第一章 遺傳的細(xì)胞學(xué)基礎(chǔ)

第一章

遺傳的細(xì)胞學(xué)基礎(chǔ)授課教師：E-mail:內(nèi)容提要第一節(jié)、細(xì)胞概述第二節(jié)、遺傳物質(zhì)的主要載體——染色體第三節(jié)、染色體在細(xì)胞分裂中的傳遞第四節(jié)、配子的發(fā)生和染色體周史

根據(jù)細(xì)胞結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度，可把細(xì)胞分為原核細(xì)胞和真核細(xì)胞。1、原核細(xì)胞細(xì)胞壁：細(xì)胞壁酸和肽聚糖（原核生物特有）細(xì)胞膜：蛋白質(zhì)和磷脂，流動(dòng)，與真核細(xì)胞相似細(xì)胞質(zhì)：DNA、RNA、Pr等，除核糖體外沒(méi)有細(xì)胞器的分化

擬核：沒(méi)有核膜和核仁，沒(méi)有真正的細(xì)胞核。

DNA裸露，不與蛋白質(zhì)結(jié)合，每個(gè)細(xì)胞內(nèi)只有一條DNA第一節(jié)細(xì)胞概述2、真核細(xì)胞細(xì)胞壁：纖維素，植物細(xì)胞，保護(hù)

細(xì)胞膜：蛋白質(zhì)和磷脂，選擇透過(guò)性，信息傳遞、能量轉(zhuǎn)換、代謝調(diào)控、細(xì)胞識(shí)別

線(xiàn)粒體：酶，氧化磷酸化，氧化和呼吸作用中心，細(xì)胞動(dòng)力工廠；DNA，半自主細(xì)胞質(zhì)：質(zhì)體：葉綠體，光合作用；DNA，半自主

核糖體：RNA，蛋白質(zhì)的加工廠

內(nèi)質(zhì)網(wǎng)：連接質(zhì)膜與核膜，運(yùn)轉(zhuǎn)蛋白質(zhì)合成原料和產(chǎn)物的通道

核膜：核孔，核質(zhì)物質(zhì)交流、遺傳信息流向細(xì)胞核：核液：與蛋白質(zhì)合成有關(guān)（主導(dǎo)）核仁：DNA、RNA、Pr，細(xì)胞分裂過(guò)程中，分散，重聚，合成rRNA。

染色質(zhì)和染色體：同一種物質(zhì)在細(xì)胞分裂過(guò)程中表現(xiàn)的不同形態(tài)，遺傳物質(zhì)的主要載體

遺傳物質(zhì)的分布主要在染色體上細(xì)胞質(zhì)內(nèi)細(xì)胞核遺傳細(xì)胞質(zhì)遺傳生物的遺傳（所以說(shuō)，染色體是遺傳物質(zhì)的主要載體）例：紫茉莉葉色的遺傳遺傳物質(zhì)主要存在于細(xì)胞核內(nèi)即染色質(zhì)/染色體上

染色質(zhì)：在細(xì)胞尚未進(jìn)行分裂的核中，可看到許多用堿性染料染色較深的纖細(xì)網(wǎng)狀物染色體：細(xì)胞分裂時(shí)，核內(nèi)出現(xiàn)的用堿性染料染色較深的結(jié)構(gòu)，是遺傳物質(zhì)的主要載體。染色質(zhì)和染色體是同一種物質(zhì)在細(xì)胞分裂過(guò)程中的不同表現(xiàn)形式。第二節(jié)、遺傳物質(zhì)的主要載體（染色體）中期染色體形態(tài)1長(zhǎng)臂2著絲點(diǎn)3主縊痕4短臂5次縊痕6隨體1、染色體的形態(tài)特征染色體的形態(tài)表現(xiàn)形式(臂比)中間著絲點(diǎn)染色體(等臂)：V近中著絲點(diǎn)染色體：L近端著絲點(diǎn)染色體：近似棒狀端著絲點(diǎn)染色體：棒狀顆粒狀染色體：顆粒狀圖染色體的形態(tài)2、染色體數(shù)目每種生物細(xì)胞中的染色體數(shù)目是相對(duì)恒定的，體細(xì)胞的染色體數(shù)目用2n表示，性細(xì)胞中的染色體數(shù)目用n表示。同源染色體：形態(tài)、結(jié)構(gòu)相同非同源染色體：形態(tài)、結(jié)構(gòu)不同水稻2n=24，小麥2n=42玉米2n=20果蠅2n=8人類(lèi)2n=46洋蔥2n=16蠶豆2n=12大蒜2n=16不同物種間染色體數(shù)目差別很大。物種染色體數(shù)目的多少與該物種的進(jìn)化程度無(wú)關(guān)。染色體組型分析（核型分析）：根據(jù)染色體長(zhǎng)度、著絲點(diǎn)位置、臂比、隨體有無(wú)等特點(diǎn)，對(duì)各對(duì)同源染色體進(jìn)行分類(lèi)、編號(hào)，研究一個(gè)細(xì)胞的整套染色體。圖人類(lèi)染色體核型一、原核細(xì)胞的分裂二、真核細(xì)胞的有絲分裂三、真核細(xì)胞的減數(shù)分裂第三節(jié)、染色體在細(xì)胞分裂中的傳遞二、真核細(xì)胞的有絲分裂1、間期2、分裂期

