遺傳第一章 遺傳的細(xì)胞學(xué)基礎(chǔ)-套讀

第一篇園林植物的遺傳學(xué)基礎(chǔ)一、細(xì)胞的結(jié)構(gòu)及功能二、染色體三、細(xì)胞分裂四、配子的形成與受精結(jié)實(shí)第一章園林植物的細(xì)胞學(xué)基礎(chǔ)學(xué)習(xí)目的與要求通過本章學(xué)習(xí)，要求學(xué)生明確細(xì)胞染色體的形態(tài)特征與結(jié)構(gòu)，掌握細(xì)胞有絲分裂和減數(shù)分裂的基本過程與特點(diǎn)，明確精、卵細(xì)胞的形成過程以及基因與染色體之間的關(guān)系。

考核知識(shí)點(diǎn)與考核目標(biāo)

（一）細(xì)胞的有絲分裂與減數(shù)分裂；精、卵細(xì)胞的形成過程（重點(diǎn)）識(shí)記：有絲分裂和減數(shù)分裂的過程及各分裂時(shí)期的基本特征。理解：有絲分裂和減數(shù)分裂的行為、結(jié)果與特點(diǎn)；大、小孢子發(fā)生與精、卵細(xì)胞形成的過程及其染色體數(shù)目的變化。應(yīng)用：有絲分裂與減數(shù)分裂的意義及其異同之處。（二）染色體的形態(tài)特征、結(jié)構(gòu)及其數(shù)目；染色體與基因的關(guān)系（次重點(diǎn)）識(shí)記：染色體的基本形態(tài)與結(jié)構(gòu)，包括染色體、姐妹染色單體、著絲粒、染色體臂、主縊痕、次縊痕、隨體、端粒等基本概念。理解：染色體在細(xì)胞有絲分裂和減數(shù)分裂過程中的行為與形態(tài)變化；染色體的數(shù)目變化與染色體組型的概念。應(yīng)用：細(xì)胞染色體數(shù)目在有絲分裂、配子形成及受精過程中的變化規(guī)律。（三）染色體的形態(tài)類型與巨型染色體；染色體核型分析（一般）識(shí)記：B染色體與巨型染色體的概念；一些重要生物體的染色體數(shù)目。理解：巨型染色體的形成；染色體顯帶技術(shù)原理。應(yīng)用：染色體顯帶技術(shù)與核型分析。根據(jù)構(gòu)成生物體的基本單位，可以將生物分為：非細(xì)胞生物：包括病毒、噬菌體(細(xì)菌病毒)、朊病毒（有活性的蛋白質(zhì)），具有前細(xì)胞形態(tài)的構(gòu)成單位。細(xì)胞生物：以細(xì)胞為基本單位的生物原核生物(prokaryote)：(原核細(xì)胞)細(xì)菌、藍(lán)藻(藍(lán)細(xì)菌)真核生物(eukaryote)：(真核細(xì)胞)原生動(dòng)物、單細(xì)胞藻類、真菌、高等植物、動(dòng)物、人類第一節(jié)細(xì)胞的結(jié)構(gòu)與功能乙肝病毒噬菌體朊病毒原核細(xì)胞特性原核生物真核生物細(xì)胞大小較?。?～10μm）較大（10～100μm）染色體由裸露的DNA構(gòu)成由DNA與蛋白質(zhì)聯(lián)結(jié)在一起細(xì)胞核DNA集中的區(qū)域稱擬核，無固定結(jié)構(gòu)為真核，有核膜和核仁細(xì)胞器有簡(jiǎn)單的內(nèi)膜系統(tǒng)有復(fù)雜的內(nèi)膜系統(tǒng)、線粒體、質(zhì)體和細(xì)胞骨架等細(xì)胞分裂無絲分裂有絲分離及減數(shù)分裂轉(zhuǎn)錄與翻譯同一時(shí)間與地點(diǎn)轉(zhuǎn)錄在細(xì)胞核，翻譯在細(xì)胞質(zhì)原核細(xì)胞和真核細(xì)胞的主要區(qū)別動(dòng)物細(xì)胞亞顯微結(jié)構(gòu)模式圖細(xì)胞膜細(xì)胞質(zhì)植物細(xì)胞亞顯微結(jié)構(gòu)模式圖動(dòng)物細(xì)胞與植物細(xì)胞的基本結(jié)構(gòu)大體相似，只是動(dòng)物細(xì)胞沒有細(xì)胞壁、質(zhì)體（或葉綠體）和大液泡，而且大部分動(dòng)物細(xì)胞具有中心粒和橋粒，細(xì)胞與細(xì)胞之間有細(xì)胞間質(zhì)存在。 StructureofPlantCell

