第二章遗传的细胞学基础

浙江大学遗传学第二章1第二章遗传的细胞学基础浙江大学遗传学第二章2本章重点1．细胞的结构与功能。*2．染色体的形态特征和数目。*3．细胞的有丝分裂、减数分裂。4．配子的形成和受精。5．低等植物和高等植物的生活周期。浙江大学遗传学第二章3第一节细胞的结构和功能浙江大学遗传学第二章4一、原核细胞1．原核生物：各种细菌、蓝藻等低等生物由原核细胞构成，统称为原核生物（prokaryote）。2．细胞组成：细胞壁：蛋白聚糖等；细胞膜：磷脂、蛋白质等；细胞质：核糖体等；核区：DNA、RNA等。生物细胞原生质质膜（细胞膜）原生质体细胞壁细胞核细胞质核膜染色质核仁非膜相结构核糖体中心体内质网线粒体叶绿体液泡溶酶体高尔基体膜相结构非膜相结构二、真核细胞动物细胞结构植物细胞结构三、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植物外部结构细胞壁有（蛋白聚糖）无有（纤维素、果胶质）细胞膜有有有鞭毛有的有有的有除少数物种的精子外，一般无内部结构内质网无一般有一般有微丝无有有中心体无有一般无高尔基体无有有细胞核无有有线粒体无有有叶绿体无无有染色体一般单个环状分子多个DNA与蛋白质结合的染色体多个DNA与蛋白质结合的染色体核糖体有有有溶酶体无一般有类似的结构称圆球体过氧化物酶体无一般有有液泡无无或小成熟细胞一般由中央大液泡浙江大学遗传学第二章7第二节染色体的形态和数目浙江大学遗传学第二章8一、染色体的形态特征:浙江大学遗传学第二章91．重要性:(1).几乎所有生物细胞中均存在染色体；蚕豆（2n-12）(2).真核生物染色体均有其特定的形态特征，在细胞分裂的中期和早后期最为明显和典型；(3).中期染色体分散排列在赤道板上，故通常以这个时期进行染色体形态的识别和研究。浙江大学遗传学第二章102．形态:(1).组成:着丝粒、长臂和短臂；(2).着丝点对于细胞分裂时染色体向两极牵引具有决定性作用；(3).次缢痕、随体是识别特定染色体的重要标志；(4).某些次缢痕具有组成核仁的特殊功能。浙江大学遗传学第二章11蚕豆：有丝分裂中期染色体（排列于赤道面上，箭头表示两条大染色体）。5m次缢痕主缢痕浙江大学遗传学第二章123．类型:染色体形态长臂/短臂着丝点位置染色体分类缩写V形1.00正中正中着丝点染色体MV形1.01~1.70中部中着丝点区染色体mL形1.71~3.00近中近中着丝点区染色体smL形3.01~7.00近端近端着丝点区染色体st棒形7.00端部端着丝点区染色体t粒形长短臂极其粗短端部端着丝点染色体T浙江大学遗传学第二章134．大小:(1).各物种差异很大，染色体大小主要指长度，同一物种染色体宽度大致相同。植物:长约0.2~50ｍ、宽约0.2~2.0ｍ。大麦（2n=14）但双子叶植物中牡丹属和鬼臼属也具有较大的染色体。(2).高等植物中单子叶植物的染色体一般比双子叶植物要大些。动物的染色体一般比较大，如果蝇和人类等。5ｍ鬼臼芍药单子叶植物间差异：玉米、小麦、大麦和黑麦水稻。浙江大学遗传学第二章1510m普通小麦细胞中期染色体（2n=42）浙江大学遗传学第二章165µm大麦细胞中期染色体（2n=14）浙江大学遗传学第二章17浙江大学遗传学第二章18野生稻Oryzarufipogon染色体浙江大学遗传学第二章194µm4µm草棉2n=26中棉2n=26陆地棉2n=52海岛棉2n=524µm4µm浙江大学遗传学第二章205µm（2n=38）（2n=20）（2n=24）5µm浙江大学遗传学第二章22云南双江大茶叶染色体（2n=30）5µm浙江大学遗传学第二章23(2n=8)浙江大学遗传学第二章24人染色体（2n=46）浙江大学遗传学第二章25各生物的染色体不仅形态结构相对稳定，而且其数目成对。同源染色体：形态和结构相同的一对染色体。异源染色体：这一对染色体与另一对形态结构不同的染色体，互称为异源染色体。5．类别:浙江大学遗传学第二章26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编号。