1 浙江大学 遗传学第二章 1 第二章 遗传的细胞学基础 浙江大学 遗传学第二章 2 本章重点 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。 浙江大学 遗传学第二章 3 第一节 细胞的结构和功能 浙江大学 遗传学第二章 4 一、原核细胞 1．细胞组成： 细胞壁：蛋白聚糖等； 细胞膜：磷脂、蛋白质等； 细胞质：核糖体等； 核区：DNA、RNA等； 2．原核生物： 各种细菌、蓝藻等低等生物 由原核细胞构成，统称为原 核生物（prokaryote）。 浙江大学 遗传学第二章 5 细胞壁 内质网 质膜(细胞膜) 线粒体 叶绿体 膜相结构 液泡 生物¨细胞 细胞质 溶酶体 高尔基体 核糖体 非膜相结构 原生质 中心体 核膜 — 膜相结构 细胞核 染色质 非膜相结构 核仁 二、真核细胞 浙江大学 遗传学第二章 6 动物细胞结构 植物细胞结构
1 浙江大学 遗传学第二章 1 第二章 遗传的细胞学基础 浙江大学 遗传学第二章 2 本章重点 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。 浙江大学 遗传学第二章 3 第一节 细胞的结构和功能 浙江大学 遗传学第二章 4 一、原核细胞 1．细胞组成： 细胞壁：蛋白聚糖等； 细胞膜：磷脂、蛋白质等； 细胞质：核糖体等； 核区：DNA、RNA等； 2．原核生物： 各种细菌、蓝藻等低等生物 由原核细胞构成，统称为原 核生物（prokaryote）。 浙江大学 遗传学第二章 5 细胞壁 内质网 质膜(细胞膜) 线粒体 叶绿体 膜相结构 液泡 生物¨细胞 细胞质 溶酶体 高尔基体 核糖体 非膜相结构 原生质 中心体 核膜 — 膜相结构 细胞核 染色质 非膜相结构 核仁 二、真核细胞 浙江大学 遗传学第二章 6 动物细胞结构 植物细胞结构
2 浙江大学 遗传学第二章 7 三、不同类型细胞间的比较 浙江大学 遗传学第二章 8 第二节 染色体的形态和数目 浙江大学 遗传学第二章 9 一、染色体的形态特征: 浙江大学 遗传学第二章 10 1．重要性: (1).几乎所有生物细胞中均存在染色体； (2).真核生物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，故通常以这个时期 进行染色体形态的识别和研究。 蚕豆 浙江大学 遗传学第二章 11 2．形态: (1).组成:着丝粒、长臂和短臂； (2).着丝点对于细胞分裂时染色体 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。 浙江大学 遗传学第二章 12 蚕豆：有丝分裂中期染色体（排列于赤道面上，箭头表示 两条大染色体） 。 5µm 次缢痕 次缢痕
2 浙江大学 遗传学第二章 7 三、不同类型细胞间的比较 浙江大学 遗传学第二章 8 第二节 染色体的形态和数目 浙江大学 遗传学第二章 9 一、染色体的形态特征: 浙江大学 遗传学第二章 10 1．重要性: (1).几乎所有生物细胞中均存在染色体； (2).真核生物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，故通常以这个时期 进行染色体形态的识别和研究。 蚕豆 浙江大学 遗传学第二章 11 2．形态: (1).组成:着丝粒、长臂和短臂； (2).着丝点对于细胞分裂时染色体 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。 浙江大学 遗传学第二章 12 蚕豆：有丝分裂中期染色体（排列于赤道面上，箭头表示 两条大染色体） 。 5µm 次缢痕 次缢痕
