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群体遗传学基础范文1
关键词：遗传学实验；整合；模块
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2014）51-0257-02
《遗传学》是生物科学专业的基础课之一，是一门运用严密逻辑推理和大量实验论证来揭示生命奥秘的学科。实践教学是大学生素质养成和能力培养的重要环节，是沟通理论与实践的桥梁，是培养创新能力的源头。遗传学实验课是高等学校生物学科一门实践性很强的学科，内容博大，涉及的知识面广，尤其是分子生物学的快速发展从广度和深度等层面极大地丰富和拓展了经典遗传学的内容。近年来，为了全面开展素质教育，体现实验内容改革以学生为中心，逐步培养学生创新能力和创新思维的教学理念，我系认真分析现有遗传学实验内容的现状和特点，并进行有益的探索和尝试，为学习分子生物学实验技术和基因工程实验技术打下良好的基础。
一、遗传学实验内容的现状和特点
高校实验教学的目标是训练学生有较强的动手操作能力，提高设计实验和分析解决实验问题的能力[1]。遗传学实验教学服从于理论教学，当前遗传学实验内容主要存在以下问题：教学内容陈旧，验证实验较多，综合设计实验较少，缺乏新技术、新方法的内容[2]，因此，不能满足学生掌握新技术、新方法的要求，学生分析问题解决问题的能力得不到锻炼。
为了跟上现代遗传学的快速发展，进一步提高实验教学质量，培养具有创新精神和实践能力的人才，必须进行实验体系和教学内容的改革。新体系主要以加强基础、重视应用、开拓思维、培养能力、提高素质为核心，重新整合实验内容，将原有实验内容分成经典遗传学、细胞遗传学、分子遗传学和群体遗传学四个模块，每个模块的实验内容进行整合优化，让学生参与到实验的各个环节，提高其解决实际问题和动手操作能力，为实际应用和从事科研工作打下基础[3]。
二、遗传学实验内容的整体优化
1.经典遗传学模块。传统的经典遗传学实验包括果蝇饲养以及生活史观察、果蝇的性别鉴定及突变体观察、果蝇唾腺染色体的制备与观察、果蝇单因子实验、果蝇的双因子实验、果蝇的伴性遗传和基因的连锁交换及三点测交等实验内容，整合优化后改为果蝇杂交大实验，见图1。实验材料为黑腹果蝇的纯系野生型（红眼、长翅、灰身、直刚毛）和突变型（白眼、长翅、灰身；白眼、小翅、焦刚毛；红眼、残翅、黑檀体）。并告诉同学们眼色位于果蝇的X染色体上；体色、翅型、刚毛形态均为于常染色体上。让学生根据所学的分离定律、自由组合定律、连锁互换定律、伴性遗传、三点测验等理论知识设计实验，例如正交：檀黑身（雌）×灰身小翅焦刚毛白眼；反交：灰身小翅焦刚毛白眼（雌）×檀黑身。学生通过设计实验一方面能加深对理论知识理解和应用，另一方面锻炼了学生实验设计能力。学生自己培养果蝇，观察记录，写出实验报告，并运用理论分析实验结果。
学生在实验过程中出现的问题或发现的现象可以先查阅相关资料，然后与指导老师商量，写出具体解决方案，这个过程锻炼了学生独立思考问题、解决问题的能力。传统的教学将这些实验分开来做，而且都是提前告知学生怎么做，去验证一些现象或规律等，整合后，将验证实验改为综合实验，并具有一定的连续性，学生还可以自己动手参与进来，尽管实验内容没有变，学生积极性却提高了，不仅培养了学生多种实验技能，而且增强了学生的综合素质。
2.细胞遗传学模块。细胞遗传学模块中植物细胞有丝分裂的制片和观察、植物微核实验、姊妹染色单体分染技术、植物染色体核型分析和植物多倍体的诱发及细胞学鉴定等实验内容主要是锻炼学生培养材料、制片、染色、观察、分析。整合后的内容改为蚕豆根尖细胞不同处理后的观察与分析，见图2。实验前将学生分组，把实验步骤和注意事项讲清楚，让学生自己培养材料，并鼓励学生材料和处理试剂自选，如“多倍体诱发与鉴定”实验，让学生自主选用不同的实验材料，摸索秋水仙素适宜浓度和最佳处理时间，研究探讨影响染色体加倍效果的不同因素[4]。
这样学生实验的兴趣大大地激发，主动性得到发挥，并且学生在实验过程中还会发明一些小装置，例如：在暖壶盖边缘一圈打孔穿线，做成网状，然后在孔上滴蜡封孔，制备水培的培养瓶，简单、耐用、环保、经济。
传统教学内容中，这些实验分开讲解，尽管观察的实验结果不同但是实验步骤大同小异，学生就会感觉实验过程单一，没有创新，没有兴趣，从而影响实验效果。整合后学生分组培养材料，同时制片观察实验结果，同一时间内就可完成几个实验的内容，不仅解决了实验学时少的现实问题，而且将枯燥单一的实验教学改为灵活多变的内容，提高了学生的积极性，加深了学生对理论知识的掌握。另外，学生还可以自选材料进行相应的设计研究，培养学生查阅资料、分析问题和解决问题的能力，教学效果也提高了。
3.分子遗传学模块。分子遗传学的实验主要包括突变型的筛选与检出、突变型的鉴定、DNA提取及纯化和PCR扩增及检测，整合后改为大肠杆菌基因突变型的筛选与鉴定，学生从突变体的诱导，到鉴定，每一步都需要自己查阅资料，理论联系实际进行操作。比如突变体的诱导可以通过多种方法（包括物理的和化学的），学生可以任选一种进行诱导。突变具有多方向性，实验结果没有唯一性，这样学生实验内容灵活多样，学生的主观能动性，积极主动性得到很好发挥。
4.群体遗传学模块。群体遗传学的实验主要包括人类ABO血型的群体遗传学分析、人类指纹的群体遗传学分析和人类对苯硫脲尝味能力的遗传分析，这些实验的主要目的是通过对人类群体遗传性状基因频率的分析，了解群体基因频率测算的一般方法；加深理解遗传平衡定律，了解改变群体平衡的因素。保证教学目的不变的情况下，将3个实验整合为人类群体一些遗传性状的调查和分析，学生可以任选某一感兴趣的遗传性状进行调查、分析，写出相应的调查报告。
三、教学效果
我系遗传学实验内容整合以后，经过2年的尝试，学生普遍反映良好。实验内容灵活，学生自由选择，大大激发了学生的探索热情，提高了学生的学习积极性与主动性。学生实验过程中会发现很多问题，通过查阅资料和教师讨论，得到结果，锻炼了学生科学思维的能力。大多实验是分组完成，学生在实验过程中意识到团队协作的重要性，懂得了实验的成功需要每个成员积极配合，团结协作。对今后的科学研究有一定的帮助。尽管实验内容整合以后大多数变成了综合型实验，学生参与机会多了，但是教师应该在实验前做好实验指导的关键环节，使学生在实验思想和态度的培养、实验方法和条件的确定等方面都受到系统的训练。保证实验顺利开展。同时，教师也需要不断学习和探索新的实验方法，完善教学内容，改革考核制度，跟上学科发展的步伐。
参考文献：
[1]闫绍鹏，王秋玉，王晶英.遗传学实验教学改革的思考与实践[J].实验室研究与探索，2010，29（7）：275-277.
