第1章园艺植物细胞学基础

出版社医学分社园艺植物遗传育种11.1细胞的结构与功能1.1.1细胞膜和细胞壁1.1.2细胞质线粒体、质体、核糖体和内质网1.1.3细胞核核膜、核仁、核质第1章园艺植物细胞学基础出版社医学分社园艺植物遗传育种2细胞器细胞质基质细胞壁细胞质细胞核细胞膜内质网液泡高尔基体核糖体线粒体溶酶体叶绿体植物细胞结构出版社医学分社园艺植物遗传育种3植物细胞亚显微结构模式图1.细胞膜2.细胞壁3.细胞质4.叶绿体5.高尔基体6.核仁7.核液8.核膜9.染色质10.核孔11.线粒体12.内质网13.游离的核糖体14.液泡15.内质网上的核糖体出版社医学分社园艺植物遗传育种4细胞膜细胞质细胞核细胞器细胞质基质内质网中心体高尔基体核糖体线粒体溶酶体动物细胞结构出版社医学分社园艺植物遗传育种5动物细胞亚显微结构模式图13.中心体1.细胞膜2.细胞质3.高尔基体4.核液5.染色质6.核仁7.核膜8.内质网9.线粒体10.核孔11.内质网上的核糖体12.游离的核糖体出版社医学分社园艺植物遗传育种6动物细胞植物细胞细胞膜细胞核线粒体内质网核糖体高尔基体溶酶体中心体（低等植物细胞）细胞壁叶绿体中央大液泡高等动、植物细胞的比较出版社医学分社园艺植物遗传育种7细胞器知识归纳结构不具膜结构的细胞器具单层膜的细胞器具双层膜的细胞器光学显微镜下可见成分含DNA的细胞器含RNA的细胞器含色素的细胞器功能能产生水的细胞器能产生ATP的细胞器能量转换器能复制的细胞器能合成有机物的细胞器与有丝分裂有关的细胞器与分泌蛋白的合成、运输、分泌有关的细胞器能发生碱基互补配对的细胞器（结构）出版社医学分社园艺植物遗传育种8真核细胞细胞壁细胞膜细胞质细胞核真核细胞的亚显微结构和功能细胞质基质细胞器叶绿体（光合作用）线粒体（有氧呼吸）内质网高尔基体核糖体（合成蛋白质）中心体（细胞增殖）液泡（水分代谢）核膜（有核孔）核仁（周期性地变化）染色质（染色体）不具膜结构的细胞器出版社医学分社园艺植物遗传育种9真核细胞细胞壁细胞膜细胞质细胞核细胞质基质细胞器叶绿体（光合作用）线粒体（有氧呼吸）内质网高尔基体核糖体（合成蛋白质）中心体（细胞增殖）液泡（水分代谢）核膜（有核孔）核仁（周期性地变化）染色质（染色体）具单层膜结构的细胞器单层膜结构具双层膜结构的细胞器双层膜结构出版社医学分社园艺植物遗传育种10真核细胞细胞壁细胞膜细胞质细胞核细胞质基质细胞器叶绿体（光合作用）线粒体（有氧呼吸）内质网高尔基体核糖体（合成蛋白质）中心体（细胞增殖）液泡（水分代谢）核膜（有核孔）核仁（周期性地变化）染色质（染色体）光学显微镜下可见的细胞器出版社医学分社园艺植物遗传育种11真核细胞细胞壁细胞膜细胞质细胞核细胞质基质细胞器叶绿体（光合作用）线粒体（有氧呼吸）内质网高尔基体核糖体（合成蛋白质）中心体（细胞增殖）液泡（水分代谢）核膜（有核孔）核仁（周期性地变化）染色质（染色体）含DNA的细胞器含RNA的细胞器出版社医学分社园艺植物遗传育种12真核细胞细胞壁细胞膜细胞质细胞核细胞质基质细胞器叶绿体（光合作用）线粒体（有氧呼吸）内质网高尔基体核糖体（合成蛋白质）中心体（细胞增殖）液泡（水分代谢）核膜（有核孔）核仁（周期性地变化）染色质（染色体）含色素的细胞器注：有的液泡无色素出版社医学分社园艺植物遗传育种13真核细胞细胞壁细胞膜细胞质细胞核细胞质基质细胞器叶绿体（光合作用）线粒体（有氧呼吸）内质网高尔基体核糖体（合成蛋白质）中心体（细胞增殖）液泡（水分代谢）核膜（有核孔）核仁（周期性地变化）染色质（染色体）能产生水的细胞器出版社医学分社园艺植物遗传育种14真核细胞细胞壁细胞膜细胞质细胞核细胞质基质细胞器叶绿体（光合作用）线粒体（有氧呼吸）内质网高尔基体核糖体（合成蛋白质）中心体（细胞增殖）液泡（水分代谢）核膜（有核孔）核仁（周期性地变化）染色质（染色体）能产生ATP的细胞器能产生ATP的细胞结构能量转换器出版社医学分社园艺植物遗传育种15真核细胞细胞壁