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1、遗传的染色体基础第1页，共56页，编辑于2022年，星期三2 2、1 1、有性生殖、有性生殖l通过产生两性配子和两性配子的结合而产生后代的生殖方式称为有性生殖。l高等动植物的主要生殖方式。l微生物（子囊菌、面包酵母）l准性生殖（构巢曲酶）第2页，共56页，编辑于2022年，星期三2 2、2 2、染色体的形态和数目、染色体的形态和数目l一染色体的形态特征一染色体的形态特征:l染色体是细胞核中最重要的组成部份。几乎所有染色体是细胞核中最重要的组成部份。几乎所有的生物细胞中，包括噬菌体在内，在光学显微镜的生物细胞中，包括噬菌体在内，在光学显微镜或电子显微镜下都能看到染色体的存在。或电子显微镜下都能看
2、到染色体的存在。l染色体是遗传物质的载体。染色体是遗传物质的载体。l各物种的染色体都有特定的形态特征。各物种的染色体都有特定的形态特征。l有丝分裂的中期，染色体收缩得最粗最短，也最有丝分裂的中期，染色体收缩得最粗最短，也最明显和典型，是观察染色体的最好时期明显和典型，是观察染色体的最好时期 。第3页，共56页，编辑于2022年，星期三基本概念二倍体细胞具有二套染色体，分别来自于两个亲本，每对染色体的两个成员被称为同源染色体(homologous chromosome)，单倍体真核细胞仅有一套染色体。有丝分裂(mitosis)是二倍体或单倍体真核细胞分裂的过程。有丝分裂产生两个子核，它们含有相同
3、的染色体数和遗传信息。第4页，共56页，编辑于2022年，星期三基本概念基本概念减数分裂减数分裂(meiosis)发生在有性生殖的真核细胞中。发生在有性生殖的真核细胞中。它是由二倍体细胞或核通过一次它是由二倍体细胞或核通过一次DNA复制和二次分复制和二次分裂产生裂产生4个单倍体细胞或核的分裂过程。个单倍体细胞或核的分裂过程。减数分裂的减数分裂的4 个子细胞染色体数比母细胞减少一个子细胞染色体数比母细胞减少一半。由于父本和母本的染色体的重新组合及染色半。由于父本和母本的染色体的重新组合及染色体的交换，使体的交换，使4 个子细胞所含的遗传信息有一定的个子细胞所含的遗传信息有一定的差异。差异。遗传的
4、染色体学说遗传的染色体学说指出染色体是基因的载体。指出染色体是基因的载体。第5页，共56页，编辑于2022年，星期三染色体的分类：染色体的分类：l1 1、中间着丝点染色体：、中间着丝点染色体：“V V型型”l2 2、近中着丝点染色体：、近中着丝点染色体：“L L型型”l3 3、近端着丝点染色体：、近端着丝点染色体：“棒状棒状”l4 4、端着丝点染色体：、端着丝点染色体：“棒状棒状”l5 5、粒状染色体：、粒状染色体：“颗粒状颗粒状”第6页，共56页，编辑于2022年，星期三2.1 染色体染色体(chromosome)长长 臂臂短短 臂臂随体随体 副缢痕副缢痕着丝粒着丝粒中中间间着着丝丝粒粒近近
5、端端着着丝丝粒粒端端着着丝丝粒粒第7页，共56页，编辑于2022年，星期三第8页，共56页，编辑于2022年，星期三第9页，共56页，编辑于2022年，星期三(a)中间着丝粒中间着丝粒(b)近端着丝粒近端着丝粒(c)端着丝粒端着丝粒(a)(b)(c)第10页，共56页，编辑于2022年，星期三部分生物的染色体数目部分生物的染色体数目物物 种种二倍体数二倍体数物物 种种二倍体数二倍体数人类人类46水稻水稻24猕猴猕猴42小麦小麦42黄牛黄牛60玉米玉米20猪猪38大麦大麦14狗狗78陆地棉陆地棉52猫猫38豌豆豌豆14马马64烟草烟草48鸡鸡78番茄番茄24鸭鸭80甘蓝甘蓝18果蝇果蝇8洋葱洋葱
6、16蜜蜂蜜蜂雌雌32雄雄16松松24第11页，共56页，编辑于2022年，星期三2.2 有丝分裂(mitosis)19世纪末，Flemming W(1882)和Boveri T(1891)分别发现了有丝分裂和减数分裂，为遗传的染色体学说提供了理论基础。第12页，共56页，编辑于2022年，星期三q细胞周期细胞周期(cell cycle)：从一个新产生的细胞到它分裂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。它可分成四个产生子细胞这一过程称为细胞周期。它可分成四个阶段：阶段：M期、期、S期、期、G1期和期和G2期期。M是分裂期，通常是细胞周期中最短的时期，约占是分裂期，通常是细胞周
