1、模块一模块一 细胞、染色体与遗传物质细胞、染色体与遗传物质n所有的生物体（除病毒和噬菌体）都是由细胞组成的。n细胞细胞是生物体形态结构和生命活动的是生物体形态结构和生命活动的基本单位基本单位，也是生长发育和遗传的基本单位。n因此，了解细胞的基本结构、功能及增殖过程是学习遗传变异规律的基础。n根据构成生物体的基本单位，可以将生物分为根据构成生物体的基本单位，可以将生物分为非细胞生物非细胞生物：包括：包括病毒、噬菌体病毒、噬菌体(细菌病毒细菌病毒)，具，具有前细胞形态的构成单位；有前细胞形态的构成单位；细胞生物细胞生物：以细胞为基本单位的生物；根据细胞：以细胞为基本单位的生物；根据细胞核和遗传物质
2、的存在方式不同又可以分为：核和遗传物质的存在方式不同又可以分为：原核生物原核生物：(原核细胞原核细胞)细菌、蓝藻细菌、蓝藻(蓝细菌蓝细菌)：(真核细胞真核细胞)原生动物、单细胞藻原生动物、单细胞藻类、真菌、高等植物、动物、人类类、真菌、高等植物、动物、人类质体和液泡只有植物才具有，中心体只是动物质体和液泡只有植物才具有，中心体只是动物细胞才具有。细胞才具有。v细胞核由四个部分组成：细胞核由四个部分组成：v1.核膜；核膜；2.核液；核液；3.核仁；核仁；4.染色质（染色体）染色质（染色体）。n染色质染色质由由DNADNA、组蛋白、非组蛋白组蛋白、非组蛋白和和少量少量RNARNA组组成。成。主要成
3、分是主要成分是DNADNA和蛋白质和蛋白质。n细胞分裂期细胞分裂期，染色质卷缩而呈现为一定数目和，染色质卷缩而呈现为一定数目和形态的形态的染色体染色体。n染色质和染色体是染色质和染色体是同一物质在细胞分裂过程中同一物质在细胞分裂过程中所表现的不同形态所表现的不同形态。n染色体是所有生物细胞都具有的结构。n染色体是核中最重要和最稳定的成分是核中最重要和最稳定的成分，具有特定的形态结构和自我复制自我复制能力，是遗传物质的主要载体，在控制生物的遗传变异上具有极其重要的作用n各物种染色体都具有特定的数目与形态特征。而且同一物种内的各染色体间往往也能够通过其形态特征加以区分识别。n染色体的形态结构与数目
4、在细胞分裂过程中有一系列规律性变化。n识别染色体形态特征的识别染色体形态特征的最佳时期最佳时期是细胞是细胞有丝分裂有丝分裂中期中期和和早早后期后期。这时染色体收缩程度最大，形态最稳定，并且分散排列、易于计数。n着丝粒是细胞分裂时纺锤丝附着的区域，又称着丝粒是细胞分裂时纺锤丝附着的区域，又称为为着丝点着丝点。n着丝粒不会被染料染色着丝粒不会被染料染色，所以在光学显微镜下，所以在光学显微镜下表现为染色体上一缢缩部位表现为染色体上一缢缩部位(无色间隔点无色间隔点)，也，也称为称为主缢痕主缢痕。n着丝粒所连接的两部分称为着丝粒所连接的两部分称为染色体臂染色体臂。染色单体染色单体长臂长臂短臂短臂n有丝分
5、裂中期所观察到的有丝分裂中期所观察到的 染色体是经过间期复制染色体是经过间期复制 过，均包含有两条成分、过，均包含有两条成分、结构和形态一致的染色结构和形态一致的染色 单体。单体。n一条染色体的两个染色单一条染色体的两个染色单 体互称为体互称为姊妹染色单体姊妹染色单体 n某些染色体的一个或两个臂上往往还具有另一个染色较淡的缢缩部位，称为次缢痕，通常在染色体短臂短臂上。n次缢痕末端带有的圆形或略呈长形的突出体称为随体。n生物物种的染色体数目是物种的特征，相对恒生物物种的染色体数目是物种的特征，相对恒定。定。n体细胞中染色体成对存在体细胞中染色体成对存在(2(2n)n)，而配子中染色，而配子中染色
