1.前言

　　遺傳學(xué)是生命科學(xué)領(lǐng)域的基礎(chǔ)學(xué)科之一，是生命科學(xué)領(lǐng)域各專業(yè)學(xué)生所必修的一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課。遺傳學(xué)已從孟德?tīng)�、摩爾根時(shí)代的細(xì)胞學(xué)水平深入發(fā)展到現(xiàn)代的分子水平�，F(xiàn)代的遺傳學(xué)已有三十多個(gè)分支，而細(xì)胞遺傳學(xué)作為生物科學(xué)中最活躍和最有生命力的學(xué)科之一，是農(nóng)業(yè)院校研究生專業(yè)基礎(chǔ)課的重要組成部分。其實(shí)驗(yàn)內(nèi)容設(shè)置水平和建設(shè)規(guī)模是農(nóng)業(yè)院校校研究生能力培養(yǎng)的重要標(biāo)志和條件支撐，是農(nóng)業(yè)院研究生教學(xué)和學(xué)科建設(shè)重要的、不可替代的部分。

　　我校細(xì)胞遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)室承擔(dān)著全校農(nóng)科類各專業(yè)農(nóng)學(xué)、植保、園藝、生命科學(xué)與技術(shù)、葡萄酒、動(dòng)物科學(xué)等6個(gè)學(xué)院的細(xì)胞遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)任務(wù)。近年來(lái)，隨著研究生招生規(guī)模的不斷擴(kuò)大，對(duì)細(xì)胞遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)室儀器設(shè)備、實(shí)驗(yàn)室條件以及實(shí)驗(yàn)技術(shù)人員的要求也越來(lái)越高。特別是分子細(xì)胞遺傳學(xué)日新月異的發(fā)展，傳統(tǒng)的細(xì)胞遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系已遠(yuǎn)不能滿足研究生科學(xué)研究的要求，必須與現(xiàn)代分子遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)技術(shù)和最新的科研成果相結(jié)合，建立適合農(nóng)業(yè)院校的細(xì)胞遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，才能真正地提高研究生的實(shí)驗(yàn)技能，為科學(xué)研究打好基礎(chǔ)。本實(shí)驗(yàn)室在長(zhǎng)期的實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)研究生細(xì)胞遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的問(wèn)題，并結(jié)合農(nóng)業(yè)學(xué)院的專業(yè)特點(diǎn)以及細(xì)胞遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)最基本的目標(biāo)和功能，通過(guò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革，建立了結(jié)合本專業(yè)實(shí)際的細(xì)胞遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系，完善了與之相應(yīng)的研究生細(xì)胞遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)室配置和實(shí)驗(yàn)材料的建設(shè)。

　　2.建立結(jié)合專業(yè)實(shí)際的細(xì)胞遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系

　　2.1保持細(xì)胞遺傳學(xué)最基本的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容

　　由于研究生生源專業(yè)背景的差異性，尤其是跨專業(yè)考取的研究生與本專業(yè)考取的研究生相比較，實(shí)驗(yàn)技能相差很多。為了幫助專業(yè)基礎(chǔ)薄弱的研究生盡快掌握遺傳學(xué)的基本技能，使他們少走彎路，實(shí)驗(yàn)室保持了原有的一部分基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，即植物染色體制片技術(shù)、植物染色體結(jié)構(gòu)變異觀察、非整倍體觀察和鑒定、減數(shù)分裂中期I染色體構(gòu)型觀察等實(shí)驗(yàn)。特別是染色體制片技術(shù)實(shí)驗(yàn)，有絲分裂和減數(shù)分裂制片都采用黑麥為實(shí)驗(yàn)材料，既掌握了植物染色體制片技術(shù)同時(shí)比較了有絲分裂和減數(shù)分裂染色體形態(tài)的差異，又使植物染色體組型分析、植物中的超數(shù)染色體觀察實(shí)驗(yàn)穿插其中，使一個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目包含了四項(xiàng)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。植物染色體結(jié)構(gòu)變異觀察采用目前生產(chǎn)上廣泛使用的1B/1R小麥易位系品種為實(shí)驗(yàn)材料，利用隨體染色體數(shù)目的變化來(lái)鑒定易位系，既了解了小麥染色體組的組成，又對(duì)隨體染色體的形態(tài)進(jìn)行了觀察。減數(shù)分裂中期I染色體構(gòu)型觀察利用各種非整倍體為實(shí)驗(yàn)材料，如小麥單體系列、缺體系列、缺四體系列、重雙端體系列以及各種遠(yuǎn)緣雜交后代材料，既觀察了各種染色體形態(tài)，又用它們作親本與VE161小麥的雜交后代為材料，觀察和鑒定了減數(shù)分裂中期I各種多價(jià)體染色體構(gòu)型。

