普通遗传学2第二章 遗传的细胞学基础

普通遗传学普通遗传学 长江大学2021-10-201第二章第二章 遗传的细胞学基础遗传的细胞学基础第一节 细胞的结构和功能第二节 染色体的形态和数目第三节 细胞的有丝分裂第四节 细胞的减数分裂第五节 配子的形成和受精第六节 生活周期 普通遗传学普通遗传学 长江大学2021-10-202 细胞(cell)：是生物体结构和生命活动的基本单位。 除了病毒和噬菌体等生物外，所有的动植物，不论是 低等的还是高等的，都是由细胞构成的。 单细胞生物：细菌、一些真菌和藻类以及原生动物； 多细胞生物 ：由许多形态和功能不同的细胞所组成 。 根据细胞结构的复杂程度，可把细胞分为两类： 原核细胞(prokaryotic cell) 真核细胞(eukaryotic cell)。 普通遗传学普通遗传学 长江大学2021-10-203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 1-101-10m 1 1、细胞组成：、细胞组成： 细胞壁：蛋白聚糖； 细胞膜： 细胞质：核糖体等；无膜胞器 拟核区：DNA、RNA等； 2、原核生物：、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)。 普通遗传学普通遗传学 长江大学2021-10-204二、真核细胞二、真核细胞非膜相结构细胞细胞壁质膜(细胞膜)原生质细胞质细胞核内质网线粒体线粒体叶绿体叶绿体核糖体高尔基体溶酶体液泡核仁中心体中心体染色质染色质非膜相结构膜相结构核膜 膜相结构核基质核基质真核生物 普通遗传学普通遗传学 长江大学2021-10-205 普通遗传学普通遗传学 长江大学2021-10-206 普通遗传学普通遗传学 长江大学2021-10-207线粒体结构 普通遗传学普通遗传学 长江大学2021-10-208叶绿体叶绿体 普通遗传学普通遗传学 长江大学2021-10-209内质网结构内质网结构 普通遗传学普通遗传学 长江大学2021-10-2010溶酶体结构 普通遗传学普通遗传学 长江大学2021-10-2011高尔基体结构 普通遗传学普通遗传学 长江大学2021-10-2012三、各类型细胞之间的比较三、各类型细胞之间的比较 普通遗传学普通遗传学 长江大学2021-10-2013第二节第二节 染色体的形态和数目染色体的形态和数目一、染色体的形态特征一、染色体的形态特征: : 普通遗传学普通遗传学 长江大学2021-10-2014 1 1重要性重要性: : (1).几乎所有生物细胞中均存在染色体均存在染色体； (2).各物种染色体均各有其特定的形态特征特定的形态特征，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。 普通遗传学普通遗传学 长江大学2021-10-20152 2结构结构: : ( (1)1).组成组成: : 着丝粒、长臂和短臂、随体； (2).(2).着丝点着丝点( (主缢痕主缢痕) )：细胞分裂时纺锤丝于着丝粒的区域， 对于染色体向两极牵引具有决定性作用； (3)(3).次缢痕、随体：次缢痕、随体：是识别特定染色体的重要标志； (4).(4).某些次缢痕具有组成核仁核仁的特殊功能。 普通遗传学普通遗传学 长江大学2021-10-20163 3形态类型形态类型: :长臂/ 短臂染色体形态着丝点位置染色体分类缩写1.001.011.701 .713.003.017.00 7.01 长短臂极其粗短V 形V 形L 形L 形棒形 粒形正中中部近中近端端部端部 正中着丝点染色体中着丝点区染色体近中着丝点区染色体近端着丝点区染色体端着丝点区染色体端着丝点染色体MmsmSttT 普通遗传学普通遗传学 长江大学2021-10-2017 4 4大小大小: : (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：植物植物: :长长约0.20-50 、 宽宽约0.20-2.00 。 普通遗传学普通遗传学 长江大学2021-10-2018(2).高等植物中单子叶单子叶植物植物的染色体一般 比双子叶双子叶植物要大些 单子叶植物单子叶植物中:玉米、小麦、大麦和黑麦 水稻。但, 双子叶植物中的牡丹属牡丹属和鬼臼属鬼臼属也具有 较大的染色体。 普通遗传学普通遗传学 长江大学2021-10-2019 5 5类别类别: : 各生物的染色体不仅形态结构相对稳定结构相对稳定， 而且其数目成对数目成对。 同源染色体同源染色体: :形态和结构相同的一对染色体, 含有相同的基因位点； 异源染色体异源染色体: :这一对染色体与另一对形态结构 不同的染色体，互称为异源染色体, 含有不同的基因位点。 