生物競賽 遺傳學(xué) 第1章 遺傳的細(xì)胞學(xué)基礎(chǔ)

1、第第1章章 遺傳的細(xì)胞學(xué)基礎(chǔ)遺傳的細(xì)胞學(xué)基礎(chǔ)第第1節(jié)節(jié) 細(xì)胞的結(jié)構(gòu)和功能細(xì)胞的結(jié)構(gòu)和功能 細(xì)胞質(zhì)細(xì)胞質(zhì) ( (Cytoplasm)Cytoplasm) 細(xì)胞膜（細(xì)胞膜（Cell membraneCell membrane）細(xì)胞核細(xì)胞核 ( (cleuscleus ) ) 動物細(xì)胞結(jié)構(gòu)模型動物細(xì)胞結(jié)構(gòu)模型植物細(xì)胞結(jié)構(gòu)模型植物細(xì)胞結(jié)構(gòu)模型原核細(xì)胞原核細(xì)胞細(xì)胞質(zhì)細(xì)胞質(zhì)細(xì)胞質(zhì)細(xì)胞質(zhì)細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)溶酶體溶酶體 lysosmelysosme 細(xì)胞器細(xì)胞器organelleorganelle 線粒體線粒體 mitochondriamitochondria 質(zhì)質(zhì) 體體 plastidplastid 核糖

2、體核糖體 ribosomeribosome 高爾基體高爾基體 GolgiGolgi body body 中心體中心體 Central bodyCentral body 液液 泡泡 Vacuole Vacuole 葉綠體葉綠體chloroplastchloroplast內(nèi)質(zhì)網(wǎng)內(nèi)質(zhì)網(wǎng) endoplasmic reticulm 細(xì)細(xì) 胞胞 器器溶酶體溶酶體 lysosmelysosme 細(xì)胞器細(xì)胞器organelleorganelle 線粒體線粒體 mitochondriamitochondria 質(zhì)質(zhì) 體體 plastidplastid 核糖體核糖體 ribosomeribosome 高爾基體高爾

3、基體 Golgi body Golgi body 中心體中心體 Central bodyCentral body 液液 泡泡 Vacuole Vacuole 葉綠體葉綠體chloroplastchloroplast細(xì)胞核細(xì)胞核 nucleus核仁核仁 nucleolusnucleolus 細(xì)胞核細(xì)胞核核膜核膜 nuclear membrane nuclear membrane 核質(zhì)核質(zhì) nuclear sapnuclear sap 染色質(zhì)染色質(zhì)chromatinchromatin和染色體和染色體chromosome chromosome 第第2節(jié)節(jié) 染色體染色體染色質(zhì)染色質(zhì) 染色質(zhì)染色質(zhì)chr

4、omatinchromatin：間期細(xì)胞核內(nèi)能被堿間期細(xì)胞核內(nèi)能被堿性染料著色的物質(zhì)。性染料著色的物質(zhì)。 組成：組成：DNADNA、組蛋白、非組蛋白組蛋白、非組蛋白 染色質(zhì)絲：染色質(zhì)絲：1010nmnm，含有一條含有一條DNADNA分子分子染色質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)單元染色質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)單元 核小體核小體 nuclesomenuclesome 8 8個組蛋白分子組成核小個組蛋白分子組成核小體的核心體的核心 （H H2 2A A、H H2 2B B、H H3 3、H H4 4） DNADNA在八聚體纏繞在八聚體纏繞1.751.75圈，圈，大約大約146146bpbp 組蛋白組蛋白H H1 1結(jié)合在結(jié)合在DN

5、ADNA分子分子的出口和入口處的出口和入口處 兩個核小體之間有連接兩個核小體之間有連接DNADNA，8 8114bp114bp染色質(zhì)絲示意與電鏡圖染色質(zhì)絲示意與電鏡圖雞紅細(xì)胞核內(nèi)染色質(zhì)電鏡圖雞紅細(xì)胞核內(nèi)染色質(zhì)電鏡圖真核生物染色體真核生物染色體 chromosome 在真核生物分裂期間，在真核生物分裂期間，在光學(xué)顯微鏡下可以清在光學(xué)顯微鏡下可以清楚地看到染色體楚地看到染色體。 主縊痕（著絲粒）主縊痕（著絲粒） 次縊痕次縊痕 染色體臂染色體臂著絲粒的位置決定染色體的形態(tài)著絲粒的位置決定染色體的形態(tài)有絲分裂中期染色體有絲分裂中期染色體染染色色質(zhì)質(zhì)和和染染色色體體染色體微結(jié)構(gòu)示意圖染色體微結(jié)構(gòu)示意圖染

