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遗传与作物育种精品课程课件四川省高等教育人才培养质量和教学改革项目上篇第一章遗传的细胞学基础2006年3月四川省高等教育人才培养质量和教学改革项目精品课程课件对于绪论部分的检查1．遗传?(1号回答)变异?(3号回答)2．遗传变异与生物进化关系?（5号回答）（7号回答）3．遗传学史。（9号回答）四川省高等教育人才培养质量和教学改革项目精品课程课件第一章遗传的细胞学基础第一节细胞、染色体与遗传物质第二节细胞分裂及遗传学意义第三节授粉、受精与种子形成四川省高等教育人才培养质量和教学改革项目精品课程课件本章要求1．染色体的形态、结构和数目。2．有丝分裂及其遗传学意义。3．减数分裂及其遗传学意义。4．授粉、受精与种子形成。第一节细胞、染色体与遗传物质生物界除了病毒和噬菌体这类最简单的生物外，不论动物、植物和微生物都是由细胞构成的;细胞是生物体的结构单位和生命活动单位。每一种生物的遗传物质都是整套地存在于各个细胞里;生物的遗传与变异也必须通过细胞分裂来实现。因此，了解细胞的基本结构、功能及增殖过程是学习遗传变异规律的基础。二、细胞的结构和功能细胞的形态和大小因物种和组织器官的不同而有很大差别，但其基本构造是相同的，一般都由细胞膜、细胞质和细胞核三部分组成(图1-1)。图1-1植物细胞模式图1、微细纤维2、高尔基体3、核仁4、核5、染色体6、叶绿体7、细胞壁8、线粒体9、油滴10、粗面内质网11、核糖体12、滑面内质网13、液泡1(一)细胞膜(质膜)细胞膜是由细胞外围的一层薄膜，主要由蛋白质和类脂构成。它的功能在于能够有选择地通过某些物质，既能阻止细胞内许多有机物的渗出，又能调节细胞外一些营养物质的渗入。质膜上有许多微孔，有些微孔是胞间连丝的通道。胞间连丝起着连接相邻细胞原生质的作用，有助于细胞间物质的运转。在植物细胞膜的外面，还有一层由纤维素和果胶物质组成的细胞壁，它对植物细胞和植物体起着支持和保护作用。(二)细胞质(胞质)细胞质是质膜内环绕着细胞核外围的原生质，呈胶体溶液状态。里面有许多蛋自质、脂肪、溶解在其中的氨基酸分子和电解质。细胞质中包含着各种细胞器，是细胞质中具有一定形态、结构和功能的物质，主要包括线粒体、质体、核糖体、内质网、高尔基体、中心体、溶酶体和液泡等。其中质体和液泡只是绿色植物才具有，中心体只是动物和某些低等植物有。细胞器的生命活动与性状的遗传表现有密切关系。线粒体是动植物细胞质中普遍存在的细胞器，它含有多种氧化酶，是细胞内氧化作用和呼吸作用的中心，能产生许多含高能键的三磷酸腺苷(ATP)，可传递、贮存所产生的能量。见图1-1质体是植物细胞所特有的细胞器。它包括叶绿体、有色体和白色体三种,其中最重要的是叶绿体,它是植物光合作用的场所。核糖体是极微小的细胞器,由RNA和蛋白质组成,在细胞质中数量很多,约占整个细胞重量的五分之一，它是细胞中合成蛋白质的主要场所。内质网是分布在细胞质中的网状管道，同质膜和核膜相连接，并有小孔与细胞质相通。内质网是运转蛋白质的合成原料和合成产物的通道。(三)细胞核(胞核)除了细菌、蓝藻等低等生物外，各种生物的细胞内均有一定形态结构的细胞核。因为前一类低等生物的细胞内仅含核物质，而没有形成核的结构，还处于细胞进化的原始状态，故称为原核生物；凡已具有核结构的动植物，称为真核生物。细胞核一般为球形或椭圆形，由核膜、核液、核仁和染色质所组成。核是遗传物质聚集的主要场所，对细胞发育和性状遗传起着指导作用。核膜是核的表面膜，上面有许多核膜孔。核膜内充满着核液，核仁、染色质存在于核液里。核仁为圆形颗粒状，在细胞分裂过程中有时呈分散状态，有时聚成颗粒。它是合成rRNA和核内蛋白质的场所，具有传递遗传信息的功能。染色质是尚未进行分裂的细胞核内能够被碱性染料染色而纤细的网状物。当细胞分裂时，染色质逐渐变粗，呈现为一定形态和数目的染色体。