遗传的细胞学理念基础

遗传的细胞学理念基础本章主要内容第一节细胞与染色体第二节细胞分裂第三节配子的形成与受精第四节生活周期遗传的细胞学理念基础本章要求掌握染色体的形态、结构和数目。掌握有丝分裂及其遗传学意义。掌握减数分裂及其遗传学意义。了解授粉、受精与种子形成。遗传的细胞学理念基础第一节细胞与染色体一、细胞的主要结构与功能二、染色体的形态和数目三、染色体的结构遗传的细胞学理念基础一、细胞的主要结构与功能细胞细胞膜细胞质细胞核遗传的细胞学理念基础遗传的细胞学理念基础原核细胞和真核细胞植物细胞和动物细胞遗传的细胞学理念基础叶绿体的结构模型遗传的细胞学理念基础线粒体的结构模型遗传的细胞学理念基础线粒体和叶绿体的半自主性1.腔内都有环状DNA,70S核糖体，可以合成蛋白质。2.它们都能自行分化。3.但部分蛋白质还要在胞质内合成遗传的细胞学理念基础其他细胞器的结构模型遗传的细胞学理念基础细胞核的结构细胞核核膜核液核仁染色体与染色质遗传的细胞学理念基础遗传的细胞学理念基础遗传物质主要存在于细胞核内即染色质/染色体上

染色体1848年霍夫迈斯特发现1888年瓦尔德耶尔正式定名遗传的细胞学理念基础染色质：在细胞尚未进行分裂的核中易于被碱性染料染色的纤细网状物。染色质是分裂间期细胞遗传物质存在的形式。染色体：细胞分裂时，核内出现的由染色质聚缩而成的棒状获粒状结构。遗传的细胞学理念基础二、染色体的形态和数目遗传的细胞学理念基础（一）染色体的形态染色体是遗传物质的载体。染色体是细胞核中最重要的组成部份。几乎所有的生物细胞中，在显微镜下都能看到染色体的存在。各物种的染色体都有特定的形态特征。有丝分裂的中期，染色体收缩得最粗最短，也最明显和典型，是观察染色体的最好时期。遗传的细胞学理念基础1、长臂2、主缢痕3、着丝点4、短臂5、次缢痕6、随体遗传的细胞学理念基础染色体的形态表现形式(臂比)中间着丝点染色体(等臂)：V近中着丝点染色体：L近端着丝点染色体：近似棒状端着丝点染色体：棒状颗粒状染色体：颗粒状遗传的细胞学理念基础遗传的细胞学理念基础（二）染色体的数目各种生物的细胞核内都有特定数目的染色体，其数目的多少，依不同生物的“种”而异。例如,属于玉米这个种内的不同栽培品种，不同植株，不同器官的体细胞内，都含有20个染色体;普通小麦则为42个染色体;水稻是24个，人类是46个。每一种生物核内的染色体数都十分稳定。遗传的细胞学理念基础染色体在生物细胞中都是成双成对存在的。通常以“2n”表示各种生物体细胞中染色体的数目。例如玉米每个细胞中各含有20个即10对染色体。每一对染色体在形态结构上彼此相同，称为同源染色体;不同对同源染色体的形态结构各不相同，互称为非同源染色体。在配子中染色体的数目恰恰是体细胞染色体数目的一半，而且是成单存在的，通常以“n”表示配子中的染色体数。遗传的细胞学理念基础遗传的细胞学理念基础（三）染色体分析染色体形态分析（核型分析）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遗传的细胞学理念基础遗传的细胞学理念基础染色体显带分析

染色体分带技术开始于1969年，它使用特殊的染色方法，使染色体产生明显的染色的色带（暗带）和未染色的明显相间的带型，形成了鲜明的染色体个体性。因此，可作为鉴别单个染色体和染色体组的一种手段。对研究染色体结构和功能，开辟了一条新的途径。遗传的细胞学理念基础遗传的细胞学理念基础人类染色体核型遗传的细胞学理念基础三、染色体的结构（一）染色质的基本结构:1．组成:(1)DNA：占染色质重量的30－40%(2)蛋白质：组蛋白（H1、H2A、H2B、H3、H4）含量比例与DNA相近，结构上起决定作用；非组蛋白与基因的调控有关。(3)其它：RNA和一些脂类。2、染色质的基本结构单元：核小体奥林斯(OlinsA.