6、体数目是体细胞中的一半体数目是体细胞中的一半(n)n)。n体细胞中形态结构相同、遗传功能相似的一对体细胞中形态结构相同、遗传功能相似的一对染色体称为染色体称为同源染色体同源染色体。两条同源染色体分别。两条同源染色体分别来自生物双亲。来自生物双亲。n形态结构上有所不同的染色体间互称为形态结构上有所不同的染色体间互称为非同源非同源染色体染色体。染色体及其他细胞器上的DNA是各种生物共同的遗传物质，生物的子代与亲代之所以相似，原因就在于亲生物的子代与亲代之所以相似，原因就在于亲代通过繁殖，将一定分子结构的代通过繁殖，将一定分子结构的DNA传给了子代传给了子代。DNA是由很多个核苷酸核苷酸所组成的高分
7、子化合物，每个DNA分子都有两条分子长链，每个分子链都是由数百万至数千万个核苷酸一个接一个地连接起来的。整个DNA的立体结果好像一根双股弹簧双股弹簧（麻花），经多次螺旋状的盘旋而成。即双螺旋结构。作为遗传物质的基本单位-基因，实际上就是DNA分子长链上各个微小的区段微小的区段。这些区段长度各不相同，各有不同的分子结构，规定着不同性状的遗传。提问：染色体、DNA、基因有何不同？n细胞分裂是生物繁殖的基础。生物的生长、发育、繁殖都必须通过细胞分裂来完成。n高等生物的细胞分裂分为有丝分裂和减数分裂两种类型。n一、有丝分裂一、有丝分裂n 也叫体细胞分裂或等数分裂，高等生物个也叫体细胞分裂或等数分裂，高
8、等生物个体的各个部分都是通过有丝分裂增殖细胞而形体的各个部分都是通过有丝分裂增殖细胞而形成的。成的。n（一）有丝分裂的过程（一）有丝分裂的过程n 根据细胞核（特别是根据细胞核（特别是染色体染色体）分裂变化的）分裂变化的特征，有丝分裂过程可分为特征，有丝分裂过程可分为前期、中期、后期前期、中期、后期和和末期末期四个时期。两次分裂之间的时期称为四个时期。两次分裂之间的时期称为间间期期q细胞周期细胞周期：从一个新产生的细胞到它分裂产生子细：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。胞这一过程称为细胞周期。末期末期n间期：在光学显微镜下看不到染色体，但间期：在光学显微镜下看不到染色体，
9、但细胞细胞核高度活跃，遗传物质复制，核高度活跃，遗传物质复制，DNADNA含量加倍、含量加倍、组蛋白加倍，同时储备能量组蛋白加倍，同时储备能量。n前期：细胞核内出现长而卷曲的前期：细胞核内出现长而卷曲的染色体染色体，之后，之后逐渐逐渐缩短变粗缩短变粗。每个染色体有两个染色单体，。每个染色体有两个染色单体，但但着丝点尚未分裂着丝点尚未分裂，此时，此时核仁和核膜逐渐模糊核仁和核膜逐渐模糊不清，从两极伸出纺锤丝不清，从两极伸出纺锤丝。染色体核仁中心体早前期(early prophase)前期(prophase)晚前期n中期中期：核膜、核仁消失核膜、核仁消失。各条。各条染色体均排列在染色体均排列在细胞
10、中央的赤道板上细胞中央的赤道板上（），从细胞两极伸出的纺锤丝连接着各），从细胞两极伸出的纺锤丝连接着各条染色体的着丝点，整个空间形状像一个条染色体的着丝点，整个空间形状像一个纺锤纺锤体体。所有。所有染色体的着丝点都在一个平面上染色体的着丝点都在一个平面上。此。此时时染色体的形态最为典型，是观察、识别染色染色体的形态最为典型，是观察、识别染色体的最佳时期。体的最佳时期。纺缍丝中 期着丝粒后期n后期：染色体的后期：染色体的着丝点断开着丝点断开，各条染，各条染色单体独立，在纺锤丝的牵引下，分色单体独立，在纺锤丝的牵引下，分别移向细胞两极。别移向细胞两极。末期早前期晚前期早后期晚后期末期中期间期（二）
11、（二）有丝分裂的遗传学意义有丝分裂的遗传学意义 1、有丝分裂的特点：、有丝分裂的特点：染色体复制一次，细胞分裂一次，染色体复制一次，细胞分裂一次，遗传物质均分到两个子细胞中遗传物质均分到两个子细胞中。因而，子细胞与母细胞的。因而，子细胞与母细胞的染色体（遗传物质）完全相同。染色体（遗传物质）完全相同。2、有丝分裂的、有丝分裂的意义：意义：（1）、通过有丝分裂）、通过有丝分裂,维持了生物个体的正常生长发育维持了生物个体的正常生长发育(组组织及细胞间遗传组成的一致性织及细胞间遗传组成的一致性)；（2）、）、保证了物种的连续性和遗传的稳定性保证了物种的连续性和遗传的稳定性减数分裂（又称成熟分裂）减数