　　2.2優(yōu)化細(xì)胞遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)的核心技術(shù)

　　植物染色體分帶技術(shù)和植物染色體原位雜交技術(shù)既是細(xì)胞遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)的核心技術(shù)同時(shí)由于實(shí)驗(yàn)過(guò)程長(zhǎng)，程序復(fù)雜，實(shí)驗(yàn)條件要求嚴(yán)格，也是比較難做的實(shí)驗(yàn)。為了提高實(shí)驗(yàn)質(zhì)量，使研究生都能掌握這兩個(gè)實(shí)驗(yàn)技術(shù)本實(shí)驗(yàn)室對(duì)其實(shí)驗(yàn)步驟進(jìn)行了優(yōu)化。植物染色體分帶技術(shù)采用BSG流程，在45%冰乙酸、5%氫氧化鋇和2XSSC溶液中處理溫度都采用45°Q既簡(jiǎn)化了實(shí)驗(yàn)流程，又收到了很好的實(shí)驗(yàn)效果。植物染色體原位雜交技術(shù)采用黑麥代換系、易位系為實(shí)驗(yàn)材料，基因組DNA作為探針，利用地高辛標(biāo)記檢測(cè)系統(tǒng)，建立了本實(shí)驗(yàn)室的原位雜交實(shí)驗(yàn)體系。

　　2.3外源染色體檢測(cè)的分子標(biāo)記實(shí)驗(yàn)技術(shù)的應(yīng)用

　　近年來(lái)，隨著分子遺傳學(xué)的發(fā)展，分子標(biāo)記可直接在DNA分子水平上更加準(zhǔn)確、可靠地檢測(cè)染色體組成，已被廣泛用來(lái)檢測(cè)作物外源染色體及染色體片段。隨著研究工作的發(fā)展，會(huì)有越來(lái)越多的RFLP、RAPD、SCAR、SSR標(biāo)記被開(kāi)發(fā)出來(lái)，已在外源染色體鑒定和分子標(biāo)記輔助育種方面發(fā)揮巨大作用。所以，本實(shí)驗(yàn)室在細(xì)胞遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)中開(kāi)設(shè)了外源染色體檢測(cè)的分子標(biāo)記實(shí)驗(yàn)技術(shù)，包括小麥近緣植物基因組特異性PCR標(biāo)記創(chuàng)建、利用SSR標(biāo)記鑒定外源染色體、利用DNA分子雜交鑒定外源染色體等實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，把最新的實(shí)驗(yàn)技術(shù)和科研成果應(yīng)用到細(xì)胞遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容體系中，為研究生的科研工作打下了良好的基礎(chǔ)。

　　2.4利用蛋白質(zhì)電泳檢測(cè)外源染色體的實(shí)驗(yàn)技術(shù)

