遗传生物学中的的细胞学基础

1、第一章第一章 遗传的细胞学基础遗传的细胞学基础 q 遗传物质的分布遗传物质的分布 q 染色体染色体 q 细胞分裂与生殖细胞分裂与生殖 q 遗传生物学中的的细胞学基础 第一节第一节 遗传物质的分布遗传物质的分布 细胞核遗传体系细胞核遗传体系 细胞质遗传体系细胞质遗传体系 遗传生物学中的的细胞学基础 一、细胞核遗传体系一、细胞核遗传体系 细胞中绝大部分遗传信息贮存在细胞核内，基因细胞中绝大部分遗传信息贮存在细胞核内，基因 的复制和转录过程都在细胞核中进行，因而它是的复制和转录过程都在细胞核中进行，因而它是 细胞遗传和代谢活动的调控中心。细胞遗传和代谢活动的调控中心。 在细胞核的核液中分散着染色质（

2、在细胞核的核液中分散着染色质（chromatinchromatin）或或 染色体。染色体。 染色质又称为染色质线（染色质又称为染色质线（chromatin fiberchromatin fiber），），是是 生物个体遗传基因的载体，是由生物个体遗传基因的载体，是由DNADNA、组蛋白、非组蛋白、非 组蛋白和少量组蛋白和少量RNARNA组成的线性复合结构，核组成的线性复合结构，核DNADNA含含 有该生物主要的遗传信息。有该生物主要的遗传信息。 遗传生物学中的的细胞学基础 二、细胞质遗传体系二、细胞质遗传体系 线粒体内的遗传物质线粒体内的遗传物质 : :在线粒体的基质中含有DNA、 RNA和核

3、糖体，具有独立合成蛋白质的能力。 叶绿体内的遗传物质叶绿体内的遗传物质 : :在叶绿体的基质中含有DNA、 RNA、核糖体、RuBP羧化酶和一些代谢活性物质等。 遗传生物学中的的细胞学基础 线粒体线粒体 遗传生物学中的的细胞学基础 线粒体线粒体DNA 遗传生物学中的的细胞学基础 叶绿体叶绿体 遗传生物学中的的细胞学基础 叶绿体叶绿体DNA 遗传生物学中的的细胞学基础 生物体遗生物体遗 传物质的传物质的 分布分布 遗传生物学中的的细胞学基础 遗传物质的分布小结遗传物质的分布小结 v在生物细胞中，存在着细胞核遗传体系和在生物细胞中，存在着细胞核遗传体系和 细胞质遗传体系，他们都含有生物生长发细胞质

4、遗传体系，他们都含有生物生长发 育所必需的遗传信息，它们是两个功能上育所必需的遗传信息，它们是两个功能上 相对独立而又密切相关的部分。但是，由相对独立而又密切相关的部分。但是，由 于生物的遗传物质主要集中在细胞核内的于生物的遗传物质主要集中在细胞核内的 染色质中，生物的绝大部分性状都是由核染色质中，生物的绝大部分性状都是由核 内基因决定的，因此核遗传体系在生物发内基因决定的，因此核遗传体系在生物发 育和遗传过程中始终处于主导地位。育和遗传过程中始终处于主导地位。 遗传生物学中的的细胞学基础 第二节第二节 遗传物质载体遗传物质载体- -染色体染色体 一、一、染色体的形态特征和类型染色体的形态特征

5、和类型 二、染色体的结构二、染色体的结构 三、染色体的数目三、染色体的数目 四、染色体核型和核型分析四、染色体核型和核型分析 五、特化染色体五、特化染色体 遗传生物学中的的细胞学基础 一、染色体的形态特征和类型一、染色体的形态特征和类型 1. 1. 染色体的形态染色体的形态 2. 2. 染色体的大小染色体的大小 3. 3. 染色体的类型染色体的类型 遗传生物学中的的细胞学基础 1. 1. 染色体的形态染色体的形态 遗传生物学中的的细胞学基础 遗传生物学中的的细胞学基础 2. 2. 染色体的大小染色体的大小 性染色体性染色体 生物染色体大小差异很大：生物染色体大小差异很大： * *真核生物的染色

6、体远远大于原核真核生物的染色体远远大于原核 生物的染色体。生物的染色体。 * *大多数动物染色体较大。大多数动物染色体较大。 * *植物中禾本科植物染色体普遍植物中禾本科植物染色体普遍 较大。较大。 * *木本植物染色体较小。木本植物染色体较小。 * *有些生物个体染色体大小差异有些生物个体染色体大小差异 很大。很大。 遗传生物学中的的细胞学基础 黑麦根尖细胞有丝分裂中期染色体黑麦根尖细胞有丝分裂中期染色体 遗传生物学中的的细胞学基础 人的染色体人的染色体 遗传生物学中的的细胞学基础 人类的染色体组人类的染色体组 遗传生物学中的的细胞学基础 遗传生物学中的的细胞学基础 遗传生物学中的的细胞学基