12、分裂（又称成熟分裂）：是在配子形成过程中进行的染色体减半的特殊分裂方式。n（一）减数分裂过程（一）减数分裂过程n包括包括连续两次分裂，第一次是减数的，第二次连续两次分裂，第一次是减数的，第二次是等数的，染色体只复制一次是等数的，染色体只复制一次，每个子细胞核，每个子细胞核中只有中只有单倍数的染色体单倍数的染色体。n两次连续的分裂分别称为两次连续的分裂分别称为第一次分裂第一次分裂和和第二次第二次分裂分裂。n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。n其中其中最复杂和最长最复杂和最长的时期是的时期是前期前期I I，又可分为又可分为细线期、偶线期、粗线期、双线期和终
13、变期细线期、偶线期、粗线期、双线期和终变期。n第一次分裂是减数的；第二次分裂是等数的。第一次分裂是减数的；第二次分裂是等数的。n第一次分裂复杂，时间长；第二次分裂跟一般第一次分裂复杂，时间长；第二次分裂跟一般的有丝分裂一样。的有丝分裂一样。q同源染色体同源染色体：在二倍体生物中，每对染色体的两：在二倍体生物中，每对染色体的两个成员中个成员中一个来自父方，一个来自母方一个来自父方，一个来自母方，其形态，其形态大小相同的染色体称为大小相同的染色体称为同源染色体同源染色体。q不属于同一对的染色体称为不属于同一对的染色体称为非同源染色体非同源染色体。q联会联会：同源染色体的两个成员侧向连接，像拉链一样
14、地同源染色体的两个成员侧向连接，像拉链一样地并排并排配对配对称为联会。称为联会。联会始于偶线期，消失在双线期联会始于偶线期，消失在双线期。q交叉交叉：非姊妹染色单体间若干处相互交叉缠结，非姊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。交叉是染色单体发生交换的结果。q交换交换：非姊妹染色单体间发生遗传物质的局部非姊妹染色单体间发生遗传物质的局部交换。交换。（1）前期）前期 I 前期前期I较为复杂，经历时间较长，又可分为较为复杂，经历时间较长，又可分为五个亚时期。五个亚时期。1)、细线期、细线期 此期染色体呈细长线状，看不出染色体的双重性。核仁依然存在。在细线期和整个的前期中染色
15、体持续地浓缩。细线期偶线期2)、偶线期、偶线期 同源染色体开始联会，出现联会复合体。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：配对完全的一对同源染色体。每一二价体：配对完全的一对同源染色体。每一二价体含有四条染色单体。含有四条染色单体。3)、粗线期、粗线期 染色体缩短变粗，完全联会，但核仁仍存在。一对配对的同源染色体称二价体或四联体。非姐妹染色单体间可能发生交换交换。粗线期4)、双线期、双线期双线期n染色体继续变短变粗，二价体中的染色体继续变短变粗，二价体中的两条同源染两条同源染色体彼此分开色体彼此分开。n在非姊妹染色单体间可见交叉，在非姊妹
16、染色单体间可见交叉，交叉的出现是发生过交换的有形结果。5)、终变期、终变期 也称也称浓缩期浓缩期，染色体进一步收缩变粗变短，染色体进一步收缩变粗变短，分裂进入中期。分裂进入中期。终变期终变期是观察鉴定染色体的最好是观察鉴定染色体的最好时期时期终变期前期 I细线期偶线期粗线期双线期终变期一个来自蝗虫的四联体结构，示5个交叉 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，纺缍丝将着丝粒拉向两极。纺缍丝将着丝粒拉向两极。中期中期I I和前期和前期I I的终变期是观察鉴定染色体的最好时期的终变期是观察鉴定染色体的最好时期（2）中期）中期 I 中期 I（3）后期）后
