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1、第三章第三章 遗传的遗传的细胞学基础细胞学基础Chapter 3 Cytological Foundation of Heredity3-1 Cell3-2 Mitosis(有丝分裂有丝分裂) & Meiosis (减减数分裂数分裂)3-3 Life Cycle3-4 Chromosome theory of heredity细胞细胞是遗传性状表达的基本场所，也是是遗传性状表达的基本场所，也是遗传信息纵向和横向传递的基本单位。遗传信息纵向和横向传递的基本单位。细胞核（细胞核（nucleus） 染色质染色质（Chromatin）chromatin is the protein DNA compl
2、ex, which exist in the nucleus(细胞核细胞核)； the physical state of chromosomes during interphase（间期）间期）during metaphase（中期）中期）, chromatin (which is a relatively loose & spread-out structure) condenses into the familiar metaphase chromosomes 染色质和染色体是同一物质不同时期的名称。染色质和染色体是同一物质不同时期的名称。1、染色质和染色体、染色质和染色体2、染色体的形
3、态结构、染色体的形态结构(1) 染色单体和姊妹染色单体染色单体和姊妹染色单体(2) 着丝粒着丝粒(主缢痕主缢痕)：纺锤丝的附着位点纺锤丝的附着位点(3) 次缢痕和随体：核仁形成区次缢痕和随体：核仁形成区(4) 常染色质和异染色质常染色质和异染色质(5) 端粒端粒(6) 染色体的类型染色体的类型端粒端粒异染色质异染色质着丝粒着丝粒常染色质常染色质姐妹染色单体姐妹染色单体短臂短臂petite长臂长臂染色质的组成是非均一的染色质的组成是非均一的 常染色质常染色质(euchromatin) comprises all of the genome in the interphase nucleus ex
4、cept for the heterochromatin.异染色质：异染色质：(hetrochromatin) describes regions of the genome that are permanently in a highly condensed condition（高度浓缩）（高度浓缩） are not transcribed（不转录）（不转录）, and are late-replicating（复制晚一些）（复制晚一些）.组成性异染色质组成性异染色质兼性异染色质（兼性异染色质（X性染色质）性染色质）Telomeres(端粒端粒): 染色体的末端；染色体的末端； 含有重复序列
5、：含有重复序列： TTAGGG染色体染色体 DNA 的关键序列的关键序列：Centromere（着丝粒）（着丝粒）Telomere（端粒）（端粒）Origin（复制起点）（复制起点） 染色体的类型染色体的类型根据着丝粒在染色体上的相对位置，将染根据着丝粒在染色体上的相对位置，将染色体分为以下色体分为以下4类类（Chromosomes are categorized by the relative location of their centromere.）中部着丝粒中部着丝粒近中着丝粒近中着丝粒近端着丝粒近端着丝粒端着丝粒端着丝粒名名 称称臂比臂比(长长/短短)符符 号号分裂后期形态分裂后期形
6、态中间着丝粒染色体中间着丝粒染色体11.7mV近中间着丝粒染色体近中间着丝粒染色体1.73smL近端着丝粒染色体近端着丝粒染色体37stl顶端着丝粒染色体顶端着丝粒染色体7tI染色体的类型染色体的类型Levan A. et al. Nomenclature for centromeric posiotion on chromosomes. Hereditas, 1964(52): 201220.3、染色体的核型、染色体的核型(karyotype) 是指一个物种的一组染色体所具有的特定的染是指一个物种的一组染色体所具有的特定的染色体的大小，形态和数目。色体的大小，形态和数目。生物名生物名2n生物
7、名生物名2n人类人类 Homo sapiens黑猩猩黑猩猩 Pan troglodytes金丝猴金丝猴 Rhinopithecus roxellanae猕猴猕猴 Macaca malatta马马 Equus caballus驴驴 Equus asinus黄牛黄牛 Bos taurus水牛水牛 Bobalus buffelus绵羊绵羊 Ovis aries山羊山羊 Capara hircus46484442646260485460果蝇果蝇 Drosophila melanogaster海绵海绵 Sycon eileatum水绵水绵 Spirogytasp海带海带 Laminaria japoni
