第二章 遗传的细胞学基础
1,生物结构和功能的基本单位
2,细胞的分裂与生长
3,生物繁殖与遗传
第一节 与遗传直接有关的细胞器
1,线粒体,mtDNA / RNA / 核糖体
2,叶绿体,cpDNA / RNA / 核糖体
3,核糖体,rRNA（ 60%）＋蛋白质（ 40%）
4,内质网：蛋白质合成原料、产物的通道
5,细胞核,DNA复制、转录
第 二 节 染色体 －遗传物质的载体
?基因（ gene）：控制生物性状的遗传物质单位
?染色质（ Chromatin）：
?染色体 （ Chromosome）：中期，具有固定的性状、
大小。
一, 染色体的形态特征,
1.着丝粒（初缢痕）
2.臂：臂比＝ 长 / 短
3.次缢痕
4.随体：
a.常在短臂；
b.位置恒定；
c.染色体组的标志；
d.核仁形成：随体染色体＝核仁形成中心染色体
长臂 / 短臂 染色体
形态
着丝点位置 染色体分类 缩写
1.00 V 形 正中 正中着丝点染色体 M
1.01 ~ 1.70 V 形 中部 中着丝点区染色体 m
1,71 ~ 3.00 L 形 近中 近中着丝点区染色体 sm
3.01 ~ 7.00 L 形 近端 近端着丝点区染色体 st
>7.01 棒形 端部 端着丝点区染色体 t
长短臂
极其粗短
粒形 端部 端着丝点染色体 T
各物种差异很大, 染色体大小主要指长度, 同一
物种染色体宽度大致相同；
长, 0.20-50微米, 宽, 0.20-2.00微米 。
单子叶植物 >双子叶植物
二,染色体的 大小
? 定义：
根据染色体的长度、着丝粒的位置、臂比、随
体的有无，并借助 染色体分带技术 对某一生物
的染色体进行分析、比较、排序、编号。
? 意义：
（ 1）系统发育
（ 2）亲缘关系
（ 3）疾病诊断
三,染色体 核型分析
什么是染色体分带技术
特殊的染料、染色方法，使同一染色
体的不同区段呈现不同的染色效果－带型，
一般带型是相对稳定的。
人类染色体核型分析（ Q带）
女 男
Eg 蚕豆的核型分析
2n=12,染色体长度：大 ?小
臂比,大 ?小
带型：同源＋编号
表 1-1 水稻和玉米在细胞减数分裂的粗线期染色体的长度
水稻 玉米
染色体编号 全长 ( 微米 ) 长臂 / 短臂 全长 ( 微米 ) 长臂 / 短臂
1 79, 0 1, 72 82, 40 1, 30
2 47, 5 2, 16 66, 50 1, 25
3 47, 0 1, 23 62, 00 2, 00
4 38, 5 2, 08 58, 78 1, 60
5 30, 5 2, 05 59, 82 1, 10
6 27, 5 4, 00 48, 73 7, 10
7 26, 5 1, 03 46, 78 2, 80
8 23, 0 1, 70 47, 78 3, 20
9 21, 0 3, 20 43, 24 1, 80
10 21, 0 6, 00 36, 93 2, 80
11 20, 5 1, 56 -- --
12 18, 0 3, 00 -- --
四, 同源染色体与非同源染色体
?同源染色体, 长度、形态、结构（核型）
相同的一对染色体
?非同 源染色体,属于不同对的染色体，
互称非同 源染色体
五,染色体 数目
? A染色体：生物体内数目、形状、大小恒定，增
减有害
? B染色体（副染色体、超数染色体）：
a) 小
b) 异染色质
c) 能复制，数目不稳定
d) 增减对生物影响小，太多则有害
水稻 24 条 (2n) 大豆 40 条 (2n) 烟草 48 条 (2n)