7、础 3. 3. 染色体的类型染色体的类型 后期染色体示意图后期染色体示意图 1.“V”形染色体 2.“L”形染色体 3. 棒状染色体 4.粒状染色体 遗传生物学中的的细胞学基础 人类第人类第1、5、13条染色体条染色体 ：中间着丝粒染色体（：中间着丝粒染色体（1）；）； 近端着丝粒染色体（近端着丝粒染色体（5）；）； 端着丝粒染色体（端着丝粒染色体（13）。）。 遗传生物学中的的细胞学基础 二、染色体的结构二、染色体的结构 1. 1. 染色质的结构染色质的结构 2. 2. 染色体的结构染色体的结构 两个概念：两个概念： 染色质（细胞分裂间期）染色质（细胞分裂间期） 染色体（细胞分裂期）染色体（

8、细胞分裂期） 遗传生物学中的的细胞学基础 1.染色质的结构染色质的结构 电子显微镜下的染色质电子显微镜下的染色质 遗传生物学中的的细胞学基础 核小体呈念珠状排列核小体呈念珠状排列（ 电子显微镜观察结果）电子显微镜观察结果） 遗传生物学中的的细胞学基础 染色质结构的核小体模式图染色质结构的核小体模式图 遗传生物学中的的细胞学基础 核小体的结构核小体的结构 遗传生物学中的的细胞学基础 电子显微镜下观察到的电子显微镜下观察到的 30nm螺旋管螺旋管 遗传生物学中的的细胞学基础 常染色质常染色质（euchromatin） 常染色质常染色质：对碱性染料着色浅且着色均匀、对碱性染料着色浅且着色均匀、 螺旋

9、化程度低、处于较为伸展状态的染色螺旋化程度低、处于较为伸展状态的染色 质为常染色质，是构成染色体质为常染色质，是构成染色体DNADNA的主体的主体 。 主要是单一序列主要是单一序列DNADNA和中度重复序列和中度重复序列DNADNA， 其基因具有转录和翻译的功能，是活性区其基因具有转录和翻译的功能，是活性区 域。域。 遗传生物学中的的细胞学基础 异染色质异染色质（heterochromatin） 异染色质异染色质：对碱性染料着色深、螺旋化程对碱性染料着色深、螺旋化程 度较高、处于凝集状态的染色质为异染色度较高、处于凝集状态的染色质为异染色 质。异染色质一般不编码蛋白质，是惰性质。异染色质一般不

10、编码蛋白质，是惰性 区域，只对维持染色体结构的完整性起作区域，只对维持染色体结构的完整性起作 用。用。 异染色质又可分为结构异染色质和兼性异异染色质又可分为结构异染色质和兼性异 染色质染色质。 遗传生物学中的的细胞学基础 结构异染色质结构异染色质（constitutive heterochromatin） 结构异染色质就是通常指的异染色质，它是一种永久性异结构异染色质就是通常指的异染色质，它是一种永久性异 染色质，在染色体上的位置和大小都较恒定，常出现在端染色质，在染色体上的位置和大小都较恒定，常出现在端 粒、次缢痕、着丝粒附近或染色体臂内某些节段处。在细粒、次缢痕、着丝粒附近或染色体臂内某些

11、节段处。在细 胞周期中，除复制阶段以外均处于螺旋化状态，染色很深，胞周期中，除复制阶段以外均处于螺旋化状态，染色很深， 主要由相对简单、高度重复的主要由相对简单、高度重复的DNADNA序列构成，比常染色质序列构成，比常染色质 具有较高比例的具有较高比例的G G、C C碱基。碱基。 结构异染色质可以构成染色体的一部分，也可以组成整条结构异染色质可以构成染色体的一部分，也可以组成整条 染色体，例如果蝇的染色体，例如果蝇的Y Y染色体和第染色体和第4 4染色体（点状染色体），染色体（点状染色体）， 几乎完全由结构异染色质组成。几乎完全由结构异染色质组成。 遗传生物学中的的细胞学基础 兼性异染色质兼性