　　同工酶在同一部分同源群內(nèi)的不同染色體之間具有相似性和多態(tài)性，他們所攜帶的多種同工酶基因在染色體上的排列具有一定的次序。在小麥中，利用非整倍體系列（尤其是利用端體和缺體一四體補(bǔ)償體)和附加系、代換系已經(jīng)將許多同工酶基因定位于相應(yīng)的染色體和染色體臂上，并繪制出同工酶基因的染色體圖。因此，可以利用同工酶分析檢測(cè)導(dǎo)入受體中的外源染色體和染色體片段，利用多個(gè)生化標(biāo)記，可進(jìn)一步確定易位片段的大小和位置。利用種子貯藏蛋白進(jìn)行外源染色體鑒定是生化標(biāo)記鑒定的一種有效方法。谷類作物胚乳貯藏蛋白及其亞基在染色體上的分布具有與同工酶相類似的特征，因此也可以用蛋白質(zhì)譜帶特征作標(biāo)記來(lái)鑒定附加系。為此，本實(shí)驗(yàn)室設(shè)立了同工酶技術(shù)在鑒定小麥外源染色體中的應(yīng)用、利用酸性聚丙烯酰胺凝膠電泳技術(shù)鑒定外源醇溶蛋白基因、利用SDS-聚丙烯酰胺凝膠電泳技術(shù)鑒定外源HWG基因三個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，從而，建立了完善的細(xì)胞學(xué)（包括染色體計(jì)數(shù)、核型分析和染色體分帶等）、生化標(biāo)記(同工酶和蛋白質(zhì)）、原位雜交和分子標(biāo)記鑒定外源染色體的細(xì)胞遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)體系。

　　3.新的細(xì)胞遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系下的實(shí)驗(yàn)室配置

　　3.1染色體制片儀器設(shè)備配置

　　顯微鏡被廣泛應(yīng)用于各科學(xué)研究領(lǐng)域?qū)ξ⒂^世界的探索具有極其重要的作用。特別是細(xì)胞遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)，大部分實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目都需要顯微鏡來(lái)觀察，所以各類顯微鏡對(duì)細(xì)胞遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)室都是必需的。除了每人一臺(tái)普通生物顯微鏡以外，還需要幾種研究用顯微鏡，常用的研究用顯微鏡主要有：相襯(差）顯微鏡、倒置顯微鏡、熒光顯微鏡等。

　　3.1.1相襯（差）顯微鏡

　　相襯顯微鏡（phasecontrastmicroscope)是依靠裝在物鏡內(nèi)的相位板，使照射物體點(diǎn)的直射光與衍射光發(fā)生干涉，將相位差轉(zhuǎn)換成振幅差（明暗差別)，從而使人們?cè)陲@微鏡下可以觀察無(wú)色透明的標(biāo)本。相襯顯微鏡在細(xì)胞遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)室主要用于無(wú)染色的染色體標(biāo)本制作。

　　3.1.2倒置顯微鏡

　　倒置顯微鏡（invertedmicroscope)是為了適應(yīng)植物組織培養(yǎng)、細(xì)胞離體培養(yǎng)等顯微觀察和研究需要而設(shè)計(jì)的顯微鏡。由于被檢物體均放置在培養(yǎng)皿(或培養(yǎng)瓶）中，就要求倒置顯微鏡的物鏡和聚光鏡的工作距離較長(zhǎng)，以便可以透過(guò)較厚的玻璃壁，對(duì)培養(yǎng)皿內(nèi)的被檢物體進(jìn)行顯微觀察和研究。因此，與一般明場(chǎng)顯微鏡相比，倒置顯微鏡的物鏡、聚光鏡和光源均是顛倒的。

　　3.1.3焚光顯微鏡

　　勞光顯微鏡（fluoiescencemicmscope)是利用短波光照射標(biāo)本，對(duì)標(biāo)本的固有熒光、熒光染色后的二次熒光或免疫熒光進(jìn)行觀察的研究用顯微鏡。熒光顯微鏡除具有普通明場(chǎng)顯微鏡的光學(xué)部件外(其中物鏡應(yīng)為專用的熒光物鏡)，還應(yīng)配置有熒光裝置。熒光裝置的主要部件包括：高壓汞燈、激發(fā)濾光片、分光鏡、吸收激發(fā)光濾光片等。熒光顯微鏡的激發(fā)范圍主要有：紫外激發(fā)、紫色激發(fā)、藍(lán)光激發(fā)和綠光激發(fā)。通過(guò)特異的熒光或免疫熒光標(biāo)記，使特定的染色體或者蛋白質(zhì)等分子帶上特異的熒光素，結(jié)合熒光顯微鏡觀察，可以對(duì)細(xì)胞內(nèi)特定的分子進(jìn)行研究，分析它們的分布、動(dòng)態(tài)變化及相互關(guān)系。這種觀察是其他研究用顯微鏡很難實(shí)現(xiàn)的，也是分子細(xì)胞遺傳學(xué)研究的重要內(nèi)容。