普通小麦 42 条 (2n) 蚕豆 12 条 (2n) 陆地棉 52 条 (2n)
大麦 14 条 (2n) 豌豆 14 条 (2n) 茶树 30 条 (2n)
玉米 20 条 (2n) 马铃薯 48 条 (2n) 人 46 条 (2n)
高粱 20 条 (2n) 甘薯 90 条 (2n)
动物 中某些扁虫只有 4 条 (n=2)
线虫类马蛔虫只有 2 条 (n=1)
一种蝴蝶 ( lysanra) 有 382 条 (n=191)
被子植物 中的一种菊科植物 n=2
有些植物 n=400-600
一些生物的 染色体 数目
生物染色体的一般特点：
1．数目恒定 。
2．体细胞 (2n)是性细胞 (n)的 二 倍 。
3,与生物进化程度 无关 。但可用于 物种分类 。
4．染色体数目恒定也是相对的 （如动物的肝、植物
的种子胚乳）。
第 三 节 染色体的 结构
一, 原核生物的染色体
1,组成
(1),单个的 DNA分子 （单链 /双链）,如细菌、多
数噬菌体和多数动物病毒 ；
(2),单个的 RNA分子 （单链 /双链）,如植物病
毒, 某些噬菌 体和某些动物病毒 。
2,结构,
以前认为是“裸露”的
与 RNA和碱性蛋白（＋）结合在一起。
大肠杆菌 的染色体
二, 真核生物 染色 体
1,常染色质与异染色质
?常染色质
?异染色质
?异固缩：同一染色体不同区段在细胞的不同分裂
时期，染色差异（异相）现象。
常染色质 异染色质
染色较淡 深
分布于染色质两臂 着丝粒附近，染色质末端
复制较早 较晚
前期 ?中期收缩程度大 收缩程度小，末期不解旋、不去浓缩
遗传功能活跃，含基因 惰性，不含基因，位置、剂量效应
一级结构：核小体 (nucleosome)
二级结构：螺线管 (selenoid) –H1
三级结构,Scaffold
四级结构：染色体
2,染色体的结构模型
核小体
组蛋白,
H1 53个氨基酸
H2A 129个氨基酸
H2B 125个氨基酸
H3 133个氨基酸
H4 102个氨基酸
1个核小体 (146bp DNA 1.75 圈 ) ＋ 连接
丝 （ 46bp ） ?约 200bp DNA
*组蛋白在进化上很保守 。
J,Painta & D,Coffey (1984) 提出的“染色体骨架 — 放射环结构模型”
长度压缩
8000~10000倍
着丝粒与端粒结构
?着丝粒：
酿酒酵母：
?端粒：
定义：真核生物染色体末端，含有重复序
列，并结合蛋白质
功能：－ 染色体末端的保护性“帽子”
－ 参与间期核三维结构的建立
－ 有利于染色体末端的复制
保守序列 AT－ rich 中间序列 保守序列
第四节 细胞的有丝分裂
Mitosis
一
细
胞
周
期
、
细胞周期的调控
? 研究十分活跃：
细胞分裂、增殖、分化与癌变等生命现象的最
基本问题
? 需要两种因子：
1) CDK（ Cyclin dependent kinase）：细胞周
期蛋白依赖性蛋白激酶－催化亚基
2) Cyclin：细胞周期蛋白 CyclinABCDE－调节
亚基
? 细胞分裂的两个控制点：
即 G1 →S 和 G2 →M,细胞一旦通过了这两个转
折点,就开始了 DNA 的复制和细胞的分裂,
MPF＝ CDK4/6
＋ CyclinD MPF=CDK2+CyclinE+CyclinA?DNA复制延续
G2 CyclinE分解 ?CyclinB
合成＋ P34cdc2?P34cdc2
磷酸化失活
cdc25基因表达 ?
