植物育种与种子生产--植物性状遗传与变异的根源

植物育种与种子生产基础（遗传学）,主讲苏淑欣,植物育种与种子生产基础绪论,本节要点本节内容本节总结本节复习题,本节要点：,一、学习植物育种与种子生产基础的目的二、植物育种与种子生产基础的研究对象与任务三、遗传学的产生与发展四、遗传学在生产中的作用重点：遗传与变异的概念、任务及研究对象难点：遗传学研究的目的、任务。,一、学习植物育种与种子生产基础的目的,随着世界各国人口的增多，对动、植物产品的数量和质量的要求也在不断提高。为了满足生产上对提高产量和质量的要求，必须从两方面着手：一是采用优良的生产技术；二是不断选育和推广优良新品种。在动植物生产上，推广优良新品种是最经济有效的措施。选育优良新品种，必须是在遗传规律的指导下进行的。所以，必须学好植物育种与种子生产基础（遗传学）。,二、植物育种与种子生产基础研究的对象和任务,遗传和变异是生物界最普遍和最基本的两个特征。,1.遗传学是研究生物遗传和变异的科学以生物（微生物、植物、动物、人类）为研究对象,研究的对象,变异：指亲代与子代之间、子代的不同个体间相异的现象.,遗传：指生物亲代与子代相似的现象。,生物有遗传特性，才能繁衍后代，保持物种的相对稳定。生物有变异，才能使物种不断发展和进化。变异经过人工选择，才能育成适应生产需要的各种新品种。,2.遗传、变异和选择是生物进化和新品种选育的三大因素。,、植物育种与种子生产基础研究的任务,1.阐明生物遗传和变异的现象2.深入探索遗传和变异的原因，3.揭露遗传和变异的内在规律。4.指导动物、植物和微生物的育种实践。,认识生物遗传和变异的客观规律，运用遗传变异规律培育新品种、进行种子生产。,通过遗传和变异的现象寻找遗传和变异的原因总结遗传和变异的规律指导育种与种子生产。,三、遗传学的产生与发展,、遗传学的建立1、19世纪以前，人们对遗传、变异的认识和研究无意识选种，没有对遗传、变异的理论和规律进行过研究。,2、19世纪以后，人们对遗传、变异的认识和研究,（1）拉马克用进废退和获得性状遗传等学说。（2）达尔文发表物种起源著作，提出自然选择和人工选择的进化学说。（3）魏斯曼提出种质连续论.（4）孟德尔首次提出分离和独立分配两个遗传基本规律。（1866年）1900年两规律被重新发现，被公认为是遗传学建立和开始发展的一年。但是，遗传学是贝特生于1906首先提出的。,A、用进废退学说,1809年法国生物学家拉马克(1744-1829)提出“用进废退”的进化论观点，由此而得出获得性状是可以遗传的。提出了生物器官的用进废退和获得性状遗传等学说。,B、生物进化论,英国学者达尔文广泛研究了生物遗传变异和进化的关系，1859年发表物种起源，提出了自然选择和人工选择的生物进化学说。有了的证明了生物是有简单到复杂、由低级到高级逐渐进化的，否定了传统的物种不变的观点，成为19世纪自然科学中最伟大的成就之一。,达尔文(1809-1882),C、种质连续论,1883年，德国生物学家魏斯曼(1834-1914)认为：多细胞生物可分为“种质”和“体质”两部分组成，种质是独立的、世代连续的、能产生后代的种质和体质。体质是不连续的、不能产生种质。种质的变异将导致遗传的变异，而环境引起的体质的变异是不连续的。,遗传学的诞生,18561864年，奥地利的孟德尔在经过8年的豌豆杂交试验和分析总结后，1865年2月8日在当地的科学协会上宣读了一篇题为植物杂交试验的论文，首次提出性状分离和独立分配两个遗传基本规律。但这一伟大的发现被埋没35年后才被荷兰的狄.弗里斯、德国的柯伦斯和奥地利的柴马克重新证实了孟德尔的遗传规律，确认了它的伟大意义。因此，1900年被公认为遗传学正式建立。,孟德尔(1822-1884),杂交试验,（二）遗传学的发展按研究的特点可分为3个时期：,1.细胞遗传学阶段（19001939年）：验证了孟德尔定律的普遍意义，并使研究工作从个体水平发展到细胞水平。期间重要的研究成果有：（1）贝特生等在1906年香豌豆杂交试验中发现性状连锁现象。（2）约翰生于1909年发表了“纯系学说”，提出“基因”一词。（3）1910年以后，摩尔根等用果蝇为材料，提出连锁遗传规律。提出基因在染色体上呈直线排列，从而使遗传学由以前的个体遗传学阶段发展进入到细胞遗传学阶段（4）在二十世纪三十年代，提出了杂种优势的遗传假说。,摩尔根,1910年摩尔根创立了连锁定律并证实了基因在染色体上以直线方式排列。提出了遗传的染色体理论。获1933年度诺贝尔奖,摩尔根(1866-1945),2.从细胞水平向分子水平过渡时期（19401952年）,（1）1941年比德尔等人提出“一个基因一个酶”的假说。（2）1944年阿委瑞通过肺炎链球菌的转化实验，证实了染色体是由DNA、蛋白质和少量RNA所组成，其中DNA是主要的遗传物质。证明了DNA是遗传物质。（3）1952年赫尔歇用大肠杆菌实验，再次确认了DNA是遗传物质。从而使遗传学发展到分子遗传学阶段。,比德尔和泰特姆,比德尔泰特姆(1903-1989)(1909-1979),1940年比德尔和泰特姆提出了一个基因一个酶的假说。