3-遗传的细胞学基础

1、第三章 遗传的细胞学基础,第一节染色体,1、染色质和染色体 染色质：用碱性染料对分裂间期细胞进行染色，在细胞核中出现的具有染色较深的、纤细的网状物。,染色质,染色质的类型 异染色质(heterochromatin)：染色很深的区段 常染色质(euchromatin）：染色很浅的区段,异染色质的类型 组成性异染色质 兼性异染色质,1、染色质与染色体,染色体： 分裂期的细胞染色质便卷缩成具有特定形态的结构，称为染色体。,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。,各物种染色体数目与形态特征是特定的。可以加以区分、识别。 染色体的形态结构与数目在细胞分裂过程中呈规律性变化。 有丝分裂

2、中期是染色体收缩程度最大，形态最稳定，分散排列、易于计数。是观察染色体的最佳时期。,2、染色体的基本特点,3、染色体形态特征,染色体臂 著丝粒 髓体,（主缢痕 初级缢痕）,（副缢痕、次级缢痕、 核仁组织者）,染色体和染色单体,姐妹染色单体：一条染色体的两个染色单体互称为姊妹染色单体(sister chromatid)。,4、染色体组和染色体倍性,染色体组（genome）：也叫基因组。物种配子中包含的一整套全部遗传物质(染色体/基因)的总和。 单倍体（haploid）（n）：细胞核中只含有一个染色体组的细胞。如原核生物、配子等。,4、染色体组和染色体倍性,二倍体（diploid）（2n）：细胞核

3、中含有二个染色体组的细胞，即细胞中的每条染色体都是成对存在的。,4、染色体组和染色体倍性,同源染色体：由雌雄配子提供的具有相同形态、结构和相同基因排列顺序的染色体。 非姐妹染色单体 ：同源染色体之间的染色单体。,三倍体（triploid）（3n）：细胞核中含有三个染色体组的细胞。如植物胚乳. 多倍体（polyploid）：细胞核中含有多个染色体组的细胞。,4、染色体组和染色体倍性,5、几种常见生物的染色体数目,人类（2n）46 小鼠（2n）40 果蝇（2n） 8 洋葱（2n）16 玉米（2n）20 豌豆（2n）14 蚕豆（2n）12 拟南芥（2n） 10 链孢霉（n）7,6、染色体的结构,原核

4、生物染色体,6、染色体的结构,真核生物：串珠模型 本结构核小体（nucleosome） 由核小体（nucleosome） 、连接丝(linker)、组蛋白H1 组成。 核小体：由H2A、H2B、H3、H4 各两分子组成八聚体核心，外面缠绕约140bp DNA双链1 .75圈； 核小体之间有5060bp的DNA连接丝相连； H1 位于核小体之间,真核生物染色体,核小体 螺旋体 超螺旋体 染色体,染色单体只含有一条双链DNA分子,核小体（nucleosome）,核小体：由H2A、H2B、H3、H4 各2分子组成核心，外面缠绕约140bp DNA双链1 .75圈； 连接丝：核小体之间有5060bp的

5、DNA连接； H1 位于核小体之间,每个基本单位约含180-200个核苷酸对。,第二节 细胞分裂,一、有丝分裂中的染色体行为 二、减数分裂中的染色体行为 三、减数分裂的意义,（一）细胞周期,细胞周期,一、有丝分裂中的染色体行为,（二）分裂期,（二）分裂期,前期：染色体浓缩变粗，纺锤体形成，核仁核膜消失。,中期：染色体最短最粗，向赤道面移动，着丝粒区域排列在赤道板上。,后期：染色体着丝粒分离，染色单体分开，分别向两极移动。,末期：染色单体移到两极，染色体解螺旋，核膜核仁重新形成。,（三）有丝分裂应注意的问题,DNA复制是在间期进行。 间期为染色质，分裂期是染色体。 前期（含中期）染色体是由两条染

6、色单体组成。 中期着丝点排列中央赤道板上。 后期染色单体分开。因此，从后期开始染色体是单条的。 两个子细胞的染色体数目与结构同母体一样。,（1）间期 (前间期) ( preinterphase) （2）减数第一分裂 (meiosis I) （3）中间期 (interkinesis) （4）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,

