第二章 遗传的细胞学基础.ppt

第二章遗传的细胞学基础,第一节细胞的结构与功能第二节染色体的形态、数目和结构第三节细胞的有丝分裂第四节细胞的减数分裂第五节植物配子的形成和受精第六节植物的生活周期,第一节细胞的结构与功能,细胞壁（植物特有）叶绿体（绿色植物特有）细胞膜质体（植物特有）有色体细胞液线粒体白色体细胞质核糖体内质网细胞细胞器高尔基体中心体（动物、某些蕨类和裸子植物特有）溶酶体液泡核膜细胞核核液核仁染色质（染色体）,植物细胞和动物细胞模式图,一、线粒体二、质体三、内质网四、核糖体五、细胞核,一、线粒体（mitochondria）,1、形态结构：棒状或球状，双层膜，外膜光滑，内膜折叠形成嵴。2、化学组成：有大量的脂类，主要是磷脂，含有DNA、RNA、蛋白质。线粒体的DNA与同一细胞的核内DNA在碱基成分上有所不同，且不与组蛋白结合，呈环状裸露的DNA分子。,3、功能：含有大量的氧化酶系，是细胞氧化作用和呼吸作用的中心，被称为细胞的动力工厂。线粒体含有核糖体，能合成蛋白质，具有自我复制、分裂增殖的能力，还能够发生突变，所以线粒体在遗传上具有一定的自主性。线粒体活性互补作用的研究,二、质体（plastid）（主要是叶绿体chloroplast）,1、形态结构：盘状、球状或棒状，双层膜，内有基粒片层所组成的基粒，内含叶绿素。2、化学组成：与线粒体大致相同。3、功能：主要是进行光合作用，也能合成蛋白质，能自我复制，也可以发生突变（如白化苗），具有特定的遗传功能，是遗传物质的载体之一。叶绿体工作程序的研究,三、内质网（endoplasmicreticulum）1、形态结构：单层膜，有管状、泡状、囊腔状。2、功能：细胞空间的支架，转运合成蛋白质所需的原料和最终合成产物的通道。,四、核糖体（ribosome）,1、形态特征：微小细胞器，呈颗粒状，数目极多，占整个细胞重量的15，是rRNA与蛋白质的结合体。粗糙型内质网（roughendoplasmicreticulum）：附有核糖体的内质网。光滑型内质网（smoothendoplasmicreticulum）：无核糖体的内质网。2、化学成分：40蛋白质60RNA3、功能：合成蛋白质的主要场所。,五、细胞核（nucleus）,原核细胞（prokaryoticcell）：拟核（nucleoid），细胞质中仅有核糖体（ribosome）。原核生物（prokaryote）真核细胞（eukaryoticcell）：核物质被核膜包被在细胞核内。真核生物（eukaryote）,细胞核,核膜,核仁,核液,染色质,（nuclearmembrane）：双层膜，膜上有核孔。,（nuclearsap）：在电镜下是一些分散的极小的颗粒和微细纤维。,（nucleolus）：核内一般有1几个核仁，主要由蛋白质和RNA组成，功能目前不很清楚，一般认为它与核糖体的合成有关，是核内蛋白质合成的重要场所。,（chromatin）：细胞未分裂时，核内有被碱性染料染色较深的纤细网状物；主要由DNA和蛋白质组成；细胞分裂时，染色质缩短变粗卷缩成染色体（chromosome）。,第二节染色体的形态、数目和结构,一、染色体的形态二、染色体的数目三、染色体的结构,一、染色体（chromosome）的形态,（一）染色体的构成1.着丝点spindlefiberattachment(主缢痕primaryconstriction)2.长臂染色体3.短臂4.次缢痕（secondaryconstriction）5.随体（satellite）核仁组织中心（nucleolarorganizer）：玉米第6染色体和人第13、14、15、21、22号染色体的短臂,区别：着丝点（spindlefiberattachment）：是主缢痕处的一种和纺锤丝微管相接触的结构，是微管蛋白聚合的中心。着丝粒（centromere）：是主缢痕处的一种内部结构，分裂中期的两条染色单体在这里保持联系。