6、色體的數(shù)目染色體的數(shù)目 絕大多數(shù)物種的染色體數(shù)目都是固定的絕大多數(shù)物種的染色體數(shù)目都是固定的 在體細(xì)胞中，染色體都是成對存在的在體細(xì)胞中，染色體都是成對存在的（2 2n n） 成對的染色體稱為同源染色體成對的染色體稱為同源染色體homologous chromosomehomologous chromosome 性細(xì)胞中的染色體數(shù)目只有體細(xì)胞的一性細(xì)胞中的染色體數(shù)目只有體細(xì)胞的一半（半（n n）常見物種的染色體數(shù)目常見物種的染色體數(shù)目物種物種染色體數(shù)目染色體數(shù)目物種物種染色體數(shù)目染色體數(shù)目人人4646豬豬3838馬馬6464雞雞7878家蠶家蠶5656小白鼠小白鼠4040水稻水稻2424普通小

7、麥普通小麥4242大麥大麥1414玉米玉米2020煙草煙草4848陸地棉陸地棉5252大豆大豆4040西瓜西瓜2222第第3節(jié)節(jié) 細(xì)胞周期和細(xì)胞分裂細(xì)胞周期和細(xì)胞分裂細(xì)胞的分類細(xì)胞的分類 永久分化細(xì)胞永久分化細(xì)胞 休眠細(xì)胞休眠細(xì)胞 連續(xù)分裂的細(xì)胞連續(xù)分裂的細(xì)胞細(xì)胞周期細(xì)胞周期 連續(xù)分裂的細(xì)胞又稱為周期中細(xì)胞連續(xù)分裂的細(xì)胞又稱為周期中細(xì)胞（cycling cellcycling cell） 細(xì)胞周期：細(xì)胞周期： 細(xì)胞從前一次分裂結(jié)束到下一次分裂細(xì)胞從前一次分裂結(jié)束到下一次分裂結(jié)束所經(jīng)歷的時間結(jié)束所經(jīng)歷的時間分為：間期、分裂期分為：間期、分裂期細(xì)胞分裂間期細(xì)胞分裂間期 interphase 從前一

8、次分裂結(jié)束到下一次分裂開始的從前一次分裂結(jié)束到下一次分裂開始的過程過程 G1G1SSG2G2MM細(xì)胞周期的控制點細(xì)胞周期的控制點(G1/S and G2/M)(G1/S and G2/M)細(xì)胞的無絲分裂細(xì)胞的無絲分裂 也稱為直接分裂（也稱為直接分裂（direct divisiondirect division） 不產(chǎn)生紡錘絲，因而稱為無絲分裂不產(chǎn)生紡錘絲，因而稱為無絲分裂 是原核生物的主要分裂方式是原核生物的主要分裂方式 真核生物中也存在無絲分裂真核生物中也存在無絲分裂 無絲分裂不能保證遺傳物質(zhì)的均等分配無絲分裂不能保證遺傳物質(zhì)的均等分配有絲分裂有絲分裂 親代和子代細(xì)胞表現(xiàn)一樣，也就是說親代和

9、子代細(xì)胞表現(xiàn)一樣，也就是說子代細(xì)胞得到了和親代細(xì)胞一樣的子代細(xì)胞得到了和親代細(xì)胞一樣的_.遺傳物質(zhì)遺傳物質(zhì)遺傳物質(zhì)平均分配遺傳物質(zhì)平均分配遺傳物質(zhì)復(fù)制遺傳物質(zhì)復(fù)制分裂間期分裂間期分裂期分裂期細(xì)胞的有絲分裂細(xì)胞的有絲分裂 為研究方便起見，分為：為研究方便起見，分為： 前期前期 prophaseprophase 中期中期 metaphasemetaphase 后期后期 anaphaseanaphase 末期末期 telophasetelophase前期前期中期中期后后期期間期間期末期末期有絲分裂的遺傳學(xué)意義有絲分裂的遺傳學(xué)意義 子代細(xì)胞核精確地含有和親代細(xì)胞核完子代細(xì)胞核精確地含有和親代細(xì)胞核完全

