基础一遗传的细胞学基础.ppt

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,基础一遗传的细胞学基础,主要内容,细胞的结构和功能,染色体的结构和功能,细胞的有丝分裂,细胞的减数分裂,配子的形成和受精,植物的生活周期,模块一 细胞、染色体与遗传物质,一、细胞的结构和功能,所有的生物体（除病毒和噬菌体）都是由细胞组成的。,细胞,是生物体形态结构和生命活动的,基本单位,，也是生长发育和遗传的基本单位。,因此，了解细胞的基本结构、功能及增殖过程是学习遗传变异规律的基础。,根据构成生物体的基本单位，可以将生物分为,非细胞生物,：包括,病毒、噬菌体(细菌病毒),，具有前细胞形态的构成单位；,细胞生物,：以细胞为基本单位的生物；根据细胞核和遗传物质的存在方式不同又可以分为：,原核生物,：(,原核细胞)细菌、蓝藻(蓝细菌),真核生物,：(,真核细胞)原生动物、单细胞藻类、真菌、高等植物、动物、人类,真核生物的细胞由,细胞膜、细胞质、细胞核,三部分组成,（一）细胞膜（质膜）,细胞膜是细胞外围的一层薄膜，主要由蛋白质和类脂构成。,功能：能够有选择地通过某些物质,。,在,植物细胞,的细胞膜外面，还有一层由纤维素和果胶质组成的,细胞壁,（支持和保护作用）。,（二）细胞质（胞质）,细胞质是细胞膜内环绕着细胞核外围的原生质，呈胶体状态。里面有许多蛋白质、脂肪等物质，细胞质中包含着各种,细胞器,：线粒体、,质体,（植）、核糖体、内质网、高尔基体、,中心体,（动）、溶酶体和,液泡,（植）。,其中，,质体和液泡只有植物才具有，中心体只是动物细胞才具有。,线粒体,是动植物细胞中普遍存在的细胞器,是细胞内,呼吸作用,和,氧化作用,的中心，是,贮藏能量,的场所。,质体包括叶绿体、有色体和白色体,，其中最重要的是,叶绿体,，是植物,光合作用,的场所。,核糖体,是极其微小的细胞器，由RNA和蛋白质组成,是细胞中,合成蛋白质,的主要场所。,内质网是运输蛋白质的合成原料和合成产物的通道。,（三）细胞核（胞核）,除细菌和蓝藻（原核生物）之外，各种生物的细胞内都有细胞核，细胞核由,核膜、核液、核仁,和,染色质（,染色体,）,组成。,细胞核是,遗传物质,聚集的主要场所，对细胞发育和性状遗传起着指导作用。,核仁为圆形颗粒，是合成RNA和核内蛋白质的场所，具有传递遗传信息的功能。,染色质是尚未进行细胞分裂的细胞内能被碱性染料染色后呈纤维状物的物质。当细胞分裂时，染色质逐渐变粗，成为染色体。,植物细胞结构模型,植物细胞结构模型,细胞核由四个部分组成：,1.核膜；2.核液；3.核仁；4.,染色质（染色体）,。,二、染色体的形态、结构、功能和数目,染色质是尚未进行细胞分裂的细胞内能被碱性染料染色后呈纤维状物（无定型）的物质。当细胞分裂时，染色质逐渐变粗，成为染色体,染色质,由,DNA、,组蛋白、非组蛋白,和,少量,RNA,组成。,主要成分是DNA和蛋白质,。,细胞分裂期,，染色质卷缩而呈现为一定数目和形态的,染色体,。,染色质和染色体是,同一物质在细胞分裂过程中所表现的不同形态,。,（,一）染色质,染色体是所有生物细胞都具有的结构。,染色体,是核中最重要和最稳定的成分,，具有特定的形态结构和,自我复制,能力，是遗传物质的主要载体，在控制生物的遗传变异上具有极其重要的作用,各物种染色体都具有特定的数目与形态特征。