細(xì)胞壁原生質(zhì)體細(xì)胞膜細(xì)胞核細(xì)胞質(zhì)植物細(xì)胞初生壁胞間層次生壁胞基質(zhì)質(zhì)膜及膜系統(tǒng)細(xì)胞器雙層膜質(zhì)體、線粒體無膜結(jié)構(gòu)核糖體細(xì)胞骨架微管、微絲、中間纖維核被膜染色質(zhì)核仁核基質(zhì)單層膜內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基體、液泡、溶酶體、微體核纖層核膜外膜內(nèi)膜質(zhì)體Plastid

葉綠體Chromoplast

白色體Leucoplast

有色體Chloroplast

質(zhì)體細(xì)胞的重要性結(jié)構(gòu)單位功能單位繁殖單位

一個(gè)植物細(xì)胞（體細(xì)胞），包含植物體生長(zhǎng)發(fā)育的全部遺傳信息，具有在適宜條件下發(fā)育成完整個(gè)體的潛在能力，這就是植物細(xì)胞的全能性。一個(gè)細(xì)胞不是閉關(guān)自守的，它不斷與外界環(huán)境進(jìn)行物質(zhì)交換，攝入一些原材料，合成其生長(zhǎng)和繁殖所需要的有機(jī)物質(zhì)，同時(shí)排除廢物，這就是細(xì)胞的新陳代謝。因此細(xì)胞是生命最基本的單位。

生物繁殖也是以細(xì)胞為單位的。細(xì)胞內(nèi)遺傳物質(zhì)DNA準(zhǔn)確地復(fù)制自己，并有規(guī)律地分配到子細(xì)胞中去，這就保證了生命現(xiàn)象在世代間的連續(xù)性。因此細(xì)胞是生物遺傳的基本單位。細(xì)胞（受精卵或植物體細(xì)胞）從外部吸收物質(zhì)，其內(nèi)部發(fā)生一系列代謝變化，結(jié)果導(dǎo)致細(xì)胞的生長(zhǎng)、分化和增殖。

這些變化在時(shí)間和空間上嚴(yán)格有序，保證了細(xì)胞沿一定途徑發(fā)育成一定的個(gè)體，具有一定的結(jié)構(gòu)和功能，并與外界環(huán)境保持一定聯(lián)系。生物的這種結(jié)構(gòu)和功能在不同的生物間存在差異，這取決于最初那個(gè)細(xì)胞遺傳結(jié)構(gòu)的不同和隨之而來的代謝過程的差別。可見，細(xì)胞也是遺傳過程中產(chǎn)生變異的基本單位。1848年霍德耶爾(W.Hofmeister)在鴨趾草花粉母細(xì)胞中首先發(fā)現(xiàn)在光學(xué)顯微鏡下的一團(tuán)無一定結(jié)構(gòu)的易被堿性染料染色的物質(zhì);1888年由瓦爾德耶爾(W.Waldeyer)定名為染色體；用來特指細(xì)胞分裂時(shí)期出現(xiàn)的一種被堿性染料深染的有一定形態(tài)結(jié)構(gòu)的細(xì)胞器。第二節(jié)、染色體龍膽紫溶液、醋酸洋紅溶液染色質(zhì)(chromatin)和染色體(chromosome)染色質(zhì)(包括常染色質(zhì)和異染色質(zhì)）：細(xì)胞分裂間期核內(nèi)對(duì)堿性染料著色均勻的網(wǎng)狀、絲狀的物質(zhì)染色體：細(xì)胞分裂期，核內(nèi)染色質(zhì)高度螺旋化，折疊盤曲而成的桿狀小體。