遗传学第二章遗传的细胞学基础.ppt

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1、第二章 遗传的细胞学基础,本章重点,第二章 遗传的细胞学基础,1细胞的结构与功能。 2染色体的形态特征和数目。 3细胞的有丝分裂、减数分裂。 4配子的形成和受精。 5低等植物和高等植物的生活周期,第一节细胞的结构与功能,第二章 遗传的细胞学基础,细胞是构成生物体结构和生命活动的单位。,各种类型的细胞,非细胞生物：包括病毒、噬菌体(细菌病毒)、朊病毒（有活性的蛋白质），具有前细胞形态的构成单位。,病毒的结构,一、原核细胞（prokaryotic cell),1.细胞组成 细胞壁：蛋白聚糖 细胞膜：其组成和结构与真核细胞相似 细胞质：DNA、RNA、蛋白质及其它小分子组成，不存在线粒体、叶绿体、内

2、质网、高尔基体等有膜的细胞器，仅有核糖体 核区：拟核 2.原核生物 各种细菌、蓝藻等低等生物由原核细胞构成。,第二章 遗传的细胞学基础,二、真核细胞,第二章 遗传的细胞学基础,植物细胞结构,第二章 遗传的细胞学基础,动物细胞结构,动物细胞的组成：细胞膜、细胞质和细胞核三部分组成 植物细胞的组成：细胞壁、细胞膜、细胞质和细胞核四部分组成 (一)、细胞壁（cell wall） 植物细胞特有结构 在细胞最外层 由纤维素和果胶质等构成“坚硬” 结构 起保护和支架作用 壁上有使相邻两个细胞相通的“胞间连丝”结构 正是因为存在这一独特的结构，使得植物遗传的研究与动物遗传研究有了比较大的差异(更困难)，尤其

3、是在进入分子水平或者说是在进行细胞工程和基因工程研究时，这一点尤其突出。,第二章 遗传的细胞学基础,(二)、细胞膜（plasma membrane）亦称质膜 在细胞壁内、细胞质外的薄膜 多种功能：物质运输、信息传递、能量转换、代射调控、细胞识别等。,第二章 遗传的细胞学基础,(三)、细胞质（cytoplasm） 在质膜之内核之外呈胶体溶液的原生质。 内含多种物质（蛋白质、脂肪等）；多种细胞。 主要细胞器有： 线粒体：动力工厂和遗传物质载体 质体：叶绿体、有色体、白色体。光合作用和遗传物质载体 核糖体：合成蛋白质场所 其他细胞器：内质网、高尔基体和液泡等。,第二章 遗传的细胞学基础,第二章 遗传

4、的细胞学基础,(四）、细胞核 组成：由核膜和核液组成，核液中含有核仁和染色质。 染色质和染色体：是细胞处于分裂间期一种形态，它是核内由于碱性染料染色较深的、纤细的网状物。当细胞处于分裂时，染色质卷缩形成具一定形态结构的染色体。 核仁：是核内染色最深通常圆球状的结构。主要由蛋白质的RNA聚集而成，还可能存在类脂和少量的DNA。 功能：主要的遗传物质所在地，所以承担主要的遗传功能。,第二章 遗传的细胞学基础,细胞、动物与植物之比较,第二节染色体的形态和数目,染色质(chromatin)和染色体(chromosome),染色质(包括常染色质和异染色质）：细胞分裂间期核内对碱性染料着色均匀的网状、丝状

5、的物质。,染色体：细胞分裂期，核内染色质高度螺旋化，折叠盘曲而成的杆状小体。其形态结构相对稳定,染色质和染色体是同一物质在细胞周期的不同时期不同的形态表现。,染色质和染色体,染色质与染色体,染色质与染色体,一、染色体的形态特征,1重要性(1) 几乎所有生物细胞中均可看到染色体的存在； (2) 各物种染色体均有其特定的形态特征，在细胞分裂的中期和早后期最为明显和典型； (3) 中期染色体分散排列在赤道板上，故通常在这个时期进行染色体形态的识别和研究。,第二章 遗传的细胞学基础,2形态(1) 组成:着丝粒、长臂和短臂；(2) 着丝点在细胞分裂时，对于染色体向两极牵引具有决定性作用；(3) 次缢痕、

6、随体是识别特定染色体的重要标志；(4) 某些次缢痕具有组成核仁的特殊功能。,第二章 遗传的细胞学基础,第二章 遗传的细胞学基础,蚕豆：有丝分裂中期染色体（排列于赤道面上）。箭头示两条大染色体。,二、染色体的组成及结构,染色质=蛋白质+DNA 组蛋白: H1 2H2A 2H2B 2H3 2H4 高度保守 进行乙酰化、磷酸化及甲基化等修饰而改变基因的转录活性 非组蛋白: 种类多 有种属和组织特异性 为转录调控因子,（一）染色质的化学组成,（二）染色质的结构,染色质的结构: “串珠结构”： 组蛋白八聚体(2H2A+ 2H2B+2H3+2H4)构成核心。 核心外缠绕约146bp的DNA片段构成核心颗粒