3 浙江大学 遗传学第二章 13 长臂 /短臂 染色体 形态 着丝点位置 染色体分类 缩写 1.00 V形 正中 正中着丝点染色体 M 1.01~1.70 V形 中部 中着丝点区染色体 m 1.71~3.00 L形 近中 近中着丝点区染色体 sm 3.01~7.00 L形 近端 近端着丝点区染色体 st >7.00 棒形 端部 端着丝点区染色体 t 长短臂 极其粗短 粒形 端部 端着丝点染色体 T 3．类型: 浙江大学 遗传学第二章 14 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0.2~50µｍ、 宽约0.2~2.0µｍ。 大麦 （2n=14） 浙江大学 遗传学第二章 15 (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。如： 单子叶植物： 玉米、小麦、大麦和黑麦 > 水稻。 但双子叶植物 中牡丹属和鬼臼属 也具有较大的染色 体。 ５µｍ 浙江大学 遗传学第二章 16 10µm 普通小麦细胞中期染色体（2n=42） 浙江大学 遗传学第二章 17 5µm 大麦细胞中期染色体（2n=14） 浙江大学 遗传学第二章 18
3 浙江大学 遗传学第二章 13 长臂 /短臂 染色体 形态 着丝点位置 染色体分类 缩写 1.00 V形 正中 正中着丝点染色体 M 1.01~1.70 V形 中部 中着丝点区染色体 m 1.71~3.00 L形 近中 近中着丝点区染色体 sm 3.01~7.00 L形 近端 近端着丝点区染色体 st >7.00 棒形 端部 端着丝点区染色体 t 长短臂 极其粗短 粒形 端部 端着丝点染色体 T 3．类型: 浙江大学 遗传学第二章 14 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0.2~50µｍ、 宽约0.2~2.0µｍ。 大麦 （2n=14） 浙江大学 遗传学第二章 15 (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。如： 单子叶植物： 玉米、小麦、大麦和黑麦 > 水稻。 但双子叶植物 中牡丹属和鬼臼属 也具有较大的染色 体。 ５µｍ 浙江大学 遗传学第二章 16 10µm 普通小麦细胞中期染色体（2n=42） 浙江大学 遗传学第二章 17 5µm 大麦细胞中期染色体（2n=14） 浙江大学 遗传学第二章 18
4 浙江大学 遗传学第二章 19 浙江大学 遗传学第二章 20 草棉 2n=26 中棉 2n=26 陆地棉 2n=52 海岛棉 2n=52 4µm 4µm 4µm 4µm 浙江大学 遗传学第二章 21 5µm 浙江大学 遗传学第二章 22 浙江大学 遗传学第二章 23 5µm 油菜与萝卜远缘杂种后代：68条 浙江大学 遗传学第二章 24 云南双江大茶叶染色体（2n=30） 5µm
4 浙江大学 遗传学第二章 19 浙江大学 遗传学第二章 20 草棉 2n=26 中棉 2n=26 陆地棉 2n=52 海岛棉 2n=52 4µm 4µm 4µm 4µm 浙江大学 遗传学第二章 21 5µm 浙江大学 遗传学第二章 22 浙江大学 遗传学第二章 23 5µm 油菜与萝卜远缘杂种后代：68条 浙江大学 遗传学第二章 24 云南双江大茶叶染色体（2n=30） 5µm
5 浙江大学 遗传学第二章 25 (2n=8) 浙江大学 遗传学第二章 26 人染色体（2n=46） 浙江大学 遗传学第二章 27 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。 5．类别: 浙江大学 遗传学第二章 28 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编号。 6．染色体编号: 10µ （2n=12） 浙江大学 遗传学第二章 29 水稻（2n=24） 玉米（2n=20） 染色体编号 全长(微米) 长臂/短臂 全长(微米) 长臂/短臂 1 79．0 1．72 82．40 1．30 2 47．5 2．16 66．50 1．25 3 47．0 1．23 62．00 2．00 4 38．5 2．08 58．78 1．60 5 30．5 2．05 59．82 1．10 6 27．5 4．00 48．73 7．10 7 26．5 1．03 46．78 2．80 8 23．0 1．70 47．78 3．20 9 21．0 3．20 43．24 1．80 10 21．0 6．00 36．93 2．80 11 20．5 1．56 - - 12 18．0 3．00 - - 水稻和玉米在细胞减数分裂的粗线期的染色体长度 浙江大学 遗传学第二章 30 水稻粗线期 玉米粗线期