其形態(tài)結(jié)構(gòu)相對(duì)穩(wěn)定染色質(zhì)和染色體是同一物質(zhì)在細(xì)胞周期的不同時(shí)期不同的形態(tài)表現(xiàn)染色質(zhì)與染色體染色質(zhì)和染色體典型的染色體通常由長(zhǎng)臂、短臂、著絲點(diǎn)、著絲粒、次縊痕、隨體及端粒等幾部分組成。染色體形態(tài)結(jié)構(gòu)染色單體(chromatid)在有絲分裂中期所觀察到的染色體是經(jīng)過間期復(fù)制的染色體，均包含有兩條成分、結(jié)構(gòu)和形態(tài)一致的染色單體。一條染色體的兩個(gè)染色單體互稱為姊妹染色單體(sisterchromatid)。染色體的形態(tài)示意圖(有絲分裂中期)常見生物體細(xì)胞染色體數(shù)目表植物動(dòng)物家蠅：12蟾蜍：22青娃：26貓：38虎：38獅：38蚯蚓：36大熊貓：42家兔：44金絲猴：44黑猩猩：48雞：78牡丹：10豌豆：14蘿卜：16桃：16西瓜：22水稻：24冬瓜：24茶：30荔枝：30花生：40小麥：42人參44不同物種染色體大小差異較大，同一物種不同組織的染色體也可能有很大的差異。通常以每單倍體染色體組中的DNA含量來表示基因組的大小，稱為生物體的C值(C－value)。C值是單倍體染色體的DNA總量。同一物種的C值是恒定的，不同物種之間的C值差異很大，如人的基因組大小為果蠅的20倍，而有尾兩棲類的平均基因組要比人的大10倍。染色體的大小生物化學(xué)分析和電子顯微鏡觀察均已證實(shí)，除了個(gè)別多線染色體外，每一條染色體單體（相當(dāng)于復(fù)制前的染色體）只含有一個(gè)DNA分子，這一特性稱為染色體的單線性(mononemy)。染色體的結(jié)構(gòu)1、核小體(nucleosome)染色質(zhì)是一種纖維狀結(jié)構(gòu)，它是由最基本的單位——核小體成串排列而成的，使得DNA、蛋白質(zhì)、RNA組成為一種致密的結(jié)構(gòu)形式。核小體包括：166對(duì)bpDNA，一個(gè)組蛋白八聚體，一分子的組蛋白質(zhì)H1。現(xiàn)在把包括H1在內(nèi)的核小體稱為染色小體。也就是染色質(zhì)的初級(jí)結(jié)構(gòu)。2、螺線管(Solenoid)由核小體的長(zhǎng)鏈進(jìn)一步螺旋纏繞形成直徑約30nm左右的染色質(zhì)纖維，即螺線管，為染色質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)。3、超螺線管30nm的染色線（螺線管）進(jìn)一步壓縮形成300nm染色線，稱為超螺線管，為染色質(zhì)的三級(jí)結(jié)構(gòu)。4、染色體超螺線管再次折迭和纏繞形成染色體。由DNA到核小體到30nm染色質(zhì)纖維幾乎都公認(rèn)是按螺旋方式縮集的，染色體的最高層次結(jié)構(gòu)是由300nm左右的染色線以螺旋方式縮集的，這四個(gè)等級(jí)的演變都是通過螺旋化實(shí)現(xiàn)的，因此稱之為多級(jí)螺旋模型(multiplecoilingmodel)。

