第一章遗传的细胞学基础.

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第三节细胞的分裂和细胞周期第四节生物配子形成和受精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染色质是染色体在细胞分裂间期所表现的形态，亦称为染色质线。真核生物中，是由DNA和蛋白质及少量的RNA组成的复合物。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，构成常染色质的DNA主要是单一序列和中度重复序列DNA。异染色质是染色质线中染色很深的区段，称为异染色质区。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、连接丝和一个分子的组蛋白H1。（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。人类最长的一条染色体，在间期伸展时长达85mm，但在中期，却卷缩成为直径0.5微米，长度只有10微米的染色体。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恒定，它们在体细胞中成对，在性细胞中总是成单的。通常以2n表示体细胞的染色体数目，用n表示性细胞的染色体数目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通常把正常的染色体称为A染色体;把额外染色体统称为B染色体。B染色体比A染色体小，能自我复制，当它在细胞中增加到一定数目时，会影响生物的生存。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的分裂和细胞周期一、细胞周期二、无丝分裂三、有丝分裂四、减数分裂一、细胞周期细胞分裂的方式分为无丝分裂、有丝分裂和减数分裂。高等生物体细胞分裂主要是以有丝分裂方式进行的。细胞周期主要包括细胞有丝分裂过程及其两次分裂之间的间期。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细胞周期中的关键基因：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。细胞是否进行入S期的控制点存在于G1中期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。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。二、无丝分裂三、有丝分裂前期中期后期末期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。有丝分裂的特殊形式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：体细胞染色体加倍着丝点不分裂,形成多线染色体。四、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。因为它使体细胞染色体数目减半，故称为减数分裂。减数分裂的主要特点首先是各对同源染色体在细胞分裂的前期配对或称联会；其次是细胞在分裂过程中包括两次分裂，第一次是减数的；第二次是等数的。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减数分裂过程前期Ｉ细线期减数第一次分裂偶线期:联会了的一对同源染色体称为二价体。同源染色体经过配对在偶线期形成联会复合体。减数第一次分裂联会复合体由中央成分的两侧伸出横丝，使同源染色体得以固定在一起。减数第一次分裂粗线期减数第一次分裂二价体中一个染色体的两条染色单体，互称为姊妹染色单体，不同染色体的染色单体，互称为非姊妹染色单体。在粗线期非姊妹染色单体间出现交换，将造成遗传物质的重新组合。粗线期减数第一次分裂交叉是交换的结果双线期:减数第一次分裂终变期交叉端化。是鉴定染色体数目的最好时期。减数第一次分裂中期ＩF3减数第一次分裂后期Ｉ每一级只分到每对同源染色体中的一个，实现了染色体数目减半。F4减数第一次分裂末期Ｉ末期Ｉ同时细胞质分为两部分，近而形成两个子细胞，称为二分体。减数第一次分裂第二次分裂前期Ⅱ中期ⅡF5减数第二次分裂后期Ⅱ着丝点一分为二，各个染色单体由纺锤丝分别拉向两极。F7减数第二次分裂末期Ⅱ拉到两极的染色体形成新的子核，同时细胞质又分为两部分，形成四个子细胞，称为四分体或四分孢子。减数第二次分裂（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。非同源染色体间后期Ｉ自由组合，n对染色体，就可能有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三种：无性生殖、有性生殖和无融合生殖。无性生殖也称为营养体生殖。高等生物有性生殖是通过亲本雌、雄配子受精而形成合子，随后进一步分裂，分化和发育而产生后代。一、雌雄配子的形成（一）高等动物性细胞的形成高等植物有性生殖的全部过程都是在花器里进行的。（二）高等植物性细胞的形成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，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。被子植物雌配子形成过程雌蕊子房胚珠的珠心中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，另一个为卵细胞二、植物的授粉与受精授粉：指成熟的花粉粒落在雌蕊柱头上。植物授粉方式可分为两大类型：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）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，花粉粒在柱头上萌发形成花粉管，穿过花柱、子房和珠孔，进入胚囊。花粉管延伸时，营养核走在两个精核的前端，花粉管进入胚囊，一旦接触助细胞即破裂，助细胞同时破坏。（二）受精两个精核与花粉管内的含物一同进入胚囊，这时一个精核(ｎ)与卵细胞受精结合为合子，将来发育成胚（2n)同时，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）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，但种皮或果皮都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）受精（三）直感现象直感现象：花粉对种子或果实的性状产生影响的现象。分为花粉直感和果实直感。花粉直感：在3ｎ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，这种现象称为花粉直感或胚乳直感。原因：花粉中带有控制胚乳性状的显性基因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。胚乳直感果实直感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。与花粉直感的区别：非受精的直接结果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：雌雄配子不发生核融合，但又能形成种子的一种无性生殖方式。主要有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。单性生殖：雌雄配子体不经过正常受精而产生单倍体胚(n)的生殖方式。孤雌生殖：卵细胞未经过受精而发育成有机体的生殖方式。卵细胞虽然未经过受精发育成单倍体胚，但它的极核细胞却必须受精才能发育成胚乳。1、单倍配子体无融合生殖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。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指从二倍体的配子体发育而成孢子体的无融合生殖类型。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为胚，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，在花粉的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包括一个有性世代和无性世代，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。