17、期 I 双价体中的双价体中的同源染色体彼此分开同源染色体彼此分开，移向两极，移向两极，但同源染色体的各个成员各自的但同源染色体的各个成员各自的着丝点并不分开着丝点并不分开。染色体的染色体的减数过程减数过程在此时期开始进行。在此时期开始进行。减数分裂后期 I 减数分裂后期和有丝分裂后期染色体变化的区别减数分裂后期和有丝分裂后期染色体变化的区别 减数分裂后期，减数分裂后期，同源染色体彼此分开同源染色体彼此分开，移向两极，但同，移向两极，但同源染色体的各个成员各自的源染色体的各个成员各自的着丝点并不分开着丝点并不分开。染色体的减数。染色体的减数过程在此时期开始进行。过程在此时期开始进行。有丝分裂后期
18、，有丝分裂后期，着丝点分开，着丝点分开，每条染色体的每条染色体的两条染色单两条染色单体分开，体分开，分别移向细胞两极。分别移向细胞两极。减数分裂后期 I有丝分裂后期有丝分裂后期（4）末期）末期 I 末期 In进入子细胞的染色体具有两条染进入子细胞的染色体具有两条染色单体。染色体又开始解开螺旋，色单体。染色体又开始解开螺旋，变成细丝状。变成细丝状。时间极短，没有时间极短，没有DNA合成，也没有合成，也没有染色体的复制。染色体的复制。间期间期（1）前期前期 II：与有丝分裂的前期一样，每个染色与有丝分裂的前期一样，每个染色体具有两条染色单体。体具有两条染色单体。（2）中期中期 II：染色体排列在赤
19、道板上，纺缍丝附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着在着丝粒上。染色单体从彼此相联逐渐部分地分离。分离。（3）后期后期 II：着丝粒纵裂，姐妹染色单体由纺缍：着丝粒纵裂，姐妹染色单体由纺缍丝拉向两极。丝拉向两极。（4）末期末期 II：两极形成新的核，细胞质也分为：两极形成新的核，细胞质也分为两部分，形成两部分，形成4 个子细胞个子细胞（四分子四分子）。每个细胞）。每个细胞核里各含有核里各含有n个染色体。个染色体。中期 I后期 I末期 I中期 II后期 II2、细胞连续分裂两次（形成4个子细胞），而染色体只复制一次，每个子细胞核中只有单倍数的染色体。n190
20、2年美国的年美国的苏顿苏顿(Sutton)和德国的和德国的波维利波维利(Boveri)提出提出遗遗传的染色体学说传的染色体学说。认为：认为：n遗传因子遗传因子(基因基因)位于细胞核内染色体上；位于细胞核内染色体上；n成对基因分别位于一对同源染色体的对应位置上。成对基因分别位于一对同源染色体的对应位置上。n位点与等位基因位点与等位基因：n基因在染色体上的位置称为基因在染色体上的位置称为位点位点；n相同位点上成对的基因互称为相同位点上成对的基因互称为等位基因等位基因。n1910年摩尔根年摩尔根等利用果蝇为研究材料，直接证明了这一学说等利用果蝇为研究材料，直接证明了这一学说的正确性。的正确性。n植物
21、的有性繁殖是通过亲代产生的雌、雄配子相结合再进一步分裂分化而产生后代的过程。而雌、雄配子的形成是紧接着减数分裂进行的。n有性生殖有性生殖：雌雄配子结合为合子(受精卵)，再由合子发育成为新的个体的生殖方式，叫做有性生殖。n由减数分裂形成的四分孢子四分孢子在雄蕊里的叫小孢小孢子子，在雌蕊里的叫大孢子大孢子。大、小孢子还要经过两三次细胞分裂才能产生雌、雄配子。n雌、雄配子的形成过程详见教材p20高等植物雌、雄配子的形成过程高等植物雌、雄配子的形成过程n模块三模块三 授粉、受精与种子形成授粉、受精与种子形成n一、授粉与受精一、授粉与受精n授粉：是指雄蕊的花粉传到雌蕊的柱头上。授粉：是指雄蕊的花粉传到雌
