遗传的细胞学基础

1、n所有的生物体都是由细胞组成的。所有的生物体都是由细胞组成的。n细胞细胞是生物体形态结构和是生物体形态结构和生命活动的基本生命活动的基本单位单位，也是生长发育和遗传的基本单位。，也是生长发育和遗传的基本单位。n根据构成生物体的基本单位，可以将生物分为根据构成生物体的基本单位，可以将生物分为非细胞生物非细胞生物：包括：包括病毒、噬菌体病毒、噬菌体( (细菌病毒细菌病毒) )，具有前细胞形态的构成单位；具有前细胞形态的构成单位；细胞生物细胞生物：以细胞为基本单位的生物；根据细：以细胞为基本单位的生物；根据细胞核和遗传物质的存在方式不同又可以分为：胞核和遗传物质的存在方式不同又可以分为：真核生物真核

2、生物( (eukaryote)eukaryote)：( (真核细胞真核细胞) )原生动物、单原生动物、单细胞藻类、真菌、高等植物、动物、人类细胞藻类、真菌、高等植物、动物、人类原核生物原核生物( (prokaryote)prokaryote)：( (原核细胞原核细胞) )细菌、蓝藻细菌、蓝藻( (蓝细菌蓝细菌) )v真核细胞真核细胞: 由细胞膜、细胞质、细胞核及由细胞膜、细胞质、细胞核及(植物植物)细胞壁构成细胞壁构成.v细胞核由四个部分组成：细胞核由四个部分组成：1. 核膜；核膜；2. 核液；核液；3. 核仁；核仁；4. 染色质和染色体染色质和染色体。n染色质染色质是在是在间期细胞核间期细胞

3、核内有由内有由DNADNA、组蛋白、组蛋白、非组蛋白非组蛋白和和少量少量RNARNA组成的，易被组成的，易被碱性染料碱性染料着着色的一种无定形物质。色的一种无定形物质。n细胞分裂期细胞分裂期，染色质卷缩而呈现为一定数目和，染色质卷缩而呈现为一定数目和形态的形态的染色体染色体。n染色质和染色体是染色质和染色体是同一物质在细胞分裂过程中同一物质在细胞分裂过程中所表现的不同形态所表现的不同形态。结构差异结构差异: :n在细胞分裂间期，常染色质呈在细胞分裂间期，常染色质呈高度分散状态高度分散状态，所以所以染色较浅且着色均匀。染色较浅且着色均匀。n染色体呈高度螺旋化状态，紧密卷缩。所以染色体呈高度螺旋化

4、状态，紧密卷缩。所以染染色很深色很深。 n染色体是所有生物细胞都具有的结构。染色体是所有生物细胞都具有的结构。n各物种染色体都具有特定的数目与形态特征。各物种染色体都具有特定的数目与形态特征。n而且同一物种内的各染色体间往往也能够通过其而且同一物种内的各染色体间往往也能够通过其形态特征加以区分识别。形态特征加以区分识别。n染色体的形态结构与数目在细胞分裂过程中有一染色体的形态结构与数目在细胞分裂过程中有一系列规律性变化。系列规律性变化。n识别染色体的形态特征的最佳时期是识别染色体的形态特征的最佳时期是细胞有丝分细胞有丝分裂中期裂中期。这时。这时染色体收缩程度最大，形态最稳定，染色体收缩程度最大

5、，形态最稳定，并且分散排列、易于计数并且分散排列、易于计数。n着丝粒是细胞分裂时纺锤丝附着着丝粒是细胞分裂时纺锤丝附着( (attachment)attachment)的区域，又称为的区域，又称为着丝点着丝点。n着丝粒不会被染料染色着丝粒不会被染料染色，所以在光学显微镜下，所以在光学显微镜下表现为染色体上一缢缩部位表现为染色体上一缢缩部位( (无色间隔点无色间隔点) )，也，也称为称为主缢痕主缢痕( (primary constriction)primary constriction)。n着丝粒所连接的两部分称为着丝粒所连接的两部分称为染色体臂染色体臂。中间着丝粒染色体中间着丝粒染色体 （“V

