遗传的细胞学基础a.ppt

第二章 遗传的细胞学基础 Chapter 2 Cytological Foundation of Heredity,生物遗传变异与全部遗传学的基础,2,遗传学与细胞学(Cytology),细胞学中与遗传学紧密相关的内容： 细胞的结构与功能。尤其是细胞核、染色质(染色体)的结构与功能； 细胞分裂与生物繁殖行为。包括细胞有丝分裂、减数分裂、配子(体)形成以及细胞(配子)融合过程和机制。,遗传学对细胞学基础的要求侧重于： 细胞核的结构与功能及染色体的形态、数目和结构； 有丝分裂、减数分裂、融合(受精)过程及其染色体行为； 有丝分裂、减数分裂及受精的遗传学意义。,3,第二章 遗传的细胞学基础,第一节 细胞的结构和功能(pp6-10) 第二节 染色体的形态、数目和结构(pp10-14, 39-42) 第三节 体细胞分裂与细胞周期(pp14-18) 第四节 细胞的减数分裂(pp18-21) 第五节 生物的生殖(pp21-26) 第六节 生活周期(pp26-29) 本章要点,4,第一节 细胞的结构与功能 (pp6-10),根据构成生物体的基本单位，可以将生物分为 非细胞生物：包括病毒、噬菌体(细菌病毒)，具有前细胞形态的构成单位； 细胞生物：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： 真核生物(eukaryote) (真核细胞) ：原生动物、单细胞藻类、真菌、高等植物、动物、人类 原核生物(prokaryote) (原核细胞) ：细菌、蓝藻(蓝细菌) 真核细胞： 细胞膜、细胞质、细胞核及(植物、微生物)细胞壁,5,真核细胞(eukaryotic cell)的结构,6,一、 细胞壁(cell wall),与动物细胞不同，植物细胞具有细胞壁及穿壁胞间连丝(plasmodesma)。 对细胞的形态和结构起支撑和保护作用。 正是因为存在这一独特的结构，使得植物遗传研究与动物有较大的差异(更困难)，尤其是在进入分子水平/细胞工程与基因工程研究时，这一点尤其突出。 构成植物细胞壁的化学成分有：？,纤维素、半纤维素、果胶质,7,二、 细胞膜(plasma membrane/plasmalemma),主要由磷脂双分子层和蛋白分子组成。 细胞内的许多其它构成部分也具有膜结构，称为膜相结构(membranous structure)；相对地，不具有膜的部分则称为非膜相结构(non-membranous structure) 。 膜结构对细胞形态、生理生化功能具有重要作用，如：,选择性透过某些物质，而大分子物质则通过膜地的微孔进出细胞； 提供生理生化反应的场所； 对细胞内空间进行分隔，形成结构、功能不同又相互协调的区域。,8,三、 细胞质(cytoplasm),细胞质的构成成分除了由蛋白分子、脂肪、游离氨基酸和电解质组成的基质外，具有许多重要的结构，称为细胞器(organelle)：如线粒体(mitochondria)、质体(plastid)、核糖体(ribosome)、内质网(endoplasmic reticulum)等。 在此要强调的细胞器是： 核糖体：主要成分是蛋白质和rRNA，是合成蛋白质的主要场所，是遗传信息表达的主要途径。 线粒体和叶绿体：分别是有氧呼吸和光合作用的场所，但它们含有DNA、RNA等成分，研究表明：这些核酸分子也具有遗传物质的功能。,9,四、 细胞核 (nucleus),细胞核的形状一般为圆球形，其形状、大小也因生物和组织而异。 植物细胞核一般为5-25m，变动范围可达1-600m。 遗传物质集聚的场所，控制细胞发育和性状遗传。 细胞核组成： 1. 核膜； 2. 核液； 3. 核仁； 4. 染色质和染色体。,10,1. 核膜(nuclear membrane),核膜是双层膜，对核与质间起重要的分隔作用； 但不是完全隔绝，核膜上分布有一些直径约40-70nm的核孔(nuclear pore)，以利于质与核间进行大分子物质的交换。,核膜在细胞分裂过程中存在一个“解体-重建”的过程，并可作为细胞分裂阶段划分的标志。 进入细胞分裂中期：核膜解体； 进入细胞分裂末期：核膜重建。,11,2. 核液(nuclear sap),充满核内的液体状物质称为核液，也称为核浆或核内基质。 核液主要成分为蛋白质、RNA、酶等。 