遺傳物質(zhì)與染色體

單元三作物育種的基本原理

3-1遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ)

3-1-1遺傳物質(zhì)與染色體

本章是整個(gè)教材體系中重要的基礎(chǔ)性知識(shí)，直接關(guān)系到對(duì)后續(xù)章節(jié)的遺傳規(guī)律的理解。因此，要求同學(xué)們必須掌握細(xì)胞分裂過(guò)程。由于細(xì)胞學(xué)的基本知識(shí)，在《植物與植物生理》已有介紹，因此本節(jié)課希望同學(xué)們“溫故而知新”。教學(xué)目標(biāo)：細(xì)胞主要結(jié)構(gòu)和功能，了解遺傳物質(zhì)在細(xì)胞中的分布；染色體的形態(tài)結(jié)構(gòu)，數(shù)目，作用及其遺傳行為；細(xì)胞分裂（有絲、減數(shù)分裂）與染色體行為；配子形成、授粉、受精及種子形成、生活史；生物由什么構(gòu)成的呢？細(xì)胞生物如何繁衍后代的呢？細(xì)胞分裂我們先對(duì)細(xì)胞的主要結(jié)構(gòu)與功能作一個(gè)總體了解細(xì)胞的組成細(xì)胞膜膜相結(jié)構(gòu)主要功能：使細(xì)胞成為具有一定形態(tài)結(jié)構(gòu)的單位，借以調(diào)節(jié)和維持細(xì)胞內(nèi)微小環(huán)境的相對(duì)穩(wěn)定性。能主動(dòng)而有選擇地通透某些物質(zhì)，既能阻止細(xì)胞內(nèi)許多有機(jī)物質(zhì)的滲出同時(shí)又能調(diào)節(jié)細(xì)胞外一些營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的滲入。許多研究證明，質(zhì)膜上各種蛋白質(zhì)，特別是酶，對(duì)于多種物質(zhì)透過(guò)質(zhì)膜起關(guān)鍵性的作用。質(zhì)膜對(duì)于信息傳遞，能量轉(zhuǎn)換，代謝調(diào)控，細(xì)胞識(shí)別和癌變等方面，都具有重要的作用。細(xì)胞的組成細(xì)胞膜細(xì)胞質(zhì)１、線粒體（相對(duì)封閉的雙層膜結(jié)構(gòu)）成分：大量的脂類，主要是磷脂類，脫氧核糖核酸(DNA)，核糖核酸(RNA)和核糖體。功能：a：細(xì)胞里進(jìn)行氧化作用和呼吸作用的中心，是細(xì)胞的“動(dòng)力工廠”：

b：具有遺傳功能，因它具有DNA,所以是遺傳物質(zhì)的載體之一：

c:具有分裂增殖的能力。還有資料證明，具有自行加倍和突變的能力。

2、質(zhì)體：

有葉綠體、有色體和白色體三種，其中最主要的是葉綠體。

葉綠體：成分：DNA、RNA及核糖體。主要功能：a：進(jìn)行光合作用，利用光能和CO2合成碳水化合物等有機(jī)物質(zhì)，供植物生長(zhǎng)發(fā)育所需；b：具有遺傳功能，也是遺傳物質(zhì)的載體之一。

3、核糖體（無(wú)膜結(jié)構(gòu)）

a：形狀：核糖體很小，其直徑只有0.06－0.2微米，但數(shù)量很多，相當(dāng)細(xì)胞整個(gè)重量的1/5。b：組成：

核糖體由40%的蛋白質(zhì)和60％的核糖核酸（rRNA）組成。c：核糖體合成蛋白質(zhì)的主要場(chǎng)所。4、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)（單層膜）

