第二章 遺傳的細(xì)胞學(xué)基礎(chǔ).ppt

1、第二章 遺傳的細(xì)胞學(xué)基礎(chǔ),第一節(jié) 細(xì)胞的結(jié)構(gòu)與功能 第二節(jié) 染色體的形態(tài)、數(shù)目和結(jié)構(gòu) 第三節(jié) 細(xì)胞的有絲分裂 第四節(jié) 細(xì)胞的減數(shù)分裂 第五節(jié) 植物配子的形成和受精 第六節(jié) 植物的生活周期,第一節(jié) 細(xì)胞的結(jié)構(gòu)與功能,細(xì)胞壁（植物特有） 葉綠體（綠色植物特有） 細(xì)胞膜 質(zhì)體（植物特有） 有色體 細(xì)胞液 線粒體 白色體 細(xì)胞質(zhì) 核糖體 內(nèi)質(zhì)網(wǎng) 細(xì)胞 細(xì)胞器 高爾基體 中心體（動物、某些蕨類和裸子植物特有） 溶酶體 液泡 核膜 細(xì)胞核 核液 核仁 染色質(zhì)（染色體）,植物細(xì)胞和動物細(xì)胞模式圖,一、線粒體 二、質(zhì) 體 三、內(nèi)質(zhì)網(wǎng) 四、核糖體 五、細(xì)胞核,一、線粒體（mitochondria）,1、形態(tài)結(jié)構(gòu)

2、：棒狀或球狀，雙層膜， 外膜光滑，內(nèi)膜折疊形成嵴。 2、化學(xué)組成：有大量的脂類，主要是磷脂，含有DNA、RNA、蛋白質(zhì)。線粒體的DNA與同一細(xì)胞的核內(nèi)DNA在堿基成分上有所不同，且不與組蛋白結(jié)合，呈環(huán)狀裸露的DNA分子。,3、功能：含有大量的氧化酶系，是細(xì)胞氧化作用和呼吸作用的中心，被稱為細(xì)胞的動力工廠。 線粒體含有核糖體，能合成蛋白質(zhì)，具有自我復(fù)制、分裂增殖的能力，還能夠發(fā)生突變，所以線粒體在遺傳上具有一定的自主性。 線粒體活性互補(bǔ)作用的研究,二、質(zhì)體（plastid）（主要是葉綠體chloroplast）,1、形態(tài)結(jié)構(gòu)：盤狀、球狀或棒狀，雙層膜， 內(nèi)有基粒片層所組成的基粒，內(nèi)含葉綠素。 2

3、、化學(xué)組成：與線粒體大致相同。 3、功能：主要是進(jìn)行光合作用，也能合成蛋白質(zhì)，能自我復(fù)制，也可以發(fā)生突變（如白化苗），具有特定的遺傳功能，是遺傳物質(zhì)的載體之一。 葉綠體工作程序的研究,三、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)（endoplasmic reticulum） 1、形態(tài)結(jié)構(gòu)：單層膜，有管狀、泡狀、囊腔狀。 2、功能：細(xì)胞空間的支架，轉(zhuǎn)運(yùn)合成蛋白質(zhì)所需的原料和最終合成產(chǎn)物的通道。,四、核糖體（ribosome）,1、形態(tài)特征：微小細(xì)胞器，呈顆粒狀，數(shù)目極多，占整個細(xì)胞重量的15，是rRNA與蛋白質(zhì)的結(jié)合體。 粗糙型內(nèi)質(zhì)網(wǎng)（rough endoplasmic reticulum）：附有核糖體的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)。 光滑型內(nèi)質(zhì)網(wǎng)（

4、smooth endoplasmic reticulum）：無核糖體的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)。 2、化學(xué)成分： 40 蛋白質(zhì) 60 RNA 3、功能：合成蛋白質(zhì)的主要場所。,五、細(xì)胞核（nucleus）,原核細(xì)胞（prokaryotic cell）：擬核（nucleoid），細(xì)胞質(zhì)中僅有核糖體（ribosome）。 原核生物（prokaryote） 真核細(xì)胞（eukaryotic cell）：核物質(zhì)被核膜包被在細(xì)胞核內(nèi)。 真核生物（eukaryote）,細(xì) 胞 核,核 膜,核 仁,核 液,染色質(zhì),（nuclear membrane）： 雙層膜，膜上有核孔。,（nuclear sap）：在電鏡下是一些分散的 極