8、ca蕨蕨 Pteridium aqulinum银杏银杏 Ginkgo biloba黑松黑松 Pimus thunbergii银白杨银白杨 Populus alba桑桑 Morus alba沙梨沙梨 Pytus alba82624441042424382834 狗狗 Canis familiaris猪猪 Sus scrofa猫猫 Felis catus兔兔Oryctolagus cuniculus豚鼠豚鼠 Cavia cobaya大鼠大鼠 Rattus norvegieus小鼠小鼠 Mus musculus火鸡火鸡 meleagris gallopavo家鸡家鸡 Gaallus domestic
9、us鸭鸭 Anao platythytcha青蛙青蛙Rana nigromaculata蟾蜍蟾蜍 Bufo bufo爪蜍爪蜍 Xenopus laevis蝾螈蝾螈 Salamandra salamandra7838384464424082788026223624陆地棉陆地棉 G. hirsutum中棉中棉 G. arboreum洋葱洋葱Allium monococcum水稻水稻 Oryza sativa玉米玉米 Zea mays一粒小麦一粒小麦 Triticum monococcum普通小麦普通小麦 T.aestivum大麦大麦 Hordeum vulgare黄瓜黄瓜 Cucumis sati
10、vus西瓜西瓜 citrullus vulgaris豌豆豌豆 Pisum sativum香豌豆香豌豆Lathyrus adoratus蚕豆蚕豆 Vicia faba菜豆菜豆 Phaseolus vulgaris52261624201442141422141412224、染色体的形成：四级结构模型、染色体的形成：四级结构模型基本结构单位是核小体（基本结构单位是核小体（nucleosome）Nucleosome(核小体核小体)8个组蛋白分子个组蛋白分子（H2A、H2B、H3、H4各两个）各两个），外绕，外绕140bp DNA。直径直径11nm。核小体的结构要点核小体的结构要点DNA与组蛋白构成直径
11、为与组蛋白构成直径为11nm的重复单位，的重复单位，这种染色质基本单位称为核小体这种染色质基本单位称为核小体组蛋白有组蛋白有5种成分，种成分， H2A、H2B、H3、H4各两各两个分子组成个分子组成8聚体核心；聚体核心；绕在绕在8聚体核心上的聚体核心上的DNA为核心为核心DNA，约，约140bp，联系两个核小体的，联系两个核小体的DNA为联系者为联系者DNA，约，约60bp；H1结合在联系者结合在联系者DNA部分，可能与染色质的部分，可能与染色质的进一步螺旋化有关；进一步螺旋化有关；DNA链在形成核小体时，其压缩比约等于链在形成核小体时，其压缩比约等于7核小体核小体DNA组蛋白组蛋白6:140
12、:1 5:1螺线管螺线管超螺线管超螺线管染色单体染色单体染色体染色体7:13-2 Cell Division细胞分裂细胞分裂无丝分裂无丝分裂有丝分裂有丝分裂减数分裂减数分裂原核细胞分裂方式：原核细胞分裂方式：无丝分裂（无丝分裂（Amitosis）不产生不产生纺锤丝纺锤丝Mitosis（有丝分裂有丝分裂）Cell cycle（细胞周期）（细胞周期）分裂分裂间期间期分裂分裂期期前前中中后后末末染色体在有丝分裂中的行为染色体在有丝分裂中的行为(一一) 间期间期（interphase）1、G1期，合成期前或复制准备期。期，合成期前或复制准备期。特点：特点：细胞增大，细胞增大，RNA和蛋白质合成。和蛋白
13、质合成。2、S期期,DNA合成期合成期特特点点：DNA加加倍倍，组组蛋蛋白白合合成成，RNA和和蛋蛋白白质质继继续续合成但程度减弱；合成但程度减弱；3、G2期期, 合成后期。合成后期。特特点点：DNA不不再再增增加加，有有丝丝分分裂裂所所需需能能量量储储积积，纺纺锤体微管可能在这时间合成。锤体微管可能在这时间合成。(二二) 分裂期分裂期(M phase) Progress through Mitosis (M phase) involves four major phases. Prophase (前期前期) Metaphase (中期中期) Anaphase (后期后期) Telophase
14、 (末期末期)These terms come from the Greek: (pro- before; meta- mid; ana- back; telo- end).Thestagesofmitoticcelldivisioninananimalcell.后期后期末期末期中期中期前期前期晚前期晚前期G2期期植物细植物细胞分裂胞分裂期各期期各期特点特点前期前期晚前期晚前期中期中期早前期早前期间期间期末期末期后期后期FigureMitosisinaplantcell植物和动物细胞有丝分裂的主要区别植物和动物细胞有丝分裂的主要区别纺锤丝的形成纺锤丝的形成 植物：两极产生纺锤丝植物：两极产生纺
