医学细胞生物学与遗传学实验技术张秀军陈静主编
医学细胞生物学与遗传学 实验技术 张秀军 陈 静 主编
内容简介本书是为高等医学院校细胞生物学和遗传学教学编写的，适用于五年制医学类本科各专业和研究生班。全书包括两部分，第一部分为细胞生物学，第二部分为医学遗传学，共24个实验。涵盖了部分经典的细胞生物学与遗传学实验，又增加了一些与现代细胞生物学、遗传学和分子生物学相关的新技术。每个实验由原理、目的、材料与方法、结果与讨论组成，对实验方法的介绍简洁，便于理解和操作。本教程附录中提供了必需的参考资料，如实验室工作规程、实验室一般溶液的配制、组织和细胞培养常用的培养基、各种染色液的配制、实验常用数据、消毒及灭菌、玻璃器皿的洗涤。本教程可供高等医药院校及综合性大学、农、林、师范院校等相关专业师生使用，也可供中学生物学教师作教学参考书，在使用时可根据自身的条件酌情选择
内 容 简 介 本书是为高等医学院校细胞生物学和遗传学教学编写的，适用于五年制医学类 本科各专业和研究生班。 全书包括两部分，第一部分为细胞生物学，第二部分为医学遗传学，共 24 个实 验。涵盖了部分经典的细胞生物学与遗传学实验，又增加了一些与现代细胞生物学、 遗传学和分子生物学相关的新技术。每个实验由原理、目的、材料与方法、结果与 讨论组成，对实验方法的介绍简洁，便于理解和操作。本教程附录中提供了必需的 参考资料，如实验室工作规程、实验室一般溶液的配制、组织和细胞培养常用的培 养基、各种染色液的配制、实验常用数据、消毒及灭菌、玻璃器皿的洗涤。 本教程可供高等医药院校及综合性大学、农、林、师范院校等相关专业师生使 用，也可供中学生物学教师作教学参考书，在使用时可根据自身的条件酌情选择
前言医学细胞生物学和医学遗传学是高校医学院校本科生的重要生物医学课程，属于医学基础课范畴，主要为医学生学习临床专业课程打下坚实的基础。两门课程的实验性都很强，加之医学科学的进展与细胞生物学和遗传学实验技术的不断提高和创新密不可分，故学习和掌握细胞生物学和遗传学的基本技术和实验方法，对于将来的医学工作者来说是非常必要的。本教程是基于教育部制订的《中国本科医学教育标准》，核心是对细胞生物学和遗传学的实验课进行整合，突出经典实验内容和基本技能培养。目前，由于各医学院校实验学时不多，可开设的实验内容有限，现有的实验教材因其量大面广而不太适合使用。因此，华北煤炭医学院生物科学系在多年教学积累的基础上，参考和借鉴兄弟院校的有关实验教材，编写了这本实验教程，以便教师在实验指导和医学本课程学习时作为参考。本教程的目的旨在使学生掌握细胞生物学、遗传学研究的基本操作技能，从细胞生物学和遗传学的角度分析医学中的问题，从而加深理解理论知识，为医学生将来独立进行医学科学研究和走上工作岗位打下基础。我们主要选编了与医学相关的实验内容，由于现代细胞生物学和遗传学两个学科之间相互渗透、联系紧密，且都已成为生命科学重要的前沿学科，其发展日新月异，都已经进入分子水平，新方法、新技术也是层出不穷。因此，除了经典的细胞和遗传实验，我们又增加了一些与现代医学相关的新技术。本教材由张秀军教授、陈静教授主编，张红梅、陈晶、李明副主编，参加编写的还有张岸平、邢朝斌、吴鹏、王明艳、沈海娥、李超、韩黎、赵亚龙、赵杰。本书在编写过程中得到华北煤炭医学院生物科学系的大力支持，在此表示感谢。限于编者水平，本教材一定有很多缺点和错误，敬请使用者批评指正
