“表型=基因型+环境”综合实验设计

邢彩虹 那冬晨

（山西师范大学生命科学学院 山西临汾 041000）

生物科学与日常生活息息相关，在教学中应该注重理论与生活、生产实践密切结合，使学生在现实生活情境中体验并学习有关生物科学知识，感受科学知识的重要性及其对生活、 生产实践的指导作用。

《遗传学》是高等院校生物学大类的重要专业基础课，实验性强，要求学生在学习理论知识的基础上，掌握有关实验原理、技术、结果分析方法，培养学生综合实验设计能力和分析解决问题能力。实验教学就是沟通理论与实践的桥梁，通过遗传学实验教学，能让学生掌握遗传学基本实验技能，培养学生创新能力、动手能力和综合分析等能力［1］。传统的遗传学实验是经典实验，向人们提供了科学史实，展示了很多科学理论，但是其过分依附于理论教学，学生只是跟着实验教材做实验，处于接受式被动学习，其主观能动性得不到激发，创新思维得不到培养［2］，基于传统实验的这一弊端，设计了“表型=基因型+环境”这一综合实验，旨在激发学生学习兴趣，调动学生自主学习积极性，鼓励学生自主设计、完成实验，提高学生综合能力，培养符合当今时代社会需要的综合创新人才。

1 实验设计

一直以来，学生对于“表型=基因型+环境”这一抽象理论知识的学习方法只有机械记忆，只能通过教师讲述和查找媒体资料加深映像，资料中也没有精确的数据反映不同环境下表型的具体差异。为了让学生更好地理解这一知识，笔者设计了“用数学方法分析环境对性状的影响”综合性实验，让学生亲自体验，选择了易受环境影响的性状——皮肤含水量，该性状因个体基因型不同而不同，并受空气湿度、保湿护肤状况的影响。本实验综合了保湿护肤品制作、皮肤含水量测试、实验结果统计分析3 个方面的方法与技能，均由学生自主完成。学生对这一实验很感兴趣，每个环节都认真进行，最后的统计分析结果，更令学生兴奋，自己制作的面膜的保湿效果竟然超过了大众公认的芦荟胶。该实验激发了学生的学习兴趣，培养了综合实验能力，同时具有启发性，使学生受益匪浅。

2 实验实施

2.1 实验小组划分 本实验以小组为单位进行，5 名学生一组。

2.2 面膜的制作 各小组成员在教师的指导下，根据自己的兴趣爱好选择不同的实验材料制作纯天然环保型面膜，有冬瓜、西瓜、柚子、梨、葡萄等。

本文以梨面膜为例具体说明测试与分析过程。

2.3 保湿效果测试 测试分为3 个处理：梨面膜（x）、芦荟胶（y）、空白（z）对照。重复3 次。在测试者前臂上进行测试。

首先，测试者清洗前臂，擦拭干净后划分3 个区域，区域1 涂抹梨面膜，区域2 涂抹芦荟胶，区域3 不作任何处理，作为空白对照。30 min 后利用皮肤含水量测试仪测皮肤的含水量。重复3 次。

2.4 方差分析与多重比较 共测试55 人，对实验数据进行方差分析、多重比较，并初步估算基因型与环境效应对该性状表型的贡献率。

2.4.1 方差分析 方差分析结果见表1。

表1 梨面膜方差分析表

2.4.2 多重比较 多重比较结果见表2、表3。

表2 LSR 计算表

表3 梨面膜多重比较（q 检验）表

2.4.3 基因型与环境效应对表型的贡献

1）基因型方差与总方差的估算。

根据方差公式得：

2）基因型与环境效应对表型的贡献。

基因型对表型的贡献率为：24.44/105.94×100%=23.07%；

环境效应对表型的贡献率为：（105.94－24.44）/105.94×100%=76.93%。

2.5 结果分析从表1看 出，F=1404.83 ＞F0.01=10.90，表明3 个处理的皮肤含水量差异极显著。

从表3看出，梨面膜与空白、芦荟胶与空白的皮肤含水量差值分别为21.90、18.70，均大于LSR0.01=2.00（k=3），梨面膜与芦荟胶的皮肤含水量差值为3.20，大于LSR0.01=1.66（k=2），表明梨面膜与空白、芦荟胶与空白、梨面膜与芦荟胶的皮肤含水量差异极显著，涂过梨面膜的皮肤含水量最高（46.90），空白最小（25.00），芦荟胶居中（43.70）。

从基因型与环境效应对表型的贡献率看，该性状在很大程度上受环境条件影响，基因型的作用很小。

实验结果表明：1）处理30 min 后，涂过梨面膜的皮肤含水量显著高于涂过芦荟胶的皮肤含水量，说明自制梨面膜的保湿效果显著好于芦荟胶。2）皮肤含水量性状极易受环境条件影响，暴露在空气中30 min 左右，皮肤含水量迅速降低，如果涂上保湿护肤品，能不同程度地保持皮肤角质层的水分，防止皮肤干燥、粗糙、无光泽，长期科学使用适合个人肤质的环保型保湿护肤产品，可防止皮肤老化、减少皱纹。

3 讨论

本实验收到了良好的效果，学生对于这一实验的设计与实施给予了高度的肯定。

1）有助于学生理解遗传学中抽象的理论知识，激发学习兴趣。

通过实验，学生切身感受到“表型=基因型+环境”的真实含义。首先，学生明确了皮肤含水量是数量性状，在梨面膜、芦荟胶、空白3 种不同处理下，皮肤含水量存在极显著差异，环境效应对皮肤含水量的贡献率远远高于基因型的贡献。这一实验也使学生懂得了皮肤补水保湿的重要性，激发了浓厚的学习兴趣。

2）实验具有启发性。以教材中的理论知识为基础，设计了这一综合实验，启发学生在学习过程中将理论知识与生活实际紧密联系，在生活中发现问题、获取素材，应用所学的理论知识解释实际生活中的具体现象与问题，并注意各相关学科知识的融会贯通，有助于培养学生的创新意识和科研意识，提高学生观察问题、分析问题及解决问题的综合能力，适应新时期创新人才培养的目标［3］。

希望遗传学实验教学的改革在实验内容方面进行整合，例如精选基础性的实验，增加探索性和创新性的自选实验比例，此外，实验教学也要采取灵活多变的教学方法，力图培养出更多的创新人才［4］。