从而发展了微生物遗传及生化遗传学获1958年度诺贝尔奖2.从细胞水平向分子水平过渡时期（19401952年）,阿委瑞,1944年阿委瑞提出遗传的物质基础是DNA最应该获得诺贝尔奖而没有获得，为此，诺贝尔委员会曾一度受到批评。,阿委瑞(1877-1955),3.分子遗传学时期（1953-今）,从分子水平上研究基因的本质，基因的结构和功能，遗传物质的传递、表达和调控。（1）1953年沃森和克里克，提出DNA分子双螺旋结构模式理论。（2）1958年克里克等提出遗传的三联密码的推论，1961年再次得到证实；进过多人努力到1969年全部解译出64种遗传密码。提出了遗传信息传递的“中心法则”（3）1973年成功地实现了人工分离基因和人工合成基因，开始建立了遗传工程这一个新的研究领域。（4）1990年美国率先发起实施了”人类基因组计划”，经过美、英、法、德、日、中6国的合作和努力，于2001年完成了全部序列测定：人类基因有32亿个碱基对。中国是1999年9月开始负责其中1%的测定工作的。（5）2002年12月我国宣布籼稻的基因组“精细图”已经完成。,沃森和克里克,1953年沃森和克里克建立了DNA的双螺旋模型结构，克里克并于1958年提出了中心法则。,沃森(1928-)克里克(1916-),获1962年诺贝尔奖,1953年4月25曰，沃森与克里克在自然杂志上发表：核酸的分子结构脱氧核糖核酸的一个结构模型,(美）,（英）,DNA复制,遗传密码的破译,尼伦伯格等完成遗传密码的破译(NirenbergandKhorana,1964,1965),HarGobindKhorana(left)andMarshallNirenberg,获1968年诺贝尔奖,遗传密码表,遗传密码表,以上成就说明，分子遗传学和生物工程已成为当今生物科学领域最活跃的前沿科学，其发展之快和影响之广是前所未有的。现代遗传学已发展出30多个分支。遗传学的发展不仅推动了整个生命科学的研究，而且广泛应用与生产实践，为造福人类做出了巨大贡献。,四、遗传学在科学实验和生产中的作用,（一）遗传学在科学实验中的作用遗传研究表明：生物在外观上千姿百态，有动物、植物、微生物之分，但不论是最低等的微生物，还是最高级的人类自己，遗传物质是相同的，都是核酸。除了少数低等生物如病毒是RNA外，绝大多数是DNA。所以，生物的遗传规律是通用的。我们学的遗传规律将不仅能指导中草药、还能指导所有植物、动物、微生物的育种工作。,.遗传学在生产中的作用,1.指导生物育种：现在的动植物生产中推广的新品种，都是在遗传学理论的指导下育成的，并且发挥了很大的作用。2.工业生产：从20世纪40年代开始应用于微生物育种，培养出许多新菌种，如：抗菌素（青、链、庆大霉素）、处理三废（或与贵金属有亲和力的菌种）、激素、疫苗等3.医学：用基因疗法治疗遗传性疾病、防止遗传学疾病的优生优育理论。4.国防：基因武器、生物武器、人造病毒。,总结,1、遗传学：是研究生物遗传和变异的科学。2、遗传：指生物亲代与子代相似的现象。3、变异：指亲代与子代之间以及同一亲代的子代不同个体之间相异的现象4、研究的对象：以生物为对象5、研究的任务：认识生物遗传和变异的客观规律，运用这些规律改造生物，指导植物育种与种子生产。6、遗传学的建立：1900年。7、遗传学的发展：按研究的特点可分为3个时期，细胞遗传学阶段（19001939年）、从细胞水平向分子水平过渡时期（19401952年）、分子遗传学时期（1953-今）。,记住,绪论,复习题,1、什么是遗传学？遗传学研究的对象和任务是什么？为什么要学习遗传学？2、举例说明什么是遗传、变异？新品种选育和生物进化的因素是什么？3、遗传学产生于那一年？它的发展可分为那几个时期、水平和阶段？4、遗传学在生产实践上的作用？,绪论,情境一植物性状遗传与变异的根源,细胞是生物体结构和生命活动的基本单位。所有的生物都是由细胞构成的。,生物的繁殖是通过一系列的细胞分裂实现的。在细胞分裂的过程中，既有遗传，又有变异。为了深入研究生物遗传和变异的规律，必须先对细胞的结构、细胞的分裂、在细胞分裂中染色体的行为、以及生物繁殖与遗传表现进行了解。,第一章细胞分裂与染色体行为,本章要点本章内容本章总结本章复习题,本章要点：,一、遗传物质存在的部位不同，导致遗传规律不同。二、染色体的形态及数目的变化规律；三、减数分裂与有丝分裂中染色体的变化规律、特点、意义及区别；四、雌雄配子和种子的形成、种子各部位的遗传效应；五、高等植物在世代交替中染色体数目的周期变化难点：一、染色体的形态，结构；二、雌雄配子和雌雄配子体的形成,本章内容,第一章细胞分裂与染色体行为（遗传的细胞学基础）第一节染色体第二节细胞分裂与染色体行为第三节配子的形成和受精（高等生物的繁殖）第四节生活周期,1-1染色体,一、细胞的主要结构与功能二、染色体的形态三、染色体的数目四、染色体的结构,生物界的细胞可分为两类：（一）、原核细胞（二）、真核细胞,-染色体,一、细胞的主要结构和功能,1、原核细胞：只有核物质，没有核结构的细胞。,-染色体,2、原核生物：由原核细胞构成的生物。