[2]宋宇，朱昌兰.遗传学实验教学改革与实践[J].安徽农业科学，2011，39（13）：8173-8174，8177.
群体遗传学基础范文2
一、利用生物科学史资源，引导学生形成正确的思想
生物科学史向我们揭示了科学家思考和解决生物学问题的思想历程。科学家思想的形成在当时的社会，不仅受到文化背景的制约，还受到当时科学技术水平的制约，对于科学家来说，生物学知识的产生，都需要首先从思想上有所突破。如果思想不科学，就会导致人们对事物产生错误的认识。反过来，通过对事物的科学探究，获得对事物的正确认识，又会改变人们的思想，使人们对事物的认识产生质的飞跃。例如，物种是演变的思想的确立，就是对物种是不变的思想的突破；人类对生命个体发育的探究历程，体现了思想方法上的突破。因此，生物科学史向我们展示了科学家所处的时代背景，记录着科学家们的思想以及思想转变的历程，对学生形成正确的思想具有积极的教育意义。
二、利用生物科学史资源，帮助学生建构知识结构
学生学习了生物科学史，既能从整体上了解各个分支学科是在解决什么问题的过程中发展起来的，又能了解各个分支学科之间的联系，从而建立知识点之间的联系，建构完整的知识结构。例如，遗传学的建立和发展，经历了细胞遗传学、群体遗传学、微生物遗传学和分子遗传学等阶段。在其发展过程中，如果孟德尔没有运用数学知识对数据进行统计分析，就不能揭示遗传规律；如果没有细胞学的发展，萨顿和鲍维里就不能推测到遗传因子与染色体之间的联系。在科学家解决遗传的规律是什么、遗传物质是什么、遗传物质具有什么结构、遗传物质如何复制和如何控制多肽链的生成等一系列问题的过程中，遗传学逐渐发展起来。如果教师能引导学生循着这样的线索展开学习去了解这一系列问题的解决过程，那么，这一部分的知识结构学生就可顺利地建构起来，还可能联想到新的问题。
三、利用生物科学史资源，培养学生的批判性思维
学生通过生物科学史的学习，可以了解到生物科学是在自我更正的过程中积累和进步的；还可以了解到生物科学知识是科学家在不断对前人的结论进行质疑、求证的基础上，再进行自我更正的过程中积累起来的。例如，达尔文建立了以自然选择为核心的进化论，人们在承认生物进化论的同时，却不愿意接受达尔文对进化原因进行臆想的方法，不满意达尔文对进化机制的解释。德弗里斯将实验方法引入进化论的研究中，提出了“突变学说”，以此来解释达尔文的自然选择。在20世纪的头10年，这一学说得到生物学界的广泛接受。然而，1910年，果蝇遗传学的。发展表明，果蝇群体中不断发生着突变，却没有产生物种的变化1912年～1915年细胞学的精确研究，沉重地打击了德弗里斯的学说，揭示了他所认为的大规模突变产生的性状实际上是已有性状的复杂重组。细胞遗传学，尤其是群体遗传学的建立，才阐明了自然选择的机制。学生在了解了进化论的发展后，可以得到科学知识是在不断质疑、求证与更正的过程中积累的这一结论，这对培养学生的批判性思维大有帮助。
四、利用生物科学史资源，培养学生的探究能力
生物科学史就是科学家探究生物学知识的科学过程史。生物科学每一个知识点的产生过程，就是一个科学探究的过程，如发现问题、提出问题、作出假设、逻辑推理、检验假设、分析结论、交流评价等，是对学生进行科学方法训练的良好素材。学习生物科学史有助于学生了解每个知识点的来龙去脉，而且可以从其中的一些典型事件中学习到科学家的科学探究方法。例如《标准》中列举的生长素的发现史，教师可利用现代化教学手段，引导学生深刻领会科学家的思维方式，探索生长素基本理论的形成过程。这样不仅可促进学生深刻领会生长素理论的论点，还能使学生在亲身体验科学探索的过程中接受科学方法的训练，形成一定的探究能力。
五、利用生物科学史资源，培养学生的合作能力