5 浙江大学 遗传学第二章 25 (2n=8) 浙江大学 遗传学第二章 26 人染色体（2n=46） 浙江大学 遗传学第二章 27 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。 5．类别: 浙江大学 遗传学第二章 28 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编号。 6．染色体编号: 10µ （2n=12） 浙江大学 遗传学第二章 29 水稻（2n=24） 玉米（2n=20） 染色体编号 全长(微米) 长臂/短臂 全长(微米) 长臂/短臂 1 79．0 1．72 82．40 1．30 2 47．5 2．16 66．50 1．25 3 47．0 1．23 62．00 2．00 4 38．5 2．08 58．78 1．60 5 30．5 2．05 59．82 1．10 6 27．5 4．00 48．73 7．10 7 26．5 1．03 46．78 2．80 8 23．0 1．70 47．78 3．20 9 21．0 3．20 43．24 1．80 10 21．0 6．00 36．93 2．80 11 20．5 1．56 - - 12 18．0 3．00 - - 水稻和玉米在细胞减数分裂的粗线期的染色体长度 浙江大学 遗传学第二章 30 水稻粗线期 玉米粗线期
6 浙江大学 遗传学第二章 31 人类染色体 组型分析 浙江大学 遗传学第二章 32 浙江大学 遗传学第二章 33 人 类 染 色 体 R 带 带 型 分 析 浙江大学 遗传学第二章 34 浙江大学 遗传学第二章 35 浙江大学 遗传学第二章 36 特征：严重智力迟钝、马鞍鼻和 斜视眼,发生频率约为1/600~700
6 浙江大学 遗传学第二章 31 人类染色体 组型分析 浙江大学 遗传学第二章 32 浙江大学 遗传学第二章 33 人 类 染 色 体 R 带 带 型 分 析 浙江大学 遗传学第二章 34 浙江大学 遗传学第二章 35 浙江大学 遗传学第二章 36 特征：严重智力迟钝、马鞍鼻和 斜视眼,发生频率约为1/600~700
7 浙江大学 遗传学第二章 37 二、染色体数目 浙江大学 遗传学第二章 38 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) 茶树30条(2n) 玉米20条(2n) 马铃薯48条(2n) 人46条(2n) 高粱20条(2n) 甘薯90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=400~600 (n) 一些生物的染色体数目 浙江大学 遗传学第二章 39 生物染色体的一般特点： 1．数目恒定。 2．体细胞（2n）是性细胞（n）的一倍。 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）。 浙江大学 遗传学第二章 40 三、原核生物的染色体形态、结构和数目 浙江大学 遗传学第二章 41 通常原核生物细胞里只有一个染色体， 且DNA含量低于真核生物。 例如: • 大肠杆菌E.coli只有一个环状染色体： 其DNA含核苷酸对为3×106，长度1.1mm。 • 蚕豆配子中染色体(n=6)的核苷酸对为2×1010， 长度6000mm。 • 豌豆配子中染色体(n=7)的核苷酸对为3×1010， 长度10500mm。 浙江大学 遗传学第二章 42 第三节 细胞的有丝分裂
7 浙江大学 遗传学第二章 37 二、染色体数目 浙江大学 遗传学第二章 38 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) 茶树30条(2n) 玉米20条(2n) 马铃薯48条(2n) 人46条(2n) 高粱20条(2n) 甘薯90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=400~600 (n) 一些生物的染色体数目 浙江大学 遗传学第二章 39 生物染色体的一般特点： 1．数目恒定。 2．体细胞（2n）是性细胞（n）的一倍。 