到几十条根尖，操作简单；固定和解离的方法和时间都是预先设定好的，结果很容易得到。但通常细胞壁没有解离，学生只能区分有丝分裂各个时期的细胞相，但很难看到正中期染色体的完整结构，做核型分析则更难。近年来我们对该实验进行了改进，采用不同的材料（田间植株获取的根尖和种子发芽获取的根尖等），针对关键环节由学生自己设计和试验得出最佳的处理方法。主要做法是抓住“解离时间”这一关键问题，让学生自行分组使用不同解离处理的时间。如试验分为6个小组，解离时间可分别设为5 min、10 min、15 min、20 min、25 min、30 min等。实验结束后小组间比较实验结果，得出不同材料的最佳处理时间。这样做的好处是：① 让学生分组设计，各个组必须协调一致才能得出最佳的结果，有利于培养学生的主动性、积极性和创造性，并增进协调能力和团队精神；② 学生通过探究可以得出不同材料所需的实验条件大不相同的结果，有利于促进学生科研素质的提高；③ 所用材料可使学生看到正中期染色体的完整结构，增加学生的实验兴趣。

又如，“植物染色体的加倍技术”是一个经典的遗传学实验。过去一般挑选做起来比较方便的材料（如洋葱根尖），由教师做好所有前期实验准备，学生只要上课时看一下形态、做一下根尖细胞学鉴定就可以了，实验一般能在3个学时内完成。而在我们目前的教学中，则以学生感兴趣的西瓜为实验材料，具体做法是：以5人为一个实验小组，每小组发20粒二倍体西瓜种子，去壳后在适当温度下生根发芽，2 d后移栽到装有营养土的一次性纸杯中，经过48 h再用秋水仙碱溶液进行染色体加倍试验，各小组可尝试不同的加倍方法；等长出3片以上真叶（约过20 d）时移栽到大田，在开花前（约过40 d）取植株顶端幼嫩叶片用细胞流线仪鉴定植株染色体倍数；各小组比较实验方法和结果，评选出最佳实验结果，最后上交完整的实验报告。

这种实验设计方法有着许多优点：① 实验综合性强：实验将种子学（发芽技术和播种）、遗传学（染色体加倍、减数分裂观察）、育种学（移栽）等有关知识串成了一线，大部分操作需在课外进行，时间跨度大，从3月份开始一直持续到6月底。② 学生自主探究：每个小组的秋水仙碱加倍方法都可以不同，如有的小组直接将西瓜种子放在不同浓度的秋水仙碱溶液中发芽；大多数小组采用在茎尖处滴加秋水仙碱溶液的方法，但采用的处理浓度和处理时间的组合不同，甚至滴加的方法都不同，如有的组尝试用挂盐水的方法给茎尖加液，使茎尖始终保持在秋水仙碱溶液的作用之下，取得了很好的加倍效果。③ 鉴定技术性强：除了可用植株外观、叶片气孔大小结合染色体压片技术鉴定西瓜的染色体倍数之外，本试验主要采用细胞流线仪进行倍性鉴定，结果既快又好，可让学生体验尖端仪器和技术的魅力，增进创新意识的培养。④ 知识与产品双丰收：实验结束时可收获不少西瓜，学生参与实验的积极性很高。3.3 举一反三的实验总结和讨论

实验结果存在多重性：有的是符合预期目标的，有的是部分符合预期目标的，有的是与预期相差较远的。但探究性实验在形成关于某一问题的结论后，学生还需要与他人进行相互交流、总结和讨论，以达到求同之目的。通过交流、讨论和总结，学生可以获得多种可能的解释，有助于将实验证据、科学知识和结果解释这三者更紧密地联系起来，最终找到实验结果差异的原因，并获得同一的科学结论，取得画龙点睛、举一反三的效果。

实践中需要非常重视实验后的总结和讨论，这是训练学生创新思维的重要一环，学生也很感兴趣。如上述提到的“植物细胞有丝分裂观察”实验，分组实验的结果很不一样，解离时间少于5 min或多于10 min的，细胞染色较浅或不染色，而解离时间在7―10 min的，细胞染色的效果就很好。为什么会出现这种情况呢？我们就引导学生进行深入的分析。首先，解离的目的是什么？是软化和分解细胞壁。其次，解离时间的长短为什么会产生完全不同的结果？原来是因为时间短了，软化和分解不彻底，细胞的分散性就不好，染色剂就不能进入细胞核中与染色体结合，染色效果就不好；但如果时间太长，盐酸就会破坏染色体的结构，使染色体不能与染色剂的基团结合，使染色体不能着色。通过分析和讨论，学生既明白了产生所有实验现象的原因，又掌握了染色剂的染色机理，还对细胞、染色体和染色剂的化学结构有了一定的了解。

更典型的是“果蝇的伴性遗传和三点测验”综合实验。要测定果蝇上三个连锁基因间的距离，需要用三隐性母本与野生雄蝇做一次杂交，杂种雌蝇再与三隐性雄蝇做一次测交，然后统计测交后代8种表现型的数量。由于每个小组的测交群体不可能很大，难免有的小组中8种表现型的分布不符合理论分布，或者各个小组的实验结果出现较大的偏差。因此，这类实验的总结就显得尤为重要。我们现在的做法是将每组的实验结果汇总在黑板上，然后将每组的数据相加后得出一个三点测验的结果，并把这个结果与历年的实验结果相比较。这样全班学生就可以看到小群体（小组）与大群体（全班）的实验结果差异，对统计分析的本质有一个直观的了解。另外，在每次实验后还需要学生讨论一个问题：每本实验指导书上都写着要用三隐性母本与野生雄蝇杂交来做三点测验，如果我们倒一倒，用野生母本与三隐性雄蝇来做组合行不行？对这个问题，开始时课堂上几乎所有学生都不置可否。这时我们就让学生到黑板上来演示实验过程，在教师的引导下渐渐明白原来用野生母本与三隐性雄蝇来做组合也是可以的，但在F1必须取处女蝇用于测交；而用三隐性母本与野生雄蝇杂交来做三点测验就不用在F1取处女蝇了，可以节省大量的实验工作量，所以一般的实验指导书中都提倡用三隐性果蝇做母本。通过这样的分析、演示和讨论，学生经历了一次较全面的遗传分析的洗礼，对遗传学的基本原理有了更深刻的理解，同时学生的创新思维也得到了一次很好的训练，获益匪浅。3.4 全面灵活的实验理论考核

