第一节 细胞的结构和功能

第二节 染色体的形态和数目

第三节 细胞的有丝分裂

第四节 细胞的减数分裂

第五节 配子的形成和受精

第六节 生活周期

第二章 遗传的细胞学基础

第一节 细胞的结构和功能

细胞（cell）:是生物体结构和生命活动的基本单位。

生物界除了病毒和噬菌体等最简单的生物外，所有的

植物和动物，不论低等的还是高等的，都是由细胞构

成的。

根据细胞结构的复杂程度，可把生物界的细胞分为两

类：原核细胞（ prokaryotic cell ）和真核细胞

（eukaryotic cell）。

一、原核细胞1、细胞的组成

细胞壁：蛋白聚糖

细胞膜：磷脂、蛋白质

细胞质：核糖体

核区（拟核）：DNA、RNA

2、原核生物

各种细菌、蓝藻等低等生物由原核

细胞构成，统称为原核生物

二、真核细胞

除了原核生物以外，所有的高等植物、动物，以及

单细胞藻类、真菌和原生动物等都具有真核细胞结

构，故统称为真核生物(eukaryote)。

真核细胞的组成：

细胞壁（植物）、细胞膜、细胞质、细胞核

植物细胞和动物细胞的比较

（一）细胞壁（植物）

与动物细胞不同，植物细胞具有细

胞壁；

对细胞的形态和结构起支撑和保护

作用；

植物细胞壁由3部分组成：胞间层、

初生壁、次生壁；

植物细胞壁的主要成分是： 纤维素

、半纤维素、果胶质、木质素等。

(二) 细胞膜

细胞膜：是包被细胞内原生质的 一层薄膜，简称质

膜(plasma membrane或plasmalemma)。

细胞膜主要由蛋白质和磷脂组成，其中还含有少量

的糖类物质、固醇类物质及核酸等。

质膜的结构：质膜是流动性的嵌有蛋白质的脂质双

分子层的液态结构，其厚度约为70－100mm。

流动镶嵌模型

流动镶嵌模型

(二) 细胞膜

质膜的功能：能主动而有选择地

通透某些物质。对于信息传递、

能量转换、代谢调控、细胞识别

和癌变等方面，都具有重要的作

用。

胞间连丝：在植物细胞壁上的许

多微孔，是相邻细胞间的通道，

有利于细胞间的物质转运 。胞间连丝

(三) 细胞质

细胞质：是在质膜内环绕着细胞核外围的原生质胶体溶液，

内含许多蛋白质分子、脂肪、溶解在内的氨基酸分子和电

解质；在细胞质中分布着蛋白纤丝组成的细胞骨架

(cytoskeleton)及各种细胞器(organelle)。

细胞器：是指细胞质内除了核以外的一些具有一定形态、

结构和功能的物体。

具有重要的遗传功能的细胞器：线粒体、叶绿体、核糖体、

内质网等。

线粒体

线粒体由内外两层膜组成，外

膜光滑，内膜向内回旋折叠，

形成许多横隔；

细胞里氧化作用和呼吸作用的

中心，是细胞的动力工厂；

半自主性细胞器：含有DNA、

RNA和核糖体，具有独立合成

蛋白质的能力。

叶绿体

叶绿体是绿色植物细胞中所特有的

一种细胞器。叶绿体的形状有盘状、

球状、棒状和泡状等；

叶绿体的功能：光合作用；

半自主性细胞器：含有DNA、

RNA及核糖体等，并且能分裂增殖，

能够合成蛋白质，是遗传物质的载

体之一。

核糖体

是蛋白质合成的主要场所；

核糖体由大约40％的蛋白质和60％的

RNA所组成，其中RNA主要是核糖体核

糖核酸(rRNA)，故亦称为核糖蛋白体；

核糖体可以游离在细胞质中或核里，也

可以附着在内质网上；

在线粒体和叶绿体中也都含有核糖体。

内质网

在真核细胞质中广泛分布的膜相结构。把质膜和

核膜连成一个完整的膜体系，为细胞空间提供了

支架作用；

单层膜结构；

粗糙内质网：附有核糖体的内质网，是蛋白质合

成的主要场所；

平滑内质网：不附着核糖体的内质网，可能与某

些激素合成有关。

粗糙内质网

Rough ER

光滑内质网

Smooth ER

内质网Endoplasmic reticulum (ER)

