遗传物质与染色体

单元三作物育种的基本原理

3-1遗传的物质基础

3-1-1遗传物质与染色体

本章是整个教材体系中重要的基础性知识，直接关系到对后续章节的遗传规律的理解。因此，要求同学们必须掌握细胞分裂过程。由于细胞学的基本知识，在《植物与植物生理》已有介绍，因此本节课希望同学们“温故而知新”。教学目标：细胞主要结构和功能，了解遗传物质在细胞中的分布；染色体的形态结构，数目，作用及其遗传行为；细胞分裂（有丝、减数分裂）与染色体行为；配子形成、授粉、受精及种子形成、生活史；生物由什么构成的呢？细胞生物如何繁衍后代的呢？细胞分裂我们先对细胞的主要结构与功能作一个总体了解细胞的组成细胞膜膜相结构主要功能：使细胞成为具有一定形态结构的单位，借以调节和维持细胞内微小环境的相对稳定性。能主动而有选择地通透某些物质，既能阻止细胞内许多有机物质的渗出同时又能调节细胞外一些营养物质的渗入。许多研究证明，质膜上各种蛋白质，特别是酶，对于多种物质透过质膜起关键性的作用。质膜对于信息传递，能量转换，代谢调控，细胞识别和癌变等方面，都具有重要的作用。细胞的组成细胞膜细胞质１、线粒体（相对封闭的双层膜结构）成分：大量的脂类，主要是磷脂类，脱氧核糖核酸(DNA)，核糖核酸(RNA)和核糖体。功能：a：细胞里进行氧化作用和呼吸作用的中心，是细胞的“动力工厂”：

b：具有遗传功能，因它具有DNA,所以是遗传物质的载体之一：

c:具有分裂增殖的能力。还有资料证明，具有自行加倍和突变的能力。

2、质体：

有叶绿体、有色体和白色体三种，其中最主要的是叶绿体。

叶绿体：成分：DNA、RNA及核糖体。主要功能：a：进行光合作用，利用光能和CO2合成碳水化合物等有机物质，供植物生长发育所需；b：具有遗传功能，也是遗传物质的载体之一。

3、核糖体（无膜结构）

a：形状：核糖体很小，其直径只有0.06－0.2微米，但数量很多，相当细胞整个重量的1/5。b：组成：

核糖体由40%的蛋白质和60％的核糖核酸（rRNA）组成。c：核糖体合成蛋白质的主要场所。4、内质网（单层膜）

形状：

是多型的，不仅有管状，也有一些呈囊腔状或小泡状。类型：

a：粗糙型内质网：

b：平滑型内质网：功能：主要是转运蛋白质合成的原料和最终合成产物的通道。细胞的组成细胞膜细胞质细胞核细胞分裂过程中核膜、核仁如何变化？染色质？染色体？染色质：染色质(chromatin)：在细胞尚未进行分裂的核中，可以见到许多由于碱性染料而染色较深的，纤细的网状物。染色体(chromosome)：当细胞分裂时，核内的染色质便卷缩而呈现为一定数目和形态的染色体。当细胞分裂结束进入间期时，染色体又逐渐松散而回复为染色质，染色质和染色体是同一物质在细胞分裂过程中所表现的不同形态。

我们先对细胞的主要结构与功能作一个总体了解其次，我们必须了解染色体的形态特征，它对细胞发育和性状的遗传都有极为重要的作用A、染色体的主要成分：

DNA和蛋白质(大多为组蛋白)，细胞里的DNA大部分分布在细胞核里的染色体上，B、染色体的特点及功能：几乎所有生物细胞中均存在染色体；染色体是核中最重要而稳定的成分，它具有特定的形态结构和一定的数目；具有自我复制的能力；积极参与细胞的代谢活动，在细胞分裂过程中能出现连续而有规律性的变化。基因就是按一定顺序在染色体上成直线排列，所以染色体是生物遗传物质的主要载体。所以，染色体的行为直接影响到核基因的传递。

染色体的形态、结构、数目形态特征（一）、染色体的组成：（二）染色体的类型：(三)大小：各物种差异很大，染色体大小主要指长度，同一物种染色体宽度大致相同；

一般染色体长度变动于0.2－50.0μm；宽度变动于0.2－2.0μm。高等植物中单子叶植物的染色体一般比双子叶植物要大些；单子叶植物中:玉米、小麦、大麦和黑麦>水稻。

根据染色体长度、着丝点位置、臂比、随体有无等特点，对各对同源染色体进行分类、编号，研究一个细胞的整套染色体染色体组型分析：（称核型分析）把生物核内全部染色体的形态特征所进行的分析。