12、异染色质（facultative heterochromatin） 兼性异染色质，又称兼性异染色质，又称X X性染色质，它起源于常染色质，具性染色质，它起源于常染色质，具 有常染色质的全部特点和功能，其复制时间、染色特征与有常染色质的全部特点和功能，其复制时间、染色特征与 常染色质相同。但在特殊情况下，在个体发育的特定阶段，常染色质相同。但在特殊情况下，在个体发育的特定阶段， 它可以转变成异染色质，一旦发生这种转变，则获得了异它可以转变成异染色质，一旦发生这种转变，则获得了异 染色质的属性，如发生异固缩、迟复制、原有的基因失活染色质的属性，如发生异固缩、迟复制、原有的基因失活 等变化。例如，在

13、哺乳动物和人类胚胎发育早期的雌性体等变化。例如，在哺乳动物和人类胚胎发育早期的雌性体 细胞的两条细胞的两条X X染色体中的任一条出现异染色质化现象，就染色体中的任一条出现异染色质化现象，就 称为称为X X染色体失活，这条失活的染色体失活，这条失活的X X染色体就属于兼性异染色染色体就属于兼性异染色 质。质。 遗传生物学中的的细胞学基础 异固缩异固缩（heteropycnosis） 根据电镜观察，常染色质和异染色根据电镜观察，常染色质和异染色 质在结构上是连续的。在同一条染色体质在结构上是连续的。在同一条染色体 上既有常染色质又有异染色质，或者说上既有常染色质又有异染色质，或者说 既有染色浅的区

14、域（解螺旋而呈松散状既有染色浅的区域（解螺旋而呈松散状 态）又有染色深的区域（高度螺旋化而态）又有染色深的区域（高度螺旋化而 呈紧密卷缩状态），这种差异表现称为呈紧密卷缩状态），这种差异表现称为 异固缩现象。异固缩现象。 遗传生物学中的的细胞学基础 2.染色体的结构染色体的结构 染色体（染色体（chromosomechromosome）是指在细胞分裂期出现的一种能被是指在细胞分裂期出现的一种能被 碱性染料强烈染色，并具有一定形态、结构特征的复合物碱性染料强烈染色，并具有一定形态、结构特征的复合物 质。染色体与细胞间期细胞核中的染色质的组成成分是一质。染色体与细胞间期细胞核中的染色质的组成成分是

15、一 致的，二者是同一复合物在细胞周期的不同时期所表现出致的，二者是同一复合物在细胞周期的不同时期所表现出 来的不同存在形式。来的不同存在形式。 关于染色质如何进一步螺旋化形成染色体，人们曾提出不关于染色质如何进一步螺旋化形成染色体，人们曾提出不 同的模型。目前被认为比较合理的是同的模型。目前被认为比较合理的是BakBak（19771977）等人提等人提 出的四级结构模型。出的四级结构模型。 遗传生物学中的的细胞学基础 从从DNA到染色体到染色体 遗传生物学中的的细胞学基础 由染色质到染色体的四级结构模型由染色质到染色体的四级结构模型 遗传生物学中的的细胞学基础 按照这个模型，核小体组成的串珠式

16、染色质线是染色按照这个模型，核小体组成的串珠式染色质线是染色 体的一级结构。直径为体的一级结构。直径为1010nmnm的染色质线过螺旋化，每的染色质线过螺旋化，每 一圈包含一圈包含6 6个核小体，形成了外径个核小体，形成了外径3030nmnm，内径内径1010nmnm，螺螺 距距1111nmnm的螺线体（的螺线体（solenoidsolenoid），），这是染色体的二级结这是染色体的二级结 构。螺线体再螺旋化，形成直径为构。螺线体再螺旋化，形成直径为400400nmnm的圆筒状超螺的圆筒状超螺 线体（线体（supersolenoidsupersolenoid），），这是染色体的三级结构。超这是

17、染色体的三级结构。超 螺线体再次折叠盘绕和螺旋化，形成直径约螺线体再次折叠盘绕和螺旋化，形成直径约1 1umum的染色的染色 体。在这一过程中，体。在这一过程中，DNADNA分子的长度经过一、二、三和分子的长度经过一、二、三和 四级结构分别被压缩了四级结构分别被压缩了7 7倍、倍、6 6倍、倍、4040倍和倍和5 5倍，则倍，则DNADNA 分子的长度总的被压缩了分子的长度总的被压缩了7 76 640405=84005=8400倍。所以，倍。所以， 经过经过4 4次压缩后，染色体中的次压缩后，染色体中的DNADNA双链分子最初的长度双链分子最初的长度 大致被压缩了大致被压缩了800080001