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）。 浙江大学 遗传学第二章 40 三、原核生物的染色体形态、结构和数目 浙江大学 遗传学第二章 41 通常原核生物细胞里只有一个染色体， 且DNA含量低于真核生物。 例如: • 大肠杆菌E.coli只有一个环状染色体： 其DNA含核苷酸对为3×106，长度1.1mm。 • 蚕豆配子中染色体(n=6)的核苷酸对为2×1010， 长度6000mm。 • 豌豆配子中染色体(n=7)的核苷酸对为3×1010， 长度10500mm。 浙江大学 遗传学第二章 42 第三节 细胞的有丝分裂
8 浙江大学 遗传学第二章 43 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。 间期 一、细胞周期 浙江大学 遗传学第二章 44 一般 S 期时间较长， 且较稳定；G1 和G2 的 时间较短，变化也较大。 因物种、细胞种类和生 理状态的不同而异。 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。 浙江大学 遗传学第二章 45 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Î调控细胞是否能够 通过该控制点。 细胞通过该控制点Î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。 酶 浙江大学 遗传学第二章 46 二、细胞分裂过程 浙江大学 遗传学第二章 47 1. 无丝分裂（amitosis）亦称直接分裂。 细胞核拉长后缢裂为二 Î 细胞质分裂 Î 2个子细胞 Î 染色体分裂无规律 Î 整个过程看不到纺锤丝。 高等植物某些生长迅速部分可以发生： • 小麦茎节部分和番茄叶腋发生新枝处； • 一些肿瘤和愈伤组织常发生无丝分裂。 浙江大学 遗传学第二章 48 2. 有丝分裂（mitosis）： 在整个过程染色体会产生有规律的变化，包括两个紧密 过程： 核分裂为二 Î 细胞质分裂，二个子细胞各含一个核。 根据核分裂的变化特征可以将有丝分裂分为四个时期： 间期 Î 前期 Î 中期 Î 后期 Î 末期
8 浙江大学 遗传学第二章 43 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。 间期 一、细胞周期 浙江大学 遗传学第二章 44 一般 S 期时间较长， 且较稳定；G1 和G2 的 时间较短，变化也较大。 因物种、细胞种类和生 理状态的不同而异。 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。 浙江大学 遗传学第二章 45 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Î调控细胞是否能够 通过该控制点。 细胞通过该控制点Î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。 酶 浙江大学 遗传学第二章 46 二、细胞分裂过程 浙江大学 遗传学第二章 47 1. 无丝分裂（amitosis）亦称直接分裂。 细胞核拉长后缢裂为二 Î 细胞质分裂 Î 2个子细胞 Î 染色体分裂无规律 Î 整个过程看不到纺锤丝。 高等植物某些生长迅速部分可以发生： • 小麦茎节部分和番茄叶腋发生新枝处； • 一些肿瘤和愈伤组织常发生无丝分裂。 浙江大学 遗传学第二章 48 2. 有丝分裂（mitosis）： 在整个过程染色体会产生有规律的变化，包括两个紧密 过程： 核分裂为二 Î 细胞质分裂，二个子细胞各含一个核。 根据核分裂的变化特征可以将有丝分裂分为四个时期： 间期 Î 前期 Î 中期 Î 后期 Î 末期
