遗传学-2遗传的细胞学基础

1、第二章遗传的细胞学基础第二章遗传的细胞学基础 本章重点本章重点1细胞的结构与功能。细胞的结构与功能。 * 2染色体的形态特征和数目。染色体的形态特征和数目。 * 3细胞的有丝分裂、减数分裂。细胞的有丝分裂、减数分裂。 第一节第一节 细胞的结构和功能细胞的结构和功能一、原核细胞一、原核细胞1细胞组成：细胞组成： 细胞壁：细胞壁：蛋白聚糖等；蛋白聚糖等； 细胞膜：细胞膜：磷脂、蛋白质等；磷脂、蛋白质等； 细胞质：细胞质：核糖体等；核糖体等； 核区：核区：DNA、RNA等。等。 2原核生物：原核生物： 各种细菌、蓝藻等低等生物各种细菌、蓝藻等低等生物由原核细胞构成，统称为原由原核细胞构成，统称为原核

2、生物核生物（prokaryote）。）。生物生物细胞细胞 原生质原生质质膜（细胞膜）质膜（细胞膜）原生质体原生质体 细胞壁细胞壁细胞核细胞核细胞质细胞质核膜核膜 染色质染色质 核仁核仁 非膜相结构非膜相结构 核糖体核糖体 中心体中心体 内质网内质网 线粒体线粒体 叶绿体叶绿体 液泡液泡 溶酶体溶酶体 高尔基体高尔基体 膜相结构膜相结构 非膜相结构非膜相结构 二、真核细胞二、真核细胞动物动物细胞结构细胞结构植物植物细胞结构细胞结构真核生物真核生物（eukaryote ）三、不同类型细胞间的比较三、不同类型细胞间的比较细菌、动物与植物细胞的比较细菌、动物与植物细胞的比较 细菌细菌 动物动物 植物植

3、物 外部结构外部结构 细胞壁细胞壁 有（蛋白聚糖）有（蛋白聚糖） 无无 有（纤维素、果胶质）有（纤维素、果胶质） 细胞膜细胞膜 有有 有有 有有 鞭毛鞭毛 有的有有的有 有的有有的有 除少数物种的精子外，一般无除少数物种的精子外，一般无 内部结构内部结构 内质网内质网 无无 一般有一般有 一般有一般有 微丝微丝 无无 有有 有有 中心体中心体 无无 有有 一般无一般无 高尔基体高尔基体 无无 有有 有有 细胞核细胞核 无无 有有 有有 线粒体线粒体 无无 有有 有有 叶绿体叶绿体 无无 无无 有有 染色体染色体 一般单个一般单个 环状分子环状分子 多个多个 DNA与蛋白质结合与蛋白质结合的染色

4、体的染色体 多个多个 DNA 与蛋白质结合与蛋白质结合 的染色体的染色体 核糖体核糖体 有有 有有 有有 溶酶体溶酶体 无无 一般有一般有 类似的结构称圆球体类似的结构称圆球体 过氧化物酶体过氧化物酶体 无无 一般有一般有 有有 液泡液泡 无无 无或小无或小 成熟细胞一般由中央大液泡成熟细胞一般由中央大液泡 第二节第二节 染色体的形态和数目染色体的形态和数目 蚕豆蚕豆 （2n=12）1 1重要性重要性: : (1).(1).几乎所有生物细胞中几乎所有生物细胞中均存在染色体均存在染色体；(2).(2).真核生物染色体均有其真核生物染色体均有其特定的形态特征特定的形态特征，在细胞分裂，在细胞分裂