7、MII) 后期 II (anaphase II, AII) 末期 II (telophase II, TII),二、减数分裂中的染色体行为,（一）减数分裂周期 1、周期,1 细线期 2 偶线期 3 粗线期 4 双线期 5 终变期 6 中期I 7 后期I 8 末期I 9 前期II 10 中期II 11 后期II 12 末期II,2、减数分裂特点（与有丝分裂比较）： （1）S期仅完成约99.7%的DNA合成，而其余的0.3%在偶线期合成。 （2）连续进行两次核分裂，而染色体只复制一次，分裂的结果导致染色体减半。 （3）第一次减数分裂的前期特别长，染色体变化复杂。,（二）减数分裂的分期特点,根据核内

8、变化特点，分为五个时期： (1). 细线期 (leptotene) (2). 偶线期 (zygotene) (3). 粗线期 (pachytene) (4). 双线期 (diplotene) (5). 终变期 (diakinesis),1、第一次减数分裂,（1）前期 I：,1）细线期(leptonene),染色体浓缩为细丝，但不能分辨其双重性。,细线期,2). 偶线期(zygotene),同源染色体配对，其对应部位相互开始紧密排列，并纵向联结在一起，称为联会 (synapsis)，这样联会的一对同源染色体就称为二价体(bivalent) 。二价体包含有4条染色单体。 2n 条染色体配对形成 n

9、 对染色体。 细胞内二价体 (n) 的数目就是同源染色体的对数。,偶线期,联会复合体(synaptonemal complex)的结构,同源染色体联会时形成的一种特殊结构联会复合体，其构成如图所示： 两条同源染色体的主要部分 (染色质DNA) 分布在联会复合体的外侧； 中间部分以蛋白质为主，也包含部分DNA (称为横丝) 。,3). 粗线期(pachytene),染色体继续缩短变粗，同源染色体配对完毕； 非姊妹染色单体间会形成交叉(chiasmata)。这种交叉现象是非姊妹染色单体之间某些片段在粗线期发生相互交换的结果，同源染色体发生片段交换 (exchange) 将会导致同源染色体间发生遗传

10、物质重组。,粗线期,4). 双线期(diplotene),染色体继续缩短变粗，在光镜下可见四个染色单体； 同源染色体分开，但不完全，出现交叉（在非姐妹染色单体之间，是发生交换的结果）和交叉端化现象。,双线期,5). 终变期(diakinesis),染色体变得更为粗短，螺旋化程度达到最高，端化现象继续进行； 二价体在核内分散分布，是鉴定染色体数目的好时机，二价体数目就是同源染色体的对数； 纺锤体开始形成，核仁核膜开始消失。 。,染色体交叉动态变化,终变期,（2） 中期 I (metaphase I),核仁和核膜消失，纺锤丝附着在着丝点上并将二价体拉向赤道板位置，同源染色体着丝粒逐渐远离。 在二价

11、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。 从纺锤体的极面观察，n个二价体分散排在赤道板的附近，因而这也是用于鉴定染色体数目的重要时期之一。,中期 1,（3） 后期 I (anaphase I),同源染色体末端分离，分别移向两极。 每极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。 此过程只进行同源染色体之间的分离，不涉及着丝粒分裂，即没有发生染色单体分离；因此，每一条染色体仍然有两个染色单体，,后期 1,（4） 末期 I (telophase I),染色体解螺旋 ，核膜核仁重建，胞质分裂，形成两个子细胞（二分体）,末期 1

12、,2、中间期,在末期后大都有一个短暂的时期称为中间期。与第一次减数分裂前的间期和有丝分裂的间期相比，有两点显著的不同： 时间很短暂。在许多动物之中，甚至没有明显的停顿和间歇存在。 不进行DNA复制，中间期前后细胞中DNA的含量也没有变化。 染色体的螺旋化程度较高。,3、第二次减数分裂,第二次减数分裂是第一次减数分裂产生的两个子细胞继续进行分裂，与有丝分裂没有实质区别, 仍可分为前期、中期、后期和末期四个时期：,细胞经过连续的两次减数分裂，最后形成四个子细胞，称为四分体（tetrad）或四分孢子（tetraspore）。每个孢子只有母细胞一半的染色体。,（一）减数分裂与有丝分裂的比较,三、减数分

