遗传学—遗传的细胞学基础

第一章遗传的细胞学基础第一章遗传的细胞学基础第一节细胞的结构和功能第二节染色体第三节细胞分裂与细胞周期第四节配子的形成和受精第五节生活周期第二节染色体一、染色质与染色体二、染色体的形态三、染色体的结构四、染色体的数目一、染色质与染色体染色质:染色体在细胞分裂间期所表现的形态，亦称为染色质线。间期染色质按照其形态和着色特点分为常染色质和异染色质。常染色质和异染色质常染色质是染色质线中染色很浅的区段，主要由单一序列和中度重复序列DNA构成。异染色质是染色质线中染色很深的区段，主要由高度重复序列DNA构成。同一染色体上所表现的这种差别称为异固缩现象。常染色质和异染色质的区别(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。二、染色体的形态染色体分类（据着丝点位置）染色体的分类染色体的大小染色体的大小染色体的大小同源染色体体细胞中形态和结构相同的一对染色体；非同源染色体：一对染色体与另一对形态结构不同的染色体，则互称为非同源染色体。染色体类别染色体编号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。人类染色体核型分析染色体编号三、染色体的结构（一）染色质的结构（二）染色体的结构模型（一）染色质的结构染色质的基本结构单位是核小体。DNA双螺旋盘绕在八聚体的表面，连接丝把2个核小体串联起来，组蛋白H1结合于连接丝与核小体的结合部位。（一）染色质的结构核小体串珠结构模型（二）染色体的结构模型有丝分裂中期，染色体的结构是由两条染色单体组成的。每个染色体所含的染色线是单线的。人类的1#染色体，间期伸展时长达85mm，但中期染色体长度只有10微米。染色体的结构模型10nm核小体30nm螺线管300nm伸展染色体700nm卷缩染色体1400nm中期染色体染色体的结构模型染色体骨架中期染色体去除组蛋白后的电镜图片：中间为两个非组蛋白形成的两个支架。四、染色体的数目各种生物染色体数目是恒定的，它们在体细胞中成对，在性细胞中总是成单。体细胞染色体数目：2n；性细胞染色体数目：n玉米(2n=20)水稻(2n=24)普通小麦(2n=42)蚕豆(2n=12）；大麦(2n=14)马铃薯(2n=48)人(2n=46)动物中某些扁虫只有4条(n=2)；马蛔虫只有2条(n=1)一种蝴蝶(Lysandra)有382条(n=191)四、染色体的数目原核生物的染色体是裸露的DNA分子或RNA分子。有些是环状，有些呈线条状。原核生物的细胞内通常只有一个染色体。且DNA含量低于真核生物。四、染色体的数目第三节细胞分裂与细胞周期一、细胞周期二、有丝分裂三、减数分裂一、细胞周期细胞分裂的方式分为无丝分裂和有丝分裂。无丝分裂是原核生物主要的细胞分裂方式。高等植物的木质部细胞、绒毡层细胞、愈伤组织、胚乳细胞等也存在。高等生物体细胞分裂主要是以有丝分裂方式进行的。G1期：主要进行细胞体积的增长。不分裂细胞则停留在G1期,也称为G0期。S期：DNA合成时期。G2期：为细胞分裂作准备。M期：细胞分裂期。一、细胞周期一、细胞周期两类基因：第一类主要控制细胞周期中所需的关键蛋白质或酶的合成；第二类是直接控制细胞进入细胞周期各个时期的基因。细胞周期中一个最重要的控制点就是决定细胞是否进入S期，该控制点的失控往往会导致肿瘤的发生。二、有丝分裂前期中期后期末期有丝分裂的特殊情况⑴.多核细胞：细胞核多次分裂而细胞质不分裂。⑵.核内有丝分裂：着丝点不分裂,形成多线染色体。