,（二）染色体的种类,染色体类型细胞分裂后期的形态中间着丝点染色体“V”近中着丝点染色体“L”近端着丝点染色体棒状端着丝点染色体（小麦）棒状粒状染色体粒状环状染色体（玉米中有过，多不稳定）,染色体的大小（指长度）：单子叶植物一般大于双子叶植物，双子叶草本植物大于木本植物。小的染色体长0.25m，而百合科某些属的染色体长者可达30m。,细胞分裂后期染色体形态,染色体组型分析（genomeanalysis）或称核型分析（analysisofkaryotype）：对生物细胞核内全部染色体的形态特征所进行的分析。,二、染色体的数目,同源染色体（homologouschromosome）：形态结构相同的一对染色体。非同源染色体（non-homologouschromosome）：这一对染色体与另一对形态结构不同的染色体，互称为非同源染色体。,1、物种不同，染色体的数目可能不同玉米2n20条n10条；水稻2n24条n12条普通小麦2n42条n21条；蚕豆2n12条n6条洋葱2n16条n8条；百合2n24条n12条果蝇2n8条n4条；人2n46条n23条一种马蛔虫只有1对染色体，一种菊科植物有2对染色体，一种蝴蝶有191对染色体，还有600多对染色体的物种。2、同一物种的染色体数目相对稳定，但也有变异,注意：染色体数目与物种的进化无关，但染色体的数目和形态与物种间的亲缘关系有一定程度的相关性，对研究物种的亲缘关系有较大的参考价值。,三、染色体的结构,1、染色质（chromatin）的基本结构美国人Olins夫妇（1974）提出了串珠模型：染色质的基本结构单位是核小体（nucleosome）。蛋白质核心：8个组蛋白分子：2（H2A，H2B，H3，H4）核心DNA：140bp绕在核心表面1.75圈200bp连接DNA，60bp一条染色体是由一条染色质组成的。,染色质,核小体,连接丝,组蛋白H1,2、染色质的化学成分,DNA：27%组蛋白：蛋白质：66%非组蛋白RNA：6%其它：如拟脂和无机物质（少量）,碱性蛋白质，比例相对稳定，和DNA的比例相近。,染色质,3、染色体的结构模型,Bak，A.L.（1977）等人提出了染色质螺旋化的四级结构模型。DNA染色质（核小体）螺线体（一级结构）（二级结构）超螺线体染色体（三级结构）（四级结构）,绕在八聚体上缩短7倍,螺旋化缩短6倍,螺旋化缩短40倍,折迭、螺旋缩短5倍,4、几个概念,常染色质（euchromatin）：螺旋程度较低、染色较浅的染色质。异染色质（heterochromatin）：螺旋程度较高、染色较深的染色质。玉米的第7染色体异固缩（heteropycnosis）现象：在细胞不分裂时（间期），异染色质也不解螺旋的现象。染色粒（chromomere）：在染色体上，由于螺旋程度不同，形成染色不同的颗粒状。,第三节细胞的有丝分裂（mitosis）,一、有丝分裂的过程二、有丝分裂的意义,一、有丝分裂的过程（一）间期：细胞两次分裂之间的时期G1期（gap1phase）（合成前期）：为DNA的合成准备原料，合成DNA和蛋白质所需要的酶类和RNA。S期（synthesisphase）(合成期)：合成DNA和组蛋白，染色质复制。G2期（gap2phase）(合成后期)：合成纺锤丝的微管蛋白，准备分裂所需的能量。,（二）分裂期（M）,1、前期（prophase）染色质逐渐缩短变粗。2、中期（metaphase）染色体的着丝点排列在赤道板上。中期是染色体计数和形态观察的最好时期。3、后期（anaphase）着丝点一分为二，两条染色单体由纺锤丝牵引向两极移动，成为独立的染色体。4、末期（telophase）（1）染色体解螺旋变为染色质。（2）中部形成细胞板，细胞质随机进入两个子细胞。,有丝分裂实际图片,有丝分裂周期,洋葱根尖细胞的分裂周期（21）：G1：3.3hrG2：3.6hrS：12.0hrM：4.0hr共计：23.0hr,二、有丝分裂的意义,1、维持了生物性状的正常发育；2、保证了物种的连续性和稳定性。,特殊的有丝分裂,、染色体多次复制，细胞核不分裂，形成一个细胞内有许多加倍了的染色体。