中心体

中心体是动物和某些蕨类及裸

子植物细胞特有的细胞器；

含有一对由微管蛋白组成的结

构复杂的中心粒；

与细胞有丝分裂和减数分裂过

程中纺锤丝的形成有关。

（四）细胞核

细胞核是遗传物质集聚的主要场所，它对控制细胞发育和性

状遗传都起主导作用；

组成： 核膜(nuclear membrane)、核液(nuclear sap)、核仁

(nucleolus)、染色质；

核膜是双层膜，对核与质间起重要的分隔作用。核膜在细胞

分裂过程中存在一个“解体-重建”的过程；

核液是充满核内的液体状物质，核仁和染色质存在于核液中；

核仁主要由蛋白质和RNA组成，还可能存在类脂和少量的

DNA。

染色质和染色体

染色质（chromatin）：是细胞分裂的间期核中DNA、

组蛋白、非组蛋白以及少量RNA所组成的一串念珠

状的复合体，能够被碱性染料染色。

染色体（chromosome）：是细胞分裂期，核内染色

质高度螺旋化，折叠盘曲而成的杆状小体，其形态结

构相对稳定。

染色质和染色体是同一物质在细胞分裂过程中不同时

期所表现的两种运动状态。

染色质 染色体

细菌、动物与植物细胞的比较

第二节 染色体的形态和数目

一、染色体的形态特征

1、中期染色体的形态

由着丝点、长短臂、主次缢痕和随体构成；

主缢痕：着丝点所在的区域的染色体缢缩

部分；

次缢痕：在某些染色体的一个或两个臂上

还另外有缢缩部位，染色较淡；

随体：某些染色体次缢痕的末端所具有的

圆形或略呈长形的突出体。

核仁组织中心：染色体的次缢痕一般具有组成核仁的

特殊功能，在细胞分裂时，它紧密联系着核仁，因而

称为核仁组织中心 。

蚕豆有丝分裂中期染色体（排列于赤

道面上），箭头示两条大染色体。

2、后期染色体的形态

V形：中间着丝点染色体，等臂染色体；

L形：近中着丝点染色体；

棒状：近端着丝点染色体，端着丝点染色体；

粒状：两臂都极其粗短。

3、染色体的大小

不同物种和同一物种的染色体之间差异很大；

在同一物种内以分裂中期测定比较稳定；

染色体的厚度或直径在物种之间变化较小，一般

在0.2～2.0 μm；长度变化较大，0.2～50 μm；

一般植物染色体比动物染色体大；在高等植物中，

单子叶植物一般比双子叶植物的染色体大些，但

也有例外。

4、同源染色体和非同源染色体

同源染色体：形态相似，结构相同的一对染色体称为

同源染色体。

非同源染色体：形态结构不同的各对染色体之间互称

为非同源染色体。

同源染色体 非同源染色体

5、核型分析

核型分析：把生物细胞核内全部染色体的形态特征（染色体

长度、着丝点位置、长短臂比、随体有无等）所进行的分析

称为核型分析，也称为染色体组型分析。

人类染色体核型分析女 男

二、染色体的数目

各种生物的染色体数目都是恒定的，在体细胞中是

成对的，在性细胞中是成单的，通常表示为体细胞

（2n)、性细胞（n）；

各物种的染色体数目往往差异很大，有1对的，也有

多达400～600对以上的染色体；

染色体数目的多少与该物种的进化程度一般并无关

系，某些低等生物可比高等生物具有更多的染色体。

A染色体和B染色体

A染色体：把细胞中正常恒定数目的染色体称为A染

色体；

B染色体：把细胞中除具有正常恒定数目之外的额

外染色体统称为B染色体，又叫超数染色体或副染

色体；

B染色体通常比A染色体小，对生物的发育无重大影