6．染色体编号:10µ（2n=12）水稻玉米染色体编号全长（m）长臂/短臂全长（m）长臂/短臂179.01.7282.401.30247.52.1666.501.25347.01.2362.002.00438.52.0858.781.60530.52.0559.821.10627.54.0048.737.10726.51.0346.782.80823.01.7047.783.20921.03.2043.241.801021.06.0036.932.801120.51.56----1218.03.00----细胞减数分裂时粗线期的染色体长度浙江大学遗传学第二章28水稻粗线期玉米粗线期浙江大学遗传学第二章29人类染色体核型分析浙江大学遗传学第二章30人类染色体R带带型分析浙江大学遗传学第二章31人类与黑猩猩、大猩猩、猩猩的染色体G带带型的比较。浙江大学遗传学第二章32浙江大学遗传学第二章33特征：严重智力迟钝、马鞍鼻和斜视眼，发生频率约为1/600~700浙江大学遗传学第二章34二、染色体数目浙江大学遗传学第二章35长白山瓶尔小草不同的物种染色体数目差异很大：水稻24条(2n)陆地棉52条(2n)普通小麦42条(2n)甘蓝型油菜38条(2n)玉米20条(2n)豌豆14条(2n)番茄24条(2n)白菜20条(2n)牡丹20条(2n)茶树30条(2n)马铃薯48条(2n)洋葱16条(2n)人46条(2n)小白鼠40条(2n)果蝇8条(2n)家蚕56条(2n)鸡78条(2n)猪40条(2n)动物中某些扁虫只有4条(n=2)蚂蚁、线虫类马蛔虫只有2条(n=1)lysanra蝴蝶多达382条(n=191)被子植物中的雏菊(菊科)n=2瓶尔小草等植物n=400~600染色体数目最少一种动物：蚂蚁2n=2染色体数目最少一种植物：雏菊，2n=4植物：棕榈2n=596浙江大学遗传学第二章37中国毛冠鹿（2n=46）通过连续的易位集中小染色体进化成哺乳类动物中染色体数目最少的物种（印度毛冠鹿，2n=7）。两种鹿的外形较相似。浙江大学遗传学第二章38生物染色体的一般特点：1．数目恒定。2．体细胞（2n）是性细胞（n）的一倍。3．与生物进化的关系：无关。可用于物种间的分类。4．染色体数目恒定也是相对的（如动物的肝、单子叶植物的种子胚乳）。浙江大学遗传学第二章39三、原核生物的染色体形态、数目和细胞分裂浙江大学遗传学第二章40通常原核生物细胞里只有一个染色体，且DNA含量低于真核生物。例如:大肠杆菌E.coli只有一个环状染色体：其DNA含核苷酸对为3×106，长度1.1mm。蚕豆配子中染色体（n=6）的核苷酸对为2×1010，长度6000mm。豌豆配子中染色体（n=7）的核苷酸对为3×1010，长度10500mm。1.染色体形态、数目。浙江大学遗传学第二章412.无丝分裂（amitosis）亦称直接分裂。细胞核拉长后缢裂为二细胞质分裂2个子细胞染色体分裂无规律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：小麦茎节部分和番茄叶腋发生新枝处；一些肿瘤和愈伤组织常发生无丝分裂。浙江大学遗传学第二章42第三节细胞的有丝分裂浙江大学遗传学第二章43G1期：第一个间隙，主要进行细胞体积的增长，并为DNA合成作准备。不分裂细胞则停留在G1期,也称为G0期。间期一、细胞周期分裂期MS期：DNA合成时期。G2期：DNA合成后至细胞分裂开始之前的第二个间隙，为细胞分裂作准备。M期：细胞分裂期。浙江大学遗传学第二章44一般S期时间较长，且较稳定；G1和G2变化也较大。因物种、细胞种类和生理状态的不同而异。哺乳动物离体培养细胞的有丝分裂周期，G1为10小时、S为9小时、G2为4小时，间期共长23小时。而细胞分裂期M全长只有1小时。G2浙江大学遗传学第二章45二、细胞分裂过程浙江大学遗传学第二章461.有丝分裂（mitosis）：在整个过程染色体会产生有规律的变化：核分裂为二细胞质分裂，二个子细胞各含一个核。