15、锤丝 动物：中心粒移向两极，发出星射线动物：中心粒移向两极，发出星射线胞质分裂的方式胞质分裂的方式 植物：细胞板植物：细胞板分割（分割（cell plate） 动物：动物：缢缩（缢缩（Constriction of the cytoplasm）有丝分裂有丝分裂遗传学意义遗传学意义每个子细胞具有与亲代细胞在数目和形态每个子细胞具有与亲代细胞在数目和形态上完全相同的染色体。上完全相同的染色体。（nuclear division that results in 2 daughter cells each containing the same number and type of chromosom
16、es as the parents）染色体在减数分裂中的行为染色体在减数分裂中的行为特点特点：遗传物质复制一次，连续分裂两次，遗传物质复制一次，连续分裂两次，第一次分裂染色体减数，第二次分裂是等第一次分裂染色体减数，第二次分裂是等数。数。（一）减数分裂过程（一）减数分裂过程减数分裂减数分裂I前期前期：细胞内变化复杂，经历的时间较长，又可：细胞内变化复杂，经历的时间较长，又可分为五个时期分为五个时期细细线期线期(leptotene)偶偶线期线期(zygotene)粗粗线期线期(pachytene)双双线期线期(diplotene)终终变期变期(diakinesis)中期中期后期后期末期末期减数间
17、期减数间期减数分裂减数分裂前期前期中期中期后期后期末期末期Meiosis I偶线期，同源染色体发生联会配对偶线期，同源染色体发生联会配对粗线期，同源染色体的非姐妹染色单体之粗线期，同源染色体的非姐妹染色单体之间发生片段的交换间发生片段的交换双线期，可以观察到交叉双线期，可以观察到交叉(Chiasma)后期后期I，同源染色体发生分离。，同源染色体发生分离。Meiosis I: Homologs pair(同源配对）同源配对）联会复合体联会复合体SC侧体侧体中体中体SC出现在偶线期，成熟于粗线期，消失于双线期出现在偶线期，成熟于粗线期，消失于双线期联会（联会（synasis)Thestagesof
18、meioticcelldivision:MeiosisI二价体二价体核膜核膜染色质染色质中心体中心体染色体复制染色体复制交叉交叉纺锤体纺锤体着丝粒着丝粒Thestagesofmeioticcelldivision:MeiosisII减数分裂过程减数分裂过程（二）（二）Basic Terms同源染色体（同源染色体（homologous chromosomes）(homologues): chromosomes from different parents that are of the same type (contain similar information)联会（联会（synapsis）T
19、he point-by-point pairing of homologous chromosomes during zygotene（偶线期）偶线期） “zipper” together in a process called synapsis，Pairing of homologous chromosomes during meiosis.联会复合体（联会复合体（synaptonemal complex）A complex structure that unites homologous chromosomes during the prophase of meiosis. 二价体（二价体
20、（bivalent）each synapsed chromosome pair called a bivalent.交换（交换（crossing-over）Genetic exchange between nonsister chromatids of a homologous pair, occurs Exchange is called Crossing-over.交叉（交叉（chiasma）During diplotene（双线期）双线期）, the bivalent（二二价体）价体） appears to pull apart slightly, but remains connect
21、ed at crossover sites, called chiasma.交叉端化交叉端化（三）（三）减数分裂的遗传学意义减数分裂的遗传学意义配配子子的的染染色色体体数数目目减减少少一一半半，合合子子又又恢恢复复到到亲亲代代的的染染色色体体数数目目，使使生生物物类类型型的的染染色色体体数数目目和和遗传性状保持遗传性状保持相对稳定相对稳定。基因重组，为生物的遗传和进化准备了条件。基因重组，为生物的遗传和进化准备了条件。染色体重组染色体重组基因重组（由交换而发生的重组）基因重组（由交换而发生的重组）ComparisonMitosis (有丝分裂有丝分裂)produces 2 daughter c
22、ellsdaughters are clones of the parentdaughter cells are diploid (二倍体二倍体)growth, replacement, repairMeiosis (减数分裂减数分裂)lproduces up to 4 daughter cellsldaughters are distinct from parentsldaughter cells are haploid (单倍体单倍体)lgeneration of gametes (sex cells): egg(卵卵) & sperm(精细胞精细胞) 生活周期（生活周期（life cyc