核型是物种最稳定的性状或标志。人类的染色体组型分析，对于鉴定和确诊染色体疾病具有重要的作用。染色体的形态、结构、数目形态特征结构染色体的化学成分：

DNA、组蛋白、非组蛋白和少量RNA。DNA：是构成染色体的主要成分，它含有两条相互平行的多核苷酸长链，并呈双螺旋结构。组蛋白：是一种碱性蛋白，在高等动植物中含有H1、H2a、H2b、H3、H4五种组蛋白，它们在染色体结构中起重要作用；非组蛋白：是一种酸性蛋白，和RNA一样不是构成染色体的必需成分。染色质的基本结构：

串珠模型

核小体H2A、H2B、H3H4连接丝DNA双链、H1染色体的基本结构：

在细胞分裂过程中染色质线到底是怎样卷缩成为一定形态结构的染色体？染色质螺旋化的四级结构模型a、同源染色体：形态和结构相同的一对染色体。

同源染色体不仅形态相同，而且它们所含的基因位点也相同。ｂ、非同源染色体：一对染色体与另一对形态结构不同的染色体，则互称为非同源染色体。一条染色体一个DAN分子

1970年杜普若（Du.praw）用低浓度的胰蛋白酶处理蜜蜂的染色体，使蛋白质消失，结果只看到抗蛋白酶的单一线条；后又用DNA酶处理，这条线消失了，从而证明一条染色体只有一个DNA分子。**复制后的染色体含有两个DNA分子，一个DNA分子组成一条染色单体。异染色质和常染色质异染色质：是染色质线中染色很深的区段，称为异染色质区。一般异染色质的遗传功能表现惰性．在细胞活动期间染色线不解旋，仍然紧密卷曲，表现异固缩现象。常染色质：是染色很浅的区段，这称为常染色质区。常染色质的遗传活性积极，染色体要进行复制或转录，染色线解旋变得松散，不易被碱性染料染上色。所以，常染色质和异染色质反映基因的活动情况。染色体的形态、结构、数目形态特征结构数目其次，我们必须了解染色体的形态特征，它对细胞发育和性状的遗传都有极为重要的作用接下来，我们要掌握细胞分裂与染色体行为变化不管是单细胞生物，还是多细胞生物，要保持其生长必须有三个前提：首先：细胞体积的增加；其次：遗传物质的复制；第三：要有一种机制保证遗传物质能从母细胞精确地传递给子细胞，即细胞分裂。因此，细胞分裂是生物进行生长、发育、繁殖和遗传的基础。细胞分裂方式有几种类型？不同细胞分裂方式各个时期的特点？比较有丝分裂与减数分裂的区别？细胞分裂方式无丝分裂无丝分裂

细胞分裂方式无丝分裂有丝分裂细胞周期有丝分裂与染色体行为概念：（间接分裂、体细胞分裂）体细胞产生体细胞时所进行的细胞分裂。发生部位：根尖，茎尖等分生组织的细胞中。基本特点：

a、染色体复制一次，细胞分裂一次；

b、产生的两个子细胞的染色体数量和质量与母细胞完全相同。分裂过程

a、先是细胞核分裂，即核分裂为两个；b、后是细胞质分裂，即细胞分裂为两个，各含一个核。一般把核分裂的变化特征分为四个时期：分裂期（前期、中期、后期、末期）分裂间期为什么那么长？分裂间期发生了什么变化？分裂间期有些什么特点？观察下图，比较右图中染色体及整个细胞发生了什么变化？②结果：每个染色体都形成两个姐妹染色单体，呈染色质形态①特点：完成DNA的复制和有关蛋白质的合成核膜核仁染色质着丝点前期前期发生了什么变化？有什么特点?a、细胞核内出现细长而卷曲的染色体，以后逐渐缩短变粗，每个染色体含有两个染色单体；b、核仁和核膜逐渐模糊不明显；c、在两极逐渐形成丝状的纺锤丝。染色体特点：1、染色体散乱地分布在细胞中心附近。2、每个染色体都有两条姐妹染色单体中期中期发生了什么变化？有什么特点?a、核仁和核膜消失，纺锤体出现；b、每个染色体的着丝点排列在赤道板上；c、染色体的形态和数目最清晰。染色体特点：染色体的形态比较固定，数目比较清晰。故中期是进行染色体观察及计数的最佳时机。染色体纺锤丝纺锤体着丝点姐妹染色单体赤道板（与纺锤体中轴相垂直的平面）子染色体后期后期发生了什么变化？有什么特点?着丝点一分为二，姐妹染色单体分开，成为两条染色体。并分别向两极移动。染色体特点：染色单体消失，染色体数目加倍。纺锤丝牵引着子染色体分别向细胞的两极移动。这时细胞核内的全部染色体就平均分配到了细胞两极末期末期发生了什么变化？有什么特点?①染色体变成染色质，纺锤体消失。②核膜、核仁重现③在赤道板位置出现细胞板，并扩展成分隔两个子细胞的细胞壁间记为：