P34cdc2脱 磷酸化活化 ?细
胞分裂有关的蛋白质磷酸化
?进入分裂期
二、有丝分裂过程
?前期：染色质细长如丝、开始浓缩，核膜
核仁变淡。
?中期：染色体，着丝粒排列，纺锤体形成。
?后期：着丝粒一分为二。
?末期：两极分离 ?子细胞形成。
三、有丝分裂的特殊情况
DNA复制 ?染色体分裂 ?核分裂 ?细胞质分裂
核内有丝分裂：
1)多线染色体，巨型染色体
（果蝇唾腺染色体）
2)多倍体细胞
（组培细胞）
？
多核细胞
（绒毡层细胞）
果蝇幼虫唾细胞巨型染色体
X 染色体
芸苔绒毡层多核细胞
四,有丝分裂的意义,
1) 核均等分裂：遗传物质
2) 质分裂不均一：组织分化
第五节 细胞的减数分裂
Meiosis
一、概念
?减数分裂 (meiosis),是性母细胞成熟
时配子形成过程中发生一种特殊的有
丝分裂
?特点：
1) 联会、交换
2) 两次分裂
二、减数分裂的过程
第一次分裂（ M I）－发生减数
前期 I 中期 I 后期 I 末期 I
第二次分裂（ MII）－同有丝分裂
前期 II 中期 II 后期 II 末期 II
第一次分裂
?前期 I：（ 核特大、时间特长、功能多）
细：染色质细长如丝
偶：联会； 联会复合体 ；二价体
粗,交换
双：交叉，端化
终：交叉完全端化
联会复合体
只存在于偶线期、粗线期与
联会相联系的临时细胞器
交换
1
2
3
4
染色体：着丝粒 染色单体,DNA,C
姐妹染色单体,12； 34
非姐妹染色单体,13/14； 23/24
?中期 I：端化的交叉排列在赤道板上。
?后期 I：同源染色体彼此分离 ?染色体数减半
?末期 I：染色体分向二级。
三、遗传学意义
1,遗传,2n?n?2n
2,变异, 变异来源：
1） 粗线期交换；
2） 后期 I,同源染色体彼此分离时,
非同源染色体自由组合分配到子细胞
中时, 有 2n种组合方式 。
第六节 配子的形成和受精
一、高等动物雌雄配子的形成
二、高等植物雌雄配子的形成
三、植物的双受精
?双受精
?种子－嵌合体
嵌合体：遗传来源或组成不同的组织, 器官或
者个体 。
种皮－ 2n：来源于母本的珠被
种子 胚乳－ 3n,2n－母本； n－父本
胚 － 2n,n－母本； n－父本
?直感现象：胚乳直感、果实直感（区别）
无融合生殖 (apomixis)
?概念：不经过雌雄配子的核融合的生
殖方式。－植物受精的特殊情况
?类型：营养 孤雌生殖
n 孤雄生殖
有配子体 单性结实
2n
无配子体－不定胚
结子
受
精
不
受
精
第七节 生活周期
红
色
面
包
霉
生
活
周
期
n＝ 7
玉
米
生
活
周
期
2n=20
果
蝇
的
生
活
周
期
2n＝ 8
1,生物结构和功能的基本单位
2,细胞的分裂与生长
3,生物繁殖与遗传
第一节 与遗传直接有关的细胞器
1,线粒体,mtDNA / RNA / 核糖体
2,叶绿体,cpDNA / RNA / 核糖体
3,核糖体,rRNA（ 60%）＋蛋白质（ 40%）
4,内质网：蛋白质合成原料、产物的通道
5,细胞核,DNA复制、转录
第 二 节 染色体 －遗传物质的载体
?基因（ gene）：控制生物性状的遗传物质单位
?染色质（ Chromatin）：
?染色体 （ Chromosome）：中期，具有固定的性状、
大小。
一, 染色体的形态特征,
1.着丝粒（初缢痕）
2.臂：臂比＝ 长 / 短
3.次缢痕
4.随体：
a.常在短臂；
b.位置恒定；
c.染色体组的标志；
d.核仁形成：随体染色体＝核仁形成中心染色体
长臂 / 短臂 染色体
形态
着丝点位置 染色体分类 缩写
1.00 V 形 正中 正中着丝点染色体 M
1.01 ~ 1.70 V 形 中部 中着丝点区染色体 m
1,71 ~ 3.00 L 形 近中 近中着丝点区染色体 sm
3.01 ~ 7.00 L 形 近端 近端着丝点区染色体 st
>7.01 棒形 端部 端着丝点区染色体 t
长短臂
极其粗短
粒形 端部 端着丝点染色体 T
各物种差异很大, 染色体大小主要指长度, 同一
物种染色体宽度大致相同；
长, 0.20-50微米, 宽, 0.20-2.00微米 。
单子叶植物 >双子叶植物
二,染色体的 大小
? 定义：
根据染色体的长度、着丝粒的位置、臂比、随
体的有无，并借助 染色体分带技术 对某一生物
的染色体进行分析、比较、排序、编号。
? 意义：
（ 1）系统发育
（ 2）亲缘关系
（ 3）疾病诊断
三,染色体 核型分析
什么是染色体分带技术
特殊的染料、染色方法，使同一染色
体的不同区段呈现不同的染色效果－带型，
一般带型是相对稳定的。
人类染色体核型分析（ Q带）
女 男
Eg 蚕豆的核型分析
2n=12,染色体长度：大 ?小
臂比,大 ?小
带型：同源＋编号
表 1-1 水稻和玉米在细胞减数分裂的粗线期染色体的长度
水稻 玉米
染色体编号 全长 ( 微米 ) 长臂 / 短臂 全长 ( 微米 ) 长臂 / 短臂
1 79, 0 1, 72 82, 40 1, 30
2 47, 5 2, 16 66, 50 1, 25
3 47, 0 1, 23 62, 00 2, 00
4 38, 5 2, 08 58, 78 1, 60
5 30, 5 2, 05 59, 82 1, 10
6 27, 5 4, 00 48, 73 7, 10
7 26, 5 1, 03 46, 78 2, 80
8 23, 0 1, 70 47, 78 3, 20
9 21, 0 3, 20 43, 24 1, 80
10 21, 0 6, 00 36, 93 2, 80
11 20, 5 1, 56 -- --
12 18, 0 3, 00 -- --
四, 同源染色体与非同源染色体
?同源染色体, 长度、形态、结构（核型）
相同的一对染色体
?非同 源染色体,属于不同对的染色体，
互称非同 源染色体
五,染色体 数目
? A染色体：生物体内数目、形状、大小恒定，增
减有害
? B染色体（副染色体、超数染色体）：
a) 小
b) 异染色质
c) 能复制，数目不稳定
d) 增减对生物影响小，太多则有害
水稻 24 条 (2n) 大豆 40 条 (2n) 烟草 48 条 (2n)
普通小麦 42 条 (2n) 蚕豆 12 条 (2n) 陆地棉 52 条 (2n)
大麦 14 条 (2n) 豌豆 14 条 (2n) 茶树 30 条 (2n)
玉米 20 条 (2n) 马铃薯 48 条 (2n) 人 46 条 (2n)
高粱 20 条 (2n) 甘薯 90 条 (2n)
动物 中某些扁虫只有 4 条 (n=2)
线虫类马蛔虫只有 2 条 (n=1)
一种蝴蝶 ( lysanra) 有 382 条 (n=191)
被子植物 中的一种菊科植物 n=2
有些植物 n=400-600
一些生物的 染色体 数目
生物染色体的一般特点：
1．数目恒定 。
2．体细胞 (2n)是性细胞 (n)的 二 倍 。
3,与生物进化程度 无关 。但可用于 物种分类 。
4．染色体数目恒定也是相对的 （如动物的肝、植物
的种子胚乳）。
第 三 节 染色体的 结构
一, 原核生物的染色体
1,组成
(1),单个的 DNA分子 （单链 /双链）,如细菌、多
数噬菌体和多数动物病毒 ；
(2),单个的 RNA分子 （单链 /双链）,如植物病
毒, 某些噬菌 体和某些动物病毒 。
2,结构,
以前认为是“裸露”的
与 RNA和碱性蛋白（＋）结合在一起。
大肠杆菌 的染色体
二, 真核生物 染色 体
1,常染色质与异染色质
?常染色质
?异染色质
?异固缩：同一染色体不同区段在细胞的不同分裂
时期，染色差异（异相）现象。
常染色质 异染色质
染色较淡 深
分布于染色质两臂 着丝粒附近，染色质末端
复制较早 较晚
前期 ?中期收缩程度大 收缩程度小，末期不解旋、不去浓缩
遗传功能活跃，含基因 惰性，不含基因，位置、剂量效应
一级结构：核小体 (nucleosome)
二级结构：螺线管 (selenoid) –H1
三级结构,Scaffold
四级结构：染色体
2,染色体的结构模型
核小体
组蛋白,
H1 53个氨基酸
H2A 129个氨基酸
H2B 125个氨基酸
H3 133个氨基酸
H4 102个氨基酸
1个核小体 (146bp DNA 1.75 圈 ) ＋ 连接
丝 （ 46bp ） ?约 200bp DNA
*组蛋白在进化上很保守 。
J,Painta & D,Coffey (1984) 提出的“染色体骨架 — 放射环结构模型”
长度压缩
8000~10000倍
着丝粒与端粒结构
?着丝粒：
酿酒酵母：
?端粒：
定义：真核生物染色体末端，含有重复序
列，并结合蛋白质
功能：－ 染色体末端的保护性“帽子”
－ 参与间期核三维结构的建立
－ 有利于染色体末端的复制
保守序列 AT－ rich 中间序列 保守序列
第四节 细胞的有丝分裂
Mitosis
一
细
胞
周
期
、
细胞周期的调控
? 研究十分活跃：
细胞分裂、增殖、分化与癌变等生命现象的最
基本问题
? 需要两种因子：
1) CDK（ Cyclin dependent kinase）：细胞周
期蛋白依赖性蛋白激酶－催化亚基
2) Cyclin：细胞周期蛋白 CyclinABCDE－调节
亚基
? 细胞分裂的两个控制点：
即 G1 →S 和 G2 →M,细胞一旦通过了这两个转
折点,就开始了 DNA 的复制和细胞的分裂,
MPF＝ CDK4/6
＋ CyclinD MPF=CDK2+CyclinE+CyclinA?DNA复制延续
G2 CyclinE分解 ?CyclinB
合成＋ P34cdc2?P34cdc2
磷酸化失活
cdc25基因表达 ?