L.)等人在1974-1978年通过电镜观察和研究，提出染色质结构的串珠模型。遗传的细胞学理念基础遗传的细胞学理念基础遗传的细胞学理念基础（二）染色体的结构模型DNA核小体结构螺线管超螺线管染色体（1/7）（1/6）（1/40）（1/5）遗传的细胞学理念基础四级螺旋化后DNA双链长度可压缩8000-10000倍。遗传的细胞学理念基础（三）常染色质和异染色质(1)根据染色反应:异染色质：染色质线中染色很深的区段；常染色质：染色质线中染色很浅的区段。(2)染色深浅不同的原因:间期异染色质区段的染色线仍紧密卷曲，故染色深，呈惰性状态；常染色质区段的染色线解旋松散，故色浅，呈活跃状态。

这一现象称为异固缩（在同一染色体上所表现的收缩差别）。遗传的细胞学理念基础第二节细胞分裂一、有丝分裂过程及其遗传学意义二、减数分裂过程及其遗传学意义三、有丝分裂和减数分裂的区别遗传的细胞学理念基础一、有丝分裂过程及其遗传学意义生物的繁殖以细胞分裂为基础；对多细胞生物而言，其生长发育也通过细胞分裂实现。体细胞分裂的方式可以分为无丝分裂和有丝分裂两种。遗传的细胞学理念基础（一）细胞周期细胞周期是指细胞一次分裂结束开始，到下一次分裂完成所经历的整个过程。细胞并不总是处在分裂状态，在多细胞生物体内，只有处在生长部位的细胞才能分裂，而且，即使是生长点的细胞也并不一直处于连续不断的分裂之中。对于某一细胞而言两次分裂之间有一段间隔时期，这一段时间称为分裂间期。遗传的细胞学理念基础在细胞分裂间期，细胞内尤其是细胞核内其实是很不平静的，一系列有序的生理生化反应一直在持续不断地进行着，为下一轮的细胞分裂准备条件。这种准备活动主要是三个方面：1.遗传物质的复制间期结束时，DNA的含量比间期开始时增加一倍；2.能量准备核在间期的呼吸作用很低，以便为分裂准备足够的易于使用的能量；3.细胞在间期生长，使核体积和细胞质体积达到最适的平衡状态。遗传的细胞学理念基础遗传的细胞学理念基础每个细胞周期可分为4期：①G1期，为DNA（脱氧核糖核酸）合成前期，有核糖核酸和蛋白质合成；②S期，为DNA合成期，核内染色质复制加倍；③G2期，为DNA合成后期，也有核糖核酸和蛋白质合成；④M期，即细胞分裂期。各种细胞的周期不同，通常至少要10小时左右。不再分裂的细胞从最后一次M期逸出细胞周期，直到死亡。暂时休止的细胞从M期逸出细胞周期后停留于G0期（休止期）；当受到适当刺激后，可再进入G1期，重新分裂。遗传的细胞学理念基础细胞周期的遗传控制遗传的细胞学理念基础（二）有丝分裂的过程可分为四个阶段，前期、中期、后期、末期遗传的细胞学理念基础前期

染色体开始逐渐缩短变粗，形成螺旋状。当染色体变得明显可见时，每条染色体已含有两条染色单体，互称为姊妹染色单体，通过着丝粒把它们连接在一起。至前期末，核仁逐渐消失，核膜开始破裂，核质和细胞质融为一体。遗传的细胞学理念基础早前期(图例为洋葱根尖切片)遗传的细胞学理念基础晚前期遗传的细胞学理念基础中期在此期纺缍体逐渐明显，这个鸟笼状的结构在核区形成，由细胞两极间一束平行的纤丝构成。着丝粒附着在染色体上，染色体向细胞的赤道板移动。遗传的细胞学理念基础中期遗传的细胞学理念基础后期在后期，着丝粒纵裂为二，姊妹染色单体彼此分离，各自移向一极。染色体的两臂由着丝粒拖着移动，移向两极的染色体数目是完全一样的，且同分裂前母细胞的染色体数目、形态完全一样。遗传的细胞学理念基础后期(anaphase)遗传的细胞学理念基础末期末期子细胞的染色体凝缩为一个新核，在核的四周核膜重新形成，染色体又变为均匀的染色质，核仁又重新出现，又形成了间期核。末期结束时，纺缍体被降解，细胞质被新的细胞膜分隔为两部分，结果产生了两个子细胞，其染色和原来细胞中的完全一样。遗传的细胞学理念基础遗传的细胞学理念基础早前期晚前期早后期晚后期末期中期间期遗传的细胞学理念基础间期早前期晚前期中期后期末期形成两个子细胞遗传的细胞学理念基础