13、裂的意义,1、是有性生物产生性细胞的细胞分裂方式。 2、保证亲代与子代之间染色体数目的恒定性。,（二）减数分裂的意义,1、是有性生物产生性细胞的细胞分裂方式。 2、保证亲代与子代之间染色体数目的恒定性。,（二）减数分裂的意义,3、为生物的变异提供了重要的物质基础。 M1时，同源染色体随机移向两极，非同源染色体自由组合，产生了 2n 种非同源染色体组合形式的性细胞（遵循自由组合定律）。 同源染色体非姊妹染色单体间的交叉和片段交换，使细胞的遗传组成更加多样化。（遵循连锁与交换定律）,第三节 染色体简史,一、生物的生殖方式 二、动物的生活史 三、植物的生活史 四、细胞分裂染色体不分离,一、生物的生殖

14、方式,无性生殖：通过营养体插植直接 繁衍后代（不产生种子） 生殖方式 有性生殖：精卵受精结合胚 种子后代 无融合生殖: 不经过精卵受精结合 胚种子后代,（一）无性生殖 (asexual reproduction),无性生殖：指不经过任何有性(减数分裂受精)过程，由亲本营养体增殖分裂产生新的后代个体的生殖方式。 无性生殖营养体：一个细胞，一团组织，或者是一个特殊的营养器官。,1、无性生殖的定义,2、无性生殖的遗传学特点,只有有丝分裂。后代与亲本在遗传上是相同的。 几乎不发生遗传重组，其遗传变异仅通过偶发突变产生，遗传规律相对简单。 可利用营养体繁殖大量遗传上一致的后代，常用于植物材料保存和繁殖、

15、种苗生产等。,（二）有性生殖 (sexual reproduction),1、有性生殖的定义 有性生殖：由亲本性母细胞经减数分裂，产生单倍性配子(体)，配子受精结合产生二倍体合子的生殖方式。 生物最普遍、最重要的生殖方式。,2、有性生殖的遗传学特点,经过减数分裂和受精过程，表现出复杂的遗传重组现象(非同源染色体的自由组合与同源染色体的片段交换)。 有性生殖是遗传学研究的主要内容。,二、 动物生活史,2n 原始生殖细胞 2n 2n 2n 精原细胞 2n 2n 卵原细胞 2n 初级精母细胞 2n 初级卵母细胞 n n 次级精母 n n 第一极体 n n n n n n n n 第二极体,三、植物的

16、生活史（玉米）,1、玉米的雄配子体发育,孢原细胞 （花药表 面）,有丝分裂 （多次）,小孢子母细胞 （2n）,减数分裂 （两次）,4小孢子（花粉粒） （n）,管核 （营养核 n）,生殖核 （n）,2个雄核 （n）,有丝分裂 （1次）,一个小孢子母细胞形成四个成熟的花粉粒（雄配子体） 雄配子体（成熟花粉粒）三个核，1个营养核，2个雄核,2、玉米的雌配子体发育,孢原细胞 （子房）,有丝分裂 （多次）,大孢子母细胞 （2n）,减数分裂 （两次）,4核（3退化） （n）,反足细胞 （3核）,8个核胚囊 (雌配子体)（n）,极核 （2核）,有丝分裂 （3次）,一个大孢子母细胞形成一个胚囊（雌配子体） 雌

17、配子体（胚囊）8个核，3反足细胞，2极核，2助细胞和1卵核,2助细胞 1卵核,3、受精与发育,胚（2n）,受精,胚乳（3n）,极核 （2核）,1卵核,1个雄核 （n）,受精,被子植物种子、果实各部分的遗传来源,四、细胞分裂染色体不分离,1、减数分裂染色体不分离,第一次减数分裂不分离,染色体不分离发生在减数分裂后期；,正常受精后，1/2形成超二倍体(2n1)，1/2形成亚二倍体(2n1)。,形成的成熟配子中，1/2有(n1)条染色体，1/2有(n1)条染色体；,第二次减数分裂不分离,正常受精后，1/2为二倍体，1/4形成超二倍体(2n1)，1/4形成亚二倍体(2n1)。,染色体不分离发生在减数分裂后期；,在形成的成熟配子中，1/2有n条染色体，1/4有(n1)