在课程改革的过程中，合作学习是一种重要的学习方式。学生通过高中生物科学史的学习，能够明白在探究知识的过程中，科学家之间往往是通过合作取得成功的。例如：DNA双螺旋结构模型的建立过程，汇集了许多不同学科背景科学家的智慧，特别是沃森和克里克两人的合作，为解决问题提供了不同的思路。他们在解决问题的过程中相互启发，相互补充，相互促进，同时共享了研究成果。学生还可以在生物科学史的学习中，明白必须重视每一学科的学习，而不能有偏科现象。只有这样，才能为终身学习奠定良好的基础。
六、利用生物科学史资源，培养学生的科学素养
生物科学史呈现了科学家的科学态度、科学精神和科学世界观。生物科学史中记载着科学家的生平事迹，从中挖掘科学家的科学态度、科学精神和科学世界观，把它们渗透到生物教学中，对培养学生的生物学素养乃至科学素养和人文素养都具有积极的教育意义。例如，人教版高中生物课标教材中，必修模块1《分子与细胞》中选取了“细胞学说的建立过程”“探索生物大分子的奥秘――与邹鲁院士一席谈”“细胞世界探微三例”“对生物结构的探索历程”“关于酶本质的探索”“光合作用的探究历程”等方面的历史。学生置身于科学史的氛围中进行领悟和体会，可获取丰富而有趣的知识营养，体验严密的逻辑思维过程和解决问题的思想方法，并在厚重的历史感中体会前人的智慧，从而提升自身的生物科学素养。
群体遗传学基础范文3
关 键 词： 地方高校； 遗传学；实验教学； 教改；
遗传学是生物学中最富于综合性的中心学科之一，也是生命科学中发展最迅速的前沿的学科之一。自 1900 年孟德尔定律被重新发现以来，遗传学取得了很大的发展，阐明了许多遗传学现象和规律。进入 21 世纪之后，科学家对线虫、果蝇、拟南芥等动植物以及人类基因组计划的初步完成，更加突现出遗传学在生命科学中的核心与前沿学科的地位。遗传学是一门实验性很强的学科。遗传学本身的发展离不开大量而设计周密的实验研究，因此遗传实验课程是开展遗传学研究的重要基础。通过实验教学，不仅可以使学生在实验过程中加深对遗传学现象和规律的认识，更重要的是培养学生进行遗传学及相关学科研究工作的能力。
1.优化师资队伍结构
遗传学实验课程的教学在很多地方院校是由一个教师负责教学和实验，这样就会导致教学质量的下降，面对这种情况，地方院校就应优化师资队伍结构，组建一支具有较高的学术水平和教学水平、结构合理的高素质实验教学队伍，由1-2 名遗传学理论课程的教师和1-2 名多年承担遗传学实验教学的老教师为课程负责人，以硕士及以上学位、且具有从事经典和分子遗传学研究工作经历的教师，或承担过两轮以上遗传学及实验教学任务的教师作为课程教学队伍，形成一支教学经验丰富，老中青合理搭配，学缘来源广泛的遗传学及实验教学队伍。
2.建立高水平、综合性的遗传学实验教学平台
近年来，由于学科的迅速发展和植物科学领域研究工作的不断深入，许多新的实验方法和实验技术不断涌现，使得原有的实验项目不能充分满足培养创新型人才的要求，有必要增设新的实验项目。同时，为了培养学生的创新能力，要逐步减少验证性、演示性实验，增加设计性、综合性实验，通过设计性、综合性实验可以实现以学生自我训练为主的教学模式，更好地掌握实验原理、操作方法、步骤，全面了解仪器设备的性质并正确地使用仪器，锻炼学生思考问题、分析问题和解决问题的能力，提高学生的创新思维和实际动手能力，而现有的仪器设备条件不能满足综合性设计性实验的要求，降低了教学效果；另外，由于招生规模的扩大，导致原有实验设备的数量严重不足。为了改善遗传学实验课程的教学条件、提高教学水平，极有必要在现有基础上，按照人才培养目标、学科发展和社会经济发展的要求，优化实验室布局，添置新的仪器设备，增加新的实验项目，建立高水平的遗传学实验教学平台，提高实验室的共享性和和仪器设备利用率，改善实验技术条件和工作环境。提高实验教学水平和学生的专业素质，培养学生的实践能力和创新精神.
