实验九 染色体核型分析

实验九染色体核型分析

【实验目的】

1. 观察测量照片上每条染色体，进行配对排列和剪贴成核型分析图；

2. 掌握染色体组型分析的各种数据指标，学习和掌握核型分析的方法；

3. 正确理解生物的遗传多样性——染色体多样性。

【实验原理】

核型(Karyotype)亦称染色体组型，是指体细胞有丝分裂中期细胞核(或染色体组)的表型，是染色体数目、大小、形态特征的总和。每一个体细胞含有两组同样的染色体，用2n表示。其中与性别直接有关的染色体，即性染色体，可以不成对。每一个配子带有一组染色体，叫做单倍体，用n表示。两性配子结合后，具有两组染色体，成为二倍体的体细胞。在对染色体进行测量计算的基础上，进行分组、排队、配对，并进行形态分析的过程叫核型分析(如图1所示)。将一个染色体组的全部染色体逐条按其长短、形态、类型等特征排列起来的图称为核型图，它代表一个物种的核型模式。核型分析通常包括两方面的内容：⑴确定一物种的染色体数目；⑵辨析每条染色体的特征。

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图1 人类中期细胞染色体核型分析(2n=46)

染色体在复制以后，纵向并列的两个染色单体，通过着丝粒联结在一起。着丝粒在染色体上的位置是固定的。由于着丝粒位置的不同，染色体可分成相等或不相等的两臂，造成中部着丝粒(m)，亚中部着丝粒(sm)、亚端部着丝粒(st)和端部着丝粒(t)等形态不同的染色体(如图2所示)。此外，有的染色体还含有随体或次级缢痕，所有这些染色体的特异性构成一个物种的核型。细胞分裂中期是染色体的形态结构最典型的时期，通过显微镜摄影，将选取伸展良好，形态清晰，有代表性的细胞分裂相进行高倍拍摄放大，得到用于核型分析的照片。

染色单体长臂

着丝粒

短臂

次缢痕

m sm st t 图2 中期染色体形态及结构

1. 分析标准：⑴臂比值r(长臂长/短臂长)；⑵着丝粒指数i[(短臂长/染色体长)×100%](表1)；⑶相对长度：某条染色体长度占一套单倍体染色体长度总和的百分比：相对长度(%)＝(某染色体长度/单套染色体组总长)×100％(植

物)；或：相对长度(%)＝[某染色体长度/(单套常染色体+X染色体)的总长]×100％(动物)；⑷臂比指数(N.F.值)：把具中部和近中部着丝粒的“V”形染色体计为2个臂，而把具近端和端部着丝粒的“J”或“I”染色体计为1个臂，以此统计核型中总臂数；⑸染色体长度比：根据染色体长度比[(最长染色体长/最短染色体长)×100%]。

表1：着丝粒位置的确定(Levan 1964年的二点四区系统标准)壹臂比着丝粒指数着丝粒位置简写

1.00

1.01～1.70 1.71～3.00 3.01～7.00 大于7.01 ∞50.0

50.0～37.5

37.5～25.0

25.0～12.5

12.5～0.0

正中部着丝粒

中部着丝粒

亚中部着丝粒

亚端部着丝粒

端部着丝粒

正端部着丝粒

M

m

sm

st

t

T

2. 核型公式：某种植物核型公式为2n=2x=10=6m+2sm+2st(SA T)，其中x 代表染色体基数，表明该植物为2倍体，6m代表有6条染色体为中部着丝粒，2sm代表有2条染色体为亚中部着丝粒，2条染色体为亚端部着丝粒并带有随体。

3. 核型分类：Stebbins根据核型中染色体的长度比和臂比两项特征，区分核型的对称与不对称程度，将其分为12种类型(表2)。

表2：核型的对称与不对称分类(Stebbins)

最长/最短

臂比大于＞4∶1的染色体的百分比

0.0 0.01~0.5 0.51~0.99 1.0

壹注：本实验进行核型分析时，着丝粒位置主要分为m，sm，st，t。

最长/最短

臂比大于＞4∶1的染色体的百分比

0.0 0.01~0.5 0.51~0.99 1.0

＜2∶1 2∶1～4∶1 ＞4∶1 1A

1B

1C

1A

1B

1C

1A

1B

1C

1A

1B

1C

注：A为对称核型，B为中间类型，C为较不对称核型。

3. 实践应用：核型分析可以探明生物遗传与变异、染色体组演化和种属间亲缘关系等，同时染色体显带也表明不同个体及物种的染色体显带核型均有化，这种现象称染色体多态性(Chromosome Heteromorphism)，因此核型分析在遗传学研究特别是与人类染色体疾病的临床诊断方面有着重要的应用。

【实验材料】

制作好的动物或植物染色体制片。

【实验准备】

器具：放大镜、直尺、剪刀、镊子、计算器、座标纸、绘图纸、胶水等。【实验步骤】

1. 染色体数目统计：观察统计时原则上要观察尽可能多的个体约100个细胞为宜，使其具有较高的准确性和代表性。

2. 准备染色体标本的相片：将制备的细胞轮廓清楚，染色体集中而不重叠，着丝粒、次缢痕和随体贰清晰，染色体长度适中而不弯曲的，不扭曲、不断裂的5个以上的染色体标本，通过显微镜与数码相机或电脑的数据接口，形成并储存成图片格式，最终打印成相片。

贰注：次缢痕和随体的观察与分析需实验者本身操作熟练及经验丰富，本实验可不作要求。

3. 染色体测量叁：确定染色体数目，目测相片上每条染色体长度，按长短顺序初步编号，写在相片上每条染色体的背面，用钢尺逐个测量每条染色体长度[长臂(q)长、短臂(p)长]，根据相片计算出各条染色体的相对长度、臂比值及着丝粒位置，有随体的染色体，其随体长度和次缢痕长度可计入全长，也可不计入，但必须加以说明。将测量的数据记录于表1。

表1 核型分析实测记录表

序号(条)

实测长度(mm) 序号

(条)

实测长度(mm)

长臂短臂全长长臂短臂全长

1 2 3

5

6

…

4. 染色体相关数据的计算：将计算的数据记录于表。

表2 核型分析计算表

序号(对) 相对长度(%) 臂比着丝粒位置染色体类型1

2

3

…

总和

5. 核型图：

5.1 染色体排序与分组：⑴按染色体由长到短重新编号，由左向右顺序贴在纸上。若两对染色体长度完全相等，则按短臂的长度顺序排列，长者在前，短者在后；⑵着丝点排列在同一水平线上，短臂在上，长臂在下；⑶着丝粒类型相同，相对长度相近的分一组；⑷同一组的按染色体长短顺序配对排列；

叁注：由于染色体绝对长度受许多因素影响，如预处理时间、染色体本身浓缩程度、实验操作、实验者本身等，因此本实验不作要求。