（三）有丝分裂的遗传学意义特点：包括核分裂和胞质分裂两个显著的步骤；有纺锤丝的出现；有染色体的复制和染色单体的分离意义：保持了细胞遗传的稳定性，因为子细胞具有与母细胞相同的遗传潜能。遗传的细胞学理念基础二、减数分裂过程及其遗传学意义减数分裂是有丝分裂的一种，是发生在特殊器官，特殊时期的特殊的有丝分裂。发生在生殖细胞中，包括两次连续的核分裂而染色体只复制一次，分裂的结果使每个子细胞的染色体数只有母细胞的一半。遗传的细胞学理念基础遗传的细胞学理念基础两次连续的核分裂分别称为第一次分裂和第二次分裂。每次分裂都可以分成前、中、后、末四期。其中最复杂和最长的时期是前期I，又可分为细线期、偶线期、粗线期、双线期和终变期。遗传的细胞学理念基础（一）减数分裂Ⅰ前期I

和有丝分裂一样，DNA的合成发生在S期，但复制的产物直到晚前期I才能看见。前期I经历时间较长，又可分为五个亚时期。1)、细线期此期染色体呈细长线状，核仁依然存在。在细线期和整个的前期中染色体持续地浓缩。2)、偶线期同源染色体开始联会，出现联会复合体。遗传的细胞学理念基础姊妹染色单体非姊妹染色单体交换染色体断裂遗传的细胞学理念基础3)、粗线期染色体完全联会，缩短变粗，但核仁仍存在。一对配对的同源染色体称二价体或四联体。非姊妹染色单体间可能发生交换。4)、双线期染色体继续变短变粗，双价体中的两条同源染色彼此分开。在非姐妹染色单体间可见交叉结，交叉结的出现是发生过交换的有形结果。交叉数目逐渐减少，在着丝粒两侧的交叉向两端移动，这种现象称为交叉端化。5)、终变期染色体进一步收缩变粗变短，便于分裂时移动。遗传的细胞学理念基础玉米减数分裂前期I中的几个亚时期遗传的细胞学理念基础前期I细线期偶线期粗线期双线期终变期遗传的细胞学理念基础一个来自蝗虫的四联体结构，示5个交叉遗传的细胞学理念基础中期I核仁、核膜消失，各个双价体排列在赤道板上，着丝粒分居于赤道板的两侧，附着在纺缍丝上，而有丝分裂的中期着丝粒位于赤道板上。中期I着丝粒并不分裂。后期I双价体中的同源染色体彼此分开，移向两极，但同源染色体的各个成员各自的着丝粒并不分开。遗传的细胞学理念基础末期I染色体到达细胞的两极是进入末期I的标志。染色体移到两极后逐渐松散变细，恢复为染色质状态，核仁核膜又重新出现，逐渐形成两个新的细胞核，紧接着细胞质也分裂为两部分，形成两个子细胞。这两个子细胞一般不分开，称为二分体。中间期在末期I之后，大都有一个短暂的停顿时期，称为中间期,相当于有丝分裂的间期，但是与有丝分裂间期相比有两个显著的不同，一是时间很短，二是DNA不复制。所以中间期前后DNA含量没有变化。在动物中，很多物种没有中间期，末期I以后马上进入第二次分裂。遗传的细胞学理念基础玉米减数分裂I示中期、后期、末期和间期遗传的细胞学理念基础（二）减数分裂Ⅱ前期II与有丝分裂的前期一样，每个染色体具有两条染色单体。中期II染色体排列在赤道板上，纺缍丝附着在着丝粒上。染色单体从彼此相联逐渐部分地分离。后期II着丝粒纵裂，姐妹染色单体由纺缍丝拉向两极。末期II4个子细胞形成。遗传的细胞学理念基础玉米减数分裂II遗传的细胞学理念基础中期I后期I末期I中期II后期II遗传的细胞学理念基础（三）减数分裂的特点具有一定的时空性，也就是说它仅在一定的发育阶段，在生殖细胞中进行。减数分裂经第一次分裂后染色体数目减半，所以减数分裂的产物是单倍体。前期长而复杂，同源染色体经历了配对（联会）、交换过程，使遗传物质进行了重组。每个子细胞遗传信息的组合是不同的。遗传的细胞学理念基础（四）减数分裂过程中染色体的变迁前期I中期I染色体数为2n。后期I中期II染色体数目由2nn。但每个染色体仍保持有两条染色单体。后期II末期II染色体数目为n。在后期II，每个着丝粒都一分为二，随后每个染色体的单体分开。进入每个子细胞中去的只是一条染色体。遗传的细胞学理念基础（五）减数分裂的遗传学意义通过减数分裂产生的雌雄配子，只具有半数的染色体（N），为双受精合子染色体数目的恒定性提供了物质基础。减数分裂中同源染色体的随机拉向两极，非同源染色体在子细胞中的2N种自由组合方式，同源染色体非姐妹染色单体之间的多种可能交换方式，为生物的多样性提供了重要的物质基础。遗传的细胞学理念基础有丝分裂减数分裂分裂细胞类型体细胞原始生殖细胞（孢母细胞）细胞分裂次数复制一次分裂一次复制一次分裂二次子细胞数目２４染色体数目变化２n→2n2n→nDNA分子数变化2n→4n→2n2n→4n→2n→n染色单体数目变化0→4n→00→4n→2n→0同源染色体行为不联会、无四分体形成联会后形成四分体可能发生的变异基因突变和染色体变异基因突变、染色体变异和基因重组