3. 完善实验教学内容
在很多地方院校的实验教学内容主要是研究动物、植物、微生物和人类的经典遗传学内容，而细胞遗传学、分子遗传学等教学内容由于条件的限制而不能开设，从而导致实验教学内容不完善。根据教育部《关于加强高等学校本科教学工作，提高教学质量的若干意见》（ 教高[2001]4号） 中的有关文件要求，遗传学实验教学内容要不断进行完善：不但要涵盖经典遗传学、细胞遗传学、分子遗传学、发育遗传学、群体遗传学、数量遗传学、生物信息学和基因组学等，而且要涵盖动物、植物、微生物和人类等研究对象的遗传学实验。通过不断完善实验教学内容，建立“基础性综合性研究（ 设计、创新） 性”逐层递进的实验教学体系，使学生从生物的整体水平、细胞水平和分子水平等方面逐渐加深对遗传学知识的理解，培养学生的实验动手能力、综合实验设计能力和创新能力。
4. 开放实验室
为提高实践教学水平，提高学生实验动手能力和创新能力，必须全面实施实验室开放。开放式实验教学是培养学生实践能力和创新意识协调发展的重要途径，也是高校实验教学改革的必经之路，是克服实验流程较长与每次实验课时有限之间矛盾的有效方法。实施全天性开放实验教学，是增强学生实验兴趣、提高实验主动性、加强动手能力培养的有效措施。
5 .加强科学研究，进行“产学研基地”的建设，培养科研人才，带动地方经济的发展
我国是世界上最大的粮食生产和消费国，粮食安全是关系国计民生的大事。粮食生产及与之配套的产业快速发展需要一大批技术人才，尤其是复合型、创新型生物科学技术人才。复合型、创新型人才的培养离不开创新技术和实践经验，社会也需要研究成果尽快转化为现实生产力，“产学研”的有机结合是培养复合型人才的关键。实验课教学不但要重视基本实验技能的培养，更重要的是发现问题、思考问题、解决问题能力的培养，这一过程更离不开大量的实践锻炼。在大型种子公司、基层农技推广站、科研院所建立高水平的“产学研基地”，不但可有效提高学生的学习兴趣，而且可有效增加社会实践能力。
综上所述，调整遗传学专业资源、提升遗传学实验教学的革新、科学有效的实现专业教学与实践基地的有机结合，是提高遗传学实验教学的有效途径，可为地方院校的遗传学的教学改革提供一个思路，同时培养大量的高素质科技人才，促进地方经济的可持续性发展。基金项目：贵州省教育厅自然科学研究项目（黔教科（2010070）号）；贵州省科学技术基金项目（黔科合J字[2012]2001号）；贵州省教育厅功能材料与资源化学特色重点实验室专项基金（黔教高发[2011]278号）；
参考文献：
[1] 刘祖洞，江绍慧遗传学实验（第2版） [M].北京：高等教育出版社.1987.
[2]张文霞，戴灼华.遗传学实验指导[M].北京：高等教育出版社，2007.
[3]贺竹梅.现代遗传学教程[M].广州：中山大学出版社，2008.
[4]林娟，郭滨，蔡新中，田丽芬，乔守怡.综合性大学遗传学实验教学内容的改革[J].高等理科教育，2008，80（4）：88―91
[5] 张根发.遗传学实验[M].北京：北京师范大学出版社，2010.
群体遗传学基础范文4
关键词 草鱼；遗传多样性；RAPD分析
中图分类号S932.4 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2011）50-0105-04
RAPD Analysis of Genetic Diversity in Ctenopharyngodon Idellus in East River and West River from GuangDong
LI Zhuo-jian，Liu Li
College of Animal Science， South China Agricultural University， Guangzhou 510642， China
Abstract Random amplified polymorphic DNA(RAPD) technique was applied to study the genetic relationships of three population in Ctenopharyngodon idellus from GuangDong.Under predetermined optimal reaction conditions， amplifications with 7 random primers selected from 60 primers were selected. Each species had its own unique bands which can be used for species identification.The molecular phylogenetic trees constructed by MEGA2.1 of RAPD data analyzer 1.3v indicated. The populations of Grass carp from East River was highly similar with the populations from West River and these two population were different from the population of grass carp in seed farm
Keywords Ctenopharyngodon idellus ;genetic diversity; RAPD analysis