而且同一物种内的各染色体间往往也能够通过其形态特征加以区分识别。,染色体的形态结构与数目在细胞分裂过程中有一系列规律性变化。,识别染色体形态特征的,最佳时期,是细胞,有丝分裂,中期,和,早后期,。,这时染色体收缩程度最大，形态最稳定，并且分散排列、易于计数。,（,二）,染色体的形态,、结构,着丝粒是细胞分裂时纺锤丝附着的区域，又称为,着丝点,。,着丝粒不会被染料染色,，所以在光学显微镜下表现为染色体上一缢缩部位(无色间隔点)，也称为,主缢痕,。,着丝粒所连接的两部分称为,染色体臂,。,着丝粒,(点,),和染色体臂,染色体模式图,染色单体,长臂,短臂,染色单体,有丝分裂中期所观察到的,染色体是经过间期复制,过，均包含有两条成分、,结构和形态一致的染色,单体。,一条染色体的两个染色单,体互称为,姊妹染色单体,次缢痕和随体,某些染色体的一个或两个臂上往往还具有另一个染色较淡的缢缩部位，称为,次缢痕,，通常在染色体,短臂,上。,次缢痕末端带有的圆形或略呈长形的突出体称为,随体,。,（,三）,染色体的数目,生物物种的染色体数目是物种的特征，相对恒定。,体细胞中染色体成对存在(2,n),，而配子中染色体数目是体细胞中的一半(,n),。,体细胞中形态结构相同、遗传功能相似的一对染色体称为,同源染色体,。两条同源染色体分别来自生物双亲。,形态结构上有所不同的染色体间互称为,非同源染色体,。,部分生物的染色体数目,物 种,二倍体数,物 种,二倍体数,人类,46,水稻,24,猕猴,42,小麦,42,黄牛,60,玉米、高粱,20,猪,38,大麦,14,狗,78,陆地棉,52,猫,38,豌豆,14,马,64,烟草,48,鸡,78,番茄,24,鸭,80,甘蓝,18,果蝇,8,洋葱,16,蜜蜂,雌,32,雄,16,松,24,三、染色体是遗传物质的载体,染色体及其他细胞器上的DNA是各种生物共同的遗传物质，,生物的子代与亲代之所以相似，原因就在于亲代通过繁殖，将一定分子结构的DNA传给了子代,。,DNA是由很多个,核苷酸,所组成的高分子化合物，每个DNA分子都有两条分子长链，每个分子链都是由数百万至数千万个核苷酸一个接一个地连接起来的。整个DNA的立体结果好像一根,双股弹簧,（麻花），经多次螺旋状的盘旋而成。即,双螺旋结构,。,作为遗传物质的基本单位-,基因,，实际上就是DNA分子长链上各个,微小的区段,。这些区段长度各不相同，各有不同的分子结构，规定着不同性状的遗传。,提问：染色体、DNA、基因有何不同？,模块二 细胞分裂及其遗传学意义,细胞分裂是生物繁殖的基础。生物的生长、发育、繁殖都必须通过细胞分裂来完成。,高等生物的细胞分裂分为,有丝分裂和减数分裂,两种类型。,一、有丝分裂,也叫体细胞分裂或等数分裂，高等生物个体的各个部分都是通过有丝分裂增殖细胞而形成的。,（一）有丝分裂的过程,根据细胞核（特别是,染色体,）分裂变化的特征，有丝分裂过程可分为,前期、中期、后期,和,末期,四个时期。两次分裂之间的时期称为,间期,细胞周期,：从一个新产生的细胞到它分裂产生子细胞这一过程称为细胞周期。,G,1,期,S,期 间期,细胞周期,G,2,期,前期,M,期,中期,后期,末期,间期：在光学显微镜下看不到染色体，但,细胞核高度活跃，遗传物质复制，DNA含量加倍、组蛋白加倍，同时储备能量,。,前期：细胞核内出现长而卷曲的,染色体,，之后逐渐,缩短变粗,。