18、000010000倍。例如，人最长的一条染倍。例如，人最长的一条染 色体，其色体，其DNADNA分子伸展时长分子伸展时长8585mmmm，中期时染色体直径为中期时染色体直径为 0.50.5umum，长度为长度为1010umum，长度大约缩短了长度大约缩短了85008500倍。倍。 遗传生物学中的的细胞学基础 我们常说的染色体是指真核生物的染色体，我们常说的染色体是指真核生物的染色体， 一般的：一般的： 1. 1.生物个体的染色体具有一定的形态和生物个体的染色体具有一定的形态和 结构。结构。 2.2.每种生物的染色体数目是稳定的。每种生物的染色体数目是稳定的。 3.3.高等生物的染色体在体细胞是

19、成双存高等生物的染色体在体细胞是成双存 在的，在性细胞是成单存在的，在被在的，在性细胞是成单存在的，在被 子植物的胚乳细胞是成仨存在的。子植物的胚乳细胞是成仨存在的。 4.4.低等生物的染色体是成单存在的。低等生物的染色体是成单存在的。 遗传生物学中的的细胞学基础 三、染色体的数目三、染色体的数目 各种生物的染色体不仅形态结构是相对稳定的，各种生物的染色体不仅形态结构是相对稳定的， 而且数目也是恒定的。而且数目也是恒定的。 同一物种，每个个体的染色体数目是相同的，同一物种，每个个体的染色体数目是相同的， 不同的物种之间染色体的数目差异很大，少的不同的物种之间染色体的数目差异很大，少的 只有一对

20、，多的可达数百对。但染色体数目的只有一对，多的可达数百对。但染色体数目的 多少与该物种的进化程度一般并无关系。多少与该物种的进化程度一般并无关系。 染色体的数目和形态特征对于鉴定系统发育过染色体的数目和形态特征对于鉴定系统发育过 程中物种的亲缘关系，特别是对于近缘物种的程中物种的亲缘关系，特别是对于近缘物种的 分类，具有重要的意义。分类，具有重要的意义。 通常用通常用2 2n n代表生物的体细胞染色体数目，代表生物的体细胞染色体数目，n n代代 表性细胞染色体数目。表性细胞染色体数目。 遗传生物学中的的细胞学基础 同源染色体：同源染色体： 高等植物的细胞遗传学研究发现，高等生物体高等植物的细胞

21、遗传学研究发现，高等生物体 细胞中的染色体一般是成对存在的，成对存在的细胞中的染色体一般是成对存在的，成对存在的 染色体的每对染色体都具有相同的形态和结构，染色体的每对染色体都具有相同的形态和结构， 因此因此: 遗传学把生物体细胞中形态和结构相同的一对遗传学把生物体细胞中形态和结构相同的一对 染色体叫同源染色体。染色体叫同源染色体。 遗传生物学中的的细胞学基础 非同源染色体： 但生物体细胞中的染色体，不仅是一对，但生物体细胞中的染色体，不仅是一对， 而且是多对，在已做过的研究中，马蛔虫只而且是多对，在已做过的研究中，马蛔虫只 有一对染色体，而人有有一对染色体，而人有2323对，小麦有对，小麦有

22、2121对，对， 玉米有玉米有1010对，果蝇有对，果蝇有4 4对，在这些成对染色体对，在这些成对染色体 中，一对与另一对在形态、结构上都有差异中，一对与另一对在形态、结构上都有差异 ，并能一一区分，因此，并能一一区分，因此: : 遗传学上，把生物体细胞内一对染色体遗传学上，把生物体细胞内一对染色体 与另一对形态和结构不同的染色体，互称为与另一对形态和结构不同的染色体，互称为 异源染色体。异源染色体。 遗传生物学中的的细胞学基础 姊妹染色体：姊妹染色体： 细胞分裂前，每条染色体经过复制后纵细胞分裂前，每条染色体经过复制后纵 裂为两条单体染色体，称为姊妹染色体。裂为两条单体染色体，称为姊妹染色体

23、。 非姊妹染色体：非姊妹染色体： 细胞分裂前，同源染色体的每条染色体细胞分裂前，同源染色体的每条染色体 经过复制后纵裂为两条单体染色，一条染经过复制后纵裂为两条单体染色，一条染 色体的两条单体染色体与同源的另一条染色体的两条单体染色体与同源的另一条染 色体的两个单体染色体互为非姊妹染色体。色体的两个单体染色体互为非姊妹染色体。 遗传生物学中的的细胞学基础 四、染色体核型和核型分析四、染色体核型和核型分析 染色体组型或核型（染色体组型或核型（karyotypekaryotype） ：每一生物的染色体的每一生物的染色体的 形态特征和数目的多少都是特异的，这种特定的染色体组形态特征和数目的多少都是特