5、小的顆粒和微細(xì)纖維。,（nucleolus）：核內(nèi)一般有1幾個核仁，主要由蛋白質(zhì)和RNA組成，功能目前不很清楚，一般認(rèn)為它與核糖體的合成有關(guān)，是核內(nèi)蛋白質(zhì)合成的重要場所。,（chromatin）：細(xì)胞未分裂時，核內(nèi)有被堿性染料染色較深的纖細(xì)網(wǎng)狀物；主要由DNA和蛋白質(zhì)組成；細(xì)胞分裂時，染色質(zhì)縮短變粗卷縮成染色體（chromosome） 。,第二節(jié) 染色體的形態(tài)、數(shù)目和結(jié)構(gòu),一、染色體的形態(tài) 二、染色體的數(shù)目 三、染色體的結(jié)構(gòu),一、染色體（chromosome）的形態(tài),（一）染色體的構(gòu)成 1.著絲點(diǎn)spindle fiber attachment (主縊痕primary constriction

6、) 2.長臂 染色體 3.短臂 4.次縊痕（secondary constriction） 5.隨體（satellite） 核仁組織中心（nucleolar organizer）： 玉米第6染色體和人第13、14、15、21、22號染色體的短臂,區(qū)別：著絲點(diǎn)（spindle fiber attachment）：是主縊痕處的一種和 紡錘絲微管相接觸的結(jié)構(gòu)，是微管蛋白聚合的中心。 著絲粒（centromere）：是主縊痕處的一種內(nèi)部結(jié)構(gòu)，分裂 中期的兩條染色單體在這里保持聯(lián)系。,（二）染色體的種類,染色體類型 細(xì)胞分裂后期的形態(tài) 中間著絲點(diǎn)染色體 “V” 近中著絲點(diǎn)染色體 “L” 近端著絲點(diǎn)染色體

7、 棒狀 端著絲點(diǎn)染色體（小麥） 棒狀 粒狀染色體 粒狀 環(huán)狀染色體（玉米中有過，多不穩(wěn)定）,染色體的大小（指長度）：單子葉植物一般大于雙子葉植物，雙子葉草本植物大于木本植物。小的染色體長0.25m，而百合科某些屬的染色體長者可達(dá)30m。,細(xì)胞分裂后期染色體形態(tài),染色體組型分析（genome analysis）或稱核型分析（analysis of karyotype）：對生物細(xì)胞核內(nèi)全部染色體的形態(tài)特征所進(jìn)行的分析。,二、染色體的數(shù)目,同源染色體（homologous chromosome）：形態(tài)結(jié)構(gòu)相同的一對染色體。 非同源染色體（non-homologous chromosome）：這一對染

8、色體與另一對形態(tài)結(jié)構(gòu)不同的染色體，互稱為非同源染色體。,1、物種不同，染色體的數(shù)目可能不同 玉米 2n20條 n10條； 水稻2n24條 n12條 普通小麥 2n42條 n21條； 蠶豆2n12條 n 6條 洋蔥 2n16條 n 8條； 百合2n24條 n12條 果蠅 2n 8條 n 4條； 人 2n46條 n23條 一種馬蛔蟲只有1對染色體，一種菊科植物有2對染色體，一種蝴蝶有191對染色體，還有600多對染色體的物種。 2、同一物種的染色體數(shù)目相對穩(wěn)定，但也有變異,注意：染色體數(shù)目與物種的進(jìn)化無關(guān)，但染色體的數(shù)目和形態(tài)與物種間的親緣關(guān)系有一定程度的相關(guān)性，對研究物種的親緣關(guān)系有較大的參考價

9、值。,三、染色體的結(jié)構(gòu),1、染色質(zhì)（chromatin）的基本結(jié)構(gòu) 美國人Olins夫婦（1974）提出了串珠模型：染色質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)單位是核小體（nucleosome）。 蛋白質(zhì)核心：8個組蛋白分子： 2（H2A， H2B， H3， H4） 核心DNA：140bp繞在核心表面1.75圈 200bp 連接DNA，60bp 一條染色體是由一條染色質(zhì)組成的。,染色質(zhì),核小體,連接絲,組蛋白H1,2、染色質(zhì)的化學(xué)成分,DNA：27% 組蛋白： 蛋白質(zhì)：66% 非組蛋白 RNA：6% 其它：如擬脂和無機(jī)物質(zhì)（少量）,堿性蛋白質(zhì)，比例相對穩(wěn)定，和DNA的比例相近。,染色質(zhì),3、染色體的結(jié)構(gòu)模型,Bak，A