每个染色体有两个染色单体，但,着丝点尚未分裂,，此时,核仁和核膜逐渐模糊不清，从两极伸出纺锤丝,。,染色体,核仁,中心体,早前期(,early prophase),染色体开始逐渐,缩短变粗,，形成螺旋状。,前期(,prophase),晚前期,每条染色体已含有两条,姊妹染色单体,，,通过着丝粒把它们连接在一起。,至前期末，,核仁逐渐消失，核膜开始破裂,，核质和细胞质融为一体。,中期,：,核膜、核仁消失,。各条,染色体均排列在细胞中央的赤道板上,（,染色体所在的平面称为,赤道板,），从细胞两极伸出的纺锤丝连接着各条染色体的着丝点，整个空间形状像一个,纺锤体,。所有,染色体的着丝点都在一个平面上,。此时,染色体的形态最为典型，是观察、识别染色体的最佳时期。,纺缍丝,中 期,着丝粒,后期,后期：染色体的,着丝点断开,，各条染色单体独立，在纺锤丝的牵引下，分别移向细胞两极。,末期,染色体到达两极,，并开始解螺旋，变得松散，,纺锤体消失，核膜、核仁重新出现。,接着，细胞质开始分裂，在,赤道板,上,形成,新的细胞膜，,一个细胞分裂为两个子细胞,，并进入间期状态。,早前期,晚前期,早后期,晚后期,末期,中期,间期,（二）,有丝分裂的遗传学意义,1、有丝分裂的特点：,染色体复制一次，细胞分裂一次，遗传物质均分到两个子细胞中,。因而，子细胞与母细胞的染色体（遗传物质）完全相同。,2、有丝分裂的,意义：,（1）、通过有丝分裂,维持了生物个体的正常生长发育,(组织及细胞间遗传组成的一致性)；,（2）、,保证了物种的连续性和遗传的稳定性,二、减数分裂,减数分裂（又称成熟分裂）,：,是在,配子,形成过程中进行的,染色体减半,的特殊分裂方式。,（一）减数分裂过程,包括,连续两次分裂，第一次是减数的，第二次是等数的，染色体只复制一次,，每个子细胞核中只有,单倍数的染色体,。,两次连续的分裂分别称为,第一次分裂,和,第二次分裂,。,每次分裂都可以分成前、中、后、末四期。,其中,最复杂和最长,的时期是,前期,I,，,又可分为,细线期、偶线期、粗线期、双线期和终变期,。,两次分裂的不同,：,第一次分裂是减数的；第二次分裂是等数的。,第一次分裂复杂，时间长；第二次分裂跟一般的有丝分裂一样。,同源染色体,：在二倍体生物中，每对染色体的两个成员中,一个来自父方，一个来自母方,，其形态大小相同的染色体称为,同源染色体,。,不属于同一对的染色体称为,非同源染色体,。,联会,：,同源染色体的两个成员侧向连接，像拉链一样地,并排,配对,称为联会。,联会始于偶线期，消失在双线期,。,交叉,：,非姊妹染色单体间若干处相互交叉缠结，交叉是染色单体发生交换的结果。,交换,：,非姊妹染色单体间发生遗传物质的局部交换。,1、第一次分裂（）,（1）前期,I,前期,I,较为复杂，经历时间较长，又可分为五个亚时期。,1)、细线期,此期染色体呈细长线状，看不出染色体的双重性。核仁依然存在。在细线期和整个的前期中染色体持续地浓缩,。,细线期,偶线期,2)、偶线期,同源染色体开始,联会,，出现联会复合体,。,姊妹染,色单体,非姊妹,染色单体,交换,染色体断裂,二价体,：配对完全的一对同源染色体。每一二价体含有四条染色单体。,3)、粗线期,染色体缩短变粗，完全联会，但核仁仍存在。一对配对的同源染色体称,二价体,或四联体。非姐妹染色单体间可能发生,交换,。,粗线期,4)、双线期,双线期,染色体继续变短变粗，二价体中的,两条同源染色体彼此分开,。