其中存在一种与核糖体大小类似的颗粒，据推测可能与核内蛋白质的合成有关。 核仁和染色质存在于核液中。,12,3. 核仁(nucleolus),一个或几个、折光率高、呈球形、外无被膜。 主要成分是蛋白质和RNA，还可能存在少量的类脂和DNA。 细胞分裂过程中也会暂时分散(周期与核膜相近)。 功能：可能与核糖体和核内的蛋白质合成有关。,13,4. 染色质(chromatin)和染色体(chromosome),是同一物质在细胞分裂过程中所表现的不同形态。 采用碱性染料对未进行分裂的细胞核(间期核)染色，其中染色较深的、纤细的网状物，称为染色质。 在细胞分裂过程，核内的染色质便卷缩而呈现为一定数目和形态的染色体。,染色体： 是遗传信息的主要载体； 具有稳定的、特定的形态结构和数目； 具有自我复制能力； 在细胞分裂过程中数目与结构呈连续而有规律的变化。,14,五、原核细胞(prokaryotic cell)的基本结构(p6),主要从原核细胞与真核细胞的区别上来认识原核细胞。 最根本的区别在于细胞核结构上： 原核细胞只有核物质，没有核膜和核仁，没有真正的细胞核结构 其它区别包括： 细胞大小； 染色体结构； 细胞质内细胞器; 等多个方面。,15,第二节 染色体的形态、数目和结构,染色体形态特征与数目是生物物种的特征。 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。 观察染色体形态特征、统计染色体数目的最佳时期是细胞有丝分裂中期和早后期。 染色体收缩程度最大、形态最稳定、并且分散排列易于计数。,在普通光学显微镜下观察需要对染色体进行染色。 通常是采用染色体染色效果好，但细胞质着色少的碱性染料、酸性染料或孚尔根试剂染色。,16,第二节 染色体的形态、数目和结构,一、 染色体的形态特征 二、 染色体的数目 三、 染色体的结构 *四、 特殊类型的染色体,17,一、 染色体的形态特征,分析染色体形态特征的主要目的是区分、识别染色体 各物种染色体都具有特定的数目与形态特征。 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。 经过染色在普通光学显微镜下能够观察分析并用于染色体识别的特征主要有： 染色体的大小(主要指长度)； 着丝粒的位置(染色体臂的相对长度)； 次缢痕和随体的有无及位置；等。,18,(一)、 染色体的大小,不同物种间染色体的大小差异很大： 长度：0.20-50 m 宽度：0.20-2.00 m 同一物种不同染色体 宽度大致相同 染色体大小主要对长度而言。,在进行染色体形态识别研究时，需要首先将同一物种不同染色体进行区分、编号； 在各个染色体形态特征中，长度往往是染色体编号的第一依据：通常由长到短排列染色体。 例：人类染色体编号。,19,(二)、着丝粒 (centromere)和染色体臂(arm),着丝粒：细胞分裂时，纺锤丝附着(attachment)的区域，又称着丝点。 着丝粒不被染料染色，在光学显微镜下表现为染色体上一缢缩部位(无色间隔点)，所以又称为主缢痕(primary constriction)。 着丝粒所连接的两部分称为染色体臂。,每条染色体的着丝粒在染色体上位置相对固定 根据其位置/两臂相对长度可将染色体的形态分为： 1. 中间着丝粒染色体 2. 近中着丝粒染色体 3. 近端着丝粒染色体 4. 端着丝粒染色体 5. 颗粒状,20,1. 中间着丝粒染色体,中间着丝粒染色体(M, metacentric chromosome)：着丝点位于染色体中部，两臂长度大致相等； 细胞分裂后期由于纺锤丝牵引着丝粒向两极移动，染色体表现为“V”形。,21,2. 近中着丝粒染色体,近中着丝粒染色体(SM, sub-metacentric chromosome)： 着丝点偏向染色体一端，两臂长度不等，分别称为长臂和短臂； 在细胞分裂后期染色体呈“L”形。,22,3. 近端着丝粒染色体,近端着丝粒染色体(ST, sub-telocentric chromosome)： 着丝点接近染色体的一端，染色体两臂长度相差很大。 细胞分裂后期染色体近似棒状。,23,4. 端着丝粒染色体,端着丝粒染色体(T, telocentric chromosome)： 着丝点位于染色体的一端，因而染色体只有一条臂； 细胞分裂后期呈棒状。 