草鱼（Ctenopharyngodon idellus）俗称草鲩，英文名为Grass carp，系属脊椎动物门（Vertebrata）、硬骨鱼纲（Osteichthys）、鲤形目（Cypriniformes）、鲤科（Cyprinidae）、雅罗鱼亚科（Leuciscinae）、草鱼属（Ctenopharyngodon Steindachner，1866）[1]。草鱼作为四大家鱼之首，其所形成的产业对广东省淡水渔业乃至全国的淡水渔业的发展都起到了极其重要作用。
随机扩增多态DNA（random amplified polymorphic DNA， RAPD）是建立在PCR技术基础上检测DNA序列多态性和建立分子遗传标记的技术，Williams等[2]和Welsh等[3]运用随机引物扩增寻找多态DN段作为分子标记。如今RAPD技术在生物的遗传多样性、群体遗传学、分类学及农牧业的遗传育种等研究中得到广泛应用[4]。本研究旨在用RAPD技术对广东草鱼进行群体的亲缘关系探讨，以期为了解广东省草鱼资源现状提供相关的遗传背景资料和理论依据。
1 材料和方法
1.1材料
2008年5月~2008年7月于西江肇庆江段、东江新丰江水库和佛山龙江镇锦记鱼苗场共取90尾草鱼个体的背部肌肉放在冻存管置于液氮罐，运回实验室液氮保存。采集点分布见图1，采集信息见表1。
1.2 DNA提取
取液氮保存肌肉组织大约10mg，与200μl细胞裂解液混匀，加入1.5μl蛋白酶K[5]，置于55℃水浴锅中消化过夜。从水浴锅中取出，加入300μl三氯甲烷混匀，上下摇动10min~15 min。10 000×g离心2min，取约200μl上清液，置于1.5 ml心管中。在离心管中加入250μl沉淀液，混匀，室温放置2 min，10 000×g离心2min。倒掉上清液，立即加入50μl 2M NaCl，轻轻振荡直至DNA样品完全溶解，加入1.5μl RNase A，然后置于37℃水浴锅中水浴5min~10min。加入150μl冷乙醇，-20℃放置10min，10 000×g离心4 min，倒掉乙醇，加入300μl 75%乙醇清洗，10 000×g离心2 min，倒掉75%乙醇，自然风干至无酒精味，加入50μl TE，37℃水浴锅中水浴溶解，4℃保存备用。
1.3 随机引物及筛选
从已研究草鱼的RAPD文献中选取60条引物，以高纯度的草鱼基因组DNA为模板，对60个引物进行筛选，从中选取扩增条带多且清晰的7个随机引物进行PCR扩增。
1.4 RAPD-PCR“标准”反应体系
扩增条件为: 94℃预变性5min，94℃变性1min，36℃退火1min，72℃延伸2min，40个循环，72℃延伸10min，4℃保存。产物在1.5%琼脂糖凝胶上，用恒压80V电泳1小时，溴化乙锭染色，紫外透射仪下观察并照相。根据 50bp DNA ladder（takara）对扩增的片段进行确认。
1.5 数据分析
1.5.1 RAPD片段的观察与统计
根据PCR产物的电泳带型，进行群体内和群体间的比较。统计时仅记录清晰、稳定的电泳带。在同一个引物相同的迁移率上，不同个体间出现的带记为1，未出现的带记为0，在excel表中按格式输入每一个引物的0、1距阵。
1.5.2 多态位点比例
利用扩增片段原始数据的0-1矩阵，使用RAPD data analyzer 1.3v数据分析软件，计算群体内个体间的多态位点数和总位点数，然后根据如下公式计算多态位点比例：多态位点比例（P）=多态位点数/总位点数×100%
1.5.3遗传相似度和遗传距离
群体遗传学基础范文5
1 细胞遗传学时期
1.1 细胞遗传学的发展史
孟德尔于1856～1864年在他所在修道院的小花园内对豌豆进行了杂交实验，于1865年在当地召开的自然科学学会上宣读了实验结果。他认为生物性状的遗传是受遗传因子控制的，并提出了遗传因子分离和自由组合的基本遗传规律。
在1875～1884年间，德国解剖学家和细胞学家弗莱明在动物中，德国植物学家和细胞学家施特拉斯布格在植物中，分别发现了有丝分裂、减数分裂、染色体的纵向分裂以及分裂后的趋向两极的行为；比利时动物学家贝内登还观察到马副蛔虫的每一个身体细胞中含有等数的染色体；德国动物学家赫特维希在动物中，施特拉斯布格在植物中分别发现受精现象。这些发现都为遗传的染色体学说奠定了基础。
1903年萨顿发现染色体行为与遗传因子的行为一致，于是提出了染色体是遗传因子的载体的观点。
约在1910年，美国遗传学家摩尔根及其同事根据对普通果蝇的研究，确定了基因是染色体上的分散单位，在染色体上呈直线排列，提出了基因的连锁交换规律，并结合当时的细胞学成就，创立了以染色体遗传为核心的细胞遗传学。
细胞遗传学时期大致是1910～1940年，可从美国遗传学家和发育生物学家摩尔根在1910年发表关于果蝇的性连锁遗传开始，到1941年美国遗传学家比德尔和美国生物化学家塔特姆发表关于链孢霉的营养缺陷型方面的研究结果为止。因显微技术所限，该时期细胞遗传学材料主要集中于各种动植物。
1.2 细胞遗传学时期几种常用遗传学材料
1.2.1 豌豆
豌豆属豆科植物，一年生藤本作物，羽状复叶，小叶卵形，开白色或淡紫色的花，果实有荚。嫩荚和种子供食用。
作为遗传学实验材料的优点是：自花传粉，闭花授粉；品种间性状差别显著，且相对性状多；花大，便于操作，成熟的种子保留在豆荚中，不容易脱落，利于观察和统计。
1.2.2 果蝇
果蝇是果蝇科果蝇属昆虫，约1 000种。广泛用作遗传和进化的室内外研究材料，尤其是黄果蝇易于培育。其生活史短，在室温下不到两周。其生活环境有些种生活在腐烂水果上，有些种则在真菌或肉质的花中生活。