它是核中最重要和最稳定的成分，具有特定的形态结构和自我复制能力，是遗传物质的主要载体，在控制生物的遗传变异上具有极其重要的作用。二、染色体的形态、结构和数目染色体是细胞核中最重要的部分，它对生物的繁殖和遗传信息的传递具有十分重要的作用。因此，它是从细胞学方面进行遗传研究的主要对象。(一)染色体的数目各种生物的细胞核内都有特定数目的染色体，其数目的多少，依不同生物的种而异。例如,属于玉米这个种内的不同栽培品种，不同植株，不同器官的体细胞内，都含有20个染色体;普通小麦则为42个染色体;水稻是24个，人类是46个。每一种生物核内的染色体数都十分稳定。每一种生物不仅具有一定数目的染色体，而且各具有自已染色体的形态结构特点。例如玉米的20个染色体的形态结构不同于棉花的52个染色体，也不同于水稻的24个染色体。玉米和高粱虽然都是20个染色体，但染色体的形态结构和所载的遗传物质都不相同，因而性状的表现也不相同。染色体在生物细胞中都是成双成对存在的。通常以“2n”表示各种生物体细胞中染色体的数目。例如玉米每个细胞中各含有20个即10对染色体，可以2n=20个=10对表示。每一对染色体在形态结构上彼此相同，称为同源染色体;不同对同源染色体的形态结构各不相同，互称为非同源染色体。在配子中染色体的数目恰恰是体细胞染色体数目的一半，而且是成单存在的，通常以“n”表示配子中的染色体数。例如，玉米雌、雄配子中的染色体数为10个，用n=10表示。不难看出，在体细胞中的每一对染色体中，必有一个是父本精子带来的，一个是母本卵子带来的。在有性繁殖时，通过受精作用，使雌雄配子中成单的染色体又恢复成对，从而保证了生物染色体数目的稳定；(表1一1)。表1-1部分动植物的染色体数cdnkxy:3-16-04-2班3-17-04-1班(二)染色体的形态与结构各种生物的每个染色体都各有特定的形态特征，但在细胞分裂的不同时期染色体形态有着一系列的变化。在分裂前呈网状纤维状态，称为染色质。分裂开始后染色体渐渐加粗变短，其中在细胞分裂中期和早后期表现得最为明显和典型，通常在这个时期进行染色体形态的识别。在分裂中期，每个染色体包括两根纵向并列的染色单体。在外形上通常包括着丝点、主缢痕、次缢痕、随体和二个臂或一个臂。着丝点是两条染色单体相连接的地方，也是细胞分裂时染色体连接纺锤丝的地方，它的附近很细，并且不易着色，这个区域叫主缢痕。着丝点两边的染色体叫“臂”。有些染色体还有一处不着色的区域，叫次缢痕。次缢痕连着一个球形或棒形突出物，叫随体。以上各部分的相对位置或形态大小，各个物种的各个染色体都是相对恒定的，这是区别不同染色体的形态标志(图1-2)。？图1-2图1-2分裂中期的染色体形态模式图1、随体2、次缢痕3、短臂4、着丝点5、长臂染色体的主要成分是DNA和蛋白质。每个染色体的骨架是一条盘旋着的DNA分子长链。许多蛋白质分子被这条长链珠状的DNA蛋白质纤丝，这条纤丝又盘绕成螺旋管结构，在细胞分裂过程中，螺旋管进一步盘绕成超级螺旋管，超级螺旋管再广次盘绕、折叠，从而造成了染色体的加粗变短(图1-4)，成为具有一定形态结构的染色体。假如把DNA蛋白质纤丝的各级螺旋松开成直线，其长度为该染色体的八千至一万倍。图1-3图1-4图1-3从染色质到染色体的四级结构示意图1、DNA蛋白纤丝2、螺旋管3、超级螺旋管4、染色体组蛋白DNA1234图1-14染色体的显微结构示意图三、染色体是遗传物质的载体染色体及其他细胞器上的脱氧核糖核酸(DNA)是各种生物共同的遗传物质(少数病毒不含DNA，其遗传物质是RNA)。生物的子代与亲代之所以相似，原因就在于亲代通过繁殖将一定分子结构的DNA传给了子代。如果子代个体发生了某些可遗传的性状变异，原因是DNA的分子结构和组成发生了变化。例：。。。。。。DNA是由很多个核苷酸所组成的高分子化合物，每个DNA分子都有两条分子链，每个分子链都是由数百以至数千万个核苷酸一个接一个地连接起来的。整个DNA的立体结构好象一个双股弹簧，经过多次螺旋状的盘绕，贯穿于染色体的纵长。