　　3.2外源染色體的分子標(biāo)記及蛋白質(zhì)標(biāo)記儀器設(shè)備配置

　　3.2.1植物總DNA提取設(shè)備配置

　　植物總DNA提取的必備的設(shè)備有：研缽、液氮罐、電熱恒溫水浴鍋、小容量離心機(jī)、大容量離心機(jī)、冰箱、制冰機(jī)、紫外透射儀、紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)等。研缽用于研磨植物體的組織以提取植物的DNA或RNA,必須有30套以上。液氮罐用于裝運(yùn)提取DNA磨樣時(shí)所需的液氮。磨樣加提取液后需在65°07水浴溫育30分鐘左右，同時(shí)在配藥品時(shí)也有不同溫度的水浴要求，所以2個(gè)室溫至100°C水浴鍋是必不可少的。當(dāng)提取少量的DNA時(shí)，小容量的離心機(jī)是必備的。為提取大量的DNA需一臺(tái)大容量離心機(jī)，一般最大轉(zhuǎn)速均應(yīng)大于12000mp冰箱和制冰機(jī)在這里主要用于DNA提取的冰浴、預(yù)冷一些沉淀DNA的溶液及存放DNA必需能滿足4C和-20C兩個(gè)溫度要求。另外，由于植物總DNA提取多采用幼苗，所以還需要1臺(tái)生化培養(yǎng)箱或人工氣候箱。

　　3.2.2PCR反應(yīng)系統(tǒng)設(shè)備配置

　　一個(gè)實(shí)驗(yàn)室要能進(jìn)行PCR反應(yīng)實(shí)驗(yàn)，一般要具備以下實(shí)驗(yàn)設(shè)備：超凈操作臺(tái)、旋渦振蕩器、小容量離心機(jī)和PCR儀。超凈操作臺(tái)還是分子實(shí)驗(yàn)室必備的儀器，有不少實(shí)驗(yàn)是必須在超凈操作臺(tái)上進(jìn)行的。在配置PCR混合液及其他溶液時(shí)，需用旋渦振蕩器進(jìn)行振蕩以便溶液中的各成份充分混勻。PCR儀乃是整個(gè)實(shí)驗(yàn)室的核心儀器，其種類繁多，性能也有差異，教學(xué)實(shí)驗(yàn)室應(yīng)根據(jù)自己承擔(dān)的教學(xué)任務(wù)選購(gòu)3臺(tái)以上。

　　3.2.3凝膠電泳及顯色系統(tǒng)設(shè)備配置

　　實(shí)驗(yàn)室應(yīng)具備瓊脂糖和聚丙烯酰胺兩種凝膠電泳的能力。凝膠電泳系統(tǒng)的主要功能是檢測(cè)提取的總DNA質(zhì)量及PCR擴(kuò)增產(chǎn)物以及蛋白質(zhì)。整個(gè)過(guò)程的完成需電泳儀、電泳槽、微波爐、脫色搖床、染膠盆、膠片觀察燈、紫外凝膠成像儀和一些常規(guī)的小件工具。要檢測(cè)PCR的擴(kuò)增產(chǎn)物，需對(duì)其進(jìn)行凝膠電泳及顯色反應(yīng)。因而，電泳儀一般要配備多臺(tái)，要能滿足不同的電泳電壓。電泳槽則是電泳儀的配套設(shè)備，要根據(jù)電泳儀性能和教學(xué)實(shí)驗(yàn)室承擔(dān)的教學(xué)任務(wù)各選購(gòu)10套以上。微波爐主要用來(lái)熔化瓊脂糖制膠或培養(yǎng)基配制。脫色搖床和染膠盆是硝酸銀染色過(guò)程中必備的。膠片觀察燈箱有助于觀察顯色后的膠片以便能更清楚地記錄帶型，主要觀察銀染的聚丙烯酰胺膠。瓊脂糖膠一般采用溴化乙錠染色，需通過(guò)紫外燈觀察，所以需要一套凝膠成像系統(tǒng)。要進(jìn)行Souhem雜交，還得配備雜交箱、恒溫培養(yǎng)箱、恒溫?fù)u床、凝膠干燥儀等。為了避免同位素污染，應(yīng)選用生物素標(biāo)記檢測(cè)系統(tǒng)、地高辛標(biāo)記檢測(cè)系統(tǒng)等。