形狀：

是多型的，不僅有管狀，也有一些呈囊腔狀或小泡狀。類型：

a：粗糙型內(nèi)質(zhì)網(wǎng)：

b：平滑型內(nèi)質(zhì)網(wǎng)：功能：主要是轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白質(zhì)合成的原料和最終合成產(chǎn)物的通道。細(xì)胞的組成細(xì)胞膜細(xì)胞質(zhì)細(xì)胞核細(xì)胞分裂過(guò)程中核膜、核仁如何變化？染色質(zhì)？染色體？染色質(zhì)：染色質(zhì)(chromatin)：在細(xì)胞尚未進(jìn)行分裂的核中，可以見(jiàn)到許多由于堿性染料而染色較深的，纖細(xì)的網(wǎng)狀物。染色體(chromosome)：當(dāng)細(xì)胞分裂時(shí)，核內(nèi)的染色質(zhì)便卷縮而呈現(xiàn)為一定數(shù)目和形態(tài)的染色體。當(dāng)細(xì)胞分裂結(jié)束進(jìn)入間期時(shí)，染色體又逐漸松散而回復(fù)為染色質(zhì)，染色質(zhì)和染色體是同一物質(zhì)在細(xì)胞分裂過(guò)程中所表現(xiàn)的不同形態(tài)。

我們先對(duì)細(xì)胞的主要結(jié)構(gòu)與功能作一個(gè)總體了解其次，我們必須了解染色體的形態(tài)特征，它對(duì)細(xì)胞發(fā)育和性狀的遺傳都有極為重要的作用A、染色體的主要成分：

DNA和蛋白質(zhì)(大多為組蛋白)，細(xì)胞里的DNA大部分分布在細(xì)胞核里的染色體上，B、染色體的特點(diǎn)及功能：幾乎所有生物細(xì)胞中均存在染色體；染色體是核中最重要而穩(wěn)定的成分，它具有特定的形態(tài)結(jié)構(gòu)和一定的數(shù)目；具有自我復(fù)制的能力；積極參與細(xì)胞的代謝活動(dòng)，在細(xì)胞分裂過(guò)程中能出現(xiàn)連續(xù)而有規(guī)律性的變化。基因就是按一定順序在染色體上成直線排列，所以染色體是生物遺傳物質(zhì)的主要載體。所以，染色體的行為直接影響到核基因的傳遞。

染色體的形態(tài)、結(jié)構(gòu)、數(shù)目形態(tài)特征（一）、染色體的組成：（二）染色體的類型：(三)大?。焊魑锓N差異很大，染色體大小主要指長(zhǎng)度，同一物種染色體寬度大致相同；

一般染色體長(zhǎng)度變動(dòng)于0.2－50.0μm；寬度變動(dòng)于0.2－2.0μm。高等植物中單子葉植物的染色體一般比雙子葉植物要大些；單子葉植物中:玉米、小麥、大麥和黑麥>水稻。

根據(jù)染色體長(zhǎng)度、著絲點(diǎn)位置、臂比、隨體有無(wú)等特點(diǎn)，對(duì)各對(duì)同源染色體進(jìn)行分類、編號(hào)，研究一個(gè)細(xì)胞的整套染色體染色體組型分析：（稱核型分析）把生物核內(nèi)全部染色體的形態(tài)特征所進(jìn)行的分析。

核型是物種最穩(wěn)定的性狀或標(biāo)志。人類的染色體組型分析，對(duì)于鑒定和確診染色體疾病具有重要的作用。染色體的形態(tài)、結(jié)構(gòu)、數(shù)目形態(tài)特征結(jié)構(gòu)染色體的化學(xué)成分：

DNA、組蛋白、非組蛋白和少量RNA。DNA：是構(gòu)成染色體的主要成分，它含有兩條相互平行的多核苷酸長(zhǎng)鏈，并呈雙螺旋結(jié)構(gòu)。組蛋白：是一種堿性蛋白，在高等動(dòng)植物中含有H1、H2a、H2b、H3、H4五種組蛋白，它們?cè)谌旧w結(jié)構(gòu)中起重要作用；非組蛋白：是一種酸性蛋白，和RNA一樣不是構(gòu)成染色體的必需成分。染色質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)：

