实验步骤

（2）交互性步骤详细说明

操作共分为三个阶段：知识认知，实验操作及分析，实验报告整理，共13个步骤。

阶段一、知识认知。

本阶段包括步骤1到步骤3，使学生了解实验的背景，熟悉实验中的实验设备并了解操作使用及注意事项等，回顾相关专业知识，为进行实验做好相关准备。

步骤1、观察基因编辑技术的动画原理展示及操作过程。

操作目的：使学生了解基因编辑技术的基本原理，了解对生物体内特定基因进行编辑的

操作过程。

操作过程：学生首先进入虚拟实验室，通过基本知识介绍了解整个实验的操作过程，进入第一步操作，了解基因编辑技术及CRISPR-Cas9系统进行定点基因敲除的基本原理。

操作结果：学生通过动画模拟过程观察了解基因编辑技术CRISPR-Cas9系统敲除特定基因的过程，并观察生物体内基因敲除后的一些性状变化结果。

步骤2、观察果蝇生长发育周期和培养条件

操作目的：使学生了解模式生物果蝇的生长发育周期和培养所需的培养基、温度等环境条件。

操作过程：学生进入虚拟实验室，浏览模拟真实实验室的果蝇培养操作场景，并选择性的通过基本知识介绍完善自己在果蝇发育和培养方面的知识。

操作结果：学生通过展示和动画了解果蝇的发育周期和培养条件。

步骤3、观察显微注射操作系统

操作目的：使学生了解果蝇胚胎显微操作装置各种仪器设备及操作过程。

操作过程：学生进入虚拟显微操作室，通过选择性操作和基本介绍了解每个仪器设备的操作要点及注意事项。

操作结果：学生通过展示和动画了解显微操作装置的规范使用过程。

阶段二、实验操作及分析

本阶段包括步骤4和步骤13，让学生掌握利用CRISPR-Cas9基因编辑技术构建果蝇突变体的操作方法，掌握果蝇的饲养与繁育过程，掌握特定基因的初步生物信息学分析及体外合成基因的方法，掌握动物胚胎显微注射操作技术，具备采用正向遗传学方法研究生物体内基因功能的能力。

步骤4、掌握饲养果蝇的常规操作

操作目的：使学生掌握果蝇的生长发育周期和培养条件。

操作过程：学生进入虚拟果蝇培养操作室，正确选择出果蝇培养器皿、果蝇培养基和设定果蝇培养箱的温度，并在模型图片中指认出是果蝇四个发育阶段的哪个阶段。

操作结果：学生通过选择操作和图形识别能够对果蝇进行饲养，并认识果蝇的发育状态。

步骤5、掌握雌雄果蝇鉴别和交配的操作

操作目的：使学生掌握果蝇的麻醉操作和雌雄的特征。

操作过程：学生先选择果蝇的麻醉方式，然后通过选择开启果蝇的麻醉装置，对果蝇进行麻醉操作，对麻醉好的果蝇进行雌雄鉴别分类，然后1:1交配后放入培养箱中培养。

操作结果：学生通过虚拟麻醉设备对果蝇进行麻醉，并能识别雌雄果蝇，每位学生选择

3对果蝇进行交配繁殖培养。

步骤6、掌握果蝇特定的性状基因结构特征分析方法

操作目的：使学生掌握通过果蝇数据库对果蝇特定性状基因进行检索和结构分析的方法。

操作过程：学生选择合适的果蝇基因分析数据库，选择特定的果蝇性状基因，并对基因的内含子，外显子以及启动子区域进行分析。

操作结果：学生可以对特定的基因进行正确的分析，并指出其结构特征。

步骤7、掌握特定基因sgRNA设计和合成操作

操作目的：使学生掌握特定基因敲除用sgRNA的设计方法及合成操作

操作过程：学生对选定的基因进行敲除区段的选择，然后选择不同的网站，操作设计sgRNA，在虚拟操作实验室完成sgRNA的合成。

操作结果：学生设计好特定基因sgRNA后并合成获得仿真用sgRNA溶液。

步骤8、掌握显微注射用混合液的配制操作

操作目的：使学生掌握显微注射果蝇胚胎混合液的浓度配比

操作过程：学生在虚拟操作室内选择出需要使用的溶液，如Cas9蛋白和sgRNA等，并根据不同溶液的浓度选择合适的配比，并将溶液混合后置于冰水待用。

操作结果：学生将不同的溶液按照浓度配比加好混合。

步骤9、掌握显微注射用果蝇胚胎准备操作

操作目的：使学生掌握显微注射用果蝇胚胎的收取和固定等操作。

操作过程：学生进行虚拟操作室，准备果蝇产卵盘，调整果蝇昼夜节律，使果蝇能在白天产卵；将收集好的果蝇卵清洗干净，并去除卵的坚硬外壳；然后在载玻片上贴上一层双面胶，在体式显微镜下将果蝇胚胎后端朝上成行排列等。

操作结果：学生获得仿真的去除外壳并排列好的有利于注射用的果蝇胚胎。

步骤10、掌握果蝇胚胎显微注射操作

操作目的：使学生掌握显微注射技术，能够操作显微注射装置将Cas9蛋白和sgRNA等混合液注射入果蝇胚胎，并获得果蝇突变体。

操作过程：学生进入虚拟显微操作注射室，操作拉针仪制备毛细管针，用微量加样器给针头装液，然后调节针尖和果蝇胚胎，设定显微注射压力参数，选择合适的角度和力度将注射器内溶液注射入虫卵。注射时要观察虫卵表面有无凸起程度，有无外渗情况，还要检查注射针是否通畅，防止堵塞等。

操作结果：学生获得一批经过注射后的果蝇胚胎，如20-30颗。

步骤11、掌握注射后果蝇胚胎的饲养方法和操作

操作目的：使学生掌握注射后果蝇胚胎的后续饲养操作方法。

操作过程：学生注射完一批果蝇胚胎后，将胚胎置于有湿润滤纸的培养皿中，放入18℃培养箱中培养发育，然后将成功孵化的幼虫挑出，置于含有果蝇饲料的培养管中在25℃下继续培养发育成成蝇。

操作结果：学生获得一批仿真注射后发育完全的果蝇成虫，确保至少3对。

步骤12、掌握果蝇突变体的分子检测方法

操作目的：使学生掌握果蝇突变体的分子检测方法，包括果蝇基因组的提取方法、体外扩增目的基因特定片段的操作方法和琼脂糖凝胶电泳检测DNA片段的操作方法。

操作过程：学生在虚拟操作实验室将注射后发育完全的果蝇成虫1:1交配，并分开独立培养，取其每一对产卵后孵化的幼虫10条，提取全基因组DNA，并选择合适的引物进行PCR扩增，然后进行琼脂糖凝胶电泳检测，并测序，然后对测序结果进行分析。

操作结果：学生获得经过分子验证的果蝇单一性状突变体。

步骤13、掌握果蝇突变体中基因功能检测方法

操作目的：使学生掌握观察果蝇基因功能缺失后的表型性状，并掌握使用一些分子技术手段确定基因功能与表型性状之间的联系。

操作过程：学生通过观察描述果蝇突变体的表型特征，联系与敲除基因之间的关系，并能分析选择后续还有哪些实验技术可以进一步确定该基因功能与该表型性状相关。

操作结果：学生对选定的果蝇性状基因突变后观察到了相应性状的改变，如白眼，小翅，黑体等，由此更深入地理解基因与表型之间的关系。

阶段三、实验报告整理

本阶段包括步骤14，根据虚拟仿真实验的数据，现象，分析结果，整理成实验报告进行提交。

步骤14、撰写实验报告，总结思考。