作为实验动物，果蝇有很多优点。饲养容易，并且繁殖快，在25℃左右下约10 d就繁殖一代，一只雌果蝇一代能繁殖数百只。同时果蝇只有四对染色体，数量少而且形状有明显差别，便宜观察；并且果蝇性状变异很多，比如眼睛的颜色、翅膀的形状等性状都有多种变异。这些特点对遗传学研究也有很大好处。
1.2.3 玉米
玉米是一年生禾本科草本植物。植株高大，茎强壮，挺直。叶窄而大，边缘波状，于茎的两侧互生。雄花花序穗状顶生。雌花花穗腋生。玉米是遗传学研究的良好材料，其理由如下：玉米开单性花，雌雄同株（可同株受精也可异株受粉），雌雄蕊长在不同花序上，去雄容易杂交方便；很多性状可在种子上看到，种子虽然长在母株上的果穗上，但已是下一代了；同一果穗上有几百粒种子，便于统计分析；生长周期短；具有易于区分的相对性状。
2 微生物遗传学时期
2.1 微生物遗传学发展史
大致是1940～1960年，从1941年比德尔和塔特姆发表关于脉孢霉属中的研究结果开始，到1960～1961年法国分子遗传学家雅各布和莫诺发表关于大肠杆菌的操纵子学说为止。在这一时期中，采用微生物作为材料研究基因的原初作用、精细结构、化学本质、突变机制以及细菌的基因重组、基因调控等，取得了已往在高等动植物研究中难以取得的成果，从而丰富了遗传学的基础理论。1900～1910年人们只认识到孟德尔定律广泛适用于高等动植物，微生物遗传学时期的工作成就则使人们认识到遗传学的基本规律适用于包括人和噬菌体在内的一切生物。
2.2 微生物作为遗传学研究材料的优点
大约从1910年～1930年间的主要成就是阐明遗传物质的传递规律，包括染色体变异和进化的研究在内，从20世纪40年代起则主要是阐明基因突变机制和基因作用机制，而在这些研究中，微生物方面的研究占有重要地位。微生物作为研究遗传学的材料有如下优点：① 便于获得营养缺陷型；② 便于作为基因作用研究的材料；③ 便于作为基因突变的研究材料；④ 便于作为研究杂交、转导、转化等现象的材料；⑤ 便于作为基因精细结构的研究材料；⑥ 能被用作研究复杂体制的生物的简单模型，常用大肠杆菌和噬菌体。
肠埃希氏菌通常称为大肠杆菌，是Escherich在1885年发现的，是一种普通的原核生物，属细菌。
2.3 常用的微生物——红色面包霉
红色面包霉（2n=14）是一类被称为子囊菌的真菌中的一种。子囊菌门是最大的一个真菌门类。其营养体由单倍体多细胞菌丝体和分生孢子所组成。红色面包霉的生活史包括无性和有性两个世代，其无性世代是通过菌丝的有丝分裂发育成菌丝体，或由分生孢子发芽形成新的菌丝体。而有性世代是由两种不同生理类型（接合型）菌丝或称不同的接合型通过融合，或异型核结合形成二倍体合子。合子形成后进行减数分裂产生4个单倍体的核，称为四分孢子，四分孢子再经一次有丝分裂形成8个子囊孢子，并以4对“双生”，成线性排列在子囊中。
作为遗传学研究的材料其优点有：① 因为是单倍体，染有显隐性的复杂问题，基因型直接在表现型上反映出来；② 一次只分析一个减数分裂的产物；③ 个体小，生长快，易于培养，一次杂交可产生大量后代，便于科学统计；④ 生殖方式是有性生殖，染色体的结构和功能也与高等生物类似。
3 分子遗传学时期
3.1 分子遗传学发展史
1953年，美国分子生物学家沃森和英国分子生物学家克里克提出DNA的双螺旋模型标志着遗传学研究进入分子遗传学时期。
分子遗传学是在微生物遗传学和生物化学的基础上发展起来的。分子遗传学的基础研究工作都以微生物，特别是以大肠杆菌和它的噬菌体作为研究材料完成的；它的一些重要概念如基因和蛋白质的线性对应关系、基因调控等也都来自微生物遗传学的研究。分子遗传学在原核生物领域取得上述许多成就后，才逐渐在真核生物方面开展起来。
正像细胞遗传学研究推动了群体遗传学和进化遗传学的发展一样，分子遗传学也推动了其他遗传学分支学科的发展。遗传工程是在细菌质粒和噬苗体以及限制性内切酶研究的基础上发展起来的，它不但可以应用于工、农、医各个方面，而且还进一步推进分子遗传学和其他遗传学分支学科的研究。
3.2 分子遗传学常用材料
3.2.1 大肠杆菌
大肠杆菌是人和许多动物肠道中最主要且数量最多的一种细菌，周身鞭毛，能运动，无芽孢。其主要特征如下：
（1） 大肠杆菌是细菌，属于原核生物；具有由肽聚糖组成的细胞壁，只含有核糖体简单的细胞器，没有细胞核有拟核；细胞质中的质粒常用作基因工程中的运载体。
（2） 大肠杆菌的代谢类型是异养兼性厌氧型。
（3） 人体与大肠杆菌的关系：在不致病的情况下（正常状况下），可认为是互利共生（一般高中阶段认为是这种关系）；在致病的情况下，可认为是寄生。
（4） 培养基中加入伊红美蓝遇大肠杆菌，菌落呈深紫色，并有金属光泽，可鉴别大肠杆菌是否存在。
（5） 大肠杆菌在生物技术中的应用：大肠杆菌作为外源基因表达的宿主，遗传背景清楚，技术操作简单，培养条件简单，大规模发酵经济，倍受遗传工程专家的重视。目前大肠杆菌是应用最广泛最成功的表达体系，常做高效表达的首选体系。
（6） 大肠杆菌在生态系统中的地位，若生活在大肠内，属于消费者，若生活在体外则属于分解者。
（7） 它的基因组DNA为拟核中的一个环状分子，同时可以有多个环状质粒DNA。
大肠杆菌作为遗传学材料的优点是：体积小、结构简单（拟核中只有一个环状DNA分子）、繁殖迅速、容易培养、变异类型容易选取。
3.2.2 噬菌体
群体遗传学基础范文6
中国人口最多的民族汉族，本身就是一个最大的“混血”人群，在汉族人群的基因组中可以鉴别出不同程度的周围少数民族的遗传成分。