10、. L. （1977）等人提出了染色質(zhì)螺旋化的四級結(jié)構(gòu)模型。 DNA 染色質(zhì)（核小體） 螺線體 （一級結(jié)構(gòu)） （二級結(jié)構(gòu)） 超螺線體 染色體 （三級結(jié)構(gòu)） （四級結(jié)構(gòu)）,繞在八聚體上 縮短7倍,螺旋化 縮短6倍,螺旋化 縮短40倍,折迭、螺旋 縮短5倍,4、幾個概念,常染色質(zhì)（euchromatin）：螺旋程度較低、染色較淺的染色質(zhì)。 異染色質(zhì)（heterochromatin）：螺旋程度較高、染色較深的染色質(zhì)。 玉米的第7染色體 異固縮（heteropycnosis）現(xiàn)象：在細(xì)胞不分裂時（間期），異染色質(zhì)也不解螺旋的現(xiàn)象。 染色粒（chromomere）：在染色體上，由于螺旋程度不同，形成染色

11、不同的顆粒狀。,第三節(jié) 細(xì)胞的有絲分裂（mitosis）,一、有絲分裂的過程 二、有絲分裂的意義,一、有絲分裂的過程 （一）間期：細(xì)胞兩次分裂之間的時期 G1期（gap1 phase）（合成前期）：為DNA的合成準(zhǔn)備 原料，合成DNA和蛋白質(zhì)所需要的酶類和RNA。 S期（synthesis phase）(合成期)：合成DNA和組蛋白， 染色質(zhì)復(fù)制。 G2期（gap2 phase）(合成后期)：合成紡錘絲的微管蛋 白，準(zhǔn)備分裂所需的能量。,（二）分裂期（M）,1、前期（prophase） 染色質(zhì)逐漸縮短變粗。 2、中期（metaphase） 染色體的著絲點(diǎn)排列在赤道板上。 中期是染色體計數(shù)和形態(tài)

12、觀察的最好時期。 3、后期（anaphase） 著絲點(diǎn)一分為二，兩條染色單體由紡錘絲 牽引向兩極移動，成為獨(dú)立的染色體。 4、末期（telophase） （1）染色體解螺旋變?yōu)槿旧|(zhì)。 （2）中部形成細(xì)胞板，細(xì)胞質(zhì)隨機(jī)進(jìn)入兩個子細(xì)胞。,有絲分裂實(shí)際圖片,有絲分裂周期,洋蔥根尖細(xì)胞的分裂周期（21） ： G1： 3.3 hr G2： 3.6 hr S ： 12.0 hr M ： 4.0 hr 共計：23.0 hr,二、有絲分裂的意義,1、維持了生物性狀的正常發(fā)育； 2、保證了物種的連續(xù)性和穩(wěn)定性。,特殊的有絲分裂,、染色體多次復(fù)制，細(xì)胞核不分裂，形成一個細(xì)胞內(nèi)有許多加倍了的染色體。如人的肝臟細(xì)胞

13、。 、巨型染色體（giant chromosome）：染色體內(nèi)的染色線多次復(fù)制，細(xì)胞核不分裂，使一條染色體中有許多染色線。如雙翅目昆蟲的搖蚊（Chironomus）和果蠅（Drosophila）唾腺細(xì)胞中的染色體，染色線 可多達(dá)上千條，比一般細(xì)胞的染色體長100200倍， 粗10002000倍，由于對應(yīng)復(fù)制，上面有許多橫帶 條紋，帶紋的變化與遺傳變異有關(guān)，在遺傳學(xué)研究 上有重要意義。,第四節(jié) 細(xì)胞的減數(shù)分裂（meiosis）,一、減數(shù)分裂的過程,（一）間期 （二）分裂期 1、前期I（prophase I） 細(xì)線期（leptonema） 偶線期（zygonema） 配對（pairing） 聯(lián)會（

14、synapsis） 二價體（bivalent） 四合體（tetrad） 姊妹染色單體 非姊妹染色單體,粗線期（pachynema） 觀察染色體形態(tài) 交換（crossing over） 雙線期（diplonema） 終變期（diakinesis） 染色體記數(shù) 2、中期I（metaphase I） 染色體記數(shù) 3、后期I（anaphase I） 染色體記數(shù) 染色體數(shù)目減半 4、末期I（telophase I） 二分體（dyad）,5、前期II（propase II） 6、中期II（metaphase II） 7、后期II（anaphase II） 8、末期II（telophase II） 四分體（

15、tetrad） 四分孢子（tetraspore）,減 數(shù) 分 裂 實(shí) 際 圖 片,二、減數(shù)分裂的遺傳學(xué)意義,1、維持了生物性狀的正常發(fā)育，保證了物種的相對穩(wěn)定性，是生物性狀遺傳的基礎(chǔ)。 n（配子） 2n 2n世代之間染色體的數(shù)目恒定 n（配子） 2、為生物的變異提供了物質(zhì)基礎(chǔ)，有利于生物的適應(yīng)和進(jìn)化，也為人工選擇提供了豐富的材料。 非同源染色體在后期I的自由組合 粗線期非姊妹染色單體的交換,有絲分裂與減數(shù)分裂的比較,有絲分裂與減數(shù)分裂的比較,第五節(jié) 植物配子的形成和受精,一、雌雄配子的形成 二、授粉和受精 三、直感現(xiàn)象,1、雄配子的形成,雄蕊的花藥分化出許多孢原細(xì)胞 分化減數(shù)分裂 孢原細(xì)胞 花

16、粉母細(xì)胞（小孢子母細(xì)胞） 生長有絲分裂 四分孢子（小孢子） 單核花粉粒 有絲分裂營養(yǎng)核（管核） 三核成熟花粉粒， 精細(xì)胞叫雄配子體 （male gametophyte）,營養(yǎng)細(xì)胞 生殖細(xì)胞,2、雌配子的形成,減數(shù)分裂 胚囊母細(xì)胞（大孢子母細(xì)胞） 呈直線排列的四分孢子（大孢子） 反足細(xì)胞3個（n） 次有絲分裂極核2個（n）（1個細(xì)胞） 胚囊 卵細(xì)胞1個（n） 助細(xì)胞2個（n） 8核成熟胚囊（叫雌配子體female gametophyte）,3個退化，遠(yuǎn)離珠孔的1個發(fā)育,二、授粉和受精,1、授粉（pollination）：花粉落在柱頭上的過程 自花授粉（self- pollination）：同株內(nèi)

17、授粉。 異花授粉（cross pollination）：株間授粉。 2、受精（fertilization） 花粉發(fā)芽形成花粉管（營養(yǎng)核在前） 通過 到達(dá) 花柱 珠孔 進(jìn)入 一個精核與卵細(xì)胞結(jié)合 合子（zygote） 胚2n 胚囊2n 一個精核與兩個極核結(jié)合 胚乳核胚乳3n 雙受精（double fertilization）,3、種子各部分的來源及其染色體數(shù),果皮2n子房壁 種皮2n珠被 胚2n 胚乳3n 一粒種子是胚、胚乳（下一代）和母體組織（當(dāng)代）的嵌合體。,母體組織的一部分，不是受精的產(chǎn)物,受精的產(chǎn)物,種子,三、直感現(xiàn)象,胚乳直感（xenia）：雜交當(dāng)代種子的胚乳，由于父本精核的影響而直接表現(xiàn)父本的某些性狀，這種現(xiàn)象即胚乳直感，或叫花粉直感。 如：白粒玉米（） 黃粒玉米（）黃玉米 甜 玉 米（） 非甜玉米（）非甜玉米 果實(shí)直感（metaxenia）：雜交當(dāng)代果實(shí)的果皮或種皮在發(fā)育過程中由于父本花粉的影響而表現(xiàn)父本的性狀，這種現(xiàn)象即果實(shí)直感。 如：棉纖維的長度：短纖維（） 長纖維（）長纖維,第六節(jié) 植物的生活周期,一、高等植物的生活周期 二、低等植物的生活周期,兩個概念,生活周期（life cycle）：個體發(fā)育的全部過程。如有性繁殖的植物、動物從合子到成熟到死亡所經(jīng)歷的發(fā)育階段。 世代交替（alternation of generations）：在有性繁殖生物的生活周期中，