前 言 医学细胞生物学和医学遗传学是高校医学院校本科生的重要生物医学课程，属 于医学基础课范畴，主要为医学生学习临床专业课程打下坚实的基础。两门课程的 实验性都很强，加之医学科学的进展与细胞生物学和遗传学实验技术的不断提高和 创新密不可分，故学习和掌握细胞生物学和遗传学的基本技术和实验方法，对于将 来的医学工作者来说是非常必要的。 本教程是基于教育部制订的《中国本科医学教育标准》，核心是对细胞生物学和 遗传学的实验课进行整合，突出经典实验内容和基本技能培养。目前，由于各医学 院校实验学时不多，可开设的实验内容有限，现有的实验教材因其量大面广而不太 适合使用。因此，华北煤炭医学院生物科学系在多年教学积累的基础上，参考和借 鉴兄弟院校的有关实验教材，编写了这本实验教程，以便教师在实验指导和医学本 课程学习时作为参考。本教程的目的旨在使学生掌握细胞生物学、遗传学研究的基 本操作技能，从细胞生物学和遗传学的角度分析医学中的问题，从而加深理解理论 知识，为医学生将来独立进行医学科学研究和走上工作岗位打下基础。 我们主要选编了与医学相关的实验内容，由于现代细胞生物学和遗传学两个学 科之间相互渗透、联系紧密，且都已成为生命科学重要的前沿学科，其发展日新月 异，都已经进入分子水平，新方法、新技术也是层出不穷。因此，除了经典的细胞 和遗传实验，我们又增加了一些与现代医学相关的新技术。 本教材由张秀军教授、陈静教授主编，张红梅、陈晶、李明副主编，参加编写 的还有张岸平、邢朝斌、吴鹏、王明艳、沈海娥、李超、韩黎、赵亚龙、赵杰。本 书在编写过程中得到华北煤炭医学院生物科学系的大力支持，在此表示感谢。 限于编者水平，本教材一定有很多缺点和错误，敬请使用者批评指正
目录下篇医学遗传学实验1人X染色质的制备及染色体核型分析实验2人类的皮肤纹理分析..62实验3人类单基因性状的遗传分析.17实验4系谱分析..20实验5单基因遗传病的PCR检测一亨廷顿舞蹈症实验6..24单基因遗传病PCR产物的琼脂糖凝胶电泳.29实验7人类遗传病，.31实验8果蝇的性别鉴定、性状观察及饲养方法..37实验9分离定律的验证实验10自由组合定律的验证.41实验11果蝇的睡腺染色体的制备与观察..45实验12果蝇的伴性遗传.50
目 录 下篇 医学遗传学.1 实验 1 人 X 染色质的制备及染色体核型分析.1 实验 2 人类的皮肤纹理分析.6 实验 3 人类单基因性状的遗传分析.12 实验 4 系谱分析.17 实验 5 单基因遗传病的 PCR 检测—亨廷顿舞蹈症.20 实验 6 单基因遗传病 PCR 产物的琼脂糖凝胶电泳.24 实验 7 人类遗传病.29 实验 8 果蝇的性别鉴定、性状观察及饲养方法.31 实验 9 分离定律的验证.37 实验 10 自由组合定律的验证.41 实验 11 果蝇的唾腺染色体的制备与观察.45 实验 12 果蝇的伴性遗传.50
下篇医学遗传学实验1人X染色质的制备及染色体核型分析Murray Llewellyn Barr, anatomist, geneticist (b at Belmont, Ont 20June 1908; d at London, Ont 4 May 1995).Amajor contributor to theestablishment of the science of human cytogenetics, In 1949 he andE.G.BertramcodiscoveredthesexchromatinnowknownastheBarrBody,anX-chromosomederivative,thepresenceofwhichdistinguishes cells ofnormal femalesfrom those ofnormal males1949年Barr等人在雌猫神经元细胞核中发现一种浓农缩小体，但在雄猫中看不到这一结构。进一步研究发现食肉类、偶蹄类、灵长类（包括人类）等雌性动物的不同组织的间期细胞核中，均可看到这种显示性别差异的结构。现在我们通常称这种结构为Barr氏小体、性染色质小体、或X染色质，并推论这种小体是由性染色体的异染色质化衍化而来的。