普通遗传学普通遗传学 长江大学2021-10-2020 6 6染色体编号染色体编号: : 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编号。 普通遗传学普通遗传学 长江大学2021-10-2021 人类的23对染色体及其编号 普通遗传学普通遗传学 长江大学2021-10-2022二、染色体数目二、染色体数目表表2 2、一些生物的染色体数目、一些生物的染色体数目水稻水稻2424条条(2n) (2n) 大豆40条(2n) 烟草48条(2n)普通小麦普通小麦4242条条(2n) (2n) 蚕豆12条(2n) 陆地棉52条(2n)大麦14条(2n) 豌豆14条(2n) 茶树茶树3030条条(2n)(2n)玉米玉米2020条条(2n) (2n) 马铃薯48条(2n) 人人4646条条(2n)(2n)高粱20条(2n) 甘薯90条(2n)动物动物中某些扁虫只有4条(n=2)线虫类马蛔虫只有2条(n=1)一种蝴蝶(lysanra)有382条(n=191)被子植物被子植物中的一种菊科植物n=2有些植物有些植物n=400n=400600600 普通遗传学普通遗传学 长江大学2021-10-2023 生物染色体的一般特点：生物染色体的一般特点： 1数目恒定恒定； 2体细胞(2n)是性细胞(n)的二倍二倍； 3与生物进化的关系：无关无关， 可用于物种间的分类； 4染色体数目恒定也是相对相对的（如动物的肝、 单子叶植物的种子胚乳）。 普通遗传学普通遗传学 长江大学2021-10-2024三、原核生物的染色体形态、结构和三、原核生物的染色体形态、结构和数目数目 通常原核生物原核生物细胞里只有一个染色体，呈线状或环状，且DNA含量低于真核生物。例如例如: : 大肠杆菌大肠杆菌 E.coli只有一个环状环状染色体：其DNA分子 含核苷酸对为3106，长度1.1mm。 蚕豆蚕豆 配子中染色体(n=6)的核苷酸对为21010， 长度6000mm。 豌豆豌豆 配子中染色体(n=7)的核苷酸对为31010， 长度10500mm。 普通遗传学普通遗传学 长江大学2021-10-2025第三节第三节 细胞的有丝分裂细胞的有丝分裂 一、细胞周期一、细胞周期 包括细胞有丝分裂过程和两次分裂之间的 间期(interphase)间期：G1期S期G2期 普通遗传学普通遗传学 长江大学2021-10-2026G1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，并为的增长，并为DNA 合成合成 作准备。不分裂细胞则停留在作准备。不分裂细胞则停留在 G1 期期, 也称为也称为G0 期。期。S 期期：DNA 合成合成时期，染色体数目时期，染色体数目 在此期加倍。在此期加倍。G2期期：DNA 合成后至细胞分裂开合成后至细胞分裂开 始之前的第二个间隙，为始之前的第二个间隙，为 细胞分裂作准备细胞分裂作准备。M期期：细胞分裂期细胞分裂期。 普通遗传学普通遗传学 长江大学2021-10-2027 一般S 期时间较长，期时间较长，且较稳定；G1 和和G2 的时间较短的时间较短，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。而细胞分裂期细胞分裂期M 全长只有全长只有1小时小时。 普通遗传学普通遗传学 长江大学2021-10-2028二、有丝二、有丝分裂分裂过程过程 在整个过程染色体会产生有规律的变化，包括包括两个紧密过程：两个紧密过程： 核分裂为二 细胞质分裂， 二个子细胞中各含一个核。 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。 普通遗传学普通遗传学 长江大学2021-10-2029 普通遗传学普通遗传学 长江大学2021-10-2030分裂间期有丝分裂前期中期 普通遗传学普通遗传学 长江大学2021-10-2031中期后期末期细胞质分裂有丝分裂 普通遗传学普通遗传学 长江大学2021-10-2032& 3. 3. 有丝分裂的特殊情况有丝分裂的特殊情况: : 正常：间期间期DNADNA复制复制 染色单体 着丝点裂开着丝点裂开染色体核分裂胞质分裂胞质分裂间期间期DNADNA复制复制.多核细胞多核细胞： 细胞核多次分裂而细胞质不分裂细胞质不分裂，形成具有很多游离核的多核细胞。 芸苔类：绒毡层多核细胞芸苔类：绒毡层多核细胞 普通遗传学普通遗传学 长江大学2021-10-2033. .核内有丝分裂核内有丝分裂： 核内染色体中的染色线连续复制染色线连续复制， 但着丝点不裂开着丝点不裂开 形成多线染色体。 % 例如双翅昆虫摇蚊双翅昆虫摇蚊、果蝇幼虫唾腺细胞果蝇幼虫唾腺细胞 出现巨型染色体，其染色体中染色质线可以多达1000条以上，并具有不同的条纹和条带。 普通遗传学普通遗传学 长江大学2021-10-2034. 4. . 有丝分裂的意义有丝分裂的意义: :. .生物学意义生物学意义： * *有丝分裂促进细胞数目和体积细胞数目和体积增加； * *均等方式有丝分裂，能维持个体正常生长和发育， 保证物种的连续性和稳定性物种的连续性和稳定性；. .遗传学意义：遗传学意义： 核内各染色体准确复制为二两个子细胞提供 与母细胞完全相同的遗传基础相同的遗传基础； 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同样质量和数量的染色体。 普通遗传学普通遗传学 长江大学2021-10-2035第四节第四节 细胞的减数分裂细胞的减数分裂 普通遗传学普通遗传学 长江大学2021-10-2036一、减数分裂一、减数分裂(meiosis)(meiosis)概念概念& 减数分裂：减数分裂： 是性母细胞成熟时配子形成过程中发生一种特殊的有丝分裂使性细胞染色体数目减半。 由于这种分裂方式使子细胞内的染色体数目比母细胞减少一半, 因此称为减数分裂 普通遗传学普通遗传学 长江大学2021-10-2037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 水稻n=12、 玉米n=10、 茶树n=15n(卵) + + n(精) 2n(体) 受精作用可保证物种染色体数恒定。 普通遗传学普通遗传学 长江大学2021-10-2038二、减数分裂二、减数分裂过程过程 减数分裂前间期 减数分裂期 普通遗传学普通遗传学 长江大学2021-10-2039 减数分裂前间期 DNA的合成 其它细胞物质的积累 最大特点: 其S期的持续时间较长. 普通遗传学普通遗传学 长江大学2021-10-2040 减数分裂期减数分裂期包括两次连续进行的细胞分裂 1 减数分裂期: 为染色体数目减半的分裂 前期 、 中期 、 后期 、末期 2 减数分裂期: 为等数分裂 前期 、中期 、 后期 、 末期 普通遗传学普通遗传学 长江大学2021-10-2041 普通遗传学普通遗传学 长江大学2021-10-2042 1、减数分裂期、减数分裂期(1) 前期(prophase ) 染色体进行配对和基因重组, 其形态特点变化复杂, 可进一步划分为5 个时期: 细线期细线期(leptotene) 偶线期偶线期(zygotene) 粗线期粗线期(pachytene) 双线期双线期(diplotene) 终变期终变期(diakinesis) 普通遗传学普通遗传学 长江大学2021-10-2043 细线期细线期(leptotene) 染色质浓缩为染色体 但染色体仍为细长的线状 普通遗传学普通遗传学 长江大学2021-10-2044 偶线期偶线期(zygotene) 染色体缩短变粗，同源染色体联会 二价体二价体: 发生联会的一对同源染色体， 包括 4 条染色单体 联会复合体联会复合体: 在同源染色体联会的部为形成一种 特殊的复合结构，与基因重组有关 普通遗传学普通遗传学 长江大学2021-10-2045 粗线期粗线期(pachytene) 二价体呈现粗线状 非姐妹染色单体之间发生部分DNA片段的交换 普通遗传学普通遗传学 长江大学2021-10-2046 普通遗传学普通遗传学 长江大学2021-10-2047 双线期双线期(diplotene) 染色体继续缩短变粗， 联会的同源染色体相互分离， 二价体的不同部位出现交叉结。 交叉是发生交换的结果 普通遗传学普通遗传学 长江大学2021-10-2048 普通遗传学普通遗传学 长江大学2021-10-2049 终变期终变期(diakinesis) 染色体收缩到最大程度， 短棒状 交叉结端化 核膜裂解，核仁开始消失. 普通遗传学普通遗传学 长江大学2021-10-2050 (2)中期中期 核膜、核仁完全消失. 二价体排列在细胞中央,形成赤道板. 细胞内出现纺锤丝, 产生纺锤体. 每个二价体的着丝粒分别朝向细胞两极. 普通遗传学普通遗传学 长江大学2021-10-2051 (3)后期后期 两条同源染色体分离,并分别移向细胞两极. 细胞每一极只能得到两条同源染色体中的一条,从而导致子细胞内染色体数目减少一半. 移向两极的每一条染色体都包含有同一着丝点相连的两条姐妹染色单体. 普通遗传学普通遗传学 长江大学2021-10-2052 (4)末期末期 重新形成核膜和核仁. 胞质分裂,形成两个子细胞. 