根据核分裂的变化特征可以将有丝分裂分为四个时期：间期前期中期后期末期。浙江大学遗传学第二章47浙江大学遗传学第二章483.有丝分裂的特殊情况:正常：间期DNA复制2个染色单体着丝点裂开染色体核分裂胞质分裂间期DNA复制。这一过程发生异常的后果：芸苔类：绒毡层多核细胞⑴.多核细胞：细胞核多次分裂而细胞质不分裂形成具有很多游离核的多核细胞。果蝇幼虫唾腺细胞巨型染色体⑵.核内有丝分裂：核内染色体中染色线连续复制，但着丝点不裂开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，其染色体中染色质线可多达1000条以上，并具有不同的条纹和条带。浙江大学遗传学第二章50三、有丝分裂的意义:1.生物学意义：*增加细胞数目和体积；*维持个体正常生长和发育、保证物种的连续性和稳定性。2.遗传学意义：⑴.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、母细胞具有同样质量和数量的染色体；⑵.核内各染色体准确复制为二两个子细胞的遗传基础与母细胞完全相同。浙江大学遗传学第二章51第四节细胞的减数分裂浙江大学遗传学第二章521．概念:减数分裂：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使体细胞染色体数目减半。一、减数分裂（meiosis）过程：例如:水稻2n=24、玉米2n=20、茶树2n=30减数分裂n=12n=10n=15n（卵）n（精）2n（体）受精作用可保证物种染色体数恒定。浙江大学遗传学第二章532．特点:(1).各对同源染色体在细胞分裂前期配对（或联会）；(2).细胞分裂过程中包括两次分裂:第一次分裂中染色体减数，这次分裂的前期较复杂，又可细分为五期（细线期→偶线期→粗线期→双线期→终变期）；第二次分裂染色体等数。浙江大学遗传学第二章54减数分裂模式图III细线期偶线期粗线期双线期终变期偶线期局部百合减数分裂前期I的5个时期联会复合体细线期偶线期粗线期双线期终变期偶线期局部浙江大学遗传学第二章56水稻：粗线期染色体5玉米减数分裂粗线期小麦减数分裂粗线期浙江大学遗传学第二章57细线期浙江大学遗传学第二章581.生物生活周期和配子形成过程中必要阶段；二、减数分裂的意义:2.最后形成雌雄性细胞，各具半数染色体（n）；雌雄性细胞受精（nn）合子（2n）全数染色体保证亲子代间染色体数目的恒定和物种的相对稳定性。浙江大学遗传学第二章593.中期I各对同源染色体排列在赤道板上，在后期I染色体是随机分别拉向二极自由组合。n对染色体，非同源染色体分离时的可能组合数为2n，如：水稻n=12，故组合数为2n=212=4096；茶n=15，组合数为215=32768。浙江大学遗传学第二章604.各对同源染色体的非姐妹染色单体间片断可发生各种方式的交换可为生物变异提供物质基础利于生物生存及进化为人工选择提供材料。减数分裂前期有同源染色体配对（联会）；5.有丝分裂与减数分裂的比较减数分裂遗传物质交换（非姐妹染色单体片段交换）；减数分裂中期后染色体独立分离，而有丝分裂则着丝点裂开后均衡分向两极；减数分裂完成后染色体数减半；分裂中期着丝点在赤道板上的排列有差异：减数分裂中同源染色体的着丝点分别排列于赤道板两侧，而有丝分裂时则整齐地排列在赤道板上。浙江大学遗传学第二章62第五节配子的形成和受精浙江大学遗传学第二章63一、雌雄配子的形成浙江大学遗传学第二章64动物生殖细胞的产生精原细胞初级精母细胞次级精母细胞次级卵母细胞初级卵母细胞卵原细胞减数分裂I减数分裂II精细胞卵细胞浙江大学遗传学第二章65浙江大学遗传学第二章66二、受精浙江大学遗传学第二章67植物的授粉方式：自花授粉（self-pollination）：同一朵花内或同株上花朵间的授粉。受精（fertilization）：雄配子（精子）与雌配子（卵细胞）融合为一个合子。异花授粉（crosspollination）：不同株的花