5、的中期和早后期最为明显和典型；的中期和早后期最为明显和典型；(3).(3).中期染色体分散排列在赤道板中期染色体分散排列在赤道板上，故通常以这个时期上，故通常以这个时期 进行染色体形态的识别和研究。进行染色体形态的识别和研究。一、染色体的形态特征一、染色体的形态特征: :2 2形态形态: : (1).(1).组成组成: :着丝粒、长臂和短臂；着丝粒、长臂和短臂； (2).(2).着丝点着丝点对于细胞分裂时染色体对于细胞分裂时染色体 向两极牵引具有决定性作用；向两极牵引具有决定性作用；(3).(3).次缢痕、随体次缢痕、随体是识别特定染色是识别特定染色 体的重要标志；体的重要标志； (4).(4

6、).某些次缢痕具有组成某些次缢痕具有组成核仁核仁的特殊功能。的特殊功能。5 m 蚕豆：蚕豆：有丝分裂中期染色体（排列于赤道面上，有丝分裂中期染色体（排列于赤道面上，箭头表示箭头表示 两条大染色体两条大染色体） 。 次缢痕次缢痕主缢痕主缢痕3 3类型类型: : 染染色色体体形形态态 长长臂臂/ /短短臂臂 着着丝丝点点位位置置 染染色色体体分分类类 缩缩写写 V V形形 1.00 正正中中 正正中中着着丝丝点点染染色色体体 M V V形形 1.011.70 中中部部 中中着着丝丝点点区区染染色色体体 m L L形形 1.713.00 近近中中 近近中中着着丝丝点点区区染染色色体体 sm L L形

7、形 3.017.00 近近端端 近近端端着着丝丝点点区区染染色色体体 st 棒棒形形 7.00 端端部部 端端着着丝丝点点区区染染色色体体 t 粒粒形形 长长短短臂臂极极其其粗粗短短 端端部部 端端着着丝丝点点染染色色体体 T 4 4大小大小: : (1).(1).各物种差异很大，各物种差异很大，染色体大小主要指长度染色体大小主要指长度， 同一物种染色体宽度大致相同。同一物种染色体宽度大致相同。 植物植物: : 长长约约0.250 、 宽宽约约0.22.0 。 大麦大麦 （2n=14）但双子叶植物中但双子叶植物中 牡丹属牡丹属和和鬼臼属鬼臼属也具也具 有较大的染色体。有较大的染色体。(2).(

8、2).高等植物中高等植物中单子叶植物的单子叶植物的染色体一般染色体一般 比比双子叶双子叶植物要大些。动物植物要大些。动物的染色体的染色体一般比较大，如果蝇和人类等。一般比较大，如果蝇和人类等。 5 鬼臼鬼臼芍药芍药单子叶植物间差异：单子叶植物间差异： 玉米、小麦、大麦和黑麦玉米、小麦、大麦和黑麦 水稻。水稻。10 m普通小麦普通小麦细胞中期染色体（细胞中期染色体（2n=42）5m 大麦大麦细胞中期染色体（细胞中期染色体（2n=14）4m 4m 草棉草棉 2n=26 中棉中棉 2n=26陆地棉陆地棉 2n=52海岛棉海岛棉 2n=524m 4m 5m （2n=38）（2n=20 ）（2n=24

9、）5m (2n=8)人染色体（人染色体（2n=46）各生物的染色体不仅形态各生物的染色体不仅形态结构相对稳定结构相对稳定，而且其，而且其数目数目成对成对。 同源染色体：同源染色体：形态和结构相同的一对染色体。形态和结构相同的一对染色体。 异源染色体：异源染色体：这一对染色体与另一对形态结构不同的这一对染色体与另一对形态结构不同的染色体，互称为异源染色体。染色体，互称为异源染色体。5类别类别:根据染色体长度、着丝点位置、长短根据染色体长度、着丝点位置、长短臂比、随体有无等特点进行臂比、随体有无等特点进行编号编号。6染色体染色体编号编号: :10 （2n=12） 水水稻稻 玉玉米米 染染色色体体编

10、编号号 全全长长（ m） 长长臂臂/短短臂臂 全全长长（ m） 长长臂臂/短短臂臂 1 79.0 1.72 82.40 1.30 2 47.5 2.16 66.50 1.25 3 47.0 1.23 62.00 2.00 4 38.5 2.08 58.78 1.60 5 30.5 2.05 59.82 1.10 6 27.5 4.00 48.73 7.10 7 26.5 1.03 46.78 2.80 8 23.0 1.70 47.78 3.20 9 21.0 3.20 43.24 1.80 10 21.0 6.00 36.93 2.80 11 20.5 1.56 - - 12 18.0 3.

