论谈《遗传的细胞基础》郝永文

在遗传的细胞基础这一主题内容的教学中遇到了哪些困难？哪些得到了解决，哪些没有的到解决？1.植物的卵子和精子有细胞壁吗？精子和卵子是怎样形成的？受精作用怎么进行呢？植物的精子和卵细胞是植物体中唯一天生没有细胞壁的细胞，细胞壁是在形成受精卵后在发育过程中逐渐形成，但是要注意精子和卵子没有细胞壁，但是有其他细胞和结构的保护， 如精子有花粉壁的保护；而卵细胞是深藏在胚囊中，在胚囊的外面有珠被保护。 以玉米为例：玉米植株是孢子体，玉米雄花序着生在茎的端部，在雄花里有孢原细胞，孢原细胞经过几次有丝分裂，成为小孢子母细胞（2N），小孢子母细胞经过一次减数分裂，形成四个小孢子-花粉粒（N），小孢子经过一次有丝分裂，产生两个单倍体核，其中一个核不再分裂，成为管核或营养核（N），另一核再进行有丝分裂一次，成为两个雄核（N），这样雄配子体-成熟花粉粒-含有三个单倍体核。 在玉米植株上部叶腋间着生几个雌花序，在雌花里出现孢原细胞，这孢原细胞发育为大孢子母细胞（2N），大孢子母细胞经过一次减数分裂形成有4个单倍体核，其中3个退化。留下来的大孢子又经过三次有丝分裂形成了8个单倍体核的胚囊（雌配子体），在这8个核中，位于顶端的三个核继续分裂为反足细胞，两个核移至中部为极核，还有三个核移至胚囊底部，构成两个助核和一个卵核 授粉后，雄核（就是精子）通过花粉管沿着花柱长到胚囊，在那里一个雄核跟卵核结合，产生二倍体核，另一个雄核跟两个极核结合产生三倍体核。2. 有丝分裂同源染色体的非姐妹染色单体的交叉互换能有何生物学意义？这个问题的产生源于一道高考题（9分）在减数分裂中每对同源染色体配对形成四分体，四分体中的非姐妹染色单体之间经常发生交换。实验表明，交换也可以发生在某些生物体的有丝分裂中，这种现象称为有丝分裂交换。图39一1是某高等动物一个表皮细胞发生有丝分裂交换的示意图，其中D和d, E和e ，F和f表示某对同源染色体上的三对等位基因。图39一1交换过程示意图（左：交换前的染色体；右：交换后的染色体）（1）请问该细胞在发生有丝分裂交换后，产生几种基因型的子代表皮细胞？（2）如果细胞在减数分裂和有丝分裂中都发生交换，你认为哪一种分裂方式对于遗传多样性的贡献更大？为什么？有丝分裂中的同源染色体交叉互换有何生物学意义及应用呢？1.多细胞生物体的有丝分裂同源染色体的互换，对于遗传的多样性贡献不大，因为多细胞生物多为有性生殖。但如果是单细胞的真核生物，它的有丝分裂过程中的同源染色体的交叉互换，也会使后代发生基因分离和基因重组。对单细胞真核生物而言有丝分裂的交叉互换对其遗传的多样性有一定的贡献，说到这里我们可以想到进行无性生殖的生物也可以发生基因重组。2.对于杂合的二倍体的单细胞真核生物体在有丝分裂过程中，由于体细胞交换可导致原杂合二倍体的部分基因纯合化。可以根据有丝分裂的交换值进行基因定位。（看上面的高考题图）其基因定位的原理是依据体细胞同源染色体的交换使得染色体远端的杂合基因纯合化的规律，这个规律可用来确定基因在染色体上的排列位置和距离。3.减数分裂中染色体的变异与遗传的多样性的联系？ 现代进化理论认为：生殖隔离产生的根本原因是基因库的显著差异，这种差异反映在细胞水平，我认为就是不同的物种其染色体的结构、数目的存在着或大或小的差异。这种差异是进化过程中逐渐产生的。是如何产生的呢？我以为主要是来自真核生物在漫长的进化过程中通过染色体的倒位、易位等结构变异及数目变异引发的。 减数分裂和受精作用的意义：对遗传和变异有重要的意义。 这里的变异，我们在授课时更多的是从基因重组去说明，当然这是必然发生的变异。但我以为对于物种的形成减数分裂中的染色体的变异比基因重组有更大的价值。例如：减数分裂不正常，结果也可能产生染色体不减半的配子，这样的配子结合就产生了四倍体的生物，这种四倍体就会形成新的物种，多倍体植物很普遍。（染色体数目发生了变异）还有我在阅读大学教材遗传学时了解到， 人类与黑猩猩、大猩猩、猩猩的染色体在结构上很相像，但也发现在它们之间发生了很多重排，有人比较了人类最大的第2染色体的两臂在这3种猩猩中都是分开成两条端着丝粒染色体（在黑猩猩中为第12和13染色体，在大猩猩和猩猩中为第11和12染色体），上述两条完整的端着丝粒染色体是经过着丝粒融合之后才形成了人类的第2染色体。由此可见，从一个共同祖先到人科的进化中，人类系谱中至少发生了一次染色体的易位。 可见，染色体无论是结构变异还是数目变异都为生物进化提供了丰富的原材料。而这些变异主要发生在减数分裂过程中。还有减数分裂过程中中心体复制了几次?导致染色体结构改变的分子水平的机制是什么?基因在染色体上为何会呈线性排列？等一些问题还有没有弄清.2