22、蕊的柱头上。n受精：是指雌、雄配子相结合。受精：是指雌、雄配子相结合。n植物的受精过程表现为植物的受精过程表现为“双受精双受精”的特点，的特点，即胚囊中的即胚囊中的卵与卵与花粉管中的花粉管中的精子结合精子结合为为受精受精卵卵（合子），发育成（合子），发育成胚胚；胚囊中的两个；胚囊中的两个极核极核与与花粉管中的花粉管中的精子结合为受精极核精子结合为受精极核（胚乳细（胚乳细胞核），发育成胞核），发育成胚乳胚乳。n二、种子形成及各部分的遗传效应二、种子形成及各部分的遗传效应n 卵（卵（n n）与精子（）与精子（n n）结合成合子）结合成合子-受精卵（受精卵（2n2n），），是下一代最初的一个细胞。合
23、子经过有丝分裂形成胚是下一代最初的一个细胞。合子经过有丝分裂形成胚（真正的子代）。种子发芽后长成的植株又是胚细胞（真正的子代）。种子发芽后长成的植株又是胚细胞经过无数次有丝分裂而产生的。由此可见子代个体的经过无数次有丝分裂而产生的。由此可见子代个体的全部细胞都是合子无数次有丝分裂的复制品，因此它全部细胞都是合子无数次有丝分裂的复制品，因此它们都含有相同的遗传物质。们都含有相同的遗传物质。n合子和由合子发育成的种子以及播种后长成的植株都合子和由合子发育成的种子以及播种后长成的植株都是子代个体是子代个体。n胚乳细胞（受精极核）是两个极核（胚乳细胞（受精极核）是两个极核（n+nn+n）与一个精）与一
24、个精子（子（n n）的受精产物（）的受精产物（3n3n），但在种子成熟前，胚乳），但在种子成熟前，胚乳细胞都全部解体，填充在胚乳内的只有淀粉、蛋白质细胞都全部解体，填充在胚乳内的只有淀粉、蛋白质和脂肪，胚乳细胞的和脂肪，胚乳细胞的3n3n只是短暂的过渡，所以，并不只是短暂的过渡，所以，并不影响影响2n2n染色体的稳定。染色体的稳定。n种子的构成：种子的构成：种子（真）由胚、胚乳和种皮组成。n种皮不是受精过程的产物，是母体的体细胞组织，是由胚囊外围的珠心和珠被珠心和珠被发育而成的。因此，不能笼统地把整个种子都看成是子代。n禾本科作物的“种子”实际上是植物学上的果实，它们“种皮”来源还包括子房壁在
25、内，是果皮和种皮的混合组织。n三、直感现象三、直感现象n直感现象直感现象是在杂交的情况下，由母本植株所结的种子或果实，直接表现出父本的某些性状的现象。n如：用黄胚乳玉米给白胚乳玉米授粉，所结的果穗上出现黄胚乳的籽粒。-胚乳直感。n再如：用种子胚尖无色的玉米给胚尖为紫色的玉米授粉，所结的果穗上出现胚尖无色的籽粒。-胚直感。n胚乳直感和胚直感都称为花粉直感。n产生花粉直感的原因产生花粉直感的原因：由于胚和胚乳是双受精的直接产物，能够直接受到父本遗传物质的影响，从而在杂交当代母本上就有可能出现父本的某些性状。n四、植物的生活周期四、植物的生活周期n生物在一生中都要经过一系列的生长发育，这样一个完整的
26、生命周期称为个体发育周期（生活周期生活周期）n高等植物的生活周期是指从种子的胚到下一代种子的高等植物的生活周期是指从种子的胚到下一代种子的胚的整个发育过程胚的整个发育过程，这一过程是由孢子体的无性世代与配子体的有性世代交替发生的，故称为世代交替世代交替。n从合子开始经过一系列有丝分裂，发育成一个完整的植株，为无性世代无性世代即孢子体世代孢子体世代；在这一世代中，每个细胞的染色体数都是2n。孢子体世代发育到一定阶段（生殖阶段）后，便在孢子囊（花药和胚珠）内发生孢母细胞的减数分裂减数分裂，产生染色体减半的小孢子和大孢子（n），大小孢子经过有丝分裂，分化为雌雄配子体，进入配子体的有性世代。无性世代又重新开始。n高等植物的配子体世代很短暂。高等植物的生活周期n见教材见教材P24