Barr等人的推论是正确的，但他们并没有弄清楚这种小体是由1条X染色体还是由2条X染色体的异染色质化形成的。20世纪60年代前后，根据对性染色体异常病人的X染色体与X染色质数目的关系研究发现，X染色质的数目等于细胞中X染色体数目减1。进一步的研究表明，一个X染色质一条异染色质化的X染色体。任何生物都有特定的一套染色体，把一个细胞内的全套染色体成为核型（karyotype），这套染色体的数目、形态特征（如两臂长度、着丝粒位置、随体的有无、染色体长度等）都是比较固定的，具有种的特异性。如将待检细胞的全套染色体按照Denver体制配对、分组排列后，分析其与正常核型的异同，就叫核型分析（karyotypeanalysis）。核型分析是遗传病临床诊断的一种常用工具，通常包括两方面的内容：一是确定物种的染色体数：二1
1 下篇 医学遗传学 实验 1 人 X 染色质的制备及染色体核型分析 Murray Llewellyn Barr, anatomist, geneticist (b at Belmont, Ont 20 June 1908; d at London, Ont 4 May 1995). A major contributor to the establishment of the science of human cytogenetics, In 1949 he and E.G. Bertram codiscovered the sex chromatin now known as the Barr Body, an X-chromosome derivative, the presence of which distinguishes cells of normal females from those of normal males. 1949 年 Barr 等人在雌猫神经元细胞核中发现一种浓农缩小体，但在雄猫中看不到这 一结构。进一步研究发现食肉类、偶蹄类、灵长类（包括人类）等雌性动物的不同组织的 间期细胞核中，均可看到这种显示性别差异的结构。现在我们通常称这种结构为 Barr 氏小 体、性染色质小体、或 X 染色质，并推论这种小体是由性染色体的异染色质化衍化而来的。 Barr 等人的推论是正确的，但他们并没有弄清楚这种小体是由 1 条 X 染色体还是由 2 条 X 染色体的异染色质化形成的。20 世纪 60 年代前后，根据对性染色体异常病人的 X 染 色体与 X 染色质数目的关系研究发现，X 染色质的数目等于细胞中 X 染色体数目减 1。进 一步的研究表明，一个 X 染色质一条异染色质化的 X 染色体。 任何生物都有特定的一套染色体，把一个细胞内的全套染色体成为核型（karyotype）， 这套染色体的数目、形态特征（如两臂长度、着丝粒位置、随体的有无、染色体长度等） 都是比较固定的，具有种的特异性。如将待检细胞的全套染色体按照 Denver 体制配对、 分组排列后，分析其与正常核型的异同，就叫核型分析（karyotype analysis）。核型分析是 遗传病临床诊断的一种常用工具，通常包括两方面的内容：一是确定物种的染色体数；二
是辨析每条染色体的特征。一、实验材料、器具和试剂材料：人血图片永久装片、牙签、一次性纸杯、载玻片、镜头纸：器具：显微镜、镊子、解剖针：试剂及配置方法：二甲苯、香柏油、固定液、70%酒精、95%酒精、无水酒精、5mol/IHCl、蒸馏水、5%苯酚、福尔马林（37%甲醛）、卡宝品红染液试剂的配制方法：1、固定液：95%酒精：冰醋酸=3：1，盛在染色缸中。2、卡宝品红染液（最好在使用前两周配制出来，效果会更好）：储存液：3g碱性品红溶于100ml70%酒精中。（此溶液可放置几个月）染液：5%苯酚90ml储存液10ml福尔马林10ml冰醋酸10ml将上述几种物质混匀，静置24小时，过滤，既可使用。