间期复制，前期四体，中期排队，后期分家，末期反前。问题：仔细观察下面各图，判断是哪个时期？再完成下表。ABCDEF间期前期中期后期末期染色体数目DNA含量染色单体数目44→848→4448884→80→88800有丝分裂中染色体与DNA在细胞分裂中的数目变化可用曲线表示为N2N3N4N间期前期中期后期末期表示染色体变化表示DNA变化下图为动物细胞有丝分裂的某个时期，据图回答：

（1）此细胞有

条染色体、

条染色单体、

个DNA分子。

（2）它在进入分裂期之前的间期细胞中有

条染色体、

条染色单体、

个DNA分子。（3）在其刚形成的子细胞中有

条染色体、

条染色单体、

个DNA分子。808884404处于有丝分裂过程中的动物细胞，细胞内的染色体数（a），染色单体数（b），DNA分子数（c）可表示为如图所示的关系，此时细胞可能处于哪个时期（）

A．前期

B．中期

C．后期

D．末期A、B1、极早前期2、早前期3、中前期4、晚前期

5、中期6、后期7、早末期8、中末期9、晚末期有丝分裂的意义：生物学意义：

*有丝分裂促进细胞数目和体积增加；*均等方式的有丝分裂，能维持个体正常生长和发育，保证物种的连续性和稳定性；遗传学意义：

①.核内各染色体准确复制为二，子细胞的遗传组成与母细胞完全一样；②.复制的各对染色体有规则而均匀地分配到两个子细胞中，子细胞与母细胞具有同样质量和数量的染色体；细胞分裂方式无丝分裂有丝分裂减数分裂减数分裂与染色体行为概念：

（成熟分裂）在性母细胞成熟时，配子形成过程中发生的一种特殊的有丝分裂，这种细胞分裂所形成的配子核内染色体数目减少一半，故称为减数分裂。

发生：生殖器官的孢母细胞中。

基本特点：

a、各对同源染色体在细胞分裂的前期配对或称联会；

b、染色体复制一次，细胞分裂两次，第一次减数，第二次等数；

c、子细胞染色体数是母细胞的一半。分裂过程：

间期（同有丝分裂）、分裂期（第一次分裂：前期I、中期I、后期I、末期I；第二次分裂：前期Ⅱ、中期Ⅱ、后期Ⅱ、末期Ⅱ）减数分裂第一次分裂前期模式图

1、细线期2、偶线期3、粗线期

4、双线期5、终变期联会、二价体、四合体、姐妹染色单体、非姐妹染色单体、减数分裂第一次分裂中期I-后期-末期II模式图

6、中期I7、后期I8、末期I减数分裂第二次分裂模式图

9、前期II10、中期II11、后期II12、末期II遗传学上的意义：(1).生物生活周期中和配子形成过程中必要阶段；(2).最后形成雌雄性细胞，各具半数染色体(n)；雌雄性细胞受精(n+n=2n)形成合子，得到全数染色体，保证亲子代间染色体数目的恒定和物种的相对稳定性；(3).在中期I各对同源染色体排列在赤道板上，在后期I染色体是随机分别拉向二极自由组合。n对染色体，非同源染色体分离时的可能组合数为2n；如：水稻n=12，故组合数为2n=212=4096；茶n=15，组合数为215=32768(4).各对同源染色体的非姐妹染色单体间的片断可发生各种方式的交换。因而可为生物变异提供物质基础，利于生物生存及进化，为人工选择提供材料。有丝分裂与减数分裂的区别有丝分裂与减数分裂的区别1、分裂时空：

a、有丝分裂发生在生物个体的营养时期；

b、减数分裂发生在生殖生长时期。2、分裂的方式与过程：3、分裂的结果与次数：有丝分裂染色体复制一次，分裂一次，细胞也分裂一次。因此，产生的两个子细胞染色体数目不变；减数分裂染色体复制一次，分裂一次，细胞连续分裂两次。因此，产生的四个子细胞染色体数目减半；有丝分裂