7、期中最短的时期，约占整个时期的整个时期的5-10%的时间。的时间。DNA的合成发生在的合成发生在S期期(systhesis).G1(gap1)和和G2(gap2)是是S期和期和M期之间的两个间隙期之间的两个间隙期。期。G1、S、G2合称为合称为间期间期(interpahse)。此期染此期染色质均匀地分布于核中，所以在显微镜下看不到染色色质均匀地分布于核中，所以在显微镜下看不到染色体。体。第13页，共56页，编辑于2022年，星期三S期,40%2-4nDNAG1期,25%2nDNAG2期,25%4nDNAM期,10%第14页，共56页，编辑于2022年，星期三nucleolus间 期(inter
8、phase)第15页，共56页，编辑于2022年，星期三2.2.1 有丝分裂的过程可分为四个阶段，前期、中期、后期、末期2.2.1.1、前期(prophase)染色体开始逐渐缩短变粗，形成螺旋状。当染色体变得明显可见时，每条染色体已含有两条染色单 体(chromatids)，互 称 为姐 妹 染 色 单 体(sister chromatids)，通过着丝粒把它们连接在一起。至前期末，核仁(nucleoli)逐渐消失，核膜开始破裂，核质和细胞质融为一体。第16页，共56页，编辑于2022年，星期三染色体核仁中心体早前期(early prophase)(图例为洋葱根尖切片)第17页，共56页，编辑
9、于2022年，星期三晚前期(late prophase)第18页，共56页，编辑于2022年，星期三2.2.1.2 中期中期(metophase)在此期在此期纺缍体纺缍体(spindle)逐渐明显，这逐渐明显，这个鸟笼状的结构在核区形成，由细胞两极间个鸟笼状的结构在核区形成，由细胞两极间一束平行的纤丝构成。着丝粒附着在染色体一束平行的纤丝构成。着丝粒附着在染色体上，染色体向细胞的上，染色体向细胞的赤道板赤道板(equatorial plane)移动移动第19页，共56页，编辑于2022年，星期三纺缍丝中 期(metophase)第20页，共56页，编辑于2022年，星期三2.2.1.3 后期后
10、期(anaphase)在后期，着丝粒纵裂为二，姐妹染在后期，着丝粒纵裂为二，姐妹染色单体彼此分离，各自移向一极。染色色单体彼此分离，各自移向一极。染色体的两臂由着丝粒拖着移动，这时染色体的两臂由着丝粒拖着移动，这时染色体是单条的，称为体是单条的，称为子染色体子染色体第21页，共56页，编辑于2022年，星期三着丝粒后期(anaphase)第22页，共56页，编辑于2022年，星期三2.2.1.4 末期末期(telophase)末期子细胞的染色体凝缩为一个新核，在末期子细胞的染色体凝缩为一个新核，在核的四周核膜重新形成，染色体又变为均匀的核的四周核膜重新形成，染色体又变为均匀的染色质，核仁又重新
11、出现，又形成了间期核。染色质，核仁又重新出现，又形成了间期核。末期结束时，纺缍体被降解，细胞质被新的细末期结束时，纺缍体被降解，细胞质被新的细胞膜分隔为两部分，结果产生了两个子细胞，胞膜分隔为两部分，结果产生了两个子细胞，其染色和原来细胞中的完全一样。其染色和原来细胞中的完全一样。第23页，共56页，编辑于2022年，星期三末期(telophase)第24页，共56页，编辑于2022年，星期三早前期晚前期早后期晚后期末期中期间期第25页，共56页，编辑于2022年，星期三间期早前期晚前期中期后期末期形成两个子细胞第26页，共56页，编辑于2022年，星期三有丝分裂的意义有丝分裂的意义保持生物的