单独的实验理论考核是近年来我们在遗传学实验教学上的一项重要举措。因为任何一项实验技术及其原理都有其产生和发展的过程，学生只有在了解技术及其原理的发展过程的基础上，才有可能在今后的研究中对技术进行改进和完善。因此，我们在实验背景讲解中一般都要阐述实验技术及其原理发展的脉络。但单纯的实验操作和实验报告并不能完全反映学生掌握实验技术和原理的全貌及探究能力的好坏，而通过闭卷考试可以有效的探知这方面的教学效果。

闭卷考试主要考核学生已做实验所涉及的原理、基本概念和技术方法，以及学生分析问题、解决问题的能力，在实验总成绩中占有30%的份额。考试题型主要有是非题、简答题和分析设计题，其分值比重分别为20%:50%:30%。为了防止学生死记硬背而不求甚解，考题一般都出得比较灵活，主要是要求学生根据自己掌握的实验原理去分析实验中遇到的一些现象和得到的实验结果，在教材或实验指导书中一般都找不到现成的答案。如在简答题中，有一题是关于10幅有关减数分裂、有丝分裂和分子电泳的图片，在没有任何提示的情况下，要求写出这些图片所包含的遗传学信息，学生如果光死记原理而不注意在实验课上进行仔细的观察和思考，写出正确的答案就有一定难度。这样的考试无形中增加了学生的学习压力，学生在实验课时的提问量明显增多，对于培养学生分析问题解决问题的能力、提高实验教学质量起到了较大的推动作用。

3.5 综合完善的实验成绩评价

一个好的实验教学评价体系是激励学生进行探究性学习的重要保证。近年来本着“客观反映学生的实验态度、客观评价学生掌握实验技能的程度和实验素质、客观反映学生的认知能力和创新能力”的指导思想，我们建立了遗传学实验成绩综合考评体系[3]，考核内容包括：预习、实验设计、实验过程、实验报告以及平时和期末的每一个环节，形式多样，面试、笔试和实验操作等相结合。其最大的亮点是从平时的小测验、提问、实验的设计、实验过程中的动手能力、实验报告等各种实验活动中去发现学生的创新意识，并及时记录，在最终评价中予以体现。如在下列情况下，实验成绩都可以给予不同程度的加分：学生做测验时，答案正确，而且能够进行详细的遗传分析；实验设计时能够别出心裁，提出不同于教材但基本合理的实验方法；实验获得特别好的结果，其结果可以作为教学的标本或素材；讨论时能提出独到见解或对实验问题能做出精辟分析等。在这些激励措施引导下，学生做实验的积极性和主动性有很大提高，许多学生能在课前钻研实验原理和方法，通过各种途径认真查寻资料，做出自己独树一帜的实验设计。我们目前在课堂上采用的许多实验方法，如永久制片的二步脱水法、西瓜染色体加倍的“吊针”法等，都是前几届学生创新的结晶。结 语

当然，探究性实验的形式是多种多样的，针对不同实验，人们所经历的探究过程、采取的探究方式都有所不同，不会存在一种绝对的、固定化的模式或统一化的模式。探究性实验的宗旨是让学生更好地发挥学习自主性，通过探究的过程，掌握科学研究的方法并培养他们创新思维的习惯和能力。随着实验教学改革的进一步深入，一定会涌现出更多更新更好的探究性实验教学方法，进一步促进遗传学实验教学效果的提高。

参 考 文 献（References）: [1] 石春海，吴建国，马秋兰，肖建富，洪彩霞.《遗传学》课程的建设与优化.遗传，2005，27(6):980-983.[2] 祝水金，洪彩霞，肖建富，徐海明，俞志华.遗传学实验指导（第2版）.北京：中国农业出版社，2005.[3] 姒建敏，楼程富主编.整合培养，追求卓越——浙江大学本科教学改革与实践.杭州：浙江大学出版社，2007，664-669.[4] 肖建富，高瞻，李桂新.综合性实验的界定与作用探析.实验技术与管理，2008，25（12）:143-145，165.[5] 杨毅，杨艳燕.生物学基础实验教学改革的实践与构想.生物学杂志，2004，21（1）:46-48.[6] 汪子栋，刘天佐，路文江，石 圩，王海风.专业教学实验改革的探讨.实验技术与管理，2004，21（1），112-115.[7] 陈琴，庞丽娟.科学探究：本质、特征与过程的思考.教育科学，2005，（1）:2-6.[8] 扈中平，刘朝晖.多元性教学理念与创新素质的培养.教育研究，2001，（7）:20-24.[9] 杨大翔.遗传学实验.北京：科学出版社，2004.[10] 高翼之.摩尔根与染色体遗传学说的建立.遗传，2002，24（4）:459-462.[11] 李明辉.遗传学史在遗传学教学中的作用.遗传，2006，28（8）:989-992.