细胞膜细胞质细胞核细胞质基质细胞器叶绿体（光合作用）线粒体（有氧呼吸）内质网高尔基体核糖体（合成蛋白质）中心体（细胞增殖）液泡（水分代谢）核膜（有核孔）核仁（周期性地变化）染色质（染色体）能复制的细胞器出版社医学分社园艺植物遗传育种16真核细胞细胞壁细胞膜细胞质细胞核注意：细胞包括原核细胞与真核细胞细胞质基质细胞器叶绿体（光合作用）线粒体（有氧呼吸）内质网高尔基体核糖体（合成蛋白质）中心体（细胞增殖）液泡（水分代谢）核膜（有核孔）核仁（周期性地变化）染色质（染色体）能合成有机物的细胞器出版社医学分社园艺植物遗传育种17真核细胞细胞壁细胞膜细胞质细胞核细胞质基质细胞器叶绿体（光合作用）线粒体（有氧呼吸）内质网高尔基体核糖体（合成蛋白质）中心体（细胞增殖）液泡（水分代谢）核膜（有核孔）核仁（周期性地变化）染色质（染色体）与有丝分裂有关的细胞器注：中心体还与细胞的分裂方向有关出版社医学分社园艺植物遗传育种18真核细胞细胞壁细胞膜细胞质细胞核细胞质基质细胞器叶绿体（光合作用）线粒体（有氧呼吸）内质网高尔基体核糖体（合成蛋白质）中心体（细胞增殖）液泡（水分代谢）核膜（有核孔）核仁（周期性地变化）染色质（染色体）与分泌蛋白的合成、运输、分泌有关的细胞器（结构）（结构）出版社医学分社园艺植物遗传育种19真核细胞细胞壁细胞膜细胞质细胞核细胞质基质细胞器叶绿体（光合作用）线粒体（有氧呼吸）内质网高尔基体核糖体（合成蛋白质）中心体（细胞增殖）液泡（水分代谢）核膜（有核孔）核仁（周期性地变化）染色质（染色体）能发生碱基互补配对的细胞器（结构）（结构）出版社医学分社园艺植物遗传育种20•与细胞能量转换有关的细胞器：•与分泌、蛋白合成加工和运输有关的细胞器：•含有遗传物质DNA的细胞器含有遗传物质RNA的细胞器•与细胞的有丝分裂有关的细胞器：•能生成水的细胞器：•含有色素的细胞器：线粒体、叶绿体、核糖体叶绿体、液泡核糖体、内质网、高尔基体、线粒体高尔基体、中心体线粒体、叶绿体线粒体、叶绿体线粒体、核糖体线粒体、叶绿体、核糖体出版社医学分社园艺植物遗传育种211.2染色体1.2.1染色体的形态１）一般，每个染色体都有一个着丝粒（主缢痕）和被着丝粒分开的两个臂组成。２）某些染色体还具有次缢痕和随体。１长臂２主缢痕３着丝点４短臂５次缢痕６随体出版社医学分社园艺植物遗传育种22长臂/短臂染色体形态着丝点位置染色体分类缩写1.00V形正中正中着丝点染色体M1.01~1.70V形中部中着丝点区染色体m1.71~3.00L形近中近中着丝点区染色体sm3.01~7.00L形近端近端着丝点区染色体st7.01棒形端部端着丝点区染色体t长短臂极其粗短粒形端部端着丝点染色体T出版社医学分社园艺植物遗传育种231.2.2染色体的数目与组型1）染色体的数目2）染色体大小3）染色体组型（核型）分析出版社医学分社园艺植物遗传育种241）染色体的数目A染色体：生物体内数目、形状、大小恒定，增减有害B染色体（副染色体、超数染色体）：小；异染色质；能复制，数目不稳定；增减对生物影响小，太多则有害。出版社医学分社园艺植物遗传育种25一些生物的染色体数目水稻24条(2n)大豆40条(2n)烟草48条(2n)普通小麦42条(2n)蚕豆12条(2n)陆地棉52条(2n)大麦14条(2n)豌豆14条(2n)茶树30条(2n)玉米20条(2n)马铃薯48条(2n)人46条(2n)高粱20条(2n)甘薯90条(2n)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)被子植物中的一种菊科植物n=2有些植物n=400-600出版社医学分社园艺植物遗传育种262）染色体的大小各物种差异很大，染色体大小主要指长度，同一物种染色体宽度大致相同；长:0.20-50微米、宽:0.20-2.00微米。单子叶植物双子叶植物出版社医学分社园艺植物遗传育种273）染色体组型（核型）分析定义：根据染色体的长度、着丝粒的位置、臂比、随体的有无，并借助染色体分带技术对某一生物的染色体进行分析、比较、排序、编号。