12、遗传稳定性保持生物的遗传稳定性有丝分裂是生物进化的产物，是一种比较完善有丝分裂是生物进化的产物，是一种比较完善和理想的细胞分裂方式，促进了生物由低级向和理想的细胞分裂方式，促进了生物由低级向高级的进化发展。高级的进化发展。维持了个体的正常生长和发育。维持了个体的正常生长和发育。第27页，共56页，编辑于2022年，星期三第28页，共56页，编辑于2022年，星期三有丝分裂的特殊性有丝分裂的特殊性l多核细胞：细胞核进行多次重复分裂，多核细胞：细胞核进行多次重复分裂，细胞质不分裂，形成一个细胞中（质）细胞质不分裂，形成一个细胞中（质）具有多个核。具有多个核。l核内染色体分裂：核内染色体分裂核内染色
13、体分裂：核内染色体分裂 （染（染色线连续复制），而细胞核不分裂，形色线连续复制），而细胞核不分裂，形成多线染色体或巨型染色体。如果蝇的成多线染色体或巨型染色体。如果蝇的唾腺染色体。唾腺染色体。第29页，共56页，编辑于2022年，星期三果蝇唾腺染色体第30页，共56页，编辑于2022年，星期三2.3 减数分裂减数分裂(meiosis)减数分裂（又称成熟分裂）：减数分裂（又称成熟分裂）：是在配子形成过程中进是在配子形成过程中进行的一种特殊的有丝分裂。包括两次连续的核分裂而行的一种特殊的有丝分裂。包括两次连续的核分裂而染色体只复制一次，每个子细胞核中只有单倍数的染染色体只复制一次，每个子细胞核中只
14、有单倍数的染色体的细胞分裂形式。色体的细胞分裂形式。两次连续的核分裂分别称为两次连续的核分裂分别称为第一次分裂第一次分裂和和第二次分第二次分裂裂。每次分裂都可以分成前、中、后、末四期。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其中最复杂和最长的时期是前期I，又可分为又可分为细线细线期、偶线期、粗线期、双线期和终变期期、偶线期、粗线期、双线期和终变期。第31页，共56页，编辑于2022年，星期三两次分裂的不同：两次分裂的不同：l第一次分裂是减数的；第二次分第一次分裂是减数的；第二次分裂是不减数的。裂是不减数的。l第一次分裂复杂，时间长；第二第一次分裂复杂，时间长；第二次分
15、裂跟一般的有丝分裂一样。次分裂跟一般的有丝分裂一样。第32页，共56页，编辑于2022年，星期三2.3.1 相关概念相关概念q同源染色体同源染色体(homologous chromosome)：在二倍体生在二倍体生物中，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色体。不属于同一对的染色体称为非同源染色体非同源染色体(nonhomologous chromosome)。第33页，共56页，编辑于2022年，星期三q联会联会(synapsis
16、)：同源染色体的两个成员侧向连接，像拉链一样地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，中止在双线期。并排配对称为联会。联会始于偶线期，中止在双线期。第34页，共56页，编辑于2022年，星期三q联会复合体联会复合体(synaptonemal complex,SC)：同源染色体联会同源染色体联会过程中形成的一种独特的亚显微的非永久性的复合结构。过程中形成的一种独特的亚显微的非永久性的复合结构。q交叉交叉(chiasma)：非姐妹染色单体间若干处相互交叉缠结，交叉非姐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。是染色单体发生交换的结果。q交换交
17、换(crossing over)：非姐妹染色单体间发生遗传物质非姐妹染色单体间发生遗传物质的局部交换。的局部交换。第35页，共56页，编辑于2022年，星期三2.3.2 减数分裂减数分裂(meiosis)2.3.2.1 前期前期 I(prophase I)和有丝分裂一样，和有丝分裂一样，DNA的合成发生在的合成发生在S期，但期，但复制的产物直到晚前期复制的产物直到晚前期I才能看见。前期才能看见。前期I经历时经历时间较长，又可分为五个亚时期。间较长，又可分为五个亚时期。1)、细线期、细线期(leptotene)此期染色体呈细长线状，核仁依然存在。在细线此期染色体呈细长线状，核仁依然存在。在细线期