23、le）： 生物个体发育的全过程，也称生活史。指从合子到个体生物个体发育的全过程，也称生活史。指从合子到个体成熟和死亡所经历的一系列发育阶段。成熟和死亡所经历的一系列发育阶段。 世代交替（世代交替（alternation of generations）： 有性生殖生物的生活周期包括一个有性世代和一个无性有性生殖生物的生活周期包括一个有性世代和一个无性世代，这样二者交替发生就称为世代交替。世代，这样二者交替发生就称为世代交替。 孢子体世代（孢子体世代（sporophyte generation）： 也称无性世代，从合子发育成为孢子体（到减数分裂之也称无性世代，从合子发育成为孢子体（到减数分裂之前）
24、的世代（合子开始前）的世代（合子开始-减数分裂开始之前）。减数分裂开始之前）。 配子体世代（配子体世代（gametophyte generation）：）： 也称有性世代，减数分裂形成配子开始至卵细胞受精前也称有性世代，减数分裂形成配子开始至卵细胞受精前的世代。的世代。3-3 生活周期生活周期 Life Cycle高等植物：高等植物： 精子精子 生长生长 (2n) meiosis ( n) 生殖核生殖核 精子精子孢原细胞孢原细胞小孢子母细胞小孢子母细胞 4小孢子小孢子 (花药内花药内) 营养核营养核 覆盖细胞覆盖细胞(外外)孢原孢原 3细胞退化细胞退化(近珠孔近珠孔)细胞细胞 造孢细胞造孢细胞
25、胚囊母细胞胚囊母细胞4细胞细胞(子房内子房内) 3次有丝分裂次有丝分裂7细胞细胞 8核胚囊核胚囊(2n) (n) （大孢子母细胞）（大孢子母细胞）胚乳胚乳合子合子双受精双受精减数分裂减数分裂减数分裂减数分裂胚囊胚囊卵卵花粉管花粉管有丝分裂有丝分裂7细胞细胞8核核花粉粒花粉粒有丝分裂有丝分裂小孢子小孢子孢子体孢子体大孢子大孢子花药花药胚珠胚珠子房子房胚囊内发生核融合胚囊内发生核融合花柱花柱花粉管花粉管二倍体动物的世代交替二倍体动物的世代交替alternation of generations雄性个体雄性个体雌性个体雌性个体减数分裂减数分裂精子精子卵子卵子合子合子(受精卵受精卵)发育发育受精受精（
26、2n）（2n）（n）（n）（2n）精子发生和卵子精子发生和卵子发生过程比较发生过程比较精原细胞精原细胞卵原细胞卵原细胞初级初级精母细胞精母细胞初级初级卵母细胞卵母细胞分化分化次级精次级精母细胞母细胞次级卵次级卵母细胞母细胞第一第一极体极体第二第二极体极体精子精子卵子卵子链孢霉（链孢霉（Neurospora crassa）3-4 遗传的染色体学说遗传的染色体学说Chromosome Theory of Heredity In 1902, Walter Sutton, after comparing chromosome migration data with Mendels data concl
27、uded that genetic factors (genes) are located on the cells chromosomes. (1)在遗传中都具有完整性和独立性。在遗传中都具有完整性和独立性。(2)在体细胞中成对存在，在配子中只有一个。在体细胞中成对存在，在配子中只有一个。(3)等位基因和同源染色体都分别来自父本和母本。等位基因和同源染色体都分别来自父本和母本。(4)非非等等位位基基因因和和非非同同源源染染色色体体在在减减数数分分裂裂中中的的分分离离都是独立的。都是独立的。染色体和基因间的平行现象染色体和基因间的平行现象染色体和基因间的平行现象染色体和基因间的平行现象Walt
28、er Sutton first discovered the Chromosome Theory of Heredity. genes are located on the chromosomes and each gene occupies a specific place on a chromosome. A gene may exist in several forms, or alleles. Each chromosome, however, contains just one of the alleles for each of its genes.Locus(基因座位基因座位)A
29、lleles(等位基等位基因因)homologous chromosomes(同源同源染色体染色体)A or a gametes results in the AA, 2Aa, A or a gametes results in the AA, 2Aa, aaaa or 3:1 Mendel law or 3:1 Mendel lawHeterozygote2 traits AaBbPossible gametesAB, Ab aB and ab本章重点本章重点染色质和染色体染色质和染色体有丝分裂的过程和遗传学意义有丝分裂的过程和遗传学意义减数分裂的过程、特点和遗传学意义减数分裂的过程、特点和遗传学意义谢谢 谢谢 ！