P34cdc2脱 磷酸化活化 ?细
胞分裂有关的蛋白质磷酸化
?进入分裂期
二、有丝分裂过程
?前期：染色质细长如丝、开始浓缩，核膜
核仁变淡。
?中期：染色体，着丝粒排列，纺锤体形成。
?后期：着丝粒一分为二。
?末期：两极分离 ?子细胞形成。
三、有丝分裂的特殊情况
DNA复制 ?染色体分裂 ?核分裂 ?细胞质分裂
核内有丝分裂：
1)多线染色体，巨型染色体
（果蝇唾腺染色体）
2)多倍体细胞
（组培细胞）
？
多核细胞
（绒毡层细胞）
果蝇幼虫唾细胞巨型染色体
X 染色体
芸苔绒毡层多核细胞
四,有丝分裂的意义,
1) 核均等分裂：遗传物质
2) 质分裂不均一：组织分化
第五节 细胞的减数分裂
Meiosis
一、概念
?减数分裂 (meiosis),是性母细胞成熟
时配子形成过程中发生一种特殊的有
丝分裂
?特点：
1) 联会、交换
2) 两次分裂
二、减数分裂的过程
第一次分裂（ M I）－发生减数
前期 I 中期 I 后期 I 末期 I
第二次分裂（ MII）－同有丝分裂
前期 II 中期 II 后期 II 末期 II
第一次分裂
?前期 I：（ 核特大、时间特长、功能多）
细：染色质细长如丝
偶：联会； 联会复合体 ；二价体
粗,交换
双：交叉，端化
终：交叉完全端化
联会复合体
只存在于偶线期、粗线期与
联会相联系的临时细胞器
交换
1
2
3
4
染色体：着丝粒 染色单体,DNA,C
姐妹染色单体,12； 34
非姐妹染色单体,13/14； 23/24
?中期 I：端化的交叉排列在赤道板上。
?后期 I：同源染色体彼此分离 ?染色体数减半
?末期 I：染色体分向二级。
三、遗传学意义
1,遗传,2n?n?2n
2,变异, 变异来源：
1） 粗线期交换；
2） 后期 I,同源染色体彼此分离时,
非同源染色体自由组合分配到子细胞
中时, 有 2n种组合方式 。
第六节 配子的形成和受精
一、高等动物雌雄配子的形成
二、高等植物雌雄配子的形成
三、植物的双受精
?双受精
?种子－嵌合体
嵌合体：遗传来源或组成不同的组织, 器官或
者个体 。
种皮－ 2n：来源于母本的珠被
种子 胚乳－ 3n,2n－母本； n－父本
胚 － 2n,n－母本； n－父本
?直感现象：胚乳直感、果实直感（区别）
无融合生殖 (apomixis)
?概念：不经过雌雄配子的核融合的生
殖方式。－植物受精的特殊情况
?类型：营养 孤雌生殖
n 孤雄生殖
有配子体 单性结实
2n
无配子体－不定胚
结子
受
精
不
受
精
第七节 生活周期
红
色
面
包
霉
生
活
周
期
n＝ 7
玉
米
生
活
周
期
2n=20
果
蝇
的
生
活
周
期
2n＝ 8