二、实验步骤（一）人X染色质的制备1、材料的选取口腔粘膜上皮细胞：受检女性用清水漱口数次，用洁净牙签从口腔两侧刮取粘膜，原位刮2～3次，第一次舍去，第2，3次分别涂于干净载玻片（要非常干净，这样材料才能年的比较牢，这一点在用口腔粘膜上皮细胞制备X染色质小体时尤其重要）上。发根细胞：拔取女性带有毛囊的头发（约2cm），置于载玻片上。2、固定勿令玻片上的材料干燥，迅速滴固定液一滴于载玻片上，固定20min，蒸馅水洗2～3min，1N盐酸37℃水浴20min，晾干。如果让材料在空气中干燥，会使细胞变形。3、染色在晒干的玻片上滴加1～2滴卡宝品红染液，染色20～30min（勿干），细水洗去染液，晾干。4、镜检观察X染色体2
2 是辨析每条染色体的特征。 一、实验材料、器具和试剂 材料：人血图片永久装片、牙签、一次性纸杯、载玻片、镜头纸； 器具：显微镜、镊子、解剖针； 试剂及配置方法：二甲苯、香柏油、固定液、70%酒精、95%酒精、无水酒精、5mol/lHCl、 蒸馏水、5%苯酚、福尔马林（37%甲醛）、卡宝品红染液 试剂的配制方法： 1、固定液：95%酒精：冰醋酸=3：1，盛在染色缸中。 2、卡宝品红染液（最好在使用前两周配制出来，效果会更好）： 储存液：3g 碱性品红溶于 100ml70%酒精中。（此溶液可放置几个月） 染液：5%苯酚 90ml 储存液 10ml 福尔马林 10ml 冰醋酸 10ml 将上述几种物质混匀，静置 24 小时，过滤，既可使用。 二、实验步骤 （一）人 X 染色质的制备 1、材料的选取 口腔粘膜上皮细胞：受检女性用清水漱口数次，用洁净牙签从口腔两侧刮取粘膜，原 位刮 2～3 次，第一次舍去，第 2，3 次分别涂于干净载玻片（要非常干净，这样材料才能 年的比较牢，这一点在用口腔粘膜上皮细胞制备 X 染色质小体时尤其重要）上。 发根细胞：拔取女性带有毛囊的头发（约 2cm），置于载玻片上。 2、固定 勿令玻片上的材料干燥，迅速滴固定液一滴于载玻片上，固定 20min，蒸馏水洗 2～ 3min，1N 盐酸 37℃水浴 20min，晾干。如果让材料在空气中干燥，会使细胞变形。 3、染色 在晒干的玻片上滴加 1～2 滴卡宝品红染液，染色 20～30min（勿干），细水洗去染液， 晾干。 4、镜检观察 X 染色体
（二）人染色体核型分析1、人体染色体形态观察取染色体制片标本，先在低倍镜下选择合适的染色体中期分裂相，然后将镜头转到油镜下，分析观察每条染色体的形态特征，区分中央着丝粒、亚中着丝粒、端着丝粒染色体，并进行染色体计数。男性：46，XY女性，XX。2、显微相片核型分析把正常人中期染色体照片中的每一个染色体剪下来，并粘贴于核型分析版上。按ISCN分组列号，配成23对，其中22对常染色体按染色体的长短（形态大小）用阿拉伯数字1～22作标记，两个性染色体用字母X、Y作标记自成一对。染色体又划分为A、B、C、D、E、F、G7组，X染色体属C组，Y染色体属G组。分类方法按国际统一分类（表1)。组号随体染色体号形态大小着丝粒位置副痕A1~3最大中央着丝粒(1,3)无1号常见亚中央着丝粒(2)B4、5无次大亚中央着丝粒c中等6~~12,X亚中央着丝粒无9号常见D有13~15中等近端着丝粒E小16~18中央着丝粒(16)无16号常见亚中央着丝粒(17,18)F19、20次小无中央着丝粒G21、22、Y最小21,22有近端着丝粒Y无三、结果辨析在光学显微镜下可见到X染色质为一紧密结构，轮廓清晰染色较深的小体（图1）。一般说来，在动物细胞中，X染色质可以处于三种不同的位置，如可以处在靠近核仁位置、也可以靠近核膜边缘，或者自由的处于核区内。但对于每一特定的物种来说，这种位置是相对恒定的，如人类X染色质往往紧贴核膜内缘，约1um大小。处于核膜内缘的X染色质在进行压片时，也有可能被压在核的中央。在这种情况下，3