串珠模型

核小體H2A、H2B、H3H4連接絲DNA雙鏈、H1染色體的基本結(jié)構(gòu)：

在細(xì)胞分裂過(guò)程中染色質(zhì)線到底是怎樣卷縮成為一定形態(tài)結(jié)構(gòu)的染色體？染色質(zhì)螺旋化的四級(jí)結(jié)構(gòu)模型a、同源染色體：形態(tài)和結(jié)構(gòu)相同的一對(duì)染色體。

同源染色體不僅形態(tài)相同，而且它們所含的基因位點(diǎn)也相同。ｂ、非同源染色體：一對(duì)染色體與另一對(duì)形態(tài)結(jié)構(gòu)不同的染色體，則互稱為非同源染色體。一條染色體一個(gè)DAN分子

1970年杜普若（Du.praw）用低濃度的胰蛋白酶處理蜜蜂的染色體，使蛋白質(zhì)消失，結(jié)果只看到抗蛋白酶的單一線條；后又用DNA酶處理，這條線消失了，從而證明一條染色體只有一個(gè)DNA分子。**復(fù)制后的染色體含有兩個(gè)DNA分子，一個(gè)DNA分子組成一條染色單體。異染色質(zhì)和常染色質(zhì)異染色質(zhì)：是染色質(zhì)線中染色很深的區(qū)段，稱為異染色質(zhì)區(qū)。一般異染色質(zhì)的遺傳功能表現(xiàn)惰性．在細(xì)胞活動(dòng)期間染色線不解旋，仍然緊密卷曲，表現(xiàn)異固縮現(xiàn)象。常染色質(zhì)：是染色很淺的區(qū)段，這稱為常染色質(zhì)區(qū)。常染色質(zhì)的遺傳活性積極，染色體要進(jìn)行復(fù)制或轉(zhuǎn)錄，染色線解旋變得松散，不易被堿性染料染上色。所以，常染色質(zhì)和異染色質(zhì)反映基因的活動(dòng)情況。染色體的形態(tài)、結(jié)構(gòu)、數(shù)目形態(tài)特征結(jié)構(gòu)數(shù)目其次，我們必須了解染色體的形態(tài)特征，它對(duì)細(xì)胞發(fā)育和性狀的遺傳都有極為重要的作用接下來(lái)，我們要掌握細(xì)胞分裂與染色體行為變化不管是單細(xì)胞生物，還是多細(xì)胞生物，要保持其生長(zhǎng)必須有三個(gè)前提：首先：細(xì)胞體積的增加；其次：遺傳物質(zhì)的復(fù)制；第三：要有一種機(jī)制保證遺傳物質(zhì)能從母細(xì)胞精確地傳遞給子細(xì)胞，即細(xì)胞分裂。因此，細(xì)胞分裂是生物進(jìn)行生長(zhǎng)、發(fā)育、繁殖和遺傳的基礎(chǔ)。細(xì)胞分裂方式有幾種類型？不同細(xì)胞分裂方式各個(gè)時(shí)期的特點(diǎn)？比較有絲分裂與減數(shù)分裂的區(qū)別？細(xì)胞分裂方式無(wú)絲分裂無(wú)絲分裂

細(xì)胞分裂方式無(wú)絲分裂有絲分裂細(xì)胞周期有絲分裂與染色體行為概念：（間接分裂、體細(xì)胞分裂）體細(xì)胞產(chǎn)生體細(xì)胞時(shí)所進(jìn)行的細(xì)胞分裂。發(fā)生部位：根尖，莖尖等分生組織的細(xì)胞中?；咎攸c(diǎn)：

a、染色體復(fù)制一次，細(xì)胞分裂一次；

b、產(chǎn)生的兩個(gè)子細(xì)胞的染色體數(shù)量和質(zhì)量與母細(xì)胞完全相同。分裂過(guò)程

a、先是細(xì)胞核分裂，即核分裂為兩個(gè)；b、后是細(xì)胞質(zhì)分裂，即細(xì)胞分裂為兩個(gè)，各含一個(gè)核。一般把核分裂的變化特征分為四個(gè)時(shí)期：分裂期（前期、中期、后期、末期）分裂間期為什么那么長(zhǎng)？分裂間期發(fā)生了什么變化？分裂間期有些什么特點(diǎn)？觀察下圖，比較右圖中染色體及整個(gè)細(xì)胞發(fā)生了什么變化？②結(jié)果：每個(gè)染色體都形成兩個(gè)姐妹染色單體，呈染色質(zhì)形態(tài)①特點(diǎn)：完成DNA的復(fù)制和有關(guān)蛋白質(zhì)的合成核膜核仁染色質(zhì)著絲點(diǎn)前期前期發(fā)生了什么變化？有什么特點(diǎn)?a、細(xì)胞核內(nèi)出現(xiàn)細(xì)長(zhǎng)而卷曲的染色體，以后逐漸縮短變粗，每個(gè)染色體含有兩個(gè)染色單體；b、核仁和核膜逐漸模糊不明顯；c、在兩極逐漸形成絲狀的紡錘絲。染色體特點(diǎn)：1、染色體散亂地分布在細(xì)胞中心附近。2、每個(gè)染色體都有兩條姐妹染色單體中期中期發(fā)生了什么變化？有什么特點(diǎn)?a、核仁和核膜消失，紡錘體出現(xiàn)；b、每個(gè)染色體的著絲點(diǎn)排列在赤道板上；c、染色體的形態(tài)和數(shù)目最清晰。染色體特點(diǎn)：染色體的形態(tài)比較固定，數(shù)目比較清晰。故中期是進(jìn)行染色體觀察及計(jì)數(shù)的最佳時(shí)機(jī)。染色體紡錘絲紡錘體著絲點(diǎn)姐妹染色單體赤道板（與紡錘體中軸相垂直的平面）子染色體后期后期發(fā)生了什么變化？有什么特點(diǎn)?著絲點(diǎn)一分為二，姐妹染色單體分開(kāi)，成為兩條染色體。并分別向兩極移動(dòng)。染色體特點(diǎn)：染色單體消失，染色體數(shù)目加倍。紡錘絲牽引著子染色體分別向細(xì)胞的兩極移動(dòng)。這時(shí)細(xì)胞核內(nèi)的全部染色體就平均分配到了細(xì)胞兩極末期末期發(fā)生了什么變化？有什么特點(diǎn)?①染色體變成染色質(zhì)，紡錘體消失。②核膜、核仁重現(xiàn)③在赤道板位置出現(xiàn)細(xì)胞板，并擴(kuò)展成分隔兩個(gè)子細(xì)胞的細(xì)胞壁間記為：

間期復(fù)制，前期四體，中期排隊(duì)，后期分家，末期反前。問(wèn)題：仔細(xì)觀察下面各圖，判斷是哪個(gè)時(shí)期？再完成下表。ABCDEF間期前期中期后期末期染色體數(shù)目DNA含量染色單體數(shù)目44→848→4448884→80→88800有絲分裂中染色體與DNA在細(xì)胞分裂中的數(shù)目變化可用曲線表示為N2N3N4N間期前期中期后期末期表示染色體變化表示DNA變化下圖為動(dòng)物細(xì)胞有絲分裂的某個(gè)時(shí)期，據(jù)圖回答：

（1）此細(xì)胞有

條染色體、

條染色單體、

個(gè)DNA分子。

（2）它在進(jìn)入分裂期之前的間期細(xì)胞中有

條染色體、

條染色單體、

個(gè)DNA分子。（3）在其剛形成的子細(xì)胞中有

條染色體、

條染色單體、

個(gè)DNA分子。808884404處于有絲分裂過(guò)程中的動(dòng)物細(xì)胞，細(xì)胞內(nèi)的染色體數(shù)（a），染色單體數(shù)（b），DNA分子數(shù)（c）可表示為如圖所示的關(guān)系，此時(shí)細(xì)胞可能處于哪個(gè)時(shí)期（）

A．前期

B．中期

C．后期

D．末期A、B1、極早前期2、早前期3、中前期4、晚前期

5、中期6、后期7、早末期8、中末期9、晚末期有絲分裂的意義：生物學(xué)意義：

*有絲分裂促進(jìn)細(xì)胞數(shù)目和體積增加；*均等方式的有絲分裂，能維持個(gè)體正常生長(zhǎng)和發(fā)育，保證物種的連續(xù)性和穩(wěn)定性；遺傳學(xué)意義：

①.核內(nèi)各染色體準(zhǔn)確復(fù)制為二，子細(xì)胞的遺傳組成與母細(xì)胞完全一樣；②.復(fù)制的各對(duì)染色體有規(guī)則而均勻地分配到兩個(gè)子細(xì)胞中，子細(xì)胞與母細(xì)胞具有同樣質(zhì)量和數(shù)量的染色體；細(xì)胞分裂方式無(wú)絲分裂有絲分裂減數(shù)分裂減數(shù)分裂與染色體行為概念：

（成熟分裂）在性母細(xì)胞成熟時(shí)，配子形成過(guò)程中發(fā)生的一種特殊的有絲分裂，這種細(xì)胞分裂所形成的配子核內(nèi)染色體數(shù)目減少一半，故稱為減數(shù)分裂。

發(fā)生：生殖器官的孢母細(xì)胞中。

基本特點(diǎn)：

a、各對(duì)同源染色體在細(xì)胞分裂的前期配對(duì)或稱聯(lián)會(huì)；

b、染色體復(fù)制一次，細(xì)胞分裂兩次，第一次減數(shù)，第二次等數(shù)；

c、子細(xì)胞染色體數(shù)是母細(xì)胞的一半。分裂過(guò)程：

間期（同有絲分裂）、分裂期（第一次分裂：前期I、中期I、后期I、末期I；第二次分裂：前期Ⅱ、中期Ⅱ、后期Ⅱ、末期Ⅱ）減數(shù)分裂第一次分裂前期模式圖

1、細(xì)線期2、偶線期3、粗線期

4、雙線期5、終變期聯(lián)會(huì)、二價(jià)體、四合體、姐妹染色單體、非姐妹染色單體、減數(shù)分裂第一次分裂中期I-后期-末期II模式圖

6、中期I7、后期I8、末期I減數(shù)分裂第二次分裂模式圖

9、前期II10、中期II11、后期II12、末期II遺傳學(xué)上的意義：(1).生物生活周期中和配子形成過(guò)程中必要階段；(2).最后形成雌雄性細(xì)胞，各具半數(shù)染色體(n)；雌雄性細(xì)胞受精(n+n=2n)形成合子，得到全數(shù)染色體，保證親子代間染色體數(shù)目的恒定和物種的相對(duì)穩(wěn)定性；(3).在中期I各對(duì)同源染色體排列在赤道板上，在后期I染色體是隨機(jī)分別拉向二極自由組合。n對(duì)染色體，非同源染色體分離時(shí)的可能組合數(shù)為2n；如：水稻n=12，故組合數(shù)為2n=212=4096；茶n=15，組合數(shù)為215=32768(4).各對(duì)同源染色體的非姐妹染色單體間的片斷可發(fā)生各種方式的交換。因而可為生物變異提供物質(zhì)基礎(chǔ)，利于生物生存及進(jìn)化，為人工選擇提供材料。有絲分裂與減數(shù)分裂的區(qū)別有絲分裂與減數(shù)分裂的區(qū)別1、分裂時(shí)空：

a、有絲分裂發(fā)生在生物個(gè)體的營(yíng)養(yǎng)時(shí)期；

b、減數(shù)分裂發(fā)生在生殖生長(zhǎng)時(shí)期。2、分裂的方式與過(guò)程：3、分裂的結(jié)果與次數(shù)：有絲分裂染色體復(fù)制一次，分裂一次，細(xì)胞也分裂一次。因此，產(chǎn)生的兩個(gè)子細(xì)胞染色體數(shù)目不變；減數(shù)分裂染色體復(fù)制一次，分裂一次，細(xì)胞連續(xù)分裂兩次。因此，產(chǎn)生的四個(gè)子細(xì)胞染色體數(shù)目減半；有絲分裂