24、异的，这种特定的染色体组 成称为染色体组型或核型成称为染色体组型或核型 。 染色体组型分析或核型分析（染色体组型分析或核型分析（karyotype analysiskaryotype analysis） ： 按照染色体的数目、大小和着丝粒位置、臂比、次缢痕和按照染色体的数目、大小和着丝粒位置、臂比、次缢痕和 随体等形态特征，对生物核内的染色体进行配对、分组、随体等形态特征，对生物核内的染色体进行配对、分组、 归类、编号和分析归类、编号和分析的过程称为染色体组型分析或核型分 析 。 核型模式图（核型模式图（idiogramidiogram） ：在进行核型分析的过程中， 可将各染色体根据其特征绘制

25、成图，称为核型模式图 。 遗传生物学中的的细胞学基础 正常男性染色体的形态特征正常男性染色体的形态特征 遗传生物学中的的细胞学基础 正常男性染色正常男性染色 体的带型体的带型 遗传生物学中的的细胞学基础 正常男性的正常男性的 染色体组染色体组 遗传生物学中的的细胞学基础 表表2-4 人类染色体组型的分类人类染色体组型的分类 类别染色体 编号 染色体 长度 着丝粒 位置 随体 A B C D E F G 13 45 612，X 1315 1618 1920 2122，Y 最长 长 较长 中 较短 短 最短 中间，近中 近中 近中 近端 中间，近中 中间 近端 无 无 无 有 无 无 有 遗传生物

26、学中的的细胞学基础 关于关于B染色体染色体 在某些动、植物细胞核中除正常染色体（称为在某些动、植物细胞核中除正常染色体（称为A A染色体）染色体） 外，还有一类数目不定的染色体，称为外，还有一类数目不定的染色体，称为B B染色体或超数染染色体或超数染 色体（色体（supernumerary chromosomesupernumerary chromosome）或副染色体或副染色体 （accessory chromosomeaccessory chromosome）。）。 遗传学研究者已在遗传学研究者已在10001000多种植物和多种植物和300300多种动物甚至人类多种动物甚至人类 中报道了中

27、报道了B B染色体的存在。染色体的存在。 有研究表明，大多数动物的有研究表明，大多数动物的B B染色体是由结构异染色质所染色体是由结构异染色质所 组成。组成。 关于关于B B染色体的来源和功能，目前尚不甚了解染色体的来源和功能，目前尚不甚了解。 遗传生物学中的的细胞学基础 遗传生物学中的的细胞学基础 五、特化染色体五、特化染色体 特化染色体特化染色体 ：有一些特殊的染色体，只存在于某：有一些特殊的染色体，只存在于某 些生物的特定组织，或某些群体。这些染色体称些生物的特定组织，或某些群体。这些染色体称 为特化染色体。为特化染色体。 暂时特化染色体：只是正常染色体的临时性结构和形态的变化，例暂时特

28、化染色体：只是正常染色体的临时性结构和形态的变化，例 如多线染色体（如多线染色体（polytene chromosomepolytene chromosome）和灯刷染色体（和灯刷染色体（lampbrush lampbrush chromosomechromosome）。）。 永久特化染色体永久特化染色体 ：是一种特殊类型的染色体，是生物在进化过程是一种特殊类型的染色体，是生物在进化过程 中适应特殊的遗传功能而分化出来的，或是因具备某种特殊的传递机中适应特殊的遗传功能而分化出来的，或是因具备某种特殊的传递机 制而保留在群体中的一类染色体，例如性染色体（制而保留在群体中的一类染色体，例如性染色体

29、（sex chromosomesex chromosome） 和超数染色体等。和超数染色体等。 遗传生物学中的的细胞学基础 1.多线染色体多线染色体 果蝇唾腺细胞多线染色体果蝇唾腺细胞多线染色体 遗传生物学中的的细胞学基础 遗传生物学中的的细胞学基础 遗传生物学中的的细胞学基础 2.灯刷染色体灯刷染色体 (a）配对的灯刷染色体配对的灯刷染色体 （b）单条染色体区域单条染色体区域 1.环环 2.染色粒染色粒 遗传生物学中的的细胞学基础 染色体小结 染色体与染色质的组成成分是一致的，二者是同一复合物在细胞染色体与染色质的组成成分是一致的，二者是同一复合物在细胞 周期的不同时期所表现出来的不同存在形