但有人认为真正的端着丝粒染色体可能并不存在，只是由于有些染色体的短臂太短，在光学显微镜下看不到而已。,24,5. 颗粒状,另外，还有一种形态比较特殊的染色体，称为颗粒状或粒状染色体。 两条臂都极短，所以整个染色体呈颗粒状。,25,染色体的形态示意图(有丝分裂后期),染色体臂长度和着丝粒的位置是染色体识别与编号的另一个重要特征。,26,(三)、 染色单体 (chromatid),在有丝分裂中期所观察到的染色体是经过间期复制的染色体，均包含有两条成分、结构和形态一致的染色单体。 一条染色体的两个染色单体互称为姊妹染色单体(sister chromatid)。,27,染色体的形态示意图(有丝分裂中期),28,(四)、 次缢痕(secondary constriction)和随体(satellite),某些染色体的一个或两个臂上往往还有另一个染色较淡的缢缩部位，称为次缢痕，通常在染色体短臂上。 次缢痕末端所带的圆形或略呈长形的突出体称为随体。 次缢痕、随体的位置、大小也相对恒定，可作为染色体的识别标志。 次缢痕在细胞分裂时，紧密地与核仁相联系。可能与核仁形成有关，也称为核仁组织中心(nucleolus organizer).,29,人类染色体的编号(pp12-13),1.按染色体的长度进行排列(分组)； 2.按长臂长度进行与着丝点位置排列(M，SM，ST，T)； 3.按随体的有无与大小(通常将带随体的染色体排在最前面)。 ,30,二、 染色体的数目(pp13-14),染色体数目是物种的特征，相对恒定；体细胞中染色体成对存在(2n)，配子染色体数目是体细胞中的一半(n)。 体细胞中形态结构相同、遗传功能相似的一对染色体称为同源染色体(homologous chromosome)，分别来自生物双亲。 形态结构上不同的染色体间互称为非同源染色体(non-homologous chromosome)。,黑麦体细胞内有14条染色体(2n=14)，即7对同源染色体；配子有7条染色体(n=7)，这7条染色体间就互称为非同源染色体。 蚕豆体细胞有12条染色体(2n=12)，具有6对同源染色体；配子中有6条染色体。 掌握常见物种的染色体数目(p14表2-3中部分).,31,第三节 体细胞分裂与细胞周期(pp14-18),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。关于这两种分裂方式的过程、特征和异同已学过，在此作一简单回顾： 一、 无丝分裂(amitosis)； 二、 有丝分裂(mitosis)； 三、 细胞周期(cell cycle)。,32,一、 无丝分裂(amitosis)(p15),无丝分裂的分裂过程较简单快速，整个分裂过程中不出现纺锤体。 以前人们认为无丝分裂只在衰老细胞和病态组织中，但近年研究发现高等生物的许多正常组织(如：植物的薄型组织、木质部细胞、绒毡层细胞和胚乳细胞)，也常发生无丝分裂。,33,二、 有丝分裂(pp16-17),(一)、 有丝分裂的过程 有丝分裂包括两个紧密相连的过程：核分裂、细胞质分裂。通常有丝分裂主要是指核分裂，特别是在遗传学中更主要讨论细胞核分裂 有丝分裂过程可分为五个时期，即： 间期、前期、中期、后期、末期,应当注意的是： 有丝分裂过程本身是一个连续的自然过程。细胞分裂时期是人为划分的，是根据所观察到整个有丝分裂过程中的各种形态、结构和状态的差异而进行的划分；其目的是便于对整个过程进行研究的描述。,34,1. 间期(interphase),指细胞上一次分裂结束到下一次分裂开始之前的时期。 特征： 染色质解螺旋、松散分布在细胞质中，核仁染色深。 在光学显微镜下细胞状态不发生明显变化(早期有人称之为静止期)。 事实上细胞处于生理、生化反应高度活跃的阶段，其呼吸和合成代谢都非常旺盛。,为细胞分裂奠定物质和能量基础： DNA的复制 组蛋白的合成 能量准备 其它物质的合成 DNA合成是间期最重要的准备，因此一般根据DNA合成的特点，将间期分为：合成前期(G1)、合成期(S)、合成后期(G2)。,35,2. 前期(prophase),当染色体呈可见的细线时标志着细胞分裂开始，进入细胞分裂前期。 前期可以观察到细胞内发生下列变化： 每个染色体两条染色质线(染色单体)开始螺旋化、卷曲； 着丝粒尚未复制分裂，因而螺旋、卷曲逐渐可见的两条染色单体同一个着丝粒联结； 核仁、核膜逐渐解体，前期结束时核仁消失。