体细胞染色体加倍有丝分裂的遗传意义两个子细胞的遗传基础与母细胞完全相同；具有同样质量和数量的染色体。保证了个体生长过程中遗传物质的连续性和稳定性。三、减数分裂（一）减数分裂过程（二）减数分裂的遗传学意义（一）减数分裂过程减数分裂是在性母细胞成熟时，配子形成过程中所发生的一种细胞分裂方式。主要特点：同源染色体联会；包括两次分裂，第一次减数；第二次是等数。减数第一次分裂减数第二次分裂前期Ｉ中期Ｉ后期Ｉ末期Ｉ前期Ⅱ中期Ⅱ后期Ⅱ末期Ⅱ前期Ｉ细线期偶线期双线期终变期减数第一次分裂粗线期非姊妹染色单体间的交换，造成遗传物质的重新组合。减数第一次分裂中期ＩF3F4末期Ｉ后期Ｉ减数第一次分裂第二次分裂前期Ⅱ末期Ⅱ后期Ⅱ中期Ⅱ四分体（二）减数分裂的遗传学意义1、保证了亲代与子代间染色体数目的恒定性，保证了物种相对的稳定性。2、为生物变异提供了重要的物质基础。非同源染色体之间在后期Ｉ自由组合，n对染色体有2n种组合方式。水稻：212=4096；人类：223=8388608同源染色体的非姊妹染色单体之间可能出现交换，(二)减数分裂的遗传学意义第四节配子的形成和受精一、雌雄配子的形成二、植物的授粉与受精三、无融合生殖一、雌雄配子的形成生物的生殖方式分为两种：无性生殖和有性生殖。高等生物有性生殖是通过雌、雄配子受精而形成合子，进一步分裂、分化和发育而产生后代。（一）高等动物配子形成过程高等植物有性生殖过程是在花器里进行的。（二）高等植物配子形成过程被子植物雌配子形成过程雌蕊子房里着生胚珠，胚珠的珠心里分化为大孢子母细胞或胚囊母细胞，由一个大孢子母细胞(2n)经过减数分裂，形成直线排列的4个大孢子，即四分孢子。其中一个远离珠孔的大孢子继续发育，核通过连续三次有丝分裂，形成8个核(ｎ)的胚囊（雌配子体），其中3个为反足细胞，2个为助细胞，2个为极核，另一个为卵细胞被子植物雄配子形成过程雄蕊的花药中分化出孢原组织，进一步分化为花粉母细胞(2n)，发育成4个小孢子，并进一步发育成4个单核花粉粒，每个花粉粒经过一次有丝分裂，形成营养细胞和生殖细胞，而生殖细胞又经过一次有丝分裂，形成一个成熟的花粉粒（雄配子体），其中包括两个精细胞和一个营养核。二、植物的授粉与受精植物的授粉是指成熟的花粉粒落在雌蕊柱头上。植物授粉方式：自花授粉和异花授粉。自花授粉：同一朵花内或同株上花朵间的授粉；异花授粉：不同株的花朵间授粉。柱头与花粉的选择性：种间的不亲和或生殖隔离；花粉生活力强弱；自交不亲和（一）植物的授粉雄配子(精子)与雌配子(卵细胞)融合为一个合子，称为受精。授粉后，花粉粒在柱头上发芽，形成花粉管，穿过花柱、子房和珠孔，进入胚囊。一个精核(ｎ)与卵细胞受精结合为合子，将来发育成胚（2n)；另一个精核（n）与两个极核(ｎ+ｎ)受精结合为胚乳核(3ｎ)，将来发育成胚乳，这一过程就称为双受精。（二）双受精通过双受精后发育成的种子，其主要组成部分是胚、胚乳和种皮。胚和胚乳都是通过受精而形成的，但种皮或果皮是母本花朵的营养组织，与双受精过程并没有联系。一个正常种子胚，胚乳和种皮的染色体数目分别为2ｎ，3ｎ和2ｎ。（二）双受精（三）直感现象胚乳细胞是3ｎ，其中2ｎ来自极核，ｎ来自精核，胚乳直感或花粉直感：3ｎ胚乳的性状由于精核的影响而直接表现父本的某些性状。例如：以玉米的黄粒的植株的花粉给白粒的植株花丝授粉，当代所结子粒即表现为父本的黄粒性状。（三）直感现象果实直感如果种皮或果皮组织在发育过程中由花粉影响而表现父本的某些性状，则称为果实直感。