9 浙江大学 遗传学第二章 49 浙江大学 遗传学第二章 50 3. 有丝分裂的特殊情况: 正常：间期DNA复制 Î 染色单体 Î 着丝点裂开 Î 染色体 Î 核分裂 Î 胞质分裂 Î 间期DNA复制。 ⑴.多核细胞：细胞核 多次分裂而细胞质 不分裂Î形成具有 很多游离核的多核 细胞。 芸苔类：绒毡层多核细胞 果蝇幼虫 唾腺细胞 巨型染色 体 ⑵.核内有丝分裂：核内染色体中染色线连续复制，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多达1000条以上，并具有不同的 条纹和条带。 浙江大学 遗传学第二章 52 三、有丝分裂的意义: 1.生物学意义： * 有丝分裂促进细胞数目和体积增加； * 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： ⑴.核内各染色体准确复制为二 Î 两个子细胞的遗传基础 与母细胞完全相同； ⑵.复制的各对染色体有规则而均匀地分配到两个子细胞中 Î 子、母细胞具有同样质量和数量的染色体。 浙江大学 遗传学第二章 53 第四节 细胞的减数分裂 浙江大学 遗传学第二章 54 1．概念: 减数分裂(meiosis)：是性母细胞成熟时配子形成过程 中发生的一种特殊有丝分裂 Î 使体细胞的染色体 数目减半。例如: 水稻2n=24、玉米2n=20、茶树2n=30 ⇓ ⇓ ⇓ 减数分裂 n=12 n=10 n=15 n (卵) + n (精) → 2n (体) ♣ 受精作用可保证物种染色体数恒定。 一、减数分裂过程：
9 浙江大学 遗传学第二章 49 浙江大学 遗传学第二章 50 3. 有丝分裂的特殊情况: 正常：间期DNA复制 Î 染色单体 Î 着丝点裂开 Î 染色体 Î 核分裂 Î 胞质分裂 Î 间期DNA复制。 ⑴.多核细胞：细胞核 多次分裂而细胞质 不分裂Î形成具有 很多游离核的多核 细胞。 芸苔类：绒毡层多核细胞 果蝇幼虫 唾腺细胞 巨型染色 体 ⑵.核内有丝分裂：核内染色体中染色线连续复制，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多达1000条以上，并具有不同的 条纹和条带。 浙江大学 遗传学第二章 52 三、有丝分裂的意义: 1.生物学意义： * 有丝分裂促进细胞数目和体积增加； * 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： ⑴.核内各染色体准确复制为二 Î 两个子细胞的遗传基础 与母细胞完全相同； ⑵.复制的各对染色体有规则而均匀地分配到两个子细胞中 Î 子、母细胞具有同样质量和数量的染色体。 浙江大学 遗传学第二章 53 第四节 细胞的减数分裂 浙江大学 遗传学第二章 54 1．概念: 减数分裂(meiosis)：是性母细胞成熟时配子形成过程 中发生的一种特殊有丝分裂 Î 使体细胞的染色体 数目减半。例如: 水稻2n=24、玉米2n=20、茶树2n=30 ⇓ ⇓ ⇓ 减数分裂 n=12 n=10 n=15 n (卵) + n (精) → 2n (体) ♣ 受精作用可保证物种染色体数恒定。 一、减数分裂过程：
10 浙江大学 遗传学第二章 55 2．特点: (1). 各对同源染色体在细胞分裂前期配对(或联会)； (2). 细胞分裂过程中包括两次分裂: 第一次分裂中染色体减数，这次分裂的前期较复杂， 又可细分为五期（细线期→偶线期→粗线期→双线期→ 终变期）； 第二次分裂染色体等数。 浙江大学 遗传学第二章 56 减数分裂 模式图 浙江大学 遗传学第二章 57 细胞减数分裂 前期I 的5 个时期 联 会 复 合 体 浙江大学 遗传学第二章 58 水稻：粗线期染色体 5µ 玉米减数分裂粗线期 小麦减数分裂粗线期 浙江大学 遗传学第二章 59 浙江大学 遗传学第二章 60 二、减数分裂的意义:
10 浙江大学 遗传学第二章 55 2．特点: (1). 各对同源染色体在细胞分裂前期配对(或联会)； (2). 细胞分裂过程中包括两次分裂: 第一次分裂中染色体减数，这次分裂的前期较复杂， 又可细分为五期（细线期→偶线期→粗线期→双线期→ 终变期）； 第二次分裂染色体等数。 浙江大学 遗传学第二章 56 减数分裂 模式图 浙江大学 遗传学第二章 57 细胞减数分裂 前期I 的5 个时期 联 会 复 合 体 浙江大学 遗传学第二章 58 水稻：粗线期染色体 5µ 玉米减数分裂粗线期 小麦减数分裂粗线期 浙江大学 遗传学第二章 59 浙江大学 遗传学第二章 60 二、减数分裂的意义: