遗传的细胞学基础

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染色体在减数分裂中的行为
• 第一次减数分裂 • 配对
–前期 I –中期 I –后期 I –末期 I
• 交换 • 浓缩
细线期（leptotene） 偶线期（zygotene） 粗线期（pachytene） 双线期（diplotene） 浓缩期（diakinesis)
• 第二次减数分裂
–前期 II –中期 II –后期 II –末期 II
细胞周期
间期（interphase） 前期 (prophase) 中期 (metaphase) 后期 (anaphase)
末期 (telophase)
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有丝分裂的遗传学意义：
⑴. 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；
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 子、母细胞具有 同样质量和数量的染色体。
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• 孢子生殖(spore
reproduction)：是无性
生殖中的高级方式，由
亲体的特定部位产生许 多称为“孢子”的生殖 细胞，孢子不经结合， 直接发育形成新个体。
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• 出芽生殖(budding)：即在亲体的一定部位 长出小芽体，芽体逐渐长大，最后脱离母 体而成为独立个体。
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• 营养生殖：是生物营养体的一部分由母体 分离出来后又长成一个新个体的繁殖方式。
线期的染色体。由两条同源染色体组成，在交叉 处结合，每条同源染色体含2条染色单体。 转录：两条染色单体向两边伸出许多侧环，侧环 是RNA活跃转录的区域。
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3 生物体的有性生殖与无性生殖
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高等动物配子的发生
• 精子、卵子的发生：生殖系统生殖腺中有许多性 原细胞（精原细胞、卵原细胞），由性原细胞产 生雌雄配子的过程。
在受精后5d完成。
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• 同源染色体：二倍体细胞中染色体以成对
的方式存在, 一条来自父本，一条来自母本， 且形态、大小相同，并在减数分裂前期相 互配对的染色体。含相似的遗传信息。
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• 染色体是染色质在细胞分裂期经过紧密 缠绕、折叠、凝缩、精巧包装而成的具 有固定形态的遗传物质存在形式，是高 度螺旋化的DNA蛋白质纤维。
• 染色质则是存在于真核生物展开的DNA蛋白质纤维。
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细胞分裂期遗传物质DNA的存在状态
分裂期螺旋化
染色质
湖北贝母的B染色体
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兼性异染色质
• 某些染色质及其区段可在某一细胞环境中由常染 色质转变为异染色质。 • 异染色质的异固缩现象（heteropycnosis）
两者的区别： 组成性异染色质无论何种情况下都不能转录、表达。
兼性异染色质在一定的时期具有一定的功能。
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常染色质和异染色质
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两种染色质的区别
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2、中期Ⅰ 3、后期Ⅰ（减数过程开始）
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减数分裂前期II和中期II
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减数分裂后期II和末期II
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• 减数分裂：染色体复制了1次，但分裂了2次，产
生单倍的性细胞
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减数分裂的遗传学意义
(1) 配子的染色体数目减少一半，合子又恢复到亲 代的染色体数目，使生物类型的染色体数目和遗
传性状保持相对稳定。
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减数分裂的遗传学意义
(2)基因重组，为生物界的遗传和进化准备了条件。 A、染色体重组 组） B、基因重组（由交换而发生的重
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两种细胞分裂过程的对比
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两种特殊的染色体
• 灯刷染色体
普遍存在于动物界的卵母细胞，两栖类卵母细
胞的灯刷染色体最典型。
来源：卵母细胞进行减数第一次分裂时停留在双
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（4）双线期
又称合成期。染色体进一步缩短，组成二价体的两条同 源染色体表现相斥而分离，但由于同源染色体之间的 交换尚未完成，因而在不同的二价体上，在不同的部 位，不同程度出现交叉现象，使二价体成为“X、V、” 等形状。
交 叉 结
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（5）终变期或称浓缩期
染色体进一步收缩凝集成短棒状，交叉端化继续进行， 核仁核膜消失，纺锤体开始形成，双价体向赤道移动。
• 这一过程被称为双受精。
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• 双受精
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无性生殖
• 指不经过生殖细胞的结合，由亲体直接产 生新个体的生殖方式。 • 方式：分裂生殖、孢子生殖、 出芽生殖、营养生殖等。
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• 分裂生殖(fission) 最原始的生殖方式， 亲代细胞两个子细胞与母体大小、形态、 结构相似 • 单细胞生物如：细菌、原生动物变形虫等。
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短臂 (p) 着丝粒
长臂(q)
次 缢 痕 随 15 体
端粒
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染色体的类型
臂比是长臂长度与短臂长度的比值。
名 称 中间着丝粒染 色体 近中间着丝粒 染色体
臂比(长/短) 1－1.7 1.7－3
符 号 m sm
分裂后期形态 V L
近端着丝粒染 色体 顶端着丝粒染 色体
3－7
7－∞
st
t
l
I
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1、拟南芥含雌雄繁殖器官的两性花。雄配子 或小孢子由雄蕊中小孢子母细胞通过减数 分裂产生。 2、具有双受精过程
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• 高等动物的生活周期—果蝇
1、生长周期短，仅10天左右受精卵→幼虫→蛹→ 成虫图2－12果蝇的生活史 2、一个生活周期25℃约10 d完成。 3、受精卵—发育成胚—孵化成一龄幼虫－幼虫长 大，蜕皮进入二龄幼虫������ 又一次蜕皮形成大的三龄幼虫。
S期（Synthesis phase） DNA复制，组蛋白和 非组蛋白的合成。
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染色体在有丝分裂中的行为
有丝分裂是真核生物中一种体细胞分裂方式，遗 传物质从母细胞均等地分给两个新形成的子细 胞，所以新形成的两个子细胞在遗传物质上跟 原来的细胞是相同的。
• 细胞周期（cell cycle）
S 期 G1 期 G2 期 M期
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第二步：由串联排列的核小体进一步螺旋化，每一圈 由6个核小体构成外径30nm，内径10nm，螺距 11nm的中空螺线管，这时DNA又压缩了6倍，形成 染色体包装的二级结构
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长度压缩 7倍 长度压缩 6倍 长度压缩 40倍
长度压缩 5倍
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2 染色体在细胞分裂中的行为
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• 细胞周期（cell cycle) –即细胞增殖周期， 是指细胞从一次分裂结束开始，到下一次 分裂结束时为止所经历的全过程。
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G2期（Gap phase） RNA和蛋白质合成, 为细胞进入分裂期 作物质准备。
细胞周期
G1期（Gap phase） RNA和蛋白质合成， 行使细胞正常功能， 为S期作准备
常染色质 间期 染色淡
中期 染色深 染色体大部分区域 含基因 复制早，可转录 收缩程度大
异染色质 染色深
染色淡 着丝粒附近 不含基因 复制迟，不转录 收缩程度小
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二、染色体的形态结构
染色单体：中期染色体由两条染色单体组成，两者在着丝粒 的部位相互结合。 主缢痕：中期染色体上一个染色较浅而缢缩的部位，主缢 痕处有着丝粒，亦称着丝粒区 。 次缢痕：除主缢痕外，染色体上第二个呈浅缢缩部分称次缢痕。 随体：指位于染色体末端的球形染色体节段，通过次缢痕区与 染色体主体部分相连。 端粒：是染色体端部的特化部分，其生物学作用在于维持染色 体的稳定性。
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• 有性生殖
• 有性生殖（sexual reproduction)是通过两性配 子结合成合子(受精卵)，合子进而发育成新个体
的生殖方式。
• 有性生殖是生物界最普遍的重要的生殖方式。 • 高等动物的生殖细胞在胚胎发生时即已形成，但 直到个体发育成熟时，这些生殖细胞才继续发育， 经减数分裂生成精子（n）和卵细胞（n）。 • 高等植物的有性生殖过程是在花器中进行的。
减数分裂是生殖细胞的生成方式
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前期 I (Prophase I)
• 细线期
染色体呈细长线状，分辨不出染色单体，核仁存在。 • 偶线期
核膜破裂，同源染色体逐步相互配对或联会（synapsed）， 出现联会复合体（SC）。
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（3）粗线期
• 又称重组期，开始于同源染色体配对完成后，染色体 进一步变短变粗，SC（联会复合体）仍然存在。 • 一对配对的同源染色体称二价体（bivalent）。 • 同源染色体的非姊妹染色体间可以发生局部交叉互换。
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高等植物配子的发生——雌配子（大孢子）的发生
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• 雄配子 （小孢子） 的发生
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• 受精（fertilization）：
雄配子（精子）与雌配子（卵细胞）融 合为一个合子。 • 植物的授粉方式：
自花授粉（self-pollination）：
同一朵花内或同株上花朵间的授粉。
异花授粉（cross pollination）：
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4 生活周期
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• 生活周期
• 有机体的生活周期是从合子形成到个体死亡的过 程中所发生的一系列事件的总和。
• 真核生物中，减数分裂产生单倍体细胞，在此过
程中，亲代的遗传物质通过染色体分离和交换产
生新的组合。
• 单倍体细胞的融合产生几乎无穷的新的遗传重组。
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• 低等植物的生活周期
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• 高等植物的生活周期
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组成性异染色质
• 是一种永久性异染色质，在染色体上的位置大小 都较恒定，在间期仍保持螺旋化状态，染色深， 可在光学显微镜下可以鉴别。 • DNA合成较晚，GC比率高，DNA序列高度重复。 • 多分布于着丝粒附近。 • 可构成染色体的一部分，也可以组成整条染色体。 例：B染色体，也称超数染色体：是某些动、植物细 胞核中除正常染色体（A染色体）外的一类数目不 定的染色体，多为组成性异染色质组成。