可以认为，作为遗传物质单位的基因，实际上就是DNA分子链中各个微小的区段。整个DNA分子链从头至尾包括很多个微小区段，有的稍长一点，有的稍短一些，各有不同的分子结构，规定着不同性状的遗传。由于DNA分子双链纵贯于染色体内，所以DNA分子链上的各个基因区段就是染色体上的各个基因位点。第二节细胞分裂及其遗传学意义细胞分裂是生物繁殖的基础。通过细胞分裂，生物细胞得到增殖，生物体得到生长;遗传物质从母细胞传给子细胞，从亲代传给子代。高等生物的细胞分裂，根据染色体在子细胞中分配到的数量，可分为有丝分裂及减数分裂两种。一、有丝分裂有丝分裂也叫体细胞分裂或等数分裂。高等生物个体的各个部分都是通过有丝分裂增殖细胞而形成的。有丝分裂的结果：生物的生长:大、高……(一)有丝分裂的过程有丝分裂中，细胞质和细胞核都发生很大变化，但最明显的是核，特别是核内的染色体。根据细胞核分裂变化的特征，有丝分裂过程可分为前、中、后、末四个时期(图1-5)。两次细胞分裂之间的时期称为间期。图1-51、极早前期2、早前期3、中前期4、晚前期5、中期6、后期图1-5植物有丝分裂模式图7、早末期8、中末期9、晚末期间期这时在光学显微镜下看不到染色体。但间期的核是处于高度活跃的生理生化代谢阶段，DNA的含量加倍，与DNA相结合的组蛋白也加倍合成。就是说，细胞在间期进行着遗传物质的复制，同时也进行着能量的贮备，从而为继续分裂准备条件。前期细胞核内出现长而卷曲的染色体，以后逐渐缩短变粗。每个染色体有两根染色单体，这表明此期染色体已经自我复制，但染色体的着丝点尚未分裂。这时核仁和核膜逐渐模糊不清。从两极出现纺锤丝。1、极早前期2、早前期3、中前期4、晚前期中期核仁、核膜消失。各条染色体均排列在细胞中央的赤道板上，从细胞两极伸出纺锤丝，连接着各条染色体的着丝点，整个空间形状象一个纺锤体。所有染色体的着丝点都分散在一个平面上，而染色体的臂分布在染色体的两侧。这时染色体形态最为典型，最适于检查和计数染色体。5、中期6、后期后期染色体的着丝点分裂开，各条染色单体独立。随着纺锤丝的收缩牵引，分别移向两极，因而两极各具有与母细胞相同数目的染色体。末期染色体到达两极，周围出现了核膜，染色体又变得松散细长，核仁重新出现;接着细胞质分裂，在纺锤体的赤道板区域形成细胞膜。此时，一个细胞分裂为两个子细胞，各个子细胞又恢复为间期状态，并将继续进行新的分裂。7、早末期8、中末期9、晚末期(二)有丝分裂的遗传学意义在有丝分裂中，染色体复制一次，细胞分裂一次，因而子细胞与母细胞的染色体数完全相同。这是有丝分裂的基本特点，在遗传上具有重要意义。首先，由于有丝分裂中核内的染色体都能准确地复制，并均等地分配，从而使生物的各个部分，不论是根、茎、时、穗等任何一部分的体细胞，都具有同等数量和质量的染色体。因为生物体任何一部分的体细胞都是从合子开始，通过无数次细胞有丝分裂而形成的。其次，由于染色体是遗传物质--DNA的载体，所以染色体在有丝分裂中的复制和分配，实质上就是遗传物质DNA的复制和分配。因此，有丝分裂形成的子细胞在遗传物质上也就与母细胞完全相同，因而生物体的各个部分的每个细胞，均具有相同的遗传物质，这样就使每一物种在个体发育中保持着遗传的稳定。植物进行无性繁殖时，从同一个体的不同部分所产生的后代，都能保持与母体相同的遗传性状，其原因就在于此。二、减数分裂减数分裂是配子形成过程中进行的染色体数目减半的特殊分裂方式。例如，玉米体细胞中有20个染色体(2n=20)，在配子形成时通过减数分裂所形成的花粉粒和卵细胞，其核内都只有原来染色体数目的一半(n=10)。2n=20n=10(一)减数分裂过程包括连续地两次分裂，第一次是减数的，第二次是等数的。其中第一次分裂的前期较为复杂。aaaaaaaaaa:3-21-04高农2图1-6-1减数分裂第一次分裂前期模式图1、细线期2、偶线期3、粗线期4、双线期5、终变期图1-6-2减数分裂第一次分