前期中期后期末期

間期

(interphase)1、間期2、分裂期：前期、中期、后期、末期

（1）前期(prophase)

晚前期(lateprophase)(圖例為洋蔥根尖切片)染色體核仁中心體早前期(earlyprophase)(圖例為洋蔥根尖切片)（2）中期(metophase)中期(metophase)紡綞絲（3）后期(anaphase)著絲粒后期(anaphase)（4）末期(telophase)末期(telophase)早前期晚前期早后期晚后期末期中期間期間期早前期晚前期中期后期末期形成兩個(gè)子細(xì)胞3、有絲分裂的遺傳學(xué)意義核內(nèi)每個(gè)染色體準(zhǔn)確的復(fù)制，然后有規(guī)則而均勻地分配到兩個(gè)子細(xì)胞中，從而使兩個(gè)子細(xì)胞與母細(xì)胞具有同樣質(zhì)量和數(shù)量的染色體。維持了個(gè)體的正常生長(zhǎng)和發(fā)育。保證了遺傳物質(zhì)在世代間的連續(xù)性和穩(wěn)定性。三、真核細(xì)胞的減數(shù)分裂1、分裂過(guò)程又稱(chēng)成熟分裂，是有性生殖生物在性成熟時(shí)產(chǎn)生性細(xì)胞過(guò)程中的一種特殊的有絲分裂方式。其中染色體復(fù)制一次，核分裂兩次，因此形成染色體減數(shù)的配子。主要特點(diǎn)：1）前期I聯(lián)會(huì)

2）兩次分裂第一次減數(shù)第二次等數(shù)圖植物減數(shù)分裂模式圖減數(shù)第一次分裂

前期Ｉ根據(jù)染色體的形態(tài)，可分為5個(gè)階段：〖細(xì)線(xiàn)期〗細(xì)胞核內(nèi)出現(xiàn)細(xì)長(zhǎng)、線(xiàn)狀染色體，每條染色體含有兩條姐妹染色單體?！寂季€(xiàn)期〗又稱(chēng)配對(duì)期。細(xì)胞內(nèi)的同源染色體兩兩側(cè)面緊密相連進(jìn)行配對(duì)，這一現(xiàn)象稱(chēng)作聯(lián)會(huì)。〖粗線(xiàn)期〗染色體連續(xù)縮短變粗，同時(shí),四分體中的非姐妹染色單體之間發(fā)生了DNA的片斷交換，從而導(dǎo)致了父母基因的互換，產(chǎn)生了基因重組，但每個(gè)染色單體上仍都具有完全相同的基因。〖雙線(xiàn)期〗發(fā)生交叉的染色單體開(kāi)始分開(kāi)。由于交叉常常不止發(fā)生在一個(gè)位點(diǎn)，因此，染色體呈現(xiàn)V、X、8、O等各種形狀?！冀K變期〗(又叫濃縮期）染色體變得更為濃縮和粗短。這一時(shí)期交叉向染色體兩端移動(dòng)，并逐漸接近于末端，該過(guò)程叫交叉的端化。中期Ｉ：各成對(duì)的同源染色體雙雙移向細(xì)胞中央的赤道板，著絲點(diǎn)成對(duì)排列在赤道板兩側(cè)，細(xì)胞質(zhì)中形成紡錘體。后期Ｉ：由紡錘絲的牽引，使成對(duì)的同源染色體各自發(fā)生分離，并分別移向兩極。末期Ｉ：到達(dá)兩極的同源染色體又聚集起來(lái)，重現(xiàn)核膜、核仁，然后細(xì)胞分裂為兩個(gè)子細(xì)胞。這兩個(gè)子細(xì)胞的染色體數(shù)目，只有原來(lái)的一半。重新生成的細(xì)胞緊接著發(fā)生第二次分裂。注：1.染色體復(fù)制是在的第一次分裂間期進(jìn)行的，一旦復(fù)制完成，精原細(xì)胞就稱(chēng)作初級(jí)精母細(xì)胞。2.一個(gè)初級(jí)精母細(xì)胞經(jīng)過(guò)第一次減數(shù)分裂成為兩個(gè)次級(jí)精母細(xì)胞，一個(gè)初級(jí)卵母細(xì)胞經(jīng)過(guò)第一次減數(shù)分裂成為一個(gè)次級(jí)卵母細(xì)胞和一個(gè)極體。3.減數(shù)第一次分裂的目的是實(shí)現(xiàn)同源染色體的分離，染色體數(shù)目減半。DNA分子數(shù)目減半。（相對(duì)于復(fù)制后而言）減數(shù)第二次分裂與減數(shù)第一次分裂緊接，也可能出現(xiàn)短暫停頓。染色體不再?gòu)?fù)制。前期Ⅱ染色體首先是散亂地分布于細(xì)胞之中。而后再次聚集，核膜、核仁再次消失，再次形成紡錘體。中期Ⅱ