6、 V型型”）( (metacentric chromosome, M.m) 1metacentric chromosome, M.m) 11.71.7近中着丝粒染色体近中着丝粒染色体 （“L L型型”）( (subm etacentric chromosome, S.m) 1.7subm etacentric chromosome, S.m) 1.73.03.0端部着丝粒染色体端部着丝粒染色体（“棒状棒状”）( (telocentric chromosome , t ) 7.0telocentric chromosome , t ) 7.0 近端着丝粒染色体近端着丝粒染色体 （“棒状棒状”）(

7、 (subtelocentric chromosome , st ) 3.0subtelocentric chromosome , st ) 3.07.07.0 随体染色体随体染色体 （“颗粒状颗粒状”）( (satellite chromosome , Sat)satellite chromosome , Sat)染色单体染色单体长臂长臂短臂短臂n有丝分裂中期所观察到的有丝分裂中期所观察到的 染色体是经过间期复制染色体是经过间期复制 过，均包含有两条成分、过，均包含有两条成分、 结构和形态一致的染色结构和形态一致的染色 单体。单体。n一条染色体的两个染色单一条染色体的两个染色单 体互称为体互

8、称为姊妹染色单体姊妹染色单体 ( (sister chromatid)sister chromatid)。n生物物种的染色体数目是物种的特征，相对恒生物物种的染色体数目是物种的特征，相对恒定定；n体细胞中染色体成对存在体细胞中染色体成对存在(2(2n)n)，而配子中染色而配子中染色体数目是体细胞中的一半体数目是体细胞中的一半( (n)n)。n体细胞中形态结构相同、遗传功能相似的一对体细胞中形态结构相同、遗传功能相似的一对染色体称为染色体称为同源染色体同源染色体( (homologous homologous chromosome)chromosome)。两条同源染色体分别来自生物两条同源染色体

9、分别来自生物双亲。双亲。n形态结构上有所不同的染色体间互称为形态结构上有所不同的染色体间互称为非同源非同源染色体染色体( (non-homologous chromosome)non-homologous chromosome)。q细胞周期细胞周期(cell cycle)：从一个新产生的细胞到它分裂从一个新产生的细胞到它分裂产生子细胞这一过程称为细胞周期。产生子细胞这一过程称为细胞周期。S期,40%2-4nDNAG1期,25%2nDNAG2期,25%4nDNAM期,10%nucleolus间 期 (interphase) (图例为洋葱根尖切片)染色体核仁中心体早前期(early prophas

10、e)前期(prophase)晚前期(late prophase)纺缍丝中 期(metophase)着丝粒后期(anaphase)Fluorescent microscope image of a cultured cell in anaphase.末期(telophase)早前期晚前期早后期晚后期末期中期间期有丝分裂的遗传学意义有丝分裂的遗传学意义特点：染色体复制一次，细胞分裂一次，遗传物特点：染色体复制一次，细胞分裂一次，遗传物质均分到两个子细胞中。质均分到两个子细胞中。染色体准确的复制、分裂，产生的两条姊妹染色染色体准确的复制、分裂，产生的两条姊妹染色单体分别分配到两个子细胞中，使子细胞与

11、母细单体分别分配到两个子细胞中，使子细胞与母细胞具有相同的染色体数目和组成。胞具有相同的染色体数目和组成。通过有丝分裂通过有丝分裂,维持了生物个体的正常生长发育维持了生物个体的正常生长发育(组织及细胞间遗传组成的一致性组织及细胞间遗传组成的一致性)；并且保证了并且保证了物种的连续性和稳定性物种的连续性和稳定性(单细胞生物及无性繁殖生单细胞生物及无性繁殖生物个体间及世代间的遗传组成的一致性物个体间及世代间的遗传组成的一致性)。有丝分裂的特殊性有丝分裂的特殊性n多核细胞多核细胞 multinucleate cell, polykaryocyte)。：细：细胞核进行多次重复分裂，细胞质不分裂，形成一

12、个胞核进行多次重复分裂，细胞质不分裂，形成一个细胞中（质）具有多个核细胞中（质）具有多个核.。 如：单子叶植物胚乳如：单子叶植物胚乳形成早期形成早期 。n多线染色体多线染色体： 染色体正常复制，整个细胞经常性处染色体正常复制，整个细胞经常性处于间期状态，不发生着丝粒分裂，于间期状态，不发生着丝粒分裂，不进行不进行核核、质、质分分裂。复制裂。复制一次一次，染色体的染色质线成倍增加，染色体的染色质线成倍增加，并由并由一个着丝粒结合在一起的一个着丝粒结合在一起的，形成形成 多线染色体多线染色体 (polytene chromosome)。如果蝇的唾腺染色体如果蝇的唾腺染色体。果蝇唾腺染色体n1902