11、00 - - 细胞减数分裂时细胞减数分裂时 粗线期的染色体长度粗线期的染色体长度人类染色体人类染色体 核型分析核型分析特征特征：严重智力迟钝、马鞍鼻和：严重智力迟钝、马鞍鼻和斜视眼斜视眼,发生频率发生频率约为约为1/600700。二、染色体数目二、染色体数目 长白山瓶尔小草长白山瓶尔小草不同的物种染色体数目差异很大：不同的物种染色体数目差异很大：水水 稻稻 24 条条 (2n) 陆陆 地地 棉棉 52 条条 (2n) 普普 通通 小小 麦麦 42 条条 (2n) 甘甘 蓝蓝 型型 油油 菜菜 38(2n) 玉玉 米米 20 条条 (2n) 豌豌 豆豆 14 条条 (2n) 番番 茄茄 24 条

12、条 (2n) 白白 菜菜 20 条条 (2n) 牡牡 丹丹 20 条条 (2n) 茶茶 树树 30 条条 (2n) 马马 铃铃 薯薯 48 条条 (2n) 洋洋 葱葱 16 条条 (2n) 人人 46 条条 (2n) 小小 白白 鼠鼠 40 条条 (2n) 果果 蝇蝇 8 条条 (2n) 家家 蚕蚕 56 条条 (2n) 鸡鸡 78 条条 (2n) 猪猪 40 条条 (2n) 动动物物中中某某些些扁扁虫虫只只有有 4 条条 (n=2) 蚂蚂蚁蚁、线线虫虫类类马马蛔蛔虫虫只只有有 2 条条 (n=1) lysanra 蝴蝴蝶蝶多多达达 382 条条 (n=191) 被被子子植植物物中中的的雏雏菊

13、菊 (菊菊科科) n=2 瓶瓶尔尔小小草草等等植植物物 n=400600 染色体数目染色体数目最少一种最少一种 动物：动物：蚂蚁蚂蚁2n=2染色体数目染色体数目最少一种最少一种 植物：植物：雏菊雏菊，2n=4植物：植物：棕榈棕榈2n=596中 国中 国毛冠鹿毛冠鹿（2n=46）通过）通过连续的易位连续的易位集中集中小染色体小染色体进化进化成成哺乳类动物哺乳类动物中中染色体数目最少染色体数目最少的物种（的物种（印度毛印度毛冠鹿，冠鹿，2n=7）。）。 两种鹿的外两种鹿的外形较相似。形较相似。2体细胞（体细胞（2n）是性细胞（）是性细胞（n）的）的一倍一倍；生物染色体的一般特点：生物染色体的一般特

14、点： 1数目数目恒定恒定；3与生物进化的关系：与生物进化的关系：无关无关。可用于物种间的分类；。可用于物种间的分类；4染色体数目恒定也是染色体数目恒定也是相对相对的（如单子叶植物的种子的（如单子叶植物的种子胚乳、快速生长的细胞等）。胚乳、快速生长的细胞等）。三、原核生物的染色体形态、结构和数目三、原核生物的染色体形态、结构和数目 通常原核生物细胞里只有一个染色体，通常原核生物细胞里只有一个染色体， 且且DNA含量低于真核生物含量低于真核生物。 例如例如: : 大肠杆菌大肠杆菌E.coli只有一个只有一个环状环状染色体：染色体： 其其DNA含核苷酸对为含核苷酸对为3106，长度，长度1.1mm。