7、。 核心颗粒与DNA连接部(约60bp的DNA片段和H1)构成核小体。 核小体(nucleosome)是染色质的基本单位,核小体,（三）染色体的结构,一级结构 二级结构,三级结构 四级结构,染色体结构,核小体,碱基对,DNA双螺旋,染色质组装为染色体,7,40,5,6,袢环模型：袢环、微带与染色体,3类型 根据着丝点的位置将染色体进行分类。,第二章 遗传的细胞学基础,第二章 遗传的细胞学基础,4.大小(1)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；植物: 长约0.20-50微米、宽约0.20-2.00微米。,第二章 遗传的细胞学基础,(2)高等植物中单子叶植物的染色体一

8、般比双子叶植物要大些。单子叶植物中如，玉米、小麦、大麦和黑麦 水稻。但双子叶植物中的牡丹属和鬼臼属也具有较大的染色体。,人类的染色体组型,第二章 遗传的细胞学基础,第二章 遗传的细胞学基础,5.类别各生物的染色体不仅形态结构相对稳定，而且其数目成对。 * 同源染色体:形态和结构相同的一对染色体； * 异源染色体:这一对染色体与另一对形态结构不同的染色体，互称为异源染色体。,6.染色体组型分析（核型分析）根据染色体长度、着丝点位置、长短臂比、随体有无等特点进行分类和编号。这种对生物细胞核内全部染色体的形态特征所进行的分析，称为染色体组型分析。,第二章 遗传的细胞学基础,第二章 遗传的细胞学基础,

9、第二章 遗传的细胞学基础,人类染色体组型的分类,第二章 遗传的细胞学基础,结果,染色体组型分析系统,计算机自动染色体（核型）分析系统,模式图的绘制,特殊的染色体:,1.多线染色体,2、灯刷染色体,3.B染色体,二、染色体数目,第二章 遗传的细胞学基础,一些生物染色体的数目： 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) 玉米20条(2n) 马铃薯48条(2n) 高粱20条(2n) 甘薯90条(2n) 人46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

10、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。,第二章 遗传的细胞学基础,真核生物染色体数目的一般特点：1.数目恒定。2.体细胞(2n)是性细胞(n)的两倍。3.与生物进化的关系:无关。可用于物种间的分类。4.染色体数目恒定也是相对的（如动物的肝、单子叶植物的种子胚乳)。,第二章 遗传的细胞学基础,三、原核生物的染色体形态、结构和数目 通常原核生物细胞里只有一个染色体，且DNA含量远低于真核生物。例如:* 大肠杆菌（E.coli）只有一个环状染色体，其DNA分子含核苷酸对为300万，长度1.1mm。* 蚕豆配子中染色体(n=6)的核

11、苷酸对为 200亿，长度6000mm。* 豌豆配子中染色体(n=7)的核苷酸对为 300亿，长度10500mm,第三节细胞的有丝分裂,1.细胞周期,高等生物的细胞分裂主要以有丝分裂方式进行，细胞周期主要包括有丝分裂过程及两次分裂之间的间期。,G1期：第一个间隙，主要进行细胞体积的增长，并为DNA 合成作准备。不分裂细胞则停留 在G1 期, 也称为G0 期。 S 期：DNA 合成时期，染色体数目在此期加倍。 G2期：DNA 合成后至细胞分裂开始之前的第二个间隙，为细胞 分裂作准备。 M期：细胞分裂期。,离体培养的人体细胞有丝分裂周期,第二章 遗传的细胞学基础,一般S的时间较长，且较稳定；G1和G

12、2的时间较短，变化也较大。 哺乳动物离体培养细胞的有丝分裂周期：G1为10小时，S为9小时，G2为4小时,间期共长23小时。而细胞分裂期M全长只有1小时。,2.细胞周期的遗传控制,现发现有两类基因控制细胞周期。一类基因主要是控制细胞周期过程中所需蛋白质或的合成；二类即直接控制细胞进入细胞周期各个时期的基因。,第二章 遗传的细胞学基础,决定细胞是否进行入S 期的控制点存在于G1 中期：细胞接收内外的信息后，在G1 期细胞周期蛋白及CDK （酶）共同作用下，调控细胞是否能够通过该控制点。 如在G1 后期，发生营养缺乏或DNA损伤等，都可影响G1 期细胞周期蛋白及其CDK 的作用，阻止细胞进入S期。

13、当细胞通过该控制点，细胞就进入下一轮DNA 复制。 细胞对该控制点的调控非常精确，该控制点失控往往会导致肿瘤的发生。,二、细胞分裂过程,1.无丝分裂,无丝分裂（也称为直接分裂） 细胞核拉长，缢裂成两部分，接着胞质分裂2个子细胞，看不到纺锺丝。细菌等原核生物、高等植物一些专化组织或病变组织中发生。 如：小麦茎节基部和蕃茄叶腋发生新枝处，以及一些肿瘤和愈伤细胞发生无丝分裂；近年也观察到植物的正常组织也常发生无丝分裂，植物薄壁组织细胞、木质部细胞、绒毡层细胞和胚乳细胞等，动物胚的胎膜、填充组织和肌肉组织等。,第二章 遗传的细胞学基础,2.有丝分裂,第二章 遗传的细胞学基础,基本特征 包含两个紧密相连