如：各种细菌、蓝藻等低等生物。,、原核细胞,2、真核细胞,具有细胞核的细胞。具有真核细胞结构的生物称为真核生物。所有的高等植物、动物，以及单细胞藻类、真菌和原生动物等都是真核生物。,细胞核,（二）、细胞的主要结构和功能细胞由细胞膜、细胞质、细胞核三部分组成：1.细胞膜,细胞膜:包被细胞内原生质的一层薄膜，简称质膜。质膜的功能：能主动而有选择地通透某些物质。,植物细胞：,细胞膜,植物细胞不同于动物细胞，在其细胞质膜的外围有一层由纤维素和果胶质等构成的细胞壁，对植物细胞和植物体起保护和支持作用。细胞壁上有许多微孔称胞间连丝，是相邻细胞间的通道，导致相邻细胞的原生质的连续，有利于细胞间的物质转运。,细胞壁,胞间连丝,2.细胞质：在质膜内环绕着细胞核外围的原生质，内含各种细胞器。,细胞器：细胞质内除了核以外的具有一定形态、结构和功能的物体。如：线粒体、叶绿体、核糖体、内质网、高尔基体、中心体、溶酶体和液泡等。在线粒体、叶绿体、核糖体和内质网的上面含有遗传物质，它们是细胞质内遗传物质的载体。由细胞质内的遗传物质控制的性状遗传叫细胞质遗传，其遗传特点将在第七章介绍。,、线粒体是细胞里氧化作用和呼吸作用的中心；具有遗传功能，所以是遗传物质的主要载体之一,、叶绿体,叶绿体是绿色植物细胞中所特有的一种细胞器。,主要功能：一是进行光合作用，合成碳水化合物等有机物质；二是具有遗传功能，也是遗传物质的载体之一因为叶绿体含有DNA、RNA及核糖体。,、核糖体,核糖体是蛋白质合成的主要场所，由蛋白质和RNA所组成。,核糖体可以游离在细胞质中或核里，也可以附着在内质网上。在线粒体和叶绿体中也都含有核糖体。,动画(核糖体),、内质网,是在真核细胞质中广泛分布的膜相结构。把质膜和核膜连成一个完整的膜体系，为细胞空间提供了支架作用。,细胞核,3、细胞核,细胞核是遗传物质集聚的主要场所，它对控制细胞发育和性状遗传都起主导作用。细胞核一般为圆球形。,核膜,核液,核仁,染色质,细胞核,细胞核由核膜、核液、核仁和染色质四部分组成。（1）.核膜：核外层的双层膜。（2）.核液：核内呈透明状的粘稠物质，内含核仁和染色质。,（3）.核仁：主要是由蛋白质和RNA聚集而成，是核内合成蛋质的主要场所,（4）.染色质和染色体：染色质和染色体实际上是同一物质在细胞分裂过程中所表现的不同形态。,染色质,染色质的概念：在细胞尚未分裂的细胞核中，能被碱性染料染色的纤细的网状物。其是由DNA和蛋白质组成的复合体。图：,染色体：在细胞分裂时，细胞核内能被碱性染料染色的具有一定数目和形态的棒状小体。染色体是由DNA和蛋白质组成的。,染色体具有特定的形态、结构和一定的数目，具有自我复制的能力；在细胞分裂过程中能出现连续而有规律性的变化。,染色体是由染色质螺旋化卷缩而成的。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。所以说：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。,染色体是细胞核中最重要的组成部份。染色体是遗传物质的载体。各物种的染色体都有特定的形态特征。（一）、染色体的概念（二）、观察染色体形态和数目的最佳时期（三）、染色体形态（四）、染色体类型（五）、染色体形态分析,二、染色体的形态,染色体：在细胞分裂时，细胞核内能被碱性染料染色的具有一定数目和形态的棒状小体。染色体是细胞核中最重要的组成部分，在细胞分裂的间期，由于染色体分散于细胞核中，因而一般只看到染色较深的染色质，而看不到具一定形态特征的染色体。,（一）、染色体的概念,二、染色体的形态,观察染色体的形态结构最好的阶段是有丝分裂中期和中后期，因为这个阶段染色体收缩到最粗最短，也最明显和典型，并分散排在赤道板上。因此是是观察染色体形态和数目的最好时期。,（二）、观察染色体的最佳时期,二、染色体的形态,在有丝分裂的中期，一条完整的染色体由着丝点、臂、主缢痕、次缢痕和随体五部分构成。,（三）、染色体形态,染色体,1.臂,臂：着丝点两端的部分，有的两臂等长，有的不等长。,染色体的形态,2、着丝点,在细胞分裂过程中，着丝点对染色体向两极牵引具有决定性的作用。如果某一染色体发生断裂而形成染色体的断片，则缺失了着丝点的断片将不能正常地随着细胞分裂而分向两极，因而常会丢失。反之，具有着丝点的断片将不会丢失。,染色体的形态,着丝点：两臂之间较细部位的一点，它是细胞分裂时连接纺锤丝的地方，所以起名叫着丝点。它不能被染色。主要由蛋白质组成的。,3.主缢痕,主缢痕：着丝点所在区域的染色体缢缩部分,染色体的形态,4.次缢痕,次缢痕：在某些染色体的一个或两个臂上还常另外有缢缩部位，染色较淡。多在短臂一端，具有产生核仁的功能，在细胞分裂时，它常常紧密联系着核仁，又称为核仁组织中心。例如，玉米第6对染色体的次缢痕就明显地联系着一个核仁，也有些生物在一个核中有两个或几个核仁。,染色体的形态,次缢痕与主缢痕的区别是不与着丝点连接。而与核仁相连。,5.随体,随体：次缢痕的末端所具有的圆形或略呈长形的突出体，其长短不同，直径与染色体的臂相同或较小，甚至看不清。