混血儿常常给人留下深刻印象，如高尔夫球星泰格?伍兹、F1赛车手刘易斯?汉密尔顿、美国总统贝拉克?奥巴马、奥斯卡奖得主哈里?贝瑞等。曾经一项有趣的调查研究发现，混血面孔在“极具魅力脸孔”打分中占据垄断地位。另一方面，大多数人都认为混血儿似乎只是个体行为，即使中国到了今天这么开放的时代，若是谁家女儿嫁给了外国人生了一个混血儿，依然是一件很希奇的事情。而实际上，现代人类在其漫长的历史长河中，曾发生过不同规模的群体性“混血”事件，留下了如今各地广泛存在的“混血”人群，典型的如大家熟识的美国黑人、拉丁美洲人群、中东和东南亚人群以及我国新疆的维吾尔族、哈萨克族等。徐书华就是钟情于这类人群遗传学研究的一位青年科学家。
位于上海市岳阳路320号的中国科学院上海生命科学研究院，有一个由中科院和德国马普学会共同建立的计算生物学研究所。徐书华是该所的研究员、博士生导师和研究组长。想要了解他，就得先认识他的研究领域—群体基因组学。据徐书华介绍，群体基因组学是从基因组水平揭示群体的遗传结构和多样性特征并进而研究基因组微观进化机制的一门学科，也可以简单地理解为是群体遗传学在基因组时代的延续和扩展。徐书华的主要兴趣就是研究“混血”人群（也叫混合人群）的群体基因组学。
徐书华与“混血”人群结缘是偶然的，他对“混血”人群的研究可以追溯到其博士研究生阶段。他的博士论文是利用高密度的常染色体单核苷酸多态性数据研究现代人群的遗传结构，在分析数据的过程中，徐书华注意到了美国黑人的特殊遗传结构，尤其对“混血”人群的连锁不平衡形成机制产生了兴趣，于是对其做了一系列专门分析并写成英文手稿。“当我把论文手稿拿给金力老师看时，得到了他的高度赞赏”。徐书华至今回忆那段经历时仍然感到自豪。关于美国黑人的研究是他第一次与“混血”人群结缘，完成此次研究后，他很快意识到亚洲的“混血”人群基因组研究尚未受到关注，于是便一鼓作气对新疆维吾尔族进行了系统的研究，这也是关于欧亚“混血”人群的第一项群体基因组学研究。最终，关于“混血”人群的研究成为他博士论文的重要组成部分，其中有三章内容是研究美国黑人和新疆维吾尔族的“混血”遗传结构特征和连锁不平衡产生机制。相关研究结果最终分别发表在分子进化领域最具影响力的学术期刊《分子生物学与进化》和人类遗传学领域最具影响力期刊《美国人类遗传学杂志》上。随后他的博士论文也入选复旦大学、上海市优秀博士论文以及全国百篇优秀博士论文。
发现现代人群“混血”普遍性
2006年，徐书华进入中国科学院上海生命科学研究院工作，继续致力于“混血”人群研究。在金力老师的引荐下，他作为课题组长参与了10个国家共同发起的国际合作计划—“泛亚SNP计划”，在研究设计和科学问题的探讨方面作出重要贡献，并独立承担了几乎全部的数据分析任务和研究报告撰写。2009年相关研究结果最终发表在美国著名综合学术杂志《科学》上。这项研究被《科学》同期配发的新闻评论文章认为是“迄今关于东亚和东南亚人群遗传多样性最全面的研究”。
对徐书华来说，研究中最大的收获是发现了亚洲人群间普遍存在的基因交流，即“混血”的普遍性。这意味着“混血”不是只出现在某些少数人群中的一个特例，而是现代人类群体的常态。为此，尽管《科学》杂志对论文摘要的字数有严格限制，徐书华还是特地在其中强调了该发现，也得到了其他共同作者的支持。虽然在这篇主题为亚洲人群迁移历史的文章中，“混血”的发现似乎被人们忽略，但却更加坚定了徐书华投身“混血”人群研究的决心。
实际上，徐书华在其博士论文中就已经注意到中国人口最多的民族汉族，本身就是一个最大的“混血”人群，在汉族人群的基因组中可以鉴别出不同程度的周围少数民族的遗传成分，徐书华后续的一系列研究工作正是建立在这一理解上。同年，徐书华与金力教授在《美国人类遗传学杂志》发表了关于汉族人群遗传结构的研究结果，该研究被列为杂志当期“亮点文章”得到编辑的专门点评。
研究“混血”人群的环境适应
“从基因组多样性和遗传结构的角度，你完全可以把‘混血’人群看成是一个新的人群。”徐书华解释道，“混血人群一般是由彼此隔离分化的祖先人群在近期大规模基因交流产生的。隔离分化几万年的人群，从原世居地迁移到数千里之隔的新地域，他们以及后代必然面临新环境的压力，经受自然选择，也就是混血人群必然要有一个适应环境的过程。”
实际上，新建立的人群如美国黑人，在遗传结构上显著不同于其祖先人群，并且在新居住地新的环境中经历了上十个世代的适应性演变，成为研究现代人类适应新环境可遇而不可求的天然素材。徐书华正是意识到了混血人群的这一特点，与他指导的博士研究生一起，建立了一种检测自然选择的新方法，利用合作者提供的全基因组数据，首先对典型的近期混合人群美国黑人进行了研究，发现像美国黑人这样的混血人群在混血前后都受到了明显的自然选择。徐书华课题组的研究不但检测到自然选择信号更为可靠，并很好地解释了美国黑人经历的历史和自然环境的变迁。他们发现，很多受自然选择的基因与美国黑人的高发疾病相关，推测这些高发性疾病可能和美国黑人的非洲祖先最近经历的巨大环境变化有关。
另外，该研究还发现，很多抵抗疟疾的等位基因频率在美国黑人中明显降低，这反映了北美和非洲的不同病原体在人类基因组中留下了显著的但不同的烙印，同时也提示人类生存环境中的微生物群落和体内的病原体可能是自然选择发生的重要推动力之一。相关结果作为方法性论文于2012年3月正式发表在国际著名学术期刊《基因组研究》上。
利用“混血”人群遗传结构特征估计人群迁移和扩张时间
徐书华近期的代表作之一，便是利用混血人群的遗传结构特征和基因组重组信息，首次从遗传学角度估计了亚太地区分布最广的人群—南岛人群的扩张时间。
南岛人群是一个根据语言学角度界定的人群，其使用的语言都属于南岛语系。他们在地球上分布极为广阔，东达南美洲西部的复活节岛，西到东非外海的马达加斯加，南抵新西兰，北至我国台湾省。