10、相同的遺傳物質(zhì)。全相同的遺傳物質(zhì)。 這種均親分裂的方式，保證了遺傳物質(zhì)這種均親分裂的方式，保證了遺傳物質(zhì)在同一世代內(nèi)穩(wěn)定存在和傳遞。在同一世代內(nèi)穩(wěn)定存在和傳遞。 保證了物種的連續(xù)性和遺傳穩(wěn)定性。保證了物種的連續(xù)性和遺傳穩(wěn)定性。 細(xì)胞的減數(shù)分裂細(xì)胞的減數(shù)分裂 meiosis 是生物性母細(xì)胞成熟后形成配子過程中是生物性母細(xì)胞成熟后形成配子過程中發(fā)生的特殊有絲分裂。發(fā)生的特殊有絲分裂。 分裂產(chǎn)物中的染色體數(shù)目只有母細(xì)胞的分裂產(chǎn)物中的染色體數(shù)目只有母細(xì)胞的一半，所以稱為減數(shù)分裂。一半，所以稱為減數(shù)分裂。減數(shù)分裂過程減數(shù)分裂過程 第一次分裂：前期第一次分裂：前期I I 中期中期I I 后期后期I I 末

11、期末期I I 中間期（中間期（interkinesisinterkinesis） 第二次分裂：前期第二次分裂：前期IIII 中期中期IIII 后期后期IIII 末期末期II II 減減數(shù)數(shù)分分裂裂減數(shù)分裂前期減數(shù)分裂前期I I 經(jīng)歷的時間最長，過程最復(fù)雜，與遺傳學(xué)關(guān)系經(jīng)歷的時間最長，過程最復(fù)雜，與遺傳學(xué)關(guān)系最密切最密切粗線期（粗線期（pachytenepachytene）：）：交換交換 crossing overcrossing over 細(xì)線期（細(xì)線期（leptoteneleptotene）：）：每個染色體有每個染色體有2 2個染色單體個染色單體 偶線期（偶線期（zygotenezygote

12、ne）：）：聯(lián)會聯(lián)會 synapsissynapsis雙線期（雙線期（diplotenediplotene）：）：交叉交叉chiasmachiasma 終變期（終變期（diakinesisdiakinesis）：）：端化端化 terminalizationterminalization 減數(shù)分裂雙線期的交叉減數(shù)分裂雙線期的交叉減數(shù)分裂的特點減數(shù)分裂的特點1 1、包括連續(xù)的兩次分裂，第一次分裂染色、包括連續(xù)的兩次分裂，第一次分裂染色體是減數(shù)的，第二次分裂染色體是等數(shù)的。體是減數(shù)的，第二次分裂染色體是等數(shù)的。最終分裂產(chǎn)物中染色體數(shù)減半。最終分裂產(chǎn)物中染色體數(shù)減半。2 2、DNADNA復(fù)制一次，細(xì)胞

13、分裂兩次，子細(xì)胞復(fù)制一次，細(xì)胞分裂兩次，子細(xì)胞中的中的DNADNA量只有母細(xì)胞的二分之一。量只有母細(xì)胞的二分之一。3 3、同源染色體在前期、同源染色體在前期I I聯(lián)會，非姊妹染色聯(lián)會，非姊妹染色單體發(fā)生交換。單體發(fā)生交換。 減數(shù)分裂的遺傳學(xué)意義減數(shù)分裂的遺傳學(xué)意義q染色體數(shù)減半，保證了親子代間染色體數(shù)染色體數(shù)減半，保證了親子代間染色體數(shù)目的恒定性，保證了物種的相對穩(wěn)定性。目的恒定性，保證了物種的相對穩(wěn)定性。q為生物的變異提供了重要的遺傳物質(zhì)基礎(chǔ)，為生物的變異提供了重要的遺傳物質(zhì)基礎(chǔ)，有利于生物的適應(yīng)和進化，并為人工選擇有利于生物的適應(yīng)和進化，并為人工選擇提供了豐富的材料。提供了豐富的材料。 后