染色體的著絲點(diǎn)排列到細(xì)胞中央赤道板上。注意此時(shí)已經(jīng)不存在同源染色體了。后期Ⅱ

每條染色體的著絲點(diǎn)一分為二，兩條姊妹染色單體也隨之分開(kāi)，成為兩條染色體。在紡錘絲的牽引下，這兩條染色體分別移向細(xì)胞的兩極。末期Ⅱ

重現(xiàn)核膜、核仁，到達(dá)兩極的染色體，分別進(jìn)入兩個(gè)子細(xì)胞。兩個(gè)子細(xì)胞的染色體數(shù)目與初級(jí)精母細(xì)胞相比減少了一半。至此，第二次分裂結(jié)束。注：1.第二次減數(shù)分裂的目的是著絲點(diǎn)分裂，實(shí)現(xiàn)染色單體分離。分裂結(jié)果是染色體數(shù)目不變，DNA分子數(shù)目減半。2.兩個(gè)次級(jí)精母細(xì)胞經(jīng)過(guò)第二次減數(shù)分裂成為四個(gè)精細(xì)胞，精細(xì)胞必須再經(jīng)歷一系列復(fù)雜的形態(tài)變化才成為精子。結(jié)果是一個(gè)精原細(xì)胞經(jīng)過(guò)減數(shù)分裂和一系列的形態(tài)發(fā)育并最終成為四個(gè)精子。3.一個(gè)次級(jí)卵母細(xì)胞經(jīng)過(guò)第二次減數(shù)分裂成為一個(gè)卵細(xì)胞和一個(gè)極體；第一次分裂產(chǎn)生的一個(gè)極體再分為兩個(gè)極體。不久，三個(gè)極體都會(huì)退化消失。結(jié)果是一個(gè)卵原細(xì)胞經(jīng)過(guò)減數(shù)分裂最終只成為一個(gè)卵細(xì)胞。2、減數(shù)分裂的遺傳學(xué)意義

（1）、精子(n)+卵細(xì)胞(n)=2n

染色體數(shù)目恒定性、物種相對(duì)穩(wěn)定性（2）、非姊妹染色單體間交換、后期I同源染色體隨機(jī)分離

變異、生物進(jìn)化

第四節(jié)、配子的發(fā)生和染色體周史一、高等動(dòng)物配子的發(fā)生和生活史（生物個(gè)體發(fā)育的全過(guò)程）二、高等植物配子的發(fā)生和世代交替以玉米為例高等植物雌雄配子形成過(guò)程1、孢子體時(shí)期成熟的玉米種子長(zhǎng)出的綠色植株稱(chēng)孢子體。玉米生長(zhǎng)到一定時(shí)期就產(chǎn)生雄花序和雌花序，雌雄同株異花植物。2、小孢子發(fā)生與雄配子體的形成

雄花序著生在莖的頂端，雄花里雄蕊花藥的表皮下出現(xiàn)孢原細(xì)胞，孢原細(xì)胞經(jīng)幾次分裂成為小孢子母細(xì)胞（2n）,小孢子母細(xì)胞經(jīng)過(guò)減數(shù)分裂的連續(xù)兩次分裂形成四個(gè)小孢子（n）——單核花粉粒。小孢子經(jīng)過(guò)一次有絲分裂，產(chǎn)生一個(gè)小的生殖核（n）和一個(gè)大的營(yíng)養(yǎng)核（n）的雙核花粉粒，生殖核再經(jīng)過(guò)一次有絲分裂，產(chǎn)生兩個(gè)精核（n），這個(gè)三核花粉粒就是雄配子體。3、大孢子發(fā)生和雌配子體的形成雌花序著生在植株上部葉腋處。雌花里雌蕊基部的子房中出現(xiàn)孢原細(xì)胞。經(jīng)過(guò)一次有絲分裂產(chǎn)生兩個(gè)細(xì)胞，其中一個(gè)發(fā)育為大孢子母細(xì)胞（2n）。大孢子母細(xì)胞經(jīng)過(guò)減數(shù)分裂形成四個(gè)子細(xì)胞（n），其中三個(gè)退化，留下來(lái)的大孢子又經(jīng)過(guò)三次有絲分裂，形成8個(gè)單倍體核的胚囊，即雌配子體。其中，近珠孔一端的三個(gè)核發(fā)育成三個(gè)細(xì)胞，中間一個(gè)是卵細(xì)胞，旁邊兩個(gè)是助細(xì)胞，與卵細(xì)胞相對(duì)的一端是三個(gè)反足細(xì)胞，另外，兩個(gè)核從兩端移向中央，成為極核，以后融合發(fā)育成二倍體的極細(xì)胞。4、授粉與受精成熟的花粉粒落在雌蕊的柱頭上，經(jīng)過(guò)萌發(fā)，