从生物学的角度说，与南岛人群相关的科学研究都会牵涉整个亚太地区现代人类的起源和进化，以及现存人群遗传多样性和表型多样性的形成机制等一系列关键且错综复杂的问题。因此，这个庞大人群的起源和迁移，一直以来都是众多考古学家、语言学家、遗传学家关注的焦点。
早在2009年，徐书华与合作者就在发表于《科学》杂志上的论文中，揭示了南岛人群在遗传学上的共同属性。所谓共同属性，就是指南岛人群共享一种特有的遗传组分，并且相较于外部人群，南岛人群内部的遗传亲缘关系更为紧密。
但徐书华告诉记者，在生物进化和人类起源及迁移历史研究的首要任务—时间的确定上，有关南岛人群扩张的时间数据和证据，都来自考古和语言学界，尽管遗传学家也进行了大量的遗传学研究，却鲜有强有力的声音。
徐书华说：“这主要是因为人类在广袤地域上的多方位、多次反复迁移和基因交流，使得根据基于单一遗传座位（如Y染色体和线粒体DNA研究）明确估计人群扩张的时间变得很难。而常染色体由于重组，增加了估计基于突变数据信息时间的难度。人群之间基因的交流和基因组的交换重组，也给人群历史的研究设置了重重障碍。”
不过，徐书华课题组利用人群迁移过程中，由于基因交流而产生的特殊遗传结构，通过计算生物学的手段，推断基因组中的重组信息，巧妙地利用这些“障碍”，首次从遗传学的角度确定了南岛人群在东南亚一带的扩张时间，大约为4000年前。为确保结果可信，徐书华的德国合作者又使用另一套独立数据和不同方法对进行了进一步验证，与考古学和语言学的研究结果吻合。相关研究成果于2012年3月正式发表于《美国科学院院报》上。
新视角，新机遇，新挑战
“你可能难以想象，我国的藏族也是一个混血人群”。徐书华兴致勃勃地讲起了关于人群研究的故事。“从Y染色体的研究结果来看，藏族人群中至少存在两种主要的Y染色体单倍群，我们用D和O代表。这两个单倍群起源于不同祖先人群，且时间上相差几万年。如果在性染色体上有这么明显的混合迹象，完全有理由相信整个基因组都是混血的。因此，可以肯定藏族是一个典型的混血人群。”徐书华试图更透彻地解释这其中的逻辑推理，“其实汉族这么大一个人群，也是一个混血人群，我在博士论文研究时就已经发现并指出。因此，可以看出混血是多么的普遍，但是这一点往往被人忽视。对于这些我们以为熟知的人群，实际上还有太多我们未知的东西，从不同角度看待他们，就会发现新的问题。从混血的角度探索这些人群的起源、遗传多样性形成和微观进化机制，有深远的进化生物学和医学意义。但一旦决定从新的角度看待和试图解决问题时，将有更多新的挑战等待你。”徐书华补充道。
我国拥有研究“混血”人群遗传的资源优势，除了考虑到这个思路在国内外仍属空白之外，徐书华更看中的是研究所带来的重大科学意义和价值。未来，他将在总结自身学术背景、研究兴趣和前期工作的基础上，把“混血”人群的环境适应和基因相互作用作为今后5年着重的研究方向，并向国家自然科学基金委和科技部提交了申请。徐书华主要是通过计算分析的手段进行研究，虽然他的研究组已经有十几位成员，但都只从事“干性”（计算和理论分析）研究，他近5年还没有建立“湿性”实验室（实验观测和产生数据等）的计划。他希望先以“干性”研究为主，再通过国内外同行合作，最后做到“干湿”结合，从而系统地研究和解决感兴趣的问题。
“在计算生物学研究所的框架下，很难像其他‘湿性’实验科学那样争取到足够研究经费来收集样本和产生自己的数据，人们总是认为计算生物学研究只要有计算机就够了。”徐书华显得有些无奈，“在这方面，我的导师金力教授一直给予我很大支持，我很感谢他。但他自己也有一个庞大的研究组需要维持，团队中那么多年轻人都需要发展空间，大家的研究兴趣和方向不一样，关注的问题和侧重点也不一样，我不能期望都按照我的思路来设计实验和产生我需要的数据。目前，我的研究组主要依靠马普学会提供的经费在运转。今后，一方面我会争取更大的国家和地方项目支持，另一方面，我也会寻求更广泛的国际国内合作。”
对于未来，徐书华显得踌躇满志：“我现在已经开始受益于之前国际合作项目建立的网络关系，目前许多研究课题的样本和数据都是国外如德国、印度、马来西亚和韩国等国家的合作者提供的，这种合作关系和范围在不久的将来应该会进一步扩大，也一定会显示出其影响力和优越性。”
积跬步，至千里
从2006年进入中科院工作至今，徐书华在“混血”人群的遗传学研究道路上，已经跋涉了近6个年头，如今他不仅建立了自己的研究团队，还被德国马普学会和中科院选中，成为迄今唯一一位没有海外留学经历的“马普青年科学家小组”组长。德国马普学会是国际知名的从事基础研究的机构，通过与中国科学院30年的合作，德国马普学会已成为中科院对外合作的一个重要伙伴。“马普青年科学家小组”组长的遴选遵循公开、公平、公正的原则，这种人才选拔机制为引进海外优秀留学人员以及促进中科院科研体制改革发挥了重要作用，也为各相关研究所培养了一批青年学术带头人，现任同济大学校长的裴钢院士就是第一位“马普青年科学家小组”组长。
“一个‘土鳖’博士，在自己的祖国拿着德国人提供的薪水和研究经费进行独立的科研工作，自由探索感兴趣的问题，对我个人来讲是一种荣誉。”徐书华半开玩笑地说，“希望多年以后我的经历，也能成为一个励志故事，得到社会的关注，激励更多的年轻人留在国内工作，同时希望政府在吸引‘海龟’的同时，也给于我们这些‘土鳖’们更多支持。”
徐书华年仅34岁，却已经是上海市遗传学会理事、多家外国研究机构的学术顾问、教育部自然科学奖一等奖的获得者。他担任过中科院、上海市、国家自然科学基金委等多个项目的负责人，以及国际合作项目“泛亚SNP计划中”的课题组长，完成了一批有影响力的科学研究课题，为他的研究生涯写上了重要的一笔。他的研究成果以第一或通讯作者发表在美国《科学》、《美国科学院院报》、《基因组研究》、《人类分子遗传学》等国际著名专业期刊上，受到国际同行的关注。