30、式。周期的不同时期所表现出来的不同存在形式。 染色质的基本结构单位是核小体和连接丝染色质的基本结构单位是核小体和连接丝, ,串联成念珠状。经四串联成念珠状。经四 级螺旋形成染色体。级螺旋形成染色体。 同源染色体的形态、结构和功能是相似的。同一物种或不同物种同源染色体的形态、结构和功能是相似的。同一物种或不同物种 的染色体之间大小差异很大。同一物种，每个个体的染色体数目的染色体之间大小差异很大。同一物种，每个个体的染色体数目 是相同的，不同的物种之间染色体的数目差异很大。是相同的，不同的物种之间染色体的数目差异很大。 通过染色体核型分析技术，可用来诊断由于染色体异常而引起的通过染色体核型分析技术

31、，可用来诊断由于染色体异常而引起的 遗传性疾病，辅助动植物育种，研究物种间的亲缘关系，探讨物遗传性疾病，辅助动植物育种，研究物种间的亲缘关系，探讨物 种进化机制，鉴定远缘杂种，追踪鉴别外源染色体或染色体片段种进化机制，鉴定远缘杂种，追踪鉴别外源染色体或染色体片段 等。等。 除正常染色体外，还存在有特化染色体。例如：除正常染色体外，还存在有特化染色体。例如：X X染色体、染色体、B B染色染色 体、多线染色体和灯刷染色体等。体、多线染色体和灯刷染色体等。 遗传生物学中的的细胞学基础 第三节第三节 细胞分裂与生殖细胞分裂与生殖 一、一、无丝分裂无丝分裂 二、有丝分裂二、有丝分裂 三、减数分裂三、减

32、数分裂 四、有性生殖四、有性生殖 遗传生物学中的的细胞学基础 一、无丝分裂（amitosis） 遗传生物学中的的细胞学基础 二、有丝分裂二、有丝分裂 （mitosis） 细胞周期细胞周期 遗传生物学中的的细胞学基础 表表2-5 几种生物的细胞周期时间（单位：小时）几种生物的细胞周期时间（单位：小时） 生物类别G1SG2M合计 蚕豆根尖细胞（19） 洋葱根尖细胞（21） 紫鸭跖草根尖细胞 小鼠成纤维细胞 中国仓鼠成纤维细胞 小鼠皮肤上皮细胞 人宫颈癌细胞（H） 骨髓单核细胞性白血病停滞期细胞 哺乳动物离体培养细胞 4.9 3.3 1.0 9.1 2.7 22天 8.0 47.7 10.0 7.5

33、 12.0 10.5 9.9 5.8 30.0 6.0 31.0 9.0 4.9 3.7 2.5 2.3 2.1 6.5 4.5 7.3 4.0 2.0 4.0 3.0 0.7 0.4 3.8 1.5 0.7 1.0 19.3 23.0 17.0 22.0 11.0 22天 20.0 86.7 24.0 遗传生物学中的的细胞学基础 1.有丝分裂的过程有丝分裂的过程 动物细胞有丝分裂模式图（动物细胞有丝分裂模式图（2n=4） 遗传生物学中的的细胞学基础 .genetic movies有丝分裂.mov .genetic movies有丝分裂（显微）.mov .genetic movies有丝分裂（

34、显微2）.MOV .genetic movies有丝分裂过程中染色体运动.MOV 某植物的有丝分裂过程某植物的有丝分裂过程 遗传生物学中的的细胞学基础 黑麦根尖细胞（2n=14）有丝分裂的分裂期 .genetic movies百合的有丝分裂（显 微）.mov 遗传生物学中的的细胞学基础 遗传生物学中的的细胞学基础 2.有丝分裂中的特殊情况有丝分裂中的特殊情况 （1）多核细胞：细胞核进行多次重复分裂，而细胞质却不）多核细胞：细胞核进行多次重复分裂，而细胞质却不 分裂，因而形成具有许多游离核的细胞，称为多核细胞。分裂，因而形成具有许多游离核的细胞，称为多核细胞。 医学上在白血病患者的血样中观察到多

35、核的瘤细胞。医学上在白血病患者的血样中观察到多核的瘤细胞。 （2）核内有丝分裂：有两种情况，核内染色体中的染色）核内有丝分裂：有两种情况，核内染色体中的染色 线连续复制后，其染色体也分裂，但其细胞核本身不分裂，线连续复制后，其染色体也分裂，但其细胞核本身不分裂， 结果加倍了的这些染色体都留在一个核里。这种情况在组结果加倍了的这些染色体都留在一个核里。这种情况在组 织培养的细胞中较为常见，植物花药的绒毡层细胞中也有织培养的细胞中较为常见，植物花药的绒毡层细胞中也有 发现。核内染色体中的染色线连续复制后，其染色体并发现。核内染色体中的染色线连续复制后，其染色体并 不分裂，仍紧密聚集在一起，形成前面