,染色体的形态,1、根据着丝点的位置，分为四类,（1）、中间着丝点染色体：V型,（四）染色体的类型,（2）、近中着丝点染色体：L型,（3）、近端着丝点染色体：棒型,（4）、粒状染色体：颗粒型,2、根据染色体的形态结构分两类,（1）、同源染色体,（2）、非同源染色体,着丝点位于染色体的中间，成为中间着丝点染色体，两臂大致等长，细胞分裂后期拉向两极时呈型。,（1）中间着丝点染色体,着丝点较近于染色体的一端，则两壁长短不一，形成一个长臂和一个短臂，细胞分裂后期拉向两极时呈型。,（2）近中着丝点染色体,着丝点靠近染色体末端，则有一个长臂和一个极短的臂，细胞分裂后期拉向两极时呈棒型。,（3）近端着丝点染色体,两臂均极短，细胞分裂后期拉向两极时呈颗粒状。,（4）粒状染色体,各种生物的染色体形态结构不仅是相对稳定的，而且大多数高等生物是二倍体，其体细胞内染色体数目一般是成对存在的。,2、根据染色体的形态结构分类,二倍体细胞具有二套染色体，分别来自于两个亲本，每对染色体的两个成员被称为同源染色体，单倍体真核细胞仅有一套染色体。,同源染色体：在生物的体细胞中，凡是大小、形态、结构和功能相同的一对染色体，互称为同源染色体。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。,（1）、同源染色体,（2）、非同源染色体,非同源染色体：在生物的体细胞中，凡是形态和结构不同的各对染色体之间，互称为非同源染色体。例如，水稻有24条染色体，按形态结构分，可分为12对同源染色体，这12对之间互称为非同源染色体。在细胞遗传学上可根据各对同源染色体的形态进行编号，以便识别和研究，,-染色体形态分析。,把生物细胞核内全部染色体的形态特征（染色体长度、着丝点位置、长短臂比、随体有无等）所进行的分析，也称为染色体形态分析。,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。,例如，人类的染色体有23对(2n=46)，其中22对为常染色体，另一对为性染色体。,（五）染色体分析及其应用,人类的染色体有23对,人类的染色体排序,根据人类各对染色体的形态特征及其染色的显带表现，把它们统一地划分为7组，分别予以编号。,人类的染色体分组,人类染色体组型的分组,（一）、不同物种的染色体数目不同，各物种的染色体数目差异很大。（二）、各种生物的染色体数目都是恒定的，而且它们在体细胞中是成对的，在性细胞中总是成单的。,三、染色体的数目,少的只有几条，多的达近千条。例如，果蝇为8条，马蛔虫仅有2条，而人有46条，有一种蝴蝶为382条。染色体的数目和形态特征对于鉴定系统发育过程中物种间的亲缘关系，特别是对植物近缘类型的分类，常具有重要的意义。,现将一些生物的染色体数目列于下表：,（一）、不同物种的染色体数目不同，各物种的染色体数目差异很大。,三、染色体的数目,一些生物的染色体数目,部分生物的染色体数目,通常体细胞的染色体数目用2n表示、性细胞的染色体数目用n表示。例如，水稻2n=24，n=12；普通小麦2n=42，n=21；人类2n=46，n=23；蚕豆2n=12，n=6，下图为蚕豆体细胞的染色体：,（二）、各种生物的染色体数目都是恒定的，而且它们在体细胞中是成对的，在性细胞中总是成单的。,四、染色体的结构,奥林斯等人在1974-1978年通过电子显微镜的观察和研究，提出了：、染色质的串珠模型（见1112页图-、-）、染色质螺旋化形成染色体（见图-）一级结构：核小体二级结构：螺旋体三级结构：超螺旋体四级结构：染色单体染色体是由染色质进多次螺旋化而变粗变短形成的，所以说两者是同一物质在细胞分裂过程中表现的不同形态。关于染色体的分析及其应用部分，因生产上用的不多，自学。,染色质是一系列核小体相互连接成的念珠状结构。核小体的核心是由组蛋白H2A、H2B、H3、H4各两个分子构成的八聚体，在八聚体表面缠绕有的圈双螺旋DNA。在相邻的两个核小体之间由DNA连接，称为连接线，在连接线部位结合有一个组蛋白分子H1,、染色质结的串珠模型,图4-1,、染色质螺旋化形成染色体,1-1染色体总结,1、原核细胞与真核细胞、原核生物与真核生物的概念2、真核细胞的组成3、具有遗传功能的细胞器4、染色质与染色体的概念5、一条完整的染色体包括五部分6、染色体的类别（据着丝点的位置、染色体的结构与形态分别分类）7、同源染色体与非同源染色体的概念8、染色体数目的变化规律,第一节的重点：,一、遗传物质的存在部位不同，导致遗传规律不同。二、染色体的形态及数目的变化规律。,复习题：,在38页填补充16-19题：16.什么叫染色体和染色质、同源染色体和非同源染色体？17.一条完整的染色体包括哪几部分？根据染色体的着丝点部位和染色体的形态结构不同，染色体各分为那几类？18.染色体数目的变化规律是什么？19.遗传物质主要存在于细胞的哪些部位？,控制性状遗传的遗传物质主要存在于细胞核内的染色体上。所以，染色体是遗传物质的主要载体。由于染色体在细胞分裂中呈现出有规律的变化，从而导致生物性状的有规律遗传与变异。因此，必须了解在细胞分裂中染色体的变化规律！,-2细胞分裂与染色体行为,一、细胞分裂是生物进行生长和繁殖的基础二、有丝分裂与染色体行为三、减数分裂与染色体行为四、有丝分裂与减数分裂的区别,-2细胞分裂与染色体行为,一、细胞分裂是生物进行生长和繁殖的基础,、生物进行生长繁殖所必须的三个前提：,首先细胞体积的增加,其次遗传物质的复制,最后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，这个机制即细胞分裂。,所以说细胞分裂是生物进行生长和繁殖的基础。,、细胞分裂的方式：分为两种,1、无丝分裂：也叫直接分裂：细胞核首先拉长，缢裂成两部分，接着细胞质也分裂，从而成为两个细胞。因为在整个分裂过程中看不到纺锤丝，故称为无丝分裂。是低等生物，如细菌等的主要分裂方式。,2、有丝分裂：也叫间接分裂，在细胞分裂过程中有纺缍丝的出现，故称为有丝分裂。高等生物的细胞分裂主要是以有丝分裂方式进行。有丝分裂又可分为等数分裂与减数分裂。,、细胞周期、有丝分裂,二、有丝分裂与染色体行为,二、有丝分裂与染色体行为,细胞周期：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。高等生物的细胞周期包括细胞有丝分裂过程及两次分裂之间的间期。细胞周期可分成两个阶段：间期、分裂期。,、细胞周期,1、间期,间期是细胞代谢、DNA复制的旺盛时期。根据间期DNA合成（复制）的特点，又把间期分为三个时期：G1期、S期和G2期1、G1期：DNA合成前期。为DNA复制做准备2、S期：DNA合成（复制）期。复制结束时染色体数目增加一倍；(DNA的合成发生在S期)3、G2期：DNA合成后期。细胞体积增大，RNA合成，为细胞分裂奠定基础。3个时期的长短因物种、细胞种类和生理状态而异。间期染色质均匀地分布于核中，在显微镜下看不到染色体。,2、分裂期（M期）,M是分裂期，通常是细胞周期中最短的时期，约占整个时期的5-10%的时间。,蚕豆的细胞周期如下图,细胞周期,蚕豆的细胞周期,各时期的具体时间如下：,蚕豆细胞周期,蚕豆的有丝分裂周期共19.5小时，其中：分裂期：M期仅为2小时间期：为17.5小时，其中：G1为5小时，S期为7.5小时，G2为5小时,1,2、有丝分裂的过程,1、有丝分裂的概念,、有丝分裂,19世纪末，福莱明(1882)和布朗(1891)分别发现了有丝分裂和减数分裂，为遗传的染色体学说提供了理论基础,3、有丝分裂的特点,4、有丝分裂的遗传学意义,5、有丝分裂的特殊性,有丝分裂是体细胞产生体细胞时所进行的细胞分裂，又叫体细胞分裂或等数分裂。,、有丝分裂,1、有丝分裂的概念,有丝分裂产生两个子核，它们含有相同的染色体数和遗传信息。,有丝分裂包含两个紧密相连的过程：先是细胞核分裂，即核分裂为两个；后是细胞质分裂，即细胞分裂为二，各含有一个核。,细胞分裂是一个连续的过程，但为了便于描述起见，一般把细胞核分裂的变化特征分为四个时期：前期、中期、后期和未期。再加上分裂前的间期，共个时期。现把这个时期细胞核和染色体的变化规律描述如下：,2、有丝分裂的过程,、有丝分裂,两次细胞分裂之间的时期。此期只能看到细胞核内一团如乱麻状细长的细胞质。但是染色体在间期已进行了复制，每条染色体已复制成了两条染色单体。此期根据合成的特点又可分为G1(DNA合成前期)、S(DNA合成期)、G2(DNA合成后期)三个时期。由1条染色体复制成的2条染色单体，在着丝点未断开前称为染色单体。,（1）、间期,间期,、有丝分裂,染色体开始逐渐缩短变粗，形成螺旋状。此期每条染色体都含有两条染色单体，互称为姊妹染色单体，但着丝点尚未分裂。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，在两极出现纺缍丝。,看模式图如下,（2）、前期,、有丝分裂,前期的四个时期模式图,早前期,中心体,晚前期,、有丝分裂,（3）、中期,纺缍丝,照片,模式图,核仁和核膜均已消失，细胞内出现由来自两极的纺锤丝所构成的纺锤体。各个染色体的着丝点均排列在纺锤体中间的赤道面上。由于此期染色体最粗最短，又都排在赤道面上，染色体具有典型的形状，因此是进行染色体鉴别和计数的最好时期。,、有丝分裂,每个染色体的着丝点分裂为二，每个姊妹染色单体彼此分离，各独立成为一个染色体，并由纺锤丝分别拉向两极。,（4）、后期,后期,着丝点,、有丝分裂,、末期,末期,染色体到达两极后逐渐又变得松乱细长，染色体又变为均匀的染色质，在两极染色体四周出现新的核膜。核仁又重新出现。一个细胞内形成两个子核，接着细胞质分裂，在赤道板区域形成细胞膜，一个母细胞分裂为两个子细胞。又恢复为分裂前的间期状态。,、有丝分裂,5.中期6.后期7.早末期8.中末期9.晚末期,有丝分裂全过程模式图,有丝分裂全过程,实际上，体细胞分裂是一个连续的过程：染色体在间期复制，前期螺旋，中期排列，后期分裂，末期子细胞形成。2个子细胞的染色体仍为2n。,染色体复制一次，细胞分裂一次，产生的两个子细胞的染色体数目与质量和母细胞完全相同。,3、有丝分裂的特点,、有丝分裂,、保持生物的遗传稳定性：核内每个染色体准确地复制分裂为二，为形成的两个子细胞在遗传组成上与母细胞完全一样提供了基础。,、维持个体的正常生长和发育：复制的各对染色体有规则而均匀地分配到两个子细胞中去，从而使两个子细胞与母细胞具有同样质量和数量的染色体。,有丝分裂既维持生物个体的正常生长和发育，也保证物种的连续性和稳定性。有丝分裂是生物进化的产物，是一种较完善和理想的细胞分裂方式，促进生物由低级向高级的进化发展,4、有丝分裂的遗传学意义,、有丝分裂,5、有丝分裂的特殊性,多核细胞：细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。核内染色体分裂：核内染色体分裂，而细胞核不分裂，形成多染色体或巨型染色体。如果蝇的唾腺染色体。,、有丝分裂,减数分裂只发生在生殖器官的胞母细胞中。它有两次连续的核分裂，而染色体只复制一次，结果产生4个单倍体的子细胞。4个子细胞的染色体数比母细胞减少一半。,（一）、减数分裂的概念（二）、减数分裂的过程（三）、减数分裂的特点（四）、减数分裂的遗传学意义,三、减数分裂与染色体行为,三、减数分裂与染色体行为,减数分裂（又称成熟分裂）：是在性母细胞成熟时、配子形成过程中所发生的一种特殊的有丝分裂。因为这种分裂所形成的子细胞的染色体数目减少了一半，故称为减数分裂例如玉米的体细胞染色体数2n=20，减数分裂后形成的性细胞的染色体数是母细胞染色体数目的一半，即n=10。减数分裂只发生在生殖器官的孢母细胞中。是配子形成过程中进行的一种特殊的有丝分裂。,、减数分裂的概念,、减数分裂的过程,减数分裂包括两次连续的核分裂，而染色体只复制一次，每个子细胞核中只有单倍数的染色体数目。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。,三、减数分裂与染色体行为,减数分裂过程,两次分裂的不同,、减数分裂的过程,两次分裂的不同,第一次分裂是减数的；第二次分裂是等数的。第一次分裂复杂，时间长；第二次分裂同一般的有丝分裂。,、减数分裂的过程,1、减数分裂,第一次分裂是同源染色体的分离，是减数的，由n减数为n。,、减数分裂的过程,（1）、前期I,和有丝分裂一样，DNA的合成发生在间期的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。分别是细线期、偶线期、粗线期、双线期和终变期,1、减数分裂,、细线期,染色体细长如线，由于间期染色体已经复制，每个染色体都是由共同的一个着丝点联系的两条染色单体所组成。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。,1、减数分裂（1）、前期I,、偶线期,各对同源染色体分别配对，出现联会现象。联会了的一对同源染色体称为二价体。,1、减数分裂（1）、前期I,联会:同源染色体的两个成员侧向连接，像拉链一样地并排配对称为联会。联会始于偶线期，中止在双线期。,联会,1、减数分裂（1）、前期I,二价体逐渐螺旋化缩短加粗，因为每个二价体包含了四条染色体单体，故又称为四合体。在粗线期非姊妹染色单体间可能发生片段交换，这将造成遗传物质的重新组合（这是连锁与交换定律的细胞学基础）。如右图：,、粗线期,1、减数分裂（1）、前期I,姊妹染色单体,非姊妹染色单体,交换,染色体断裂,姊妹染色单体：一个染色体中的两条染色单体互称为姊妹染色单体。非姊妹染色单体：四合体中不同染色体的染色单体互称为非姊妹染色单体。,交换图解,1、减数分裂（1）、前期I,四合体继续缩短变粗，各个联会了的二价体因非姊妹染色单体相互排斥而松懈，但仍被一至几个交叉联结在一起。在非姊妹染色单体间可见交叉结，这种交叉现象就在是粗线期发生非姊妹染色体之间某些片段交换的结果。,、双线期,1、减数分裂（1）、前期I,染色体螺旋化到最粗最短。交叉向二价体的两端移动，逐渐接近于未端，出现交叉端化。如右图：,交叉端化：在着丝点两侧的交叉向两端移动的现象。,、终变期,1、减数分裂（1）、前期I,细线期,偶线期,粗线期,双线期,终变期,前期I图解,1、减数分裂（1）、前期I,前期I图解,核仁、核膜消失，纺锤丝出现。每个二价体的同源染色体都排在赤道面上，纺锤丝与各染色体的着丝点连接,每个二价体内的两条同源染色体被牵向哪一极是随机的。此时二价体尚未解体，所以也是鉴定染色体数目的最好时期。,（2）、中期I,中期I,1、减数分裂,此期最显著的特点是联会的二价体分离。由于纺锤丝的牵引，各二价体的两个同源染色体彼此分开。向两极移动，每一极只分到每对同源染色体中的一个（这是分离定律的遗传学础）。,各个非同源染色体之间可以自由组合，有n条染色体就会有2n个组合，形成2n种配子（这是自由组合定律的细胞学基础）。由于着丝点没有分裂，每个染色体仍包含两条染色单体。如图：,（3）、后期I,1、减数分裂,染色体移到两极后，松散变细，逐渐形成两个子核；同时细胞质分为两部分，于是形成两个子细胞，称为二分体或二分孢子。