意义有丝分裂使生物在个体发育中亲代细胞与子代细胞之间维持遗传性状的稳定减数分裂和受精作用使上下代生物之间保持染色体数目的恒定，减数分裂时发生的高频率的基因重组是生物进化的主要原因。三、有丝分裂与减数分裂的区别遗传的细胞学理念基础第三节配子的形成与受精一、雌雄配子的形成二、受精三、直感现象四、无融合生殖遗传的细胞学理念基础生物遗传和变异并不是静态的生物现象，它是生物性状通过世代繁衍过程中才会表现出来的动态现象。不同生物繁衍后代的方式并不完全一致，可以概括为：无性生殖有性生殖无融合生殖遗传的细胞学理念基础有性生殖：由亲本性母细胞经减数分裂及配子形成过程产生单倍性配子(体)，配子受精结合产生二倍体合子，合子进一步分裂、分化、发育产生后代个体的生殖方式。有性生殖是生物最普遍而重要的生殖方式，大多数动、植物都是有性生殖的。遗传的细胞学理念基础一、雌雄配子的形成遗传的细胞学理念基础遗传的细胞学理念基础遗传的细胞学理念基础在雄蕊的花药里，由小孢子母细胞所形成的每个小孢子的核经过第一次有丝分裂产生一个管核和一个生殖核。生殖核再经过第二次分裂产生两个精核(雄配子)。所以，一个成熟的花粉粒含二个精核，一个管核，各含有n个染色体。遗传的细胞学理念基础

在雌蕊子房里胚珠的珠心内，由一个大孢子母细胞所产生四个大孢子中，靠近珠孔的三个都自然解体了，只有远离珠孔的一个继续发育，通过三次孢子有丝分裂，最后形成一个具有八个核的胚囊。在成熟的胚囊内，中间有两个极核，靠近珠孔的一端有三个核，中间的一个为卵核(雌配子)，它的两边有两个助核(助细胞)。胚囊的另一端有三个反足核(反足细胞)。胚囊内的八个核各含有n个染色体。遗传的细胞学理念基础二、受精卵细胞和精细胞互相融合的过程。被子植物的受精过程称为双受精。花粉管内两个精核进入胚囊；其中一个精核(n)与卵细胞(n)受精结合形成合子(2n)将来发育成胚；另一个精核(n)与两个极核(n+n)受精结合为胚乳核(3n)，将来发育成胚乳。遗传的细胞学理念基础被子植物种子、果实各部分的遗传来源染色体数前体来源胚2n合子受精产物胚乳3n胚乳核受精产物种皮2n珠被母本组织果皮2n子房壁母本组织遗传的细胞学理念基础三、直感现象直感现象指直感现象是指在杂交的情况下，由母本植株所结的种子或果实，直接表现出父本的某些性状的现象。遗传的细胞学理念基础直感现象可以分为两类：胚乳直感，也称为花粉直感：胚乳的部分性状直接表现与父本一致。

胚乳直感的直接原因就是双受精，