18、和整个的前期中染色体持续地浓缩。期和整个的前期中染色体持续地浓缩。2)、偶线期、偶线期(zygotene)同源染色体开始联会，出现联会复合体。同源染色体开始联会，出现联会复合体。第36页，共56页，编辑于2022年，星期三姊妹染姊妹染色单体色单体非姊妹非姊妹染色单体染色单体交换交换染色体断裂染色体断裂二价体二价体(bivalents)：配对的一对同源染色体。配对的一对同源染色体。第37页，共56页，编辑于2022年，星期三3)、粗线期、粗线期(pachytene)染色体完全联会，缩短变粗，但核仁仍存在。一对染色体完全联会，缩短变粗，但核仁仍存在。一对配对的同源染色体称配对的同源染色体称二价体二
19、价体(bivalent)或或四联体四联体(tetrad)。非姐妹染色单体间可能发生交换。非姐妹染色单体间可能发生交换。4)、双线期、双线期(diplotene)染色体继续变短变粗，双价体中的两条同源染色彼染色体继续变短变粗，双价体中的两条同源染色彼此分开。在非姐妹染色单体间可见交叉结，交叉结的出此分开。在非姐妹染色单体间可见交叉结，交叉结的出现是发生过交换的有形结果。交叉数目逐渐减少，在着现是发生过交换的有形结果。交叉数目逐渐减少，在着丝粒两侧的交叉向两端移动，这种现象称为丝粒两侧的交叉向两端移动，这种现象称为交叉端化交叉端化。5)、终变期、终变期(diakinesis)染色体进一步收缩变粗变
20、短，便于分裂时移动。染色体进一步收缩变粗变短，便于分裂时移动。第38页，共56页，编辑于2022年，星期三前期 I细线期偶线期粗线期双线期终变期第39页，共56页，编辑于2022年，星期三一个来自蝗虫的四联体结构，示5个交叉第40页，共56页，编辑于2022年，星期三2.3.2.2 中期中期 I(metophase I)核仁、核膜消失，各个双价体排列在赤道板上，核仁、核膜消失，各个双价体排列在赤道板上，着丝粒分居于赤道板的两侧，附着在纺缍丝上，而有着丝粒分居于赤道板的两侧，附着在纺缍丝上，而有丝分裂的中期着丝粒位于赤道板上。中期丝分裂的中期着丝粒位于赤道板上。中期I 着丝粒并不着丝粒并不分裂。
21、分裂。2.3.2.3 后期后期 I(anaphase I)双价体中的同源染色体彼此分开，移向两极，但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粒并不分开。同源染色体的各个成员各自的着丝粒并不分开。第41页，共56页，编辑于2022年，星期三2.3.2.4 末期末期 I(telophase I)此末期和随后的间期也称此末期和随后的间期也称分裂间期分裂间期(interkinesis)，并并不是普遍存在的，在很多生物中没有这一阶段，也没有核膜不是普遍存在的，在很多生物中没有这一阶段，也没有核膜重新形成的过程，细胞直接进入第二次减数分裂。在另一些重新形成的过程，细胞直接进
22、入第二次减数分裂。在另一些生物中，末期生物中，末期I 和分裂间期是短暂的，但核膜重新形成。在和分裂间期是短暂的，但核膜重新形成。在很多情况下，此期不合成很多情况下，此期不合成DNA，染色体的形状也不发生染色体的形状也不发生改变。改变。以着丝点来计算染色体的条数，减数分裂以着丝点来计算染色体的条数，减数分裂 I 可称为可称为“减数分裂减数分裂”(reduction division)，而减数分裂而减数分裂 II 则称则称为为“等数分裂等数分裂”(equational division)。第42页，共56页，编辑于2022年，星期三玉米减数分裂玉米减数分裂 I 示中期、后期、示中期、后期、末期和间
23、期末期和间期第43页，共56页，编辑于2022年，星期三2.3.3 减数分裂减数分裂(meiosis)2.3.3.1 前期前期 II(prophase II)与有丝分裂的前期一样，每个染色体具有两条染色单与有丝分裂的前期一样，每个染色体具有两条染色单体。体。2.3.3.2 中期中期 II(metophase II)染色体排列在赤道板上，纺缍丝附着在着丝粒上。染色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。单体从彼此相联逐渐部分地分离。2.3.3.3 后期后期 II(anaphase II)着丝粒纵裂，姐妹染色单体由纺缍丝拉向两极。着丝粒纵裂，姐妹染色单体由纺缍
