遗传学第二章遗传的细胞学基础.ppt

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、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。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,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G2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。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。,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 淀粉+-单糖+蛋白质+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,