,在非姊妹染色单体间可见交叉，,交叉的出现是发生过交换的有形结果。,5)、终变期,也称,浓缩期,，染色体进一步收缩变粗变短，分裂进入中期。,终变期,是观察鉴定染色体的最好时期,终变期,前期,I,细线期,偶线期,粗线期,双线期,终变期,一个来自蝗虫的四联体结构，示5个交叉,核仁、核膜消失，各个双价体排列在赤道板上，纺缍丝将着丝粒拉向两极。,中期,I,和前期,I,的终变期是观察鉴定染色体的最好时期,（2）中期,I,中期,I,（3）后期,I,双价体中的,同源染色体彼此分开,，移向两极，但同源染色体的各个成员各自的,着丝点并不分开,。,染色体的,减数过程,在此时期开始进行。,减数分裂后期,I,减数分裂后期和有丝分裂后期染色体变化的区别,减数分裂后期，,同源染色体彼此分开,，移向两极，但同源染色体的各个成员各自的,着丝点并不分开,。染色体的减数过程在此时期开始进行。,有丝分裂后期，,着丝点分开，,每条染色体的,两条染色单体分开，,分别移向细胞两极。,减数分裂后期,I,有丝分裂后期,（4）末期,I,末期,I,进入子细胞的染色体具有两条染色单体。染色体又开始解开螺旋，变成细丝状。,时间极短，没有,DNA,合成，也没有染色体的复制。,间期,2、第二次分裂,（1）,前期,II,：,与有丝分裂的前期一样，每个染色体具有两条染色单体。,（2）,中期,II,：,染色体排列在赤道板上，纺缍丝附着在着丝粒上。染色单体从彼此相联逐渐部分地分离。,（3）,后期,II,：着丝粒纵裂，姐妹染色单体由纺缍丝拉向两极。,（4）,末期,II,：两极形成新的核，细胞质也分为两部分，形成,4,个子细胞,（,四分子,）。每个细胞核里各含有n个染色体。,中期,I,后期,I,末期,I,中期,II,后期,II,（二）减数分裂的特点,1,、具有一定的时空性，即它仅在一定的发育阶段，,在生殖细胞中进行,。,2,、细胞连续分裂两次（形成,4,个子细胞），而染色体只复制一次,，每个子细胞核中只有,单倍数的染色体,。,。,3,、前期长而复杂，同源染色体经历了配对（联会）、交换过程，遗传物质进行了,重组和交换,。,减数分裂过程中染色体的变迁,前期,I,中期,I,染色体数为,2,n,。,后期,I,中期,II,染色体数目由,2,n n,。,但每个染色体仍保持有两条染色单体。,后期,II,末期,II,染色体数目为,n,。,在后期,II，,每个着丝粒都一分为二，随后每个染色体的单体分开。进入每个子细胞中去的只是一条染色体。,（三）减数分裂的遗传学意义,1、通过减数分裂产生的雌雄配子，只具有半数的染色体（,n,），为双受精合子染色体数目的恒定性提供了物质基础。,2、减数分裂中同源染色体的两个成员,随机,拉向两极，非同源染色体在子细胞中,自由组合,，这是生物变异的主要原因，也是,自由组合规律的细胞学基础,3、同源染色体非姊妹染色单体之间的,区段交换,，这是生物变异的重要原因，也是,连锁与交换规律,的细胞学基础。,染色体数目的恒定,遗传的染色体学说,1902年美国的,苏顿(,Sutton),和德国的,波维利,(,Boveri),提出,遗传的染色体学说,。,认为：,遗传因子(,基因,)位于细胞核内染色体上；,成对基因分别位于一对同源染色体的对应位置上。,位点与等位基因,：,基因在染色体上的位置称为,位点,；,相同位点上成对的基因互称为,等位基因,。,1910年摩尔根,等利用果蝇为研究材料，直接证明了这一学说的正确性。