,36,3. 中期(metaphase),核仁、核膜消失标志着细胞分裂中期开始。 主要特征： 染色单体进一步螺旋、收缩直至呈最短、最粗的状态; 纺锤丝形成一个三维的结构，称为纺锤体。 纺锤丝与染色体的着丝点附着，并牵引染色体，使其着丝粒均匀分成在垂直于两极的一个平面上，常将这个平面称为赤道板(或赤道面)染色体臂自由分布在赤道面的两侧。 染色体形态稳定，排列均匀，是研究染色体形态和数目的最佳时期。,37,有丝分裂中期染色体形态图,普通小麦(Triticum aestivum, 2n=42)有丝分裂中期染色体图,38,4. 后期(anaphase),特征： 由于纺锤丝的牵引作用，着丝粒发生分裂； 每条染色体的两条染色单体成为两条独立的染色体，分别由纺锤丝拉向两极； 两极都具有相同的染色体数。 后期就是从着丝粒分裂到染色单体到达两极的过程。,39,5. 末期(telophase),染色体到达两极后： 核膜、核仁重建； 染色体螺旋化，呈松散状态； 细胞质分裂或细胞板形成(物理性)。,有丝分裂过程示意图,41,42,有丝分裂过程中染色体形态图,家鸽体细胞有丝分裂,44,染色体的形态变化周期,45,(二)、 有丝分裂的遗传学意义(p18),可从两个方面来理解： 核内染色体准确复制、分裂，为两个子细胞的遗传组成与母细胞完全一样打下基础； 两条姊妹染色单体分别分配到两个子细胞中，子细胞与母细胞具有相同的染色体数目和组成。 通过有丝分裂能够维持生物个体的正常生长和发育(组织及细胞间遗传组成的一致性)；并且保证了物种的连续性和稳定性(单细胞生物及无性繁殖生物个体间及世代间遗传组成一致性)。,细胞质遗传： 线粒体和叶绿体中DNA也具有遗传物质的功能，并且能够复制、分配到子细胞中； 细胞器在细胞质中分布不均匀，在质分裂时分配也不是均等的； 细胞质遗传物质与染色体具有不同的遗传规律。,46,三、 细胞周期(cell cycle)(p15-16),(一)、 概念： 一次细胞分裂结束后到下一次细胞分裂结束所经历的过程称为细胞周期(cell cycle)。 通常，有丝分裂期在整个细胞周期中所占的时间很短的。,由于细胞分裂是多细胞生物生长发育的基础，要从一个细胞受精卵生长、发育形成一个生物个体，必须不断地进行细胞分裂。 在分生组织中细胞分裂间期和分裂期是周期性交替进行的。,47,细胞有丝分裂周期示意图,48,三、 细胞周期,*(二)、细胞周期的测定 将材料作成切片，观察切片上处于各时期细胞的频率，确定各时期的相对长度。 使用放射性标记与检测技术测定间期各时期长度。 直接观察活细胞分裂过程。 摄影定时记录活体细胞分裂的情况。,*(三)、细胞周期的遗传控制(p16) 通过控制细胞周期过程中相关蛋白(酶)代谢，间接控制细胞周期； 直接控制细胞周期的进程。,49,第四节 细胞的减数分裂(meiosis)(p18),减数分裂是性母细胞成熟时，配子形成过程中所发生的一种特殊的有丝分裂，又称成熟分裂(maturation division) 产生染色体数目减半的性细胞,其特殊性表现在： 具有一定的时间性和空间性：生物个体性成熟后，动物性腺和植物造孢组织细胞中进行 连续进行两次分裂：遗传物质经过一次复制，连续两次分裂，导致染色体数目的减半 同源染色体在第一次分裂前期(前期I，PI)相互配对(paring)，也称为联会(synapsis)；并且在同源染色体间发生片段交换。,50,一、 减数分裂的过程(pp18-21),(一)、间期(前间期） (二)、减数第一分 (三)、中间期 (interkinesis) (四)、减数第二分裂 (meiosis),前期I (prophase I, PI), 中期I(metaphase I, MI) 后期I(anaphase I, AI) 末期I(telophase I, TI),前期II (prophase II, PII), 中期II(metaphase II, MII) 后期II(anaphase II, AII) 末期II(telophase II, TII),51,(一)、 间期(interphase),性母细胞进入减数分裂前的间期称为前减数分裂间期，也称为前间期。 这一时期是为性细胞进入减数分裂作准备。