36、已经介绍过的多线不分裂，仍紧密聚集在一起，形成前面已经介绍过的多线 染色体。染色体。 遗传生物学中的的细胞学基础 3.有丝分裂的遗传学意义有丝分裂的遗传学意义 有丝分裂的主要特点是：染色体复制一次，细胞有丝分裂的主要特点是：染色体复制一次，细胞 分裂一次，染色体精确地分配到两个子细胞的细分裂一次，染色体精确地分配到两个子细胞的细 胞核中，使子细胞含有与母细胞质量和数量相同胞核中，使子细胞含有与母细胞质量和数量相同 的遗传信息。因此，有丝分裂既维持了个体的正的遗传信息。因此，有丝分裂既维持了个体的正 常生长和发育，也保证了物种的连续性和稳定性。常生长和发育，也保证了物种的连续性和稳定性。 遗传生

37、物学中的的细胞学基础 三、减数分裂（三、减数分裂（meiosismeiosis） 1.减数分裂的过程减数分裂的过程 （1）减数第一次分裂：）减数第一次分裂：分为前期、中期、后期 和末期四个时期。 前期I：细线期、偶线期、粗线期、双线期和终变期。 （2）减数第二次分裂：）减数第二次分裂：与有丝分裂过程十分相似。 分为前期、中期、后期和末期四个时期。 遗传生物学中的的细胞学基础 减数分裂过程示意图减数分裂过程示意图 遗传生物学中的的细胞学基础 遗传生物学中的的细胞学基础 遗传生物学中的的细胞学基础 非姊妹染色单体交换 遗传生物学中的的细胞学基础 黑麦花粉母细胞减数分裂黑麦花粉母细胞减数分裂 （2n

38、=14） .genetic movies减数分裂.mov 遗传生物学中的的细胞学基础 2.减数分裂的遗传学意义减数分裂的遗传学意义 （1）通过减数分裂，产生染色体数目减半（通过减数分裂，产生染色体数目减半（n n）的配子。的配子。 受精后，合子及由合子发育成的个体恢复为受精后，合子及由合子发育成的个体恢复为2n的染色体数，保证的染色体数，保证 了亲代与子代之间染色体数目的恒定性，为后代的正常发育和性了亲代与子代之间染色体数目的恒定性，为后代的正常发育和性 状遗传提供了物质基础，同时保证了物种的相对稳定性。状遗传提供了物质基础，同时保证了物种的相对稳定性。 （2）在减数分裂过程中，各对同源染色体

39、中的哪一条在后期）在减数分裂过程中，各对同源染色体中的哪一条在后期分向分向 两极中的哪极是随机的，非同源染色体在后期两极中的哪极是随机的，非同源染色体在后期的组合方式也是的组合方式也是 随机的，因此导致了不同子细胞或配子中染色体组合方式的多样随机的，因此导致了不同子细胞或配子中染色体组合方式的多样 性，使性，使杂合体的配子受精后得到的子代群体产生多样性杂合体的配子受精后得到的子代群体产生多样性 变异。变异。n对染色体，就可能有对染色体，就可能有2n种组合方式，产生种组合方式，产生2n种不同的配种不同的配 子。受精时，再由配子随机结合，后代的生物类型就可能有子。受精时，再由配子随机结合，后代的生

40、物类型就可能有 2n2n种，这就是生物既遗传又变异的主要原因。种，这就是生物既遗传又变异的主要原因。 （3）在减数分裂过程中，同源染色体的非姐妹染色单体间会发生交）在减数分裂过程中，同源染色体的非姐妹染色单体间会发生交 换，换，导致染色体节段及其遗传物质的重新组合，进一步导致染色体节段及其遗传物质的重新组合，进一步 增加了配子中遗传差异的多样性，增加了配子中遗传差异的多样性，使生物后代出现更多的使生物后代出现更多的 变异类型。这不仅有利于生物的适应及进化，也为动植物育种提变异类型。这不仅有利于生物的适应及进化，也为动植物育种提 供了更丰富的变异材料。供了更丰富的变异材料。 遗传生物学中的的细胞

41、学基础 减数分裂与有丝分裂的比较减数分裂与有丝分裂的比较 遗传生物学中的的细胞学基础 四、有性生殖四、有性生殖 1.雌雄配子的形成雌雄配子的形成 （1）高等动物的配子形成 （以哺乳动物为代表） （2）高等植物的配子形成 （以被子植物为代表） 遗传生物学中的的细胞学基础 动物的雌雄配子形成 遗传生物学中的的细胞学基础 花的雌雄蕊图解 遗传生物学中的的细胞学基础 高等植物雄配子体的形成过程 遗传生物学中的的细胞学基础 高等植物雌配子体的形成过程 遗传生物学中的的细胞学基础 2.受精受精 雌雄配子融合成一个合子的过程称为受精。对于植物来说，有一雌雄配子融合成一个合子的过程称为受精。对于植物来说，有一