14、的过程： 先是核分裂为二，接着质才分裂2个子细胞。 核分裂的变化有明显特征，可进一步划分为四个时期，即前期、中期、后期和末期。,第二章 遗传的细胞学基础,有丝分裂示图,动物体细胞有丝分裂,2.有丝分裂的特殊情况,正常：间期DNA复制 染色单体 着丝点裂开 染色体 核分裂 胞质分裂 间期DNA复制 .多核细胞：细胞核多次分裂而细胞质不分裂，形成具有很多游离核的多核细胞。,第二章 遗传的细胞学基础, 核内有丝分裂：核内染色体中的染色线连续复制，但着丝点不裂开，形成多线染色体。* 例如双翅目昆虫摇蚊、果蝇幼虫唾腺细胞出现巨型染色体，其染色体中染色质线可以多达1000条以上，并具有不同的条纹和条带。,

15、第二章 遗传的细胞学基础,多线染色体,4、有丝分裂的意义,第二章 遗传的细胞学基础,1.生物学意义：.有丝分裂促进细胞数目和生物体积增加。.均等方式的有丝分裂，能维持个体正常生长和发育，保证物种的连续性和稳定性。 2.遗传学意义：.核内各染色体准确复制为二 两个子细胞的遗传基础与母细胞完全相同。.复制的各对染色体有规则而均匀地分配到两个子细胞中 子母细胞具有同样质量和数量的染色体。,第二章 遗传的细胞学基础,第二章 遗传的细胞学基础,第二章 遗传的细胞学基础,第二章 遗传的细胞学基础,减数分裂示图,第二章 遗传的细胞学基础,第二章 遗传的细胞学基础,第二章 遗传的细胞学基础,第二章 遗传的细胞

16、学基础,第二章 遗传的细胞学基础,细胞的有丝分裂和减数分裂,第二章 遗传的细胞学基础,第二章 遗传的细胞学基础,第二章 遗传的细胞学基础,一、雌雄配子的形成,动物生殖细胞的形成,高等植物雌雄配子体的形成,第二章 遗传的细胞学基础,第二章 遗传的细胞学基础,第二章 遗传的细胞学基础,（一）受精作用的形态学过程,花粉和胚囊形成后，就可进行授粉受精. 花粉落在雌蕊柱头上，一定条件下萌发花粉管沿着花柱向子房生长（花柱中空或者中实）花粉粒内含物向花粉管前端移动。 （三核花粉生殖细胞以精子形态进入） 到达下方经过珠孔进入胚囊，花 （二核花粉在花粉管内再分裂为二个精子） 粉管顶端破裂，二个精子释出 一个与卵

17、细胞结合受精卵双受精 一个与极核结合发育成胚乳（被子植物特有现象） 完成受精所需要时间与作物种类、品种及当时的外界条件有关，如果条件不适宜，花粉即使落在柱头上也可能不萌发。,第二章 遗传的细胞学基础,（二）受精作用的生理过程,表列花粉粒、花粉管和柱头的不同生理生化特性（小麦） 指标雌 雄 花粉粒 花粉管 柱 头 顶端 基部 PH 5.5-6.5 7.5-8.0 6.5-7.0 6.0 Rh2 深兰色 浅兰色 兰色（绿色） 蓝绿色 等位点酸度 - 4.0-4.5 2.6-3.0 3.2-3.6 淀粉 + + + - - 单糖 + + + + + + + + + + 蛋白质 + + + + + +

18、 + + + + 脂肪 + + + + + + + 抗坏血酸 + + + + + SH基化合物 + + + + + + 过氧化酶 + + + + + - -,花粉落到柱头上，从相互识别开始，直到受精结束，始终是一个代谢过程，有着一系列的生理变化。,花粉粒与柱头的生理生化差异，有利于双方物质交换和相互作用，同时可以解释选择受精现象,（三）.花粉与柱头的识别反应,主要在于花粉的壁蛋白与柱头的蛋白质表膜的亲和性.利用这一点可以通过“蒙蔽” 的方法来诱导,提高远缘杂交的成功率. 还有柱头麻醉、多次授粉等,第二章 遗传的细胞学基础,第二章 遗传的细胞学基础,第二章 遗传的细胞学基础,第二章 遗传的细胞学基础,第二章 遗传的细胞学基础,多胚现象：,指一个胚囊中有一个以上的胚，其中一个胚是以正常有性方式发育的，而其他的胚则以无性生殖方式产生。,第二章 遗传的细胞学基础,第二章 遗传的细胞学基础,第二章 遗传的细胞学基础,第二章 遗传的细胞学基础,第二章 遗传的细胞学基础,第二章 遗传的细胞学基础,第二章 遗传的细胞学基础,第二章 遗传的细胞学基础,第二章 遗传的细胞学基础,