其准备的内容包括： 染色体复制； 有丝分裂向减数分裂转化.,特征： 持续时间比有丝分裂间期长，特别是合成期较长； 合成期间往往仅有约99.7%的DNA完成合成，而其余的0.3%在偶线期合成。,52,1. 前期 I (prophase I, PI),这一时期细胞内变化复杂，所经历的时间较长，细胞核比有丝分裂前期核要大些。 根据核内变化特征，可进一步分为五个时期： (1). 细线期(leptotene，PI1). (2). 偶线期(zygotene，PI2). (3). 粗线期(pachytene，PI3). (4). 双线期(diplotene，PI4). (5). 终变期(diakinesis，PI5).,53,(1). 细线期(leptonene，PI1),染色体开始螺旋收缩，呈细长线状；有时可以较为清楚地计数染色体数目。 每条染色体含有两个染色单体，仍由着丝点结合，但在光学显微镜下还不能分辨染色单体。,54,(2). 偶线期(zygotene，PI2),同源染色体对应部位开始相互紧密并列，逐渐沿纵向配对在一起，称为联会现象(synapsis)。 细胞内2n条染色体可配对形成n对染色体。配对的两条同源染色体称为二价体(bivalent)。 细胞内二价体(n)的数目就是同源染色体的对数。,55,(3). 粗线期(pachytene，PI3),进一步螺旋化，二价体缩短变粗，含四条染色单体，所以又称为四合体或四联体(tetrad)；联会复合体的结构完全形成； 姊妹染色单体与非姊妹染色单体； 非姊妹染色单体间会形成交叉(chiasmata)或交换(crossing over)现象，导致同源染色体发生片段交换(exchange)，最终导致遗传物质重组(recombination)。,56,粗线期细胞形态图,57,(4). 双线期(diplotene，PI4),继续缩短变粗，在光学显微镜下四个染色单体均可见； 非姊妹染色单体之间由于螺旋卷缩而相互排斥，同源染色体局部开始分开； 非姊妹染色单体间的交换部位仍由横丝连接，即同源染色体间仍由一至二个交叉联结。,58,(5). 终变期(diakinesis，PI5),染色体进一步浓缩，缩短变粗； 同源染色体间排斥力更大，交叉向二价体两端移动，逐渐接近末端，该过程称为交叉端化(terminalization)。 二价体在核内分散分布，因而可以鉴定染色体数目。,59,染色体交叉动态变化,60,2. 中期 I(metaphase I, MI),核仁和核膜消失，纺锤体形成，纺锤丝附着在着丝点上并将二价体拉向赤道板。 每个二价体的两条同源染色体分布在赤道板两侧，同源染色体的着丝点分别朝向两极，赤道板位置上是将同源染色体相连交叉部分(已经端化)。 在二价体趋向赤道板的过程中，两条同源染色体的排列方向(着丝粒取向)是随机的。 从纺锤体极面观察，n个二价体分散排在赤道板的附近，因而也是可用于鉴定染色体数目的时期之一。,62,3. 后期 I(anaphase I, AI),纺锤丝牵引染色体向两极运动，使得同源染色体末端脱开，一对同源染色体分别移向两极。 每极具有一对同源染色体中的一条(共有n条染色体)，使得子细胞中染色体数目从2n减半到n。 此过程并不进行着丝粒分裂，没有发生染色单体分离；每条染色体都仍然具有两个染色单体，并且由着丝粒相连。,63,4. 末期 I(telophase I, TI),染色体到达两极之后，松散、伸长、变细(但通常并不完全解螺旋)； 核仁、核膜逐渐形成(核分裂完成)，产生两个子核。 细胞质也随之分裂，两个子细胞形成，称为二分体(dyad)。,64,(三)、 中间期(interkinesis),中间期是减数分裂的两次分裂之间的一个间歇。 此时期与有丝分裂的间期相比有显著不同： 时间很短暂。在许多动物之中，甚至没有明显停顿和间歇存在。 不进行DNA复制，中间期前后细胞中DNA的含量也没有变化。 *染色体螺旋化程度仍较高。,65,(四)、 减数第二分裂(meiosis),减数第二分裂是第一分裂所产生的两个子细胞继续进行同步分裂，与有丝分裂没有实质区别, 仍可分为前、中、后、末四个时期： (1). 前期(prophase, P)； (2). 中期(metaphase, M)； (3). 后期(anaphase, A)； (4). 末期(telephase , P)。