3 （二）人染色体核型分析 1、人体染色体形态观察 取染色体制片标本，先在低倍镜下选择合适的染色体中期分裂相，然后将镜头转到油 镜下，分析观察每条染色体的形态特征，区分中央着丝粒、亚中着丝粒、端着丝粒染色体， 并进行染色体计数。男性：46，XY; 女性，XX。 2、显微相片核型分析 把正常人中期染色体照片中的每一个染色体剪下来，并粘贴于核型分析版上。按 ISCN 分组列号，配成 23 对，其中 22 对常染色体按染色体的长短（形态大小）用阿拉伯数字 1～ 22 作标记，两个性染色体用字母 X、Y 作标记自成一对。染色体又划分为 A、B、C、D、 E、F、G 7 组，X 染色体属 C 组，Y 染色体属 G 组。分类方法按国际统一分类（表 1）。 三、结果辨析 在光学显微镜下可见到 X 染色质为一紧密结构，轮廓清晰染色较深的小体（图 1）。 一般说来，在动物细胞中，X 染色质可以处于三种不同的位置，如可以处在靠近核仁位置、 也可以靠近核膜边缘，或者自由的处于核区内。但对于每一特定的物种来说，这种位置是 相对恒定的，如人类 X 染色质往往紧贴核膜内缘，约 1µm 大小。 处于核膜内缘的 X 染色质在进行压片时，也有可能被压在核的中央。在这种情况下
X染色质很可能与细胞核中其他着色的物质相混。为了保险起见，在进行X染色质计数时我们通常只计数靠近核膜边缘的浓染小体。思考与讨论1、Barr等人为什么没有弄清楚X染色质是由1条X染色体还是由2条X染色体的异染色质化形成的？2、我们是否可以用X染色质的制备方法把“先生”和“女士"分开呢？3、是否在所有的正常女性细胞中都能看到X染色质？4、在进行核型分析时，借助显微镜下的图像，主要通过哪组染色体来辨别是女性核型，还是男性核型？5、请总结这次实验的目的？6、请你应用这次实验技术，设及另外一个实验？附图人类的核型分析
4 X 染色质很可能与细胞核中其他着色的物质相混。为了保险起见，在进行 X 染色质计数时， 我们通常只计数靠近核膜边缘的浓染小体。 思考与讨论 1、 Barr 等人为什么没有弄清楚 X 染色质是由 1 条 X 染色体还是由 2 条 X 染色体的异染 色质化形成的？ 2、 我们是否可以用 X 染色质的制备方法把“先生”和“女士”分开呢？ 3、 是否在所有的正常女性细胞中都能看到 X 染色质？ 4、 在进行核型分析时，借助显微镜下的图像，主要通过哪组染色体来辨别是女性核型， 还是男性核型？ 5、 请总结这次实验的目的？ 6、 请你应用这次实验技术，设及另外一个实验？ 附图 人类的核型分析
将着丝粒排在此线上AB..EFG5
5 A . 将着丝粒排在此线上. B . C . C . E . F . G
实验2人类的皮肤纹理分析geographer, meteorologist, tropical explorer,founder of differential psychology, inventor offingerprint identification, pioneer of statisticalcorrelationandregression,convincedhereditarian,eugenicist,proto-geneticist,half-cousin of Charles Darwin and best-sellingauthor.皮纹学是一门起源于西方的应用科学，虽然中国很早就有人用手印代替印鉴，但皮纹学作为一门科学是起源于西方的，在西方很早就有人开始从解部学和医学的角度关注指纹和掌纹，但皮纹真正的广泛应用是用于识别身份，警界和司法界从上世纪起大量应用指纹鉴别身份，大量指纹图样的积累逐渐让人感到指纹纹理有规律可循，于是学者们围绕指纹纹理与人的民族、性别、身高、性格的关系展开了广泛的研究。