意义：（1）系统发育（2）亲缘关系（3）疾病诊断出版社医学分社园艺植物遗传育种28什么是染色体分带技术特殊的染料、染色方法，使同一染色体的不同区段呈现不同的染色效果－带型，一般带型是相对稳定的。出版社医学分社园艺植物遗传育种29人类染色体核型分析（Q带）出版社医学分社园艺植物遗传育种30女男出版社医学分社园艺植物遗传育种31Eg蚕豆的核型分析2n=12，染色体长度：大小臂比：大小带型：同源＋编号出版社医学分社园艺植物遗传育种32水稻和玉米在细胞减数分裂的粗线期染色体的长度水稻玉米染色体编号全长(微米)长臂/短臂全长(微米)长臂/短臂179．01．7282．401．30247．52．1666．501．25347．01．2362．002．00438．52．0858．781．60530．52．0559．821．10627．54．0048．737．10726．51．0346．782．80823．01．7047．783．20921．03．2043．241．801021．06．0036．932．801120．51．56----1218．03．00----出版社医学分社园艺植物遗传育种331.2.3染色体的结构染色体的化学组成主要有蛋白质、DNA和RNA等三部分组成。1977年贝克提出了目前被认为较为合理的四级结构学说，解释从DNA-蛋白质纤丝到染色体的结构变化。出版社医学分社园艺植物遗传育种34染色体的化学组成DNA（1）染色体PROTEIN(1.5~2.5)组蛋白(1)RNA(0.05)非组蛋白(0.5~1.5)出版社医学分社园艺植物遗传育种35染色体的结构模型一级结构：核小体(nucleosome)二级结构：螺线管(selenoid)–H1三级结构：Scaffold四级结构：染色体出版社医学分社园艺植物遗传育种36出版社医学分社园艺植物遗传育种371.3细胞分裂1.3.1有丝分裂1）有丝分裂过程（1）间期（2）前期（3）中期（4）后期（5）末期（6）胞质分割间期：DNA复制和蛋白质合成。前期：染色质细长如丝、开始浓缩，核膜核仁变淡。中期：染色体，着丝粒排列，纺锤体形成。后期：着丝粒一分为二。末期：两极分离子细胞形成。出版社医学分社园艺植物遗传育种38细胞周期出版社医学分社园艺植物遗传育种39有丝分裂出版社医学分社园艺植物遗传育种40有丝分裂图像出版社医学分社园艺植物遗传育种412）有丝分裂的遗传学意义首先是核内每个染色体都能准确地复制分裂为二，为形成的２个子细胞在遗传组成上与母细胞完全一样提供了基础。其次是复制的各对染色体有规则而均匀地分配到２个子细胞的核中去，从而使２个子细胞与母细胞具有同样质量和数量的染色体。也就是说，不论根、茎、叶、花、果实、种子等任何一部分的体细胞，都有同等数量和质量的染色体。①核均等分裂：遗传物质②质分裂不均一：组织分化出版社医学分社园艺植物遗传育种421.3.2减数分裂1）减数分裂过程第一次分裂：（1）前期I①细线期②偶线期③粗线期④双线期⑤终变期（2）中期I（3）后期I（4）末期I第二次分裂前期II、中期II、后期II和末期II。出版社医学分社园艺植物遗传育种43特点：1)联会、交换2)两次分裂出版社医学分社园艺植物遗传育种44出版社医学分社园艺植物遗传育种45出版社医学分社园艺植物遗传育种46出版社医学分社园艺植物遗传育种472）减数分裂的遗传学意义首先，减数分裂时核内染色体严格按照一定的规律变化，最后分裂形成4个子细胞，发育成雌性细胞或雄性细胞，各具有半数的染色体（n），这样雌雄性细胞受精结合为合子，又恢复为全数的染色体（2n）。从而保证了亲代与子代染色体数目恒定，保持了种质的连续性，同时保证了物种相对的稳定性。其次，性母细胞的各对同源染色体在分裂中期Ⅰ排列在赤道板上，在后期Ⅰ各对同源染色体中的两个成员移向两极时是随机的。同源染色体间分离，各非同源染色体间都可能自