,66,关于细胞大小的说明,67,68,二、 减数分裂的遗传学意义,减数分裂是有性生殖生物产生性细胞所进行的细胞分裂方式；而两性性细胞受精结合(细胞融合)产生合子是后代个体的起始点。 减数分裂不仅是生物有性繁殖必不可少的环节之一，也具有极为重要的遗传学意义。,保证了亲代与子代之间染色体数目的恒定性。 双亲性母细胞(2n)经过减数分裂产生性细胞(n)，实现了染色体数目的减半； 雌雄性细胞融合产生的合子(及其所发育形成的后代个体)就具有该物种固有的染色体数目(2n)，保持了物种的相对稳定。子代的性状遗传和发育得以正常进行。,69,染色体数目的恒定,70,二、 减数分裂的遗传学意义,为生物的变异提供了重要的物质基础。 减数分裂中期 I，二价体的两个成员排列方向是随机的，所以后期 I 分别来自双亲的两条同源染色体随机分向两极，因而所产生的性细胞就可能会有2n种非同源染色体组合形式(染色体重组，recombination of chromosome)。 另一方面，非姊妹染色单体间的交叉导致同源染色体间的片段交换(exchange of segment)，使子细胞的遗传组成更加多样化，为生物变异提供更为重要的物质基础(染色体片断重组，recombination of segment)。这也是连锁遗传规律及基因连锁分析的基础。,71,如果某生物有两对同源染色体：AA和BB，产生的性细胞具有AA中的一条和BB中的一条。 非同源染色体在性细胞中可能有22=4种组合。,中期 I 二价体的随机取向,72,讨论,有丝分裂和减数分裂有什么不同?用图解表示并加以说明 （1）减数分裂前期有同源染色体配对（联会）； （2）减数分裂遗传物质交换（非姐妹染色单体片段交换）； （3）减数分裂中期后染色体独立分离，而有丝分裂则着丝点裂开后均衡分向两极； （4）减数分裂完成后染色体数减半； （5）分裂中期着丝点在赤道板上的排列有差异： （6）减数分裂中同源染色体的着丝点分别排列于赤道板两侧，而有丝分裂时则整齐地排列在赤道板上。,73,有丝分裂与减数分裂的区别,74,讨论,有丝分裂和减数分裂在遗传学上各有什么意义？,75,第五节 生物的生殖(pp21-26),生物生殖(reproduction)，也称为繁殖，是指生物繁衍产生后代的过程。 本节主要包括以下几个方面的问题： 一、生殖方式与遗传； 二、无性生殖； 三、有性生殖过程与直感现象； 四、无融合生殖。,76,一、 生殖方式与遗传,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(asexual reproduction) 有性生殖(sexual reproduction) 无融合生殖(apomixis),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。 显然，不同的生殖方式可能具有不同的遗传、变异现象与规律，可以说每种生殖方式的生物都有一部独特的遗传学。 因此在本部分重点掌握各种生殖方式、特点及其基本遗传特征。,77,二、无性生殖(asexual reproduction),无性生殖指不经任何有性过程(减数分裂受精)，由亲本营养体增殖分裂产生后代个体的生殖行为。 进行无性生殖的亲本营养体可以是一个细胞、一团组织、一个营养器官。 如：植物块茎(马铃薯)、鳞茎(洋葱)、球茎(秋水仙属植物)、芽眼和枝条等。,无性生殖过程中，细胞增殖、后代个体生长发育都通过有丝分裂完成。因此后代个体与亲本在遗传上一致。 无性生殖是一种保守的生殖方式，几乎不发生遗传重组，也少有发生亲子代变异，其遗传规律相对简单。 无性生殖可以利用营养体产生大量遗传一致的后代群体，因而常用于植物材料保存和繁殖、种苗生产等方面。,78,三、 有性生殖过程与直感现象,有性生殖(sexual reproduction)：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。 通常的无性生殖生物往往也并非不能进行有性生殖，在一定条件下，它们也进行有性生殖。,有性生殖经过减数分裂和受精过程，因而其遗传上也与无性生殖有很大的差别，会表现出复杂的遗传重组现象(非同源染色体的自由组合、非姊妹染色单体的片段互换)。 这是遗传学研究的主要内容。