15、 蚕豆蚕豆配子中染色体配子中染色体(n=6)的核苷酸对为的核苷酸对为21010， 长度长度6000mm。 豌豆豌豆配子中染色体配子中染色体(n=7)的核苷酸对为的核苷酸对为31010， 长度长度10500mm。第三节第三节 细胞的有丝分裂细胞的有丝分裂 间期间期一、细胞周期一、细胞周期分裂期分裂期 MG1期：期：第一个间隙，主要进行第一个间隙，主要进行细胞细胞体积体积的增长，的增长，并为并为DNA合成合成作准备作准备。不分裂细胞则停留。不分裂细胞则停留在在G1 期期, 也称为也称为G0 期。期。S 期：期：DNA 合成合成时期。时期。G2期：期：DNA 合成后至细胞分裂开始合成后至细胞分裂开始

16、之前的第二个间隙，为之前的第二个间隙，为细胞细胞分裂作准备分裂作准备。M期：期：细胞细胞分裂分裂期。期。一般一般 S 期期时间时间较较长长，且且较较稳稳定；定；G1 和和G2 变变化也较化也较大大。因物种、细。因物种、细胞种类和生理状态的不胞种类和生理状态的不同而异。同而异。哺乳哺乳动物动物离离体体培培养养细细胞的有胞的有丝丝分裂分裂周期周期, ,G1为为10小小时时，S为为9小时小时,G2为为4小时，间期共长小时，间期共长23小时。小时。而而细胞分裂期细胞分裂期 M 全长只全长只有有1小时小时。G2二、细胞分裂过程二、细胞分裂过程 1.1. 无无丝分裂（丝分裂（amitosis）亦称直接分裂

17、。）亦称直接分裂。 细胞核拉长后缢裂为二细胞核拉长后缢裂为二 细胞质分裂细胞质分裂 2 2个子细胞个子细胞 染色体分裂无规律染色体分裂无规律 整个过程看不到纺锤丝整个过程看不到纺锤丝。 高等植物某些生长迅速部分可以发生：高等植物某些生长迅速部分可以发生： 小麦小麦茎节茎节部分和番茄部分和番茄叶腋叶腋发生新枝处；发生新枝处； 一些一些肿瘤肿瘤和和愈伤组织愈伤组织常发生无丝分裂。常发生无丝分裂。 2.2. 有丝分裂有丝分裂（mitosis）：）： 在整个过程染色体会产生在整个过程染色体会产生有规律的变化有规律的变化： 核分裂为二核分裂为二 细胞质分裂，二个子细胞各含一个核。细胞质分裂，二个子细胞各

18、含一个核。根据核分裂的变化特征可以将有丝分裂分为四个时期：根据核分裂的变化特征可以将有丝分裂分为四个时期：间期间期 前期前期 中期中期 后期后期 末期。末期。芸苔类：绒毡层多核细胞芸苔类：绒毡层多核细胞 3. 有丝分裂的特殊情况有丝分裂的特殊情况: 正常：正常：间期间期DNA复制复制2个染色单体个染色单体着丝点裂开着丝点裂开染色体染色体 核分裂核分裂 胞质分裂胞质分裂 间期间期DNA复制。复制。 这一过程这一过程发生异常发生异常的后果：的后果： .多核细胞：多核细胞：细胞核细胞核 多次分裂而多次分裂而细胞质细胞质 不分裂不分裂形成具有形成具有 很多游离核的多核很多游离核的多核 细胞。细胞。 果

19、蝇幼虫果蝇幼虫 唾腺细胞唾腺细胞 巨型染色巨型染色 体体 .核内有丝分裂核内有丝分裂：核内染色体中核内染色体中染色线连续复制染色线连续复制，但，但着丝点着丝点不裂开不裂开 形成多线染色体。形成多线染色体。 例如双翅昆虫摇蚊、果蝇幼虫唾腺细胞出现巨型染色体，例如双翅昆虫摇蚊、果蝇幼虫唾腺细胞出现巨型染色体， 其染色体中染色质线可其染色体中染色质线可多达多达10001000条条以上，并具有不同的以上，并具有不同的 条纹和条带。条纹和条带。 三、有丝分裂的意义三、有丝分裂的意义: 1.生物学意义生物学意义： * 增加增加细胞数目和体积；细胞数目和体积； *维持维持个体正常生长和发育、个体正常生长和发