染色體的結(jié)構(gòu)染色質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)單位——核小體組蛋白八聚體組蛋白H1DNADNA+組蛋白

核小體+連接絲核小體+連接絲

螺線體(solenoid)螺線體

超螺線體

(super-solenoid)超螺線體

染色體*染色體形成過程中長(zhǎng)度與寬度的變化寬度增加長(zhǎng)度壓縮第一級(jí)DNA+組蛋白核小體5倍7倍第二級(jí)核小體螺線體3倍6倍第三級(jí)螺線體超螺線體13倍40倍第四級(jí)超螺線體染色體2.5-5倍5倍500-10008000-10000細(xì)胞核型分析染色體的長(zhǎng)度、長(zhǎng)短臂的比率、著絲點(diǎn)的位置、隨體的有無等染色體核型自動(dòng)分析儀第三節(jié)、細(xì)胞分裂細(xì)胞周期1.無絲分裂直接分裂，簡(jiǎn)單快速，不出現(xiàn)紡錘體： 低等生物； 衰老細(xì)胞，病態(tài)組織（腫瘤細(xì)胞）； 植物薄壁組織，絨氈層，木質(zhì)部，胚乳細(xì)胞； 動(dòng)物胎膜，填充組織和肌肉組織。 有絲分裂(mitosis)的過程是把遺傳物質(zhì)從一個(gè)細(xì)胞均等地分向兩個(gè)新形成的細(xì)胞。有絲分裂過程是一個(gè)連續(xù)的過程，但為說明方便起見，通常分為間期、前期、中期、后期和末期。2.有絲分裂1、間期(interphase)間期是指兩次分裂的中間時(shí)期。間期時(shí)細(xì)胞核中一般看不到染色體結(jié)構(gòu)，這時(shí)細(xì)胞核在生長(zhǎng)增大，所以代謝很旺盛，貯備細(xì)胞分裂時(shí)所需的物質(zhì)。很多實(shí)驗(yàn)證明，DNA在間期進(jìn)行復(fù)制合成，使以DNA為主體的染色體由原來的一條成為兩條并列的染色體。間期又可細(xì)分為三個(gè)時(shí)期，即合成前期(G1)，這時(shí)DNA尚未合成，進(jìn)入合成期(S)時(shí)DNA才開始合成，也就是說染色體開始復(fù)制，然后是合成后期(G2)。這三個(gè)時(shí)期的長(zhǎng)短因各種生物而不同。2、前期(prophase)間期核內(nèi)的染色體細(xì)絲開始螺旋化。染色體縮短變粗。染色體逐漸清晰起來，著絲粒區(qū)域也變得相當(dāng)清楚了。每一染色體有一個(gè)著絲粒和縱向并列的兩條染色單體。在動(dòng)物和低等植物細(xì)胞中，核旁的兩個(gè)中心粒向相反方向移動(dòng)而形成紡錘體。高等植物細(xì)胞內(nèi)看不到中心粒，但仍可看到紡錘體的出現(xiàn)。到了前期快結(jié)束時(shí)，染色體縮得很短。同時(shí)，核仁逐漸消失，最后核膜也崩解。3、中期(metaphase)這時(shí)染色體開始向赤道面移動(dòng)，最后染色體排列在赤道面上。所謂排列在赤道面上，并不是所有染色體都平鋪在一個(gè)平面上，而是每一染色體的著絲?；旧吓帕性谝粋€(gè)平面上，染色體的兩臂仍可上下、左右自由地分布在細(xì)胞的空間內(nèi)。這時(shí)染色體的著絲粒和紡錘體的細(xì)絲—紡錘絲連接起來。4、后期(anaphase)每一染色體的著絲粒分裂為二，著絲粒分開后，即被紡錘絲拉向兩極，同時(shí)縱列的染色單體也跟著分開，分別向兩極移動(dòng)，形成兩條單染色體，也可以叫做子染色體。5、末期(telophase)兩組染色體分別到達(dá)兩極，染色體的螺旋結(jié)構(gòu)逐漸消失，出現(xiàn)核的重建過程，這正是前期的倒轉(zhuǎn)；最后兩個(gè)子核的膜重新形成，核旁的中心粒又成為兩個(gè)，核仁重新出現(xiàn)，紡錘體消失。從前期到末期合稱分裂期。分裂期經(jīng)過的時(shí)間，也隨生物的種類而異。6、胞質(zhì)分割(cytokinesis)兩個(gè)子核形成后，接著便發(fā)生細(xì)胞質(zhì)的分割過程。植物細(xì)胞由兩個(gè)子核中間殘留的紡錘絲先形成細(xì)胞板，最后成為細(xì)胞膜，把母細(xì)胞分隔成兩個(gè)子細(xì)胞，到此一次細(xì)胞分裂結(jié)束。有絲分裂間期前期前中期中期后期末期胞質(zhì)分割有絲分裂圖像特點(diǎn)： 體細(xì)胞進(jìn)行的細(xì)胞增值方式； 細(xì)胞分裂一次,染色體復(fù)制一次； 子代細(xì)胞與親代細(xì)胞具有相同數(shù)目和形態(tài)的染色體。意義： 維持個(gè)體的正常生長(zhǎng)和發(fā)育； 保證物種的連續(xù)性和穩(wěn)定性。有絲分裂的特點(diǎn)和遺傳學(xué)意義：塊莖 地下莖的末端肥大成塊狀，適應(yīng)貯藏養(yǎng)料和越冬的變態(tài)莖。其表面有許多芽眼，一般作螺旋狀排列，芽眼內(nèi)有芽。細(xì)胞分裂與園林植物的繁殖方式球莖 地下莖末端肥大呈球狀的部分，是適應(yīng)貯藏養(yǎng)料而越冬的變態(tài)莖。芽多集中于頂端，節(jié)與節(jié)間明顯，節(jié)上著生膜質(zhì)狀鱗葉和少數(shù)腋芽。唐菖蒲球莖

鱗莖

著生肉質(zhì)鱗葉的短縮地下莖，其上著生密集的鱗葉及芽。根據(jù)鱗莖外圍有無干膜狀鱗葉，又分為有皮鱗莖（如洋蔥、大蒜）和無皮鱗莖（如百合）。根莖

多年生植物的根狀地下莖。有節(jié)與節(jié)間之分，節(jié)上有退化的鱗葉，并具頂芽和腋芽。

匍匐莖 由地上部直立莖基部節(jié)上的芽萌發(fā)后橫向生長(zhǎng)而成分蘗從根頸或橫走莖上長(zhǎng)出來的新莖葉塊根:由側(cè)根或不定根的局部膨大而形成