24、丝拉向两极。2.3.3.4 末期末期 II(telophase II)4 个子细胞形成。个子细胞形成。第44页，共56页，编辑于2022年，星期三中期 I后期 I末期 I中期 II后期 II第45页，共56页，编辑于2022年，星期三2.3.4 减数分裂的特点减数分裂的特点具有一定的时空性，也就是说它仅在一定的具有一定的时空性，也就是说它仅在一定的发育阶段，在生殖细胞中进行。发育阶段，在生殖细胞中进行。减数分裂经第一次分裂后染色体数目减半，减数分裂经第一次分裂后染色体数目减半，所以减数分裂的产物是单倍体。所以减数分裂的产物是单倍体。前期长而复杂，同源染色体经历了配对（联会）前期长而复杂，同源染
25、色体经历了配对（联会）、交换过程，使遗传物质进行了重组。、交换过程，使遗传物质进行了重组。每个子细胞遗传信息的组合是不同的。每个子细胞遗传信息的组合是不同的。第46页，共56页，编辑于2022年，星期三2.3.5 减数分裂过程中染色体的变迁减数分裂过程中染色体的变迁前期前期 I 中期中期 I 染色体数为染色体数为2n。后期后期 I 中期中期 II 染色体数目由染色体数目由2n n。但每个。但每个染色体仍保持有两条染色单体。染色体仍保持有两条染色单体。后期后期 II 末期末期 II 染色体数目为染色体数目为n。在后期。在后期II，每个着丝粒都一分为二，随后每个染色体的每个着丝粒都一分为二，随后每
26、个染色体的单体分开。进入每个子细胞中去的只是一条单体分开。进入每个子细胞中去的只是一条染色体。染色体。第47页，共56页，编辑于2022年，星期三减数分裂的遗传学意义减数分裂的遗传学意义l通过减数分裂产生的雌雄配子，只具有通过减数分裂产生的雌雄配子，只具有半数的染色体（半数的染色体（N），为双受精合子染色），为双受精合子染色体数目的恒定性提供了物质基础。体数目的恒定性提供了物质基础。l减数分裂中同源染色体的随机拉向两极，减数分裂中同源染色体的随机拉向两极，非同源染色体在子细胞中的非同源染色体在子细胞中的2N种自由组种自由组合方式，同源染色体非姐妹染色单体之合方式，同源染色体非姐妹染色单体之间的
27、多种可能交换方式，为生物的多样间的多种可能交换方式，为生物的多样性提供了重要的物质基础。性提供了重要的物质基础。第48页，共56页，编辑于2022年，星期三中期 I后期 II第49页，共56页，编辑于2022年，星期三有丝分裂有丝分裂减数分裂减数分裂分裂细胞类型分裂细胞类型体细胞体细胞原始生殖细胞（孢母细胞）原始生殖细胞（孢母细胞）细胞分裂次数细胞分裂次数复制一次分裂一次复制一次分裂一次复制一次分裂二次复制一次分裂二次子细胞数目子细胞数目染色体数目变化染色体数目变化n2n2nnDNADNA分子数变化分子数变化2n4n2n2n4n2nn染染色色单单体体数数目目变变化化04n004n2n0同源染色
28、体行为同源染色体行为不联会、无四分体形成不联会、无四分体形成联会后形成四分体联会后形成四分体可能发生的变异可能发生的变异基因突变和染色体变异基因突变和染色体变异基因突变、染色体变异和基因重组基因突变、染色体变异和基因重组意义意义有有丝丝分分裂裂使使生生物物在在个个体体发发育育中中亲亲代代细细胞胞与与子子代代细细胞胞之之间间维持遗传性状的稳定维持遗传性状的稳定减减数数分分裂裂和和受受精精作作用用使使上上下下代代生生物物之之间间保保持持染染色色体体数数目目的的恒恒定定，减减数数分分裂裂时时发发生生的的高高频频率率的的基基因因重重组组是是生生物物进进化化的的主主要原因。要原因。有丝分裂与减数分裂的区别有丝分裂与减数分裂的区别第50页，共56页，编辑于2022年，星期三2.3.6 染色体周史动物的生活史第51页，共56页，编辑于2022年，星期三植物的生活周期第52页，共56页，编辑于2022年，星期三真菌的生活史第53页，共56页，编辑于2022年，星期三第54页，共56页，编辑于2022年，星期三第55页，共56页，编辑于2022年，星期三第56页，共56页，编辑于2022年，星期三