,三、配子形成,植物的有性繁殖是通过亲代产生的雌、雄配子相结合再进一步分裂分化而产生后代的过程。而雌、雄配子的形成是紧接着减数分裂进行的。,有性生殖,：雌雄配子结合为,合子,(受精卵)，再由合子发育成为新的个体的生殖方式，叫做,有性生殖,。,由减数分裂形成的,四分孢子,在雄蕊里的叫,小孢子,，在雌蕊里的叫,大孢子,。大、小孢子还要经过两三次细胞分裂才能产生雌、雄配子。,雌、雄配子的形成过程详见教材p20,高等植物雌、雄配子的形成过程,模块三 授粉、受精与种子形成,一、授粉与受精,授粉：是指雄蕊的花粉传到雌蕊的柱头上。,受精：是指雌、雄配子相结合。,植物的受精过程表现为,“,双受精,”,的特点，即胚囊中的,卵与,花粉管中的,精子结合,为,受精卵,（合子），发育成,胚,；胚囊中的两个,极核与,花粉管中的,精子结合为受精极核,（胚乳细胞核），发育成,胚乳,。,二、种子形成及各部分的遗传效应,卵（,n,）与精子（,n,）结合成合子,-,受精卵（,2n,），是下一代最初的一个细胞。合子经过有丝分裂形成胚（真正的子代）。种子发芽后长成的植株又是胚细胞经过无数次有丝分裂而产生的。由此可见子代个体的全部细胞都是合子无数次有丝分裂的复制品，因此它们都含有相同的遗传物质。,合子和由合子发育成的种子以及播种后长成的植株都是子代个体,。,胚乳细胞（受精极核）是两个极核（,n+n,）与一个精子（,n,）的受精产物（,3n,），但在种子成熟前，胚乳细胞都全部解体，填充在胚乳内的只有淀粉、蛋白质和脂肪，胚乳细胞的,3n,只是短暂的过渡，所以，并不影响,2n,染色体的稳定。,种子的构成：,种子（真）由,胚、胚乳和种皮,组成。,种皮不是受精过程的产物,，是母体的体细胞组织，是由胚囊外围的,珠心和珠被,发育而成的。因此，,不能笼统地把整个种子都看成是子代,。,禾本科作物的,“,种子,”,实际上是植物学上的果实，它们,“,种皮,”,来源还包括子房壁在内，是果皮和种皮的混合组织。,三、直感现象,直感现象,是在,杂交,的情况下，由母本植株所结的种子或果实，直接表现出,父本,的某些性状的现象。,如：用黄胚乳玉米给白胚乳玉米授粉，所结的果穗上出现黄胚乳的籽粒。,-,胚乳直感,。,再如：用种子胚尖无色的玉米给胚尖为紫色的玉米授粉，所结的果穗上出现胚尖无色的籽粒。,-,胚直感,。,胚乳直感和胚直感都称为花粉直感,。,产生花粉直感的原因,：由于胚和胚乳是,双受精,的直接产物，能够直接受到父本遗传物质的影响，从而在杂交当代母本上就有可能出现父本的某些性状。,四、植物的生活周期,生物在一生中都要经过一系列的生长发育，这样一个完整的生命周期称为个体发育周期（,生活周期,）,高等植物的生活周期是指从种子的胚到下一代种子的胚的整个发育过程,，这一过程是由孢子体的无性世代与配子体的有性世代交替发生的，故称为,世代交替,。,从合子开始经过一系列有丝分裂，发育成一个完整的植株，为,无性世代,即,孢子体世代,；在这一世代中，每个细胞的染色体数都是,2n,。孢子体世代发育到一定阶段（生殖阶段）后，便在孢子囊（花药和胚珠）内发生孢母细胞的,减数分裂,，产生染色体减半的,小孢子和大孢子（,n,）,，大小孢子经过有丝分裂，分化为雌雄配子体，进入,配子体,的,有性世代,。无性世代又重新开始。,高等植物的配子体世代很短暂。,高,等,植,物,的,生,活,周,期,作 业,见教材,P24,