13、年美国的年美国的苏顿苏顿(Sutton)和德国的和德国的波维利波维利(Boveri) 提出提出遗传的染色体学说遗传的染色体学说(chromosome theroy of inheritance)。认为：认为：n遗传因子遗传因子( (基因基因) )位于细胞核内染色体上；位于细胞核内染色体上；n成对基因分别位于一对同源染色体的对应位置上。成对基因分别位于一对同源染色体的对应位置上。n位点位点(site)与等位基因与等位基因(allele)：n后来把基因在染色体上的位置称为后来把基因在染色体上的位置称为位点位点；n成对的基因互称为成对的基因互称为等位基因等位基因。n1910年摩尔根年摩尔根等利用果蝇

14、为研究材料，直接证明了等利用果蝇为研究材料，直接证明了这一学说的正确性。这一学说的正确性。孟德尔分离定律的染色体基础孟德尔分离定律的染色体基础孟德尔独立分配定律的染色体基础孟德尔独立分配定律的染色体基础n由亲本产生的由亲本产生的有性生殖细胞有性生殖细胞(配子配子)，经过，经过两性生两性生殖细胞殖细胞(例如精子和卵细胞例如精子和卵细胞)的结合的结合，成为合子，成为合子(例例如受精卵如受精卵)，再由合子发育成为新的个体的生殖，再由合子发育成为新的个体的生殖方式，叫做有性生殖方式，叫做有性生殖n有性生殖是通过有性生殖是通过生殖细胞结合生殖细胞结合的生殖方式。的生殖方式。n通常生物的生活周期中包括通常

15、生物的生活周期中包括二倍体时期二倍体时期与与单倍体时期单倍体时期的的交替。交替。n二倍体细胞借二倍体细胞借减数分裂减数分裂产生单倍体细胞（雌雄配子或卵产生单倍体细胞（雌雄配子或卵和精子）；和精子）；n单倍体细胞通过单倍体细胞通过受精受精（核融合）形成新的二倍体细胞。（核融合）形成新的二倍体细胞。n这种有配子融合过程的有性生殖称为这种有配子融合过程的有性生殖称为融合生殖融合生殖。n亲体不通过两性细胞的结合而有亲体直接产生亲体不通过两性细胞的结合而有亲体直接产生后代个体的生殖方式。后代个体的生殖方式。n多见于无脊椎动物。又称多见于无脊椎动物。又称无配子生殖无配子生殖。指与配子无关。指与配子无关的生

16、殖方式之总称。的生殖方式之总称。n包括包括分裂生殖、出芽生殖、孢子生殖、营养生殖分裂生殖、出芽生殖、孢子生殖、营养生殖、组组织培养等织培养等。n优点是后代的遗传物质来自于一个亲本，有利于优点是后代的遗传物质来自于一个亲本，有利于保持保持母本的性状母本的性状。n克隆克隆是指一个祖先经无性繁殖所产生的一群生物体。是指一个祖先经无性繁殖所产生的一群生物体。n细胞克隆细胞克隆：指来源于同一祖先细胞的、基因型完全：指来源于同一祖先细胞的、基因型完全相同的众多的子细胞。相同的众多的子细胞。n核苷酸序列完全相同的基因或核苷酸序列完全相同的基因或DNA分子的众多拷贝，分子的众多拷贝，则构成一个则构成一个基因克隆基因克隆或或DNA分子克隆分子克隆动物的生活史植物的生活周期真菌的生活史n果蝇果蝇（fruit fly）是双翅目（是双翅目（Diptera）昆虫，属果蝇属昆虫，属果蝇属（genus Drosophila），），约有约有2500个种。个种。n通常用作遗传学实验材料的是通常用作遗传学实验材料的是黑腹果蝇黑腹果蝇（Drosophila melanogaster）。）。n1. 饲养容易饲养容易。在常温下，以玉米粉等作饲料就可以生。在常温下，以玉米粉等作饲料就可以生长，繁殖。长，繁殖。n2. 生长迅速生长