目前，皮纹学的知识和技术，广泛应用于人类学、遗传学、法医学以及作为临床某些疾病的辅助诊断。具体来说，皮纹学（Dermatoglyphics）系指手指、手掌、脚掌等处皮纹的呈现形态。皮纹包括指纹、掌纹和足纹。人类的皮肤由表皮和真皮构成。真皮乳头向表皮突起，形成许多排列整齐、平行的乳头线，此线称为纹，纹上有许多汗腺的开口。突起的纹相互又形成凹陷的沟。这些凹凸的纹理就构成了人体的指（趾）纹和掌纹。人体的皮纹既有个体的特异性，又有高度的稳定性。皮纹在胚胎发育第13周开始出现，第19周左右形成，出生后终生不变。指纹是在三个月的胎儿时期形成的，形成后终生不变。手指未端腹面的皮纹称为指纹。根据纹理的走向和三叉点的数目，可将指纹分为三种类型：弓形纹、箕形纹和斗形纹，弓形纹（Arch，A）：特点是嗜线由一侧至另一侧，呈弓形，无中心点和三叉点。根据弓形的弯度分为简单弓形纹和篷帐式弓形纹。箕形纹（loop，L)：箕形纹俗称簸箕，在箕头的下方，纹线从一侧起始，斜向上弯曲，再回转到起始侧，形状似簸箕。此处有一呈三方向走行的纹线，该中心点称三叉点。根据箕口朝向的方位不同，可分为两种：箕口朝向手的尺侧者（朝向小指）称正箕或尺箕：箕口朝向手的桡侧者（朝向拇指），称反箕或桡箕。斗形纹（whorl，W）：是一种复杂、多形态的指纹。6
6 实验 2 人类的皮肤纹理分析 geographer, meteorologist, tropical explorer, founder of differential psychology, inventor of fingerprint identification, pioneer of statistical correlation and regression, convinced hereditarian, eugenicist, proto-geneticist, half-cousin of Charles Darwin and best-selling author. 皮纹学是一门起源于西方的应用科学, 虽然中国很早就有人用手印代替印鉴，但皮纹 学作为一门科学是起源于西方的，在西方很早就有人开始从解剖学和医学的角度关注指纹 和掌纹，但皮纹真正的广泛应用是用于识别身份，警界和司法界从上世纪起大量应用指纹 鉴别身份，大量指纹图样的积累逐渐让人感到指纹纹理有规律可循，于是学者们围绕指纹 纹理与人的民族、性别、身高、性格的关系展开了广泛的研究。目前，皮纹学的知识和技 术，广泛应用于人类学、遗传学、法医学以及作为临床某些疾病的辅助诊断。 具体来说，皮纹学（Dermatoglyphics）系指手指、手掌、脚掌等处皮纹的呈现形态。 皮纹包括指纹、掌纹和足纹。人类的皮肤由表皮和真皮构成。真皮乳头向表皮突起，形成 许多排列整齐、平行的乳头线，此线称为嵴纹，嵴纹上有许多汗腺的开口。突起的嵴纹相 互又形成凹陷的沟。这些凹凸的纹理就构成了人体的指（趾）纹和掌纹。 人体的皮纹既有个体的特异性，又有高度的稳定性。皮纹在胚胎发育第 13 周开始出 现，第 19 周左右形成，出生后终生不变。指纹是在三个月的胎儿时期形成的，形成后终 生不变。手指末端腹面的皮纹称为指纹。根据纹理的走向和三叉点的数目，可将指纹分为 三种类型：弓形纹、箕形纹和斗形纹，弓形纹（Arch，A）：特点是嵴线由一侧至另一侧， 呈弓形，无中心点和三叉点。根据弓形的弯度分为简单弓形纹和篷帐式弓形纹。箕形纹 （loop，L）：箕形纹俗称簸箕，在箕头的下方，纹线从一侧起始，斜向上弯曲，再回转到 起始侧，形状似簸箕。此处有一呈三方向走行的纹线，该中心点称三叉点。根据箕口朝向 的方位不同，可分为两种：箕口朝向手的尺侧者（朝向小指）称正箕或尺箕；箕口朝向手 的桡侧者（朝向拇指），称反箕或桡箕。斗形纹（whorl，W）：是一种复杂、多形态的指纹