每个子细胞中只含有n条染色体,（4）、末期I,总结第一次减数分裂染色体的变化特点：细线期：细长如线偶线期：联会前期I粗线期：交换双线期：交叉结终变期：交叉端化中期I：各二价体排在赤道面上后期I：二价体分离末期I：子细胞形成、减数,1、减数分裂,2、减数分裂,第二次分裂：是每个染色体的两个染色单体的分离，所以是等数分裂。,、减数分裂的过程,与有丝分裂的前期一样，每个染色体具有两条染色单体。着丝点仍连接在一起，但染色单体彼此散得很开。,（1）、前期II,、减数分裂的过程,每个染色体排列在各分裂细胞赤道面上。纺缍丝附着在着丝点上。染色单体从彼此相联逐渐部分地分离。,（2）、中期II,、减数分裂的过程,着丝点分裂为二，各个染色单体由纺锤丝分别拉向两极。,（3）、后期II,、减数分裂的过程,（4）、末期II,拉到两级的染色体形成新的子核，同时细胞质又分为两部分。这样经过两次分裂，形成四个子细胞，称为四分体或四分孢子。各细胞的核里只有最初母细胞的半数染色体，即从2n减数为n。如图：,、减数分裂的过程,中期I,后期I,末期I,中期II,后期II,减数分裂染色体变化图解,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，每个着丝点都一分为二，随后每个染色体的2个染色单体分开。进入每个子细胞中去的只是一条染色体。,、减数分裂的过程,、减数分裂的特点：、各对同源染色体在前期的偶线期发生配对或称联会（若无联会，就不会产生减半的效果）。、各对同源染色体的非姊妹染色单体在前期的粗线期发生片段交换，造成遗传物质的交换而产生变异。、各对同源染色体在后期彼此分开时，非同源染色体之间自由组合，造成遗传物质的重新组合而产生变异。、染色体只复制一次，但细胞分裂两次，因此产生的四个子细胞的染色体数目是母细胞的一半,、减数分裂的遗传学意义,、减数分裂使含有2n条染色体的体细胞分裂产生含有n条染色体的性细胞，个具有n条染色体的雌雄性细胞经过受精结合形成合子，受精卵（合子）的染色体数目又恢复为n。从而保证了各物种的亲代与子代间染色体数目的恒定性和性状的相对稳定性。2、减数分裂时，非同源染色体之间的自由组合（2n种）和非姊妹染色单体之间的片断交换，是实现基因重组的2种重要方式，从而造成生物性状的变异，为生物的多样性提供了重要的物质基础。基因重组的2种方式-,三、减数分裂与染色体行为,各对同源染色体中的两个成员在后期分向两极是随机的，即一对染色体的分离与任何另一对染色体的分离不发生关联，各个非同源染色体之间均可能自由组合在一个子细胞里，因此，有n对染色体，就可能有2n种自由组合方式。对染色体可产生22=种配子。YyRrYRyrYryR,例如，水稻2n=24、n12，其非同源染色体分离时的可能组合数为212=4096。各个子细胞之间在染色体组成上将可能出现多种多样的组合。,（1）、非同源染色体之间的自由组合。,、减数分裂的遗传学意义2、基因重组的2种方式,非姊妹染色单体之间的片段交换。使其所携带的遗传物质也发生交换，造成遗传物质的重新组合。以上两种遗传物质重组，都为生物的变异提供了重要的物质基础。,（2）、同源染色体的非姊妹染色单体之间的片段交换。,、减数分裂的遗传学意义2、基因重组的2种方式,四、减数分裂与有丝分裂的比较,减数分裂是特殊方式的有丝分裂，两者既有共同点，又有不同特点。1、有丝分裂与减数分裂的共同点：两者的相同点主要体现在：都发生染色体复制，都出现纺锤丝形成纺锤体。2、有丝分裂与减数分裂的不同点：在发生部位、时间、染色体行为、子细胞性质等方面同。两者的不同点如表1。,表1、有丝分裂与减数分裂的区别,-2细胞分类与染色体行为总结,1、分裂周期2、有丝分裂的特点及遗传学意义3、减数分裂过程，每一时期染色体的变化、特点及遗传学意义4、何为联会、姊妹单染色体、非姊妹染色单体、二价体、四联体5、有丝分裂与减数分裂的区别,-2重点：在有丝分裂和减数分裂中，染色体的变化规律、特点、意义。,作业题：37页：1、2、3、5、7、8、9、10。补充16题的名词：染色单体、姊妹染色单体与非姊妹染色单体、二价体与四合体、有丝分裂与减数分裂。,-配子的形成和受精,一、生物的生殖方式二、雌雄配子的形成三、授粉、受精与种子形成四、直感现象五、无融合生殖六、生活周期,、无性生殖1、无性生殖的概念2、无性生殖的特点、有性生殖1、有性生殖的概念2、有性生殖的特点,-配子的形成和受精,一、生物的生殖方式,1、无性生殖的概念：通过不通过雌雄配子的结合，直接用亲本营养体的分割而产生后代个体。（营养体生殖）如利用根、茎、叶的分株、扦插、嫁接等繁殖后代。2、无性生殖的特点：无性繁殖是通过体细胞的有丝分裂使体细胞增多增大的。所以，后代与亲代具有相同的遗传物质、相似的性状，没有变异,一、生物的生殖方式,、无性生殖,1、有性生殖的概念：通过亲本的雌配子和雄配子受精结合形成合子，再由合子进一步细胞分裂、分化和发育而产生后代的生殖方式。这是最普遍、最重要的生殖方式，绝大多数动、植物都是有性生殖的。2、有性生殖的特点：有性繁殖的后代具有双亲的遗传物质，具有更大的生活力和变异力，为选择和育种提供了条件。