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1、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 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
2、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
3、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
4、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
5、 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 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
6、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 2n 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 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
7、 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
8、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 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
9、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
10、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
11、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 姊妹染色单体 非姊妹染色单体 交换 染色体断裂 二
12、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
13、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
14、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
15、 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2n 后期I 中期II染色体数目由2n 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
16、 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