14、期后期I I同源染色體的兩個成員隨機分向兩極，各同源染色體的兩個成員隨機分向兩極，各個非同源染色體可以自由組合在一個子細(xì)胞中。個非同源染色體可以自由組合在一個子細(xì)胞中。 n n對染色體就有對染色體就有2 2n n種組合方式。種組合方式。 前期前期I I同源染色體的非姊妹染色單體之間的片段互同源染色體的非姊妹染色單體之間的片段互換。換。第第4節(jié)節(jié) 配子的形成和受精配子的形成和受精生殖方式生殖方式v營養(yǎng)繁殖營養(yǎng)繁殖 vegetative propagation v無性生殖無性生殖 asexual reproductionasexual reproductionv有性生殖有性生殖 sexual re

15、productionsexual reproduction 同配生殖同配生殖 isogamyisogamy 異配生殖異配生殖 heterogamyheterogamy 卵式生殖卵式生殖 oogamyoogamy高高等等動動物物配配子子形形成成過過程程示示意意圖圖高高等等植植物物配配子子形形成成過過程程示示意意圖圖植物的授粉與受精植物的授粉與受精 授粉授粉 pollinationpollination：成熟的花粉粒落到成熟的花粉粒落到柱頭上并開始萌發(fā)的過程。柱頭上并開始萌發(fā)的過程。 自花授粉自花授粉 異花授粉（風(fēng)媒、蟲媒）異花授粉（風(fēng)媒、蟲媒） 常異花授粉常異花授粉 受精受精 fertiliza

16、tionfertilization：雌雄配子融合成雌雄配子融合成為合子的過程。為合子的過程。被子植物的雙受精被子植物的雙受精 1 1898898年俄國科學(xué)家納瓦興發(fā)現(xiàn)了被子植物年俄國科學(xué)家納瓦興發(fā)現(xiàn)了被子植物的雙受精現(xiàn)象的雙受精現(xiàn)象 double fertilizationdouble fertilization。 一個精核與卵細(xì)胞融合成合子（一個精核與卵細(xì)胞融合成合子（2 2n n） 一個精核與一個精核與2 2個極核融合形成胚乳核（個極核融合形成胚乳核（3 3n n）種子的結(jié)構(gòu)種子的結(jié)構(gòu) 種子：胚、胚乳、種皮、（果皮）種子：胚、胚乳、種皮、（果皮） 果皮：由子房壁發(fā)育而來果皮：由子房壁發(fā)育而

17、來 種皮：來自胚珠的珠被種皮：來自胚珠的珠被 胚（胚（2n） 胚乳（胚乳（3n）母體組織的母體組織的一部分（一部分（2 2n n）受精產(chǎn)物受精產(chǎn)物直感現(xiàn)象直感現(xiàn)象 胚乳直感（胚乳直感（xeniaxenia）：）：3n3n胚乳直接表現(xiàn)父胚乳直接表現(xiàn)父本的某些性狀本的某些性狀 玉米玉米 白粒白粒黃粒黃粒 當(dāng)代種子黃色當(dāng)代種子黃色 果實直感（果實直感（metaxeniametaxenia）：）：2n2n種皮或果皮種皮或果皮由于花粉影響而表現(xiàn)父本的某些性狀由于花粉影響而表現(xiàn)父本的某些性狀 棉花棉花 短纖維短纖維長纖維長纖維種子長纖維種子長纖維無融合生殖無融合生殖 無融合生殖無融合生殖 apomixisapomixis：不經(jīng)過受精過不經(jīng)過受精過程而形成胚和種子。程而形成胚和種子。 實質(zhì)：無性生殖實質(zhì)：無性生殖 但是，在性器官中發(fā)生但是，在性器官中發(fā)生單倍體無融合生殖單倍體無融合生殖 又稱單性生殖。又稱單性生殖。 減數(shù)分裂產(chǎn)物未經(jīng)受精直接發(fā)育成胚（減數(shù)分裂產(chǎn)物未經(jīng)受精直接發(fā)育成胚（n n）。）。 孤雌生殖孤雌生殖 孤雄生殖孤雄生殖 無配子生殖無配子生殖 花粉培養(yǎng)花粉培養(yǎng)二倍體無融合生殖二倍體無融合生殖 胚囊中的細(xì)胞不經(jīng)過減數(shù)分裂直接發(fā)育胚囊中的細(xì)胞不經(jīng)過減數(shù)分裂直接發(fā)育成胚。成胚。不定胚不定胚 體細(xì)胞直接發(fā)育成胚。體細(xì)胞直接發(fā)育成胚。 多是珠心、珠被或其鄰近的