根蘗珠芽從花梗的腑部長(zhǎng)出許許多多的芽，叫做珠芽。如，魔芋，劍麻，落地生根等。吸芽某些植物根際或地上莖葉腋間自然發(fā)生短縮、肥厚呈蓮座狀短枝。吸芽的下部可自然生根，故可分離而成新株。多漿植物中的蘆薈、龍舌蘭，擬石蓮花等在根際處常著生吸芽；鳳梨在地上莖葉腋間產(chǎn)生吸芽。A.錐形瓶中不同時(shí)期的文心蘭幼苗。B.金花石蒜

組織培養(yǎng)減數(shù)分裂(meiosis)是一種特殊方式的細(xì)胞分裂，在配子形成過程中發(fā)生。減數(shù)分裂的第一個(gè)特點(diǎn)是連續(xù)進(jìn)行兩次核分裂，而染色體只復(fù)制一次，結(jié)果形成四個(gè)核，每個(gè)核只含有單倍數(shù)的染色體，即染色體數(shù)目減少一半；另一個(gè)特點(diǎn)是，前期特別長(zhǎng)，而且變化復(fù)雜，其中包括相同染色體的配對(duì)、交換與分離等。3.減數(shù)分裂第一次減數(shù)分裂1、細(xì)線期(leptotene)2、偶線期(zygotene)3、粗線期(pachytene)4、雙線期(diplotene)5、濃縮期(diakinesis)6、中期Ⅰ7、后期Ⅰ8、末期Ⅰ9、減數(shù)間期減數(shù)分裂的過程第二次減數(shù)分裂10、前期Ⅱ前期Ⅱ的情況完全和有絲分裂前期一樣，也是每條染色體具有兩條染色單體。所不同的是只有n個(gè)染色體，而且每條染色體的兩條染色單體并不是在減數(shù)間期進(jìn)行復(fù)制，而是在減數(shù)分裂開始前的間期中已復(fù)制好了。11、中期Ⅱ至末期Ⅱ中期Ⅱ、后期Ⅱ和末期Ⅱ的過程完全和有絲分裂一樣，因此不再細(xì)述。所不同的就是染色體在第一次分裂過程中已經(jīng)減數(shù)，所以第二次分裂時(shí)只有n條染色體。SisterchromatidsSisterchromatidsCentromereCentromere同源染色體Homologouschromosomepairs減數(shù)分裂

減數(shù)分裂的特點(diǎn)及意義1)染色體復(fù)制一次，細(xì)胞連續(xù)分裂兩次，使子細(xì)胞中的染色體數(shù)目減半。2nn.2)同源染色體要配對(duì)。3）保證了有性生殖生物，子代與親代間遺傳物質(zhì)的穩(wěn)定。4）導(dǎo)致基因重組產(chǎn)生新類型,為生物的進(jìn)化和人工選擇育種提供了豐富的材料。有絲分裂減數(shù)分裂分裂細(xì)胞類型體細(xì)胞原始生殖細(xì)胞（孢母細(xì)胞）細(xì)胞分裂次數(shù)復(fù)制一次分裂一次復(fù)制一次分裂二次子細(xì)胞數(shù)目２４染色體數(shù)目變化2n→2n2n→nDNA分子數(shù)變化2n→4n→2n2n→4n→2n→n染色單體數(shù)目變化0→4n→00→4n→2n→0同源染色體行為不聯(lián)會(huì)、無四分體形成聯(lián)會(huì)后形成四分體可能發(fā)生的變異基因突變和染色體變異基因突變、染色體變異和基因重組意義有絲分裂使生物在個(gè)體發(fā)育中親代細(xì)胞與子代細(xì)胞之間維持遺傳性狀的穩(wěn)定減數(shù)分裂和受精作用使上下代生物之間保持染色體數(shù)目的恒定，減數(shù)分裂時(shí)發(fā)生的高頻率的基因重組是生物進(jìn)化的主要原因。有絲分裂與減數(shù)分裂的區(qū)別第四節(jié)、植物配子形成和受精雌穗被子植物種子、果實(shí)各部分的遺傳來源染色體數(shù)前體來源胚2n合子受精產(chǎn)物胚乳3n胚乳核受精產(chǎn)物種皮2n珠被母本組織果皮2n子房壁母本組織非洲鳳仙的雄花期，雄蕊形成帽子將雌蕊蓋住，防止雌蕊接受花粉，之后雄蕊的基部斷裂，綠色的雌蕊逐漸露出，當(dāng)雄蕊釋放完花粉脫落后，雌蕊露出，以接受其他花朵的花粉。

染色體周史孢子體（2n)配子體(n)減數(shù)分裂交配合子體(2n)有絲分裂學(xué)習(xí)這一章，要