,、有性生殖,一、生物的生殖方式,二、雌雄配子的形成,、高等动物的雌雄配子形成、高等植物的雌雄配子形成,-配子的形成和受精,、高等动物的雌雄配子形成,高等动物都是雌雄异体的，在胚胎时就分化出生殖腺，生殖腺中有许多性原细胞1.雌配子的形成：在雌性个体的生殖腺（卵巢）中有卵原细胞（2n），其通过有丝分裂、减数分裂形成一个卵细胞（n）和三个极体（解体）。2.雄配子的形成：在雄性个体的生殖腺（睾丸）中有精原细胞（2n），其通过有丝分裂、减数分裂形成四个精子（n）。,-配子的形成和受精二、雌雄配子的形成,图-16高等动物雌雄配子形成过程,每个初级卵母细胞经过减数分裂，只产生1个有效的卵细胞。每个初级精母细胞经过减数分裂，产生4个精子。,-配子的形成和受精二、雌雄配子的形成,、高等植物的雌雄配子形成,高等植物有性生殖的全部过程是在花器里进行的。（包括减数分裂产生卵细胞和精子、受精结合为合子、合子经过一系列有丝分裂产生种子）1、雌配子及雌配子体的形成2、雄配子及雄配子体的形成,植物的雌蕊和雄蕊1.花粉粒2.花药3.花丝4.子房5.子房壁6.珠被7.珠心8.珠孔9.柱头10.花柱11.花粉管12.胚囊,-配子的形成和受精二、雌雄配子的形成,雄蕊和雌蕊内的孢原细胞经过减数分裂发育成为雄配子和雌配子，即精子和卵细胞。如图：每个大孢子母细胞经过减数分裂，只产生1个有效的大孢子，1个卵子。每个小孢子母细胞经过减数分裂，产生4个小孢子，8个精子。,图1-17高等植物雌雄配子形成的过程,高等植物雌雄配子形成的过程,即成熟的3核花粉粒,雌配子体：即成熟的8核胚囊,雄配子体：,、高等植物的雌雄配子形成,三、授粉、受精与种子形成,、授粉、受精、种子的形成及各部分的遗传效应,-配子的形成和受精,、授粉,三、授粉、受精与种子形成,授粉：成熟的花粉粒落在雌蕊柱头上的过程。根据花粉的来源不同，植物的授粉方式可分为三大类：自花授粉、异花授粉、常异花授粉。,、受精,植物双受精：成熟的花粉粒落在雌蕊柱头上，花粉粒萌发出花粉管，穿过花柱、子房和珠孔，伸入胚囊，一个精核(n)与卵细胞(n)受精结合为合子(2n)，将来发育成胚，另一精核(n)与两个极核(n)受精结合为胚乳核(3n)，将来发育成胚乳的过程。,三、授粉、受精与种子形成,受精：生物的雄配子(精子)与雌配子(卵细胞)融合成合子的过程。,通过双受精后发育成种子，胚（2）胚的遗传组成：一半来自母本，一半来自父本；胚乳（3）胚乳的遗传组成：2来自母本，来自父本。种皮（2）种皮或果皮是由珠被和子房壁发育而成的，是母本花朵的营养组织，与双受精过程无联系.,、种子的形成及各部分的遗传效应,三、授粉、受精与种子形成,种子,种子播种后，胚乳和种皮提供萌发和生长所需的营养并逐渐解体，故不具有遗传效应，只有2的胚才具有遗传效应，由其长成2的植株，并影响下一代的性状表现。,在杂交当代母本植株所结的种子或果实上直接表现出父本的某些性状的现象叫直感现象。其包括两种类型：,、胚乳直感（或花粉直感）、果实直感,四、直感现象,-配子的形成和受精,四、直感现象,例如，用玉米黄粒植株的花粉给白粒的植株授粉，当代所结种子即表现父本的黄粒性状。单子叶植物的种子常出现这种胚乳直感现象。,.胚乳直感（或花粉直感）：在杂交当代所结种子的胚乳性状上，由于精核的影响而直接表现出父本的某些性状的现象。因为胚乳的3中，来自母本的个极核，来自父本的精核。所以，虽然胚乳细胞在发育的后期解体了，也会表现出父本的性状，但这个性状不会遗传给下代。,.果实直感：种皮或果皮组织在发育过程中由于花粉影响而表现父本的某些性状。例如，棉花纤维是由种皮细胞延伸的。在一些杂交试验中，当代棉籽的发育常因父本花粉的影响，而使纤维长度、纤维着生密度表现出一定的果实直感现象。,两种直感现象的异同点：相同点：二者都是由于花粉影响而引起的直感现象，都只能在当代表现，不能遗传给下代。不同点：前者是花粉参与受精，后者花粉未参与受精。,四、直感现象,五、无融合生殖,无融合生殖：是指不经精卵融合，而产生胚并形成种子的生殖方式无融合生殖是有性生殖中的一种变态。这种生殖方式在动植物中都存在，但在植物界相对较多。例如孤雌生殖、孤雄生殖等。这部分内容自学。,-配子的形成和受精,六、生活周期,（一）、基本概念（二）、高等植物的生活周期（三）、高等动物的生活周期,（一）、基本概念,1、生活周期：即个体发育的全过程。又称生活史。有性生殖生物的生活史是指从合子到个体成熟、直至死亡所经历的一系列发育阶段。各种生物的生活史是不相同的。2、世代交替有性生殖生物的生活史大多数包括一个有性世代和一个无性世代，二者交替发生。世代交替：生物的无性世代与有性世代交替出现的现象。见下图,1-4生活周期,世代交替图,孢子体世代无性世代,配子体世代有性世代,1-4生活周期,3、无性世代与有性世代无性世代：1个受精卵(合子)发育成为一个孢子体(2n)，称为孢子体世代或无性世代。即生物的所有细胞都是2n的阶段。有性世代：孢子体经过一定发育阶段，某些细胞特化进行减数分裂，染色体数减半，产生雌性配子(n)和雄性