普通遗传学普通遗传学 长江大学2021-10-20532减数分裂期减数分裂期2 前期 、 中期 、 后期 、 末期 普通遗传学普通遗传学 长江大学2021-10-2054&三三减数分裂减数分裂特点特点: (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）； 第二次分裂第二次分裂染色体等数。 普通遗传学普通遗传学 长江大学2021-10-2055& 四减数分裂的遗传学意义四减数分裂的遗传学意义: : (1) (1). 生物生活周期中和配子形成过程中必要阶段必要阶段； (2)(2). 最后形成雌雄性细胞雌雄性细胞，各具半数染色体(n)； 雌雄性细胞受精 ( n + + n 2n) 合子 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。 (3). (3). 在中期中期I I 各对同源染色体排列在赤道板上，在后期后期I I 染色体是随机分别拉向二极自由组合自由组合，n n 对染色体， 非同源染色体分离时的可能组合数为2n 。 普通遗传学普通遗传学 长江大学2021-10-2056 (4). 各对同源染色体的非姐妹染色单体间的片断可发生各种方式的交换交换，因而因而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。 普通遗传学普通遗传学 长江大学2021-10-2057(4). 有丝分裂与减数分裂的比较有丝分裂与减数分裂的比较 减数分裂前期有同源染色体配对配对（联会）； 减数分裂遗传物质交换交换（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减半； 分裂中期着丝点在赤道板上的排列排列有差异：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。 普通遗传学普通遗传学 长江大学2021-10-2058第五节第五节 配子的形成和受精配子的形成和受精 一、雌雄配子一、雌雄配子 的形成：的形成： 普通遗传学普通遗传学 长江大学2021-10-2059 高等植物雌雄配子高等植物雌雄配子 的形成过程的形成过程 普通遗传学普通遗传学 长江大学2021-10-2060二、受精二、受精 受精受精(fertilization)：雄配子( 精子) 与雌配子( 卵细胞) 融合为合子， 植物在受精前。 植物的授粉方式：植物的授粉方式：自花授粉自花授粉(self-pollination)：同一朵花内或同株上花朵间的授粉异花授粉异花授粉(cross pollination)：不同株的花朵间授粉。 普通遗传学普通遗传学 长江大学2021-10-2061三、直感现象三、直感现象 胚乳直感胚乳直感(xenia)或花粉直感：或花粉直感： 如果在3 X 胚乳胚乳的性状上由于精核的影响而 直接表现父本的某些性状。 一些单子叶植物单子叶植物的种子常出现这种胚乳直感现象。例如例如，以玉米黄粒的植株花粉给白粒的植株授粉，当代 所结子即表现父本的黄粒性状。 普通遗传学普通遗传学 长江大学2021-10-2062 果实直感果实直感(metaxenia)： 如果种皮或果皮组织种皮或果皮组织在发育过程中由于花粉影响而表现父本的某些性状表现父本的某些性状。 例如例如，棉花纤维是由种皮细胞延伸的。在一些 杂交试验中，当代棉籽的发育常因父本花粉的影响， 而使纤维长度、纤维着生密度表现出一定的果实直 感现象。 普通遗传学普通遗传学 长江大学2021-10-2063四、无融合生殖四、无融合生殖 无融合生殖无融合生殖(apomixis): : 雌雄配子不发生核融合的一种无性生殖方式。 可分为两大类： 营养的无融合生殖营养的无融合生殖(vegetative apomixis)： 能代替有性生殖的营养生殖类型。例如，大蒜的总状花序上常形成近似种子的气生小鳞茎，可代替种子而生殖。 无融合结子无融合结子(agamospermy)： 指能产生种子的无融合生殖。主要包括三种类型： . 单倍配子体无融合生殖(haploidgametophyte apomixis) ； . 二倍配子体无融合生殖(diploid gametophyte apomixis) ； . 不定胚(adventitious embryony) 。 普通遗传学普通遗传学 长江大学2021-10-2064第六节生活周期第六节生活周期 一、低等植物的生活周期一、低等植物的生活周期 普通遗传学普通遗传学 长江大学2021-10-2065 普通遗传学普通遗传学 长江大学2021-10-2066 二、高等植物的生活周期二、高等植物的生活周期 普通遗传学普通遗传学 长江大学2021-10-2067 三、三、高高等等动动物物的的生生活活周周期期