　　3.2.4凝膠成像及數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)設(shè)備配置

　　這一系統(tǒng)主要包括凝膠成像系統(tǒng)（包括暗箱、紫外換燈箱、燈外燈、數(shù)碼相機(jī)及配套的分析軟件等）、掃描儀及各類生物應(yīng)用軟件。圖像記錄著實(shí)驗(yàn)的過(guò)程，這也是實(shí)驗(yàn)的證據(jù)，獲得圖像這項(xiàng)任務(wù)可由凝膠成像系統(tǒng)、掃描儀及配套的軟件來(lái)完成。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可直接從膠片上讀取，也可從已掃描的圖像上獲得，然后保存在計(jì)算機(jī)內(nèi)。常用的分析軟件有凝膠成像系統(tǒng)的配套軟件、生物統(tǒng)計(jì)軟件、構(gòu)建遺傳圖譜及QTL定位軟件、引物設(shè)計(jì)軟件等。生物統(tǒng)計(jì)軟件目前國(guó)際上最為流行的是SAS遺傳圖譜的構(gòu)建及QTL分析用得較多的是Mapmaker/Exp30和MapmakeriQTLU設(shè)計(jì)引物的軟件主要有DNAmanOPS.Primer等。

　　3.2.5其他的常規(guī)設(shè)備

　　大部分實(shí)驗(yàn)用水都要求是超純水，所以需要一臺(tái)高質(zhì)量的純水器。其次是無(wú)菌環(huán)境。離心管、Tip頭、一些配溶液的器皿以及不少溶液都必需滅菌消毒，因而高壓滅菌爐和烘干箱也是分子實(shí)驗(yàn)室必不可少的。再者，高精度的電子天平和pH計(jì)是配藥時(shí)必備的儀器，而磁力加熱攪拌器則是配藥的一個(gè)好幫手。教學(xué)實(shí)驗(yàn)室應(yīng)有以下幾種取樣范圍的移液器：1000-5000^l100-100020-200Ml10-100Ml2-20Ml0.5-10Ml0.1-2.5M實(shí)驗(yàn)室的許多藥品都需在低溫下保存，需要有良好的冷藏系統(tǒng)，要配備4°C、-20°0的冰箱兩臺(tái)，最好能配有-80°0的超低溫冰箱。要有足夠的易耗品，如一次性手套，各種Tip頭和Tip頭盒，離心管及離心管架（這些離心管必須與實(shí)驗(yàn)室的離心機(jī)和PCR儀相匹配，離心管架要與離心管配套)，玻璃板、梳子、膠條和夾子。

　　4.新的細(xì)胞遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系下的實(shí)驗(yàn)材料建設(shè)

　　細(xì)胞遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)還有一個(gè)特殊之處，就是必須有一系列的實(shí)驗(yàn)材料作為支撐。本實(shí)驗(yàn)室在對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容改革的同時(shí)，擴(kuò)大了實(shí)驗(yàn)材料標(biāo)本的建設(shè)，在保持原有小麥中國(guó)春?jiǎn)误w系列、缺體系列、缺四體系列、重雙端體系列以及各種遠(yuǎn)緣雜交后代材料的基礎(chǔ)上，充分與本領(lǐng)域科研相結(jié)合，收集了一大批小麥近緣植物如簇毛麥、濱麥、華山新麥草、大麥、黑麥等的附加系、代換系和易位系材料，為實(shí)驗(yàn)的順利進(jìn)行提供了保障。

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