20、育、保证保证物种的连续性和稳定性。物种的连续性和稳定性。2. 遗传学意义：遗传学意义： .复制的各对染色体有规则而均匀地分配到两个子细胞中复制的各对染色体有规则而均匀地分配到两个子细胞中 子、母子、母细胞具有细胞具有同样质量和数量的染色体同样质量和数量的染色体； .核内各染色体准确复制为二核内各染色体准确复制为二 两个子细胞的两个子细胞的遗传基础遗传基础 与母细胞完全与母细胞完全相同相同。 第四节第四节 细胞的减数分裂细胞的减数分裂 1 1概念概念: : 减数分裂：减数分裂：性母细胞成熟时配子形成过程中发生的一种性母细胞成熟时配子形成过程中发生的一种 特殊有丝分裂特殊有丝分裂 使体细胞使体细胞

21、染色体数目减半染色体数目减半。一、减数分裂（一、减数分裂（meiosis）过程：）过程：例如例如: 水稻水稻2n=24、玉米、玉米2n=20、茶树、茶树2n=30 减数分裂减数分裂 n=12n=10n=15n（卵）（卵）n（精）（精） 2n（体）（体） 受精作用可保证物种染色体数恒定。受精作用可保证物种染色体数恒定。2特点特点:(1). 各对各对同源染色体同源染色体在细胞分裂前期配对（或在细胞分裂前期配对（或联会联会）；）；(2). 细胞分裂过程中细胞分裂过程中包括两次分裂包括两次分裂: 第一次分裂第一次分裂中染色体减数，这次分裂的中染色体减数，这次分裂的前期较复杂前期较复杂， 又可细分为五期

22、（细线期又可细分为五期（细线期偶线期偶线期粗线期粗线期双线期双线期 终变期）；终变期）； 第二次分裂第二次分裂染色体等数。染色体等数。细线期：细线期：出现长如线的染出现长如线的染色体，着丝点连着色体，着丝点连着2条染色条染色单体。单体。偶线期：偶线期：同源染色体配对，同源染色体配对，出现联会，联会的一对染色出现联会，联会的一对染色体称二价体。体称二价体。粗线期：粗线期：进一步变短、变进一步变短、变粗，二价体包含粗，二价体包含4条染色单条染色单体，形成四联体。体，形成四联体。双线期：双线期：继续缩短变粗，继续缩短变粗，同源染色体出现分离，出现同源染色体出现分离，出现一个或数个交叉。一个或数个交叉

23、。终变期：终变期：同源染色体相互同源染色体相互分开，二价体两端移动，分分开，二价体两端移动，分散在整个核内。散在整个核内。同源染色体联会、交叉、分离同源染色体联会、交叉、分离细线期细线期偶线期偶线期粗线期粗线期双线期双线期终变期终变期偶线期局部百合百合减数减数分裂分裂 前期前期I 的的5 个个时期时期联联会会 复合体复合体细线期细线期偶线期偶线期粗线期粗线期双线期双线期终变期终变期偶线期局部偶线期局部水稻：粗线期染色体水稻：粗线期染色体5 玉米减数分裂粗线期玉米减数分裂粗线期小麦减数分裂粗线期小麦减数分裂粗线期细线期细线期 1. 生物生活周期和配子形成过程中生物生活周期和配子形成过程中必要阶段必要阶段；二、减数分裂的意义二、减数分裂的意义: :2. 最后形成最后形成雌雄性细胞雌雄性细胞，各具半数染色体（，各具