,79,(一)、 雌雄配子的形成(pp21-24),高等动植物配子(体)形成过程的核心内容是减数分裂，并且动植物基本相同。 注意掌握以下几个方面的内容： 动植物性母细胞的形成(包括动植物的雌雄性母细胞的特定名称等)； 减数分裂四分体雌雄配子(体)的过程与特征； 雌雄配子中细胞质(细胞器)含量差异及意义：雌配子中往往含有较多的细胞质(器)，而雄配子只含有少量的细胞质，甚至不含有细胞质。所以细胞质遗传物质(线粒体与质体DNA)主要是通过雌配子传递，后代的细胞质性状的遗传物质主要来源于母本。,课后复习、学习!,80,问题一,植物的10个花粉母细胞可以形成： 多少花粉粒?多少精核?多少管核?又10个卵母细胞可以形成：多少胚囊?多少卵细胞?多少极核?多少助细胞?多少反足细胞? 40个花粉粒，80个精核，40个管核；10个卵母细胞可以形成：10个胚囊，10个卵细胞，20个极核，20个助细胞，30个反足细胞。,81,(二)、受精(fertilization)(p24),1. 受精的概念及一般过程； 2. 被子植物的双受精过程与胚囊的发育。 被子植物的受精过程称为双受精(double fertilization)。 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。,82,被子植物种子、果实各部分的遗传来源,83,玉米(Zea mays)籽粒构造与遗传来源,84,问题二,玉米体细胞里有10对染色体，写出下列各组织的细胞中染色体数目。 (1)叶 (2)根 (3)胚乳 (4)胚囊母细胞 (5)胚 (6)卵细胞 (7)反足细胞 (8)花药壁(9)花粉管核 (1)叶：20条；(2)根：20条； (3)胚乳：30条； (4)胚囊母细胞：20条； (5)胚 ：20条； (6)卵细胞：10条； (7)反足细胞：10条； (8)花药壁：20条；(9)花粉管核：10条,85,3. 植物的授粉(pollination)方式(p24),植物在受精前有一个授粉过程，指成熟花粉粒落在雌蕊柱头上。 植物有雌雄同花(绝大部分)、雌雄同株异花(如玉米)、雌雄异株等类型。,根据授粉时，花粉的来源可以将植株的授粉方式分为自花授粉和异花授粉。 自花授粉(self-pollination)：花粉来源于同一朵花或同一植株上的花。 异花授粉(cross pollination)：花粉来源于不同的植株。 由于植株间遗传上的差异，所以花粉来源不同会直接导致后代的遗传组成不同，也就是说植物的授粉方式也极大地影响植物的遗传表现与遗传方式。,86,(三)、 直感现象(pp24-25),直感现象指由于花粉作用而引起种子、果实的特征、特性表现差异的现象，也就是说不同遗传组成的花粉可以导致种子、果实表现不同的特征(部分表现父本的性状特征)。 直感现象可以分为两类： 胚乳直感(xenia)，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，胚乳中的n条染色体来自父本。在一些胚乳发达的单子叶植物常出现胚乳直感现象，如玉米。 果实直感(metaxenia)：由于花粉的影响而使种皮或果皮等来源于母本的组织表现出父本的某些性状。 例如棉籽的纤维特征(种皮细胞延伸形成)等。果实直感与双受精过程无关，而是由于胚对种皮、果皮发育过程中产生了生理、生化水平上的影响。,87,四、 无融合生殖(apomixis)(pp25-26),无融合生殖是不经过两性细胞融合，但是由性器官产生后代的生殖行为。 通常认为无融合生殖是有性生殖的一种特殊方式或变态。但是，无融合生殖过程中所表现的遗传变异特征更接近于无性生殖。 无融合生殖最早是在植物中发现的，在动物界、高等植物界普遍存在。,单性生殖(parthenogenesis, 单倍配子体无融合生殖-haploid gametophyte apomixis)(n) 孤雌生殖(famale parthenogenesis) 孤雄生殖(male parthenogenesis) 二倍配子体无融合生殖(diploid gametophyte apomixis)(2n) 不定胚(adventitious embryo)(2n) 单性结实(parthenocary) 单性生殖与单性结实的异同,88,*无融合生殖的应用,对生命现象与规律的利用都依据其独特的效应。 无融合生殖可产生的效应及其应用领域有：