42、 个授粉（个授粉（pollination）的过程，并且为双受精（的过程，并且为双受精（double fertilization）。）。 花粉粒从花药中释放出来传递到雌蕊柱头上的过程称为授粉。授花粉粒从花药中释放出来传递到雌蕊柱头上的过程称为授粉。授 粉后，花粉粒在柱头上萌发，形成花粉管，花粉管穿过花柱、子粉后，花粉粒在柱头上萌发，形成花粉管，花粉管穿过花柱、子 房和珠孔，进入胚囊。花粉管延伸时，营养核走在两个精核的前房和珠孔，进入胚囊。花粉管延伸时，营养核走在两个精核的前 端。一旦接触到助细胞，花粉管就破裂，助细胞也同时解体。两端。一旦接触到助细胞，花粉管就破裂，助细胞也同时解体。两 个精核进

43、入胚囊，一个与卵细胞结合形成合子（个精核进入胚囊，一个与卵细胞结合形成合子（2n），），以后发育以后发育 成种子胚；另一个与两个极核（成种子胚；另一个与两个极核（n+n）结合形成胚乳核（结合形成胚乳核（3n），）， 将来发育成胚乳。这一过程称为双受精。将来发育成胚乳。这一过程称为双受精。 胚（胚（2n）、）、胚乳（胚乳（3n）和种皮（和种皮（2n）组成了种子。胚和胚乳是受组成了种子。胚和胚乳是受 精的产物，而种皮却不是。种皮（或果皮）是由母本花朵的营养精的产物，而种皮却不是。种皮（或果皮）是由母本花朵的营养 组织，如胚珠的珠被、子房壁等发育而来的。因此，从遗传组成组织，如胚珠的珠被、子房壁等发

44、育而来的。因此，从遗传组成 上来讲，一个正常的种子是由胚、胚乳和母体组织三方面密切结上来讲，一个正常的种子是由胚、胚乳和母体组织三方面密切结 合合的嵌合体 。 遗传生物学中的的细胞学基础 3.直感现象直感现象 胚乳直感胚乳直感（xenis） ：如果在3n胚乳的性状上由于 精核的影响而直接表现父本的某些性状，这种现 象称为胚乳直感或花粉直感。 果实直感果实直感（metaxenia） ：如果种皮或果皮组织在 发育过程中，由于花粉影响而表现父本的某些性 状，则称为果实直感 。 遗传生物学中的的细胞学基础 五、无融合生殖 营养的无融合生殖 单倍配子体 孤雌生殖 孤雄生殖 无融合结子 二倍配子体 不定胚

45、 单性结实 （无融合生殖的作用） 遗传生物学中的的细胞学基础 营养的无融合生殖：营养的无融合生殖： 指能够代替有性生殖的营养生殖指能够代替有性生殖的营养生殖 类型。例如，大蒜的丝状花序上常类型。例如，大蒜的丝状花序上常 形成近似种子的气生小鳞茎，可代形成近似种子的气生小鳞茎，可代 替种子而生殖。替种子而生殖。 遗传生物学中的的细胞学基础 无融合结籽 指能够产生种子的无融合生 殖 遗传生物学中的的细胞学基础 单倍无融合生殖（不复生的无融合生殖） 单 倍 配单 倍 配 子 体 无子 体 无 融 合 生融 合 生 殖殖 a.单倍孤雌生殖（棉蚜，植物中多 ）雌核发育 (a).未经过受精，直接由雌配子发

46、 育成胚 (b).有精子，但精子进入后死亡， 刺激雌配子发育 b.单倍孤雄生殖（雄核发育） 在精子进入卵细胞后，卵细 胞退化，由精核占据卵核位置 发育成胚 单倍无配子无融合生殖单倍无配子无融合生殖: : 卵细胞退化，由胚囊中的其 它细胞发育成胚。 遗传生物学中的的细胞学基础 双倍无融合生殖（复生的无融合生殖）双倍无融合生殖（复生的无融合生殖） a.a.胚囊产自孢原细胞（孢原细胞直接形胚囊产自孢原细胞（孢原细胞直接形 成胚囊）成胚囊） （a a）双倍配子体无融合生殖（胚来双倍配子体无融合生殖（胚来 自双倍卵细胞）自双倍卵细胞） （b b）双倍无配子无融合生殖（胚来双倍无配子无融合生殖（胚来 自于卵细