例如：棉花的纤维是由种皮细胞延伸的，棉花长纤维品种作为父本和棉花短纤维品种作母本杂交，当代棉籽的发育常因长纤维的父本花粉的影响，而表现果实直感三、无融合生殖无融合生殖无融合生殖是指雌雄配子不发生核融合的一种无性生殖方式，无融合生殖可分为：单倍配子体无融合生殖、二倍配子体无融合生殖、不定胚和单性结实。是指雌雄配子体不经过正常受精而产生单倍体胚(n)的一种生殖方式，简称单性生殖。孤雌生殖：卵细胞未经受精而发育成单倍体胚的生殖方式。但其极核细胞却必须受精才能发育成胚乳。孤雄生殖：精细胞入卵后尚未与卵核融合，卵核即发生退化、解体，雄核取代了卵核地位，在卵细胞质内发育成仅具有父本染色体的胚。1、单倍配子体无融合生殖花药、花粉的离体培养，人为创造孤雄生殖的一种方式。1、单倍配子体无融合生殖2、二倍配子体无融合生殖胚囊中二倍配子体发育形成种子的无融合生殖类型。由造孢细胞或者由邻近的珠心细胞形成的胚囊，由于没有经过减数分裂，故胚囊里所有核都是二倍体(2n)。因此又称为不减数的单性生殖。在禾本科、蔷薇科、菊科等植物中均有发现。由珠心或珠被的二倍体细胞产生胚，完全不经过配子阶段。。柑桔类中常出现多胚现象，其中一个胚就是正常受精发育而成的。其余的胚则是珠心组织的二倍体体细胞进入胚囊发育的不定胚。3、不定胚4.单性结实单性结实：子房不经过受精作用，在花粉刺激下发育成果实的现象。葡萄、柑橘常有自然发生的单性结实。利用生长素代替花粉的刺激也可以诱导单性结实，如番茄、辣椒等。第五节生活周期一、世代交替生物的生活周期是指个体发育的全过程。高等生物的生活周期是指从合子到个体成熟所经历的一系列的发育阶段。有性生殖生物的生活周期大多数包括一个有性世代和无性世代，这样二者交替发生，称为世代交替.一、世代交替在高等植物中，一个受精卵发育成一个孢子体（2n），称为孢子体世代，是无性世代。孢子体经过一定的发育阶段，某些细胞特化经过减数分裂，染色体数目减半，形成配子体(n)，产生雌雄配子，称为配子体世代，是有性世代。一、世代交替雌配子和雄配子经过受精形成合子，于是又发育为新一代的孢子体(2n)。孢子体世代与配子体世代的相互交替，恰与这两个世代的染色体数目的变换是一致。二、低等生物的生活周期红色面包霉的生活周期红色面包霉的单倍体世代（n=7）是多细胞的菌丝体和分生孢子。由分生孢子发芽形成为新的菌丝，这是它的无性世代。但是，当两种不同生理类型的菌丝，通过融合和异型核的接合而形成为二倍体的合子（2n=14），这便是它的有性世代。三、高等植物的生活周期高等植物的生活周期高等植物的生活周期是从种子胚到下一代的的种子胚，包括无性世代和有性世代。现以玉米为例，说明高等植物的生活周期。高等植物的生活周期高等植物从合子发育成一个绿色植株。是孢子体的无性世代，称为孢子体世代孢子体发育到一定程度以后，在其花药和胚珠内发生减数分裂，形成单倍体的大孢子（n）和小孢子（n）。高等植物的生活周期大孢子和小孢子经过有丝分裂分别分化成雌配子体胚囊和雄配子体花粉粒，雌雄配子体的形成标志着植物进入了生命周期的另一个有性世代称为配子体世代。雌雄配子受精形成合子，标志着有性世代的结束，又进入无性世代。以果蝇为例说明高等动物的生活周期。雌雄异体，属于完全变态类型，受精卵脱离母体生长，经过幼虫、蛹再到成虫。而多数高等动物的受精卵是在母体中发育。四、高等动物的生活周期四、高等动物的生活周期本章小结染色体的形态和数目:染色体的形态特征:重要性、形态、大小、类别、编号和数目等。染色体的结构细胞的有丝分裂细胞周期；有丝分裂的意义。细胞的减数分裂:特点和意义。配子的形成和受精生活周期