如人的肝脏细胞。、巨型染色体（giantchromosome）：染色体内的染色线多次复制，细胞核不分裂，使一条染色体中有许多染色线。如双翅目昆虫的摇蚊（Chironomus）和果蝇（Drosophila）唾腺细胞中的染色体，染色线可多达上千条，比一般细胞的染色体长100200倍，粗10002000倍，由于对应复制，上面有许多横带条纹，带纹的变化与遗传变异有关，在遗传学研究上有重要意义。,第四节细胞的减数分裂（meiosis）,一、减数分裂的过程,（一）间期（二）分裂期1、前期I（prophaseI）细线期（leptonema）偶线期（zygonema）配对（pairing）联会（synapsis）二价体（bivalent）四合体（tetrad）姊妹染色单体非姊妹染色单体,粗线期（pachynema）观察染色体形态交换（crossingover）双线期（diplonema）终变期（diakinesis）染色体记数2、中期I（metaphaseI）染色体记数3、后期I（anaphaseI）染色体记数染色体数目减半4、末期I（telophaseI）二分体（dyad）,5、前期II（propaseII）6、中期II（metaphaseII）7、后期II（anaphaseII）8、末期II（telophaseII）四分体（tetrad）四分孢子（tetraspore）,减数分裂实际图片,二、减数分裂的遗传学意义,1、维持了生物性状的正常发育，保证了物种的相对稳定性，是生物性状遗传的基础。n（配子）2n2n世代之间染色体的数目恒定n（配子）2、为生物的变异提供了物质基础，有利于生物的适应和进化，也为人工选择提供了丰富的材料。非同源染色体在后期I的自由组合粗线期非姊妹染色单体的交换,有丝分裂与减数分裂的比较,有丝分裂与减数分裂的比较,第五节植物配子的形成和受精,一、雌雄配子的形成二、授粉和受精三、直感现象,1、雄配子的形成,雄蕊的花药分化出许多孢原细胞分化减数分裂孢原细胞花粉母细胞（小孢子母细胞）生长有丝分裂四分孢子（小孢子）单核花粉粒有丝分裂营养核（管核）三核成熟花粉粒，精细胞叫雄配子体（malegametophyte）,营养细胞生殖细胞,2、雌配子的形成,减数分裂胚囊母细胞（大孢子母细胞）呈直线排列的四分孢子（大孢子）反足细胞3个（n）次有丝分裂极核2个（n）（1个细胞）胚囊卵细胞1个（n）助细胞2个（n）8核成熟胚囊（叫雌配子体femalegametophyte）,3个退化，远离珠孔的1个发育,二、授粉和受精,1、授粉（pollination）：花粉落在柱头上的过程自花授粉（self-pollination）：同株内授粉。异花授粉（crosspollination）：株间授粉。2、受精（fertilization）花粉发芽形成花粉管（营养核在前）通过到达花柱珠孔进入一个精核与卵细胞结合合子（zygote）胚2n胚囊2n一个精核与两个极核结合胚乳核胚乳3n双受精（doublefertilization）,3、种子各部分的来源及其染色体数,果皮2n子房壁种皮2n珠被胚2n胚乳3n一粒种子是胚、胚乳（下一代）和母体组织（当代）的嵌合体。,母体组织的一部分，不是受精的产物,受精的产物,种子,三、直感现象,胚乳直感（xenia）：杂交当代种子的胚乳，由于父本精核的影响而直接表现父本的某些性状，这种现象即胚乳直感，或叫花粉直感。如：白粒玉米（）黄粒玉米（）黄玉米甜玉米（）非甜玉米（）非甜玉米果实直感（metaxenia）：杂交当代果实的果皮或种皮在发育过程中由于父本花粉的影响而表现父本的性状，这种现象即果实直感。如：棉纤维的长度：短纤维（）长纤维（）长纤维,第六节植物的生活周期,一、高等植物的生活周期二、低等植物的生活周期,两个概念,生活周期（lifecycle）：个体发育的全部过程。如有性繁殖的植物、动物从合子到成熟到死亡所经历的发育阶段。世代交替（alternationofgenerations）：在有性繁殖生物的生活周期中，包括有