响，多由异染色体组成。

黑麦（S. cereale, 2n=14）的B染色体

第三节 细胞的有丝分裂一、细胞分裂的方式

1、无丝分裂：先是细胞核拉长，缢裂成两部分，接着

细胞质也分裂，从而成为两个子细胞 。整个过程看不

到纺锤丝。是低等生物如细菌等的主要分裂方式，高

等植物某些生长迅速的部分可以发生，如小麦茎节部

分和番茄叶腋发生新枝处。

2、有丝分裂：真核细胞的细胞核分裂涉及DNA浓缩成

可见的染色体和出现纺锤体的一种细胞分裂类型。

无丝分裂的过程

二、细胞周期 间期：

G1期：主要进行细胞体积的增长，

并为DNA合成作准备。不分裂细

胞则停留在G1期, 也称为G0 期；

S 期：DNA 合成时期，染色体数

目在此期加倍；

G2期：为细胞分裂作准备；

M期：细胞分裂期，可分为前期、

中期、后期、末期。

S、 G1 和G2期的长短因物种、细胞种类和生理状

态的不同而不同。一般 S 期时间较长，且较稳定；

G1 和G2 的时间较短，变化也较大；

哺乳动物离体培养细胞的有丝分裂周期 G1为10小

时，S为9小时，G2为4小时，间期共长23小时。而

细胞分裂期 M 全长只有1小时。

细胞周期的遗传控制

现在发现有两类基因控 制细

胞周期：

第一类基因主要控制细胞周

期过程中所需要的关键蛋白

质或者酶的合成；

第二类基因直接控制细胞进

入细胞周期各个时期。

三、有丝分裂过程

前期 中期 后期 末期 子细胞

1、前期 (prophase)

细胞核内出现细长而卷曲的染色体；

每个染色体含有两个染色单体；

核仁、核膜逐渐模糊不明显;

在前期的最后阶段出现纺锤丝。

早前期 晚前期

2、中期 (metaphase)

核仁、核膜消失，形成纺锤体；

各个染色体的着丝点均排列在纺锤体中央的赤道面

上，而其两臂则自由地分散在赤道面得两侧；

是染色体观察和计数的最佳时期。

3、后期 (anaphase)

每个染色体的着丝点分裂为二；

纺锤丝牵引每个染色体分别移向两极，两极具有与

原来同样数目的染色体。

4、末期 (telophase)

在两极围绕着染色体出现

新的核膜，核仁重新出现；

染色体变得松散细长；

一个母细胞内形成两个子

核，细胞质分裂，形成细

胞板，分裂为两个子细胞。

植物体细胞有丝分裂的模式图

1.极早前期 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

四、有丝分裂的特殊情况

1、核分裂而质不分裂形成多核细胞；

2、核内有丝分裂：染色体分裂而核不分裂，使染色体

加倍；

3、多线染色体：染色体中的染色线连续复制后，其染

色体并不分裂，仍紧密聚集在一起。

果蝇唾腺染色体，就是典型的多线染色体

五、有丝分裂的遗传学意义

核内每个染色体准确地复制分裂为二，为形成两个子细

胞在遗传组成上与母细胞完全一样提供了基础；

复制的各对染色体有规则而均匀地分配到两个子细胞中

去，从而使两个细胞与母细胞具有同样质量和数量的染

色体；

这种均等方式的有丝分裂既维持了个体的正常生长和发

育，也保证了物种的连续性和稳定性。

第四节 细胞的减数分裂一、减数分裂的概念

减数分裂(meiosis)：是在性母细胞成熟时，配子形成过程中所发

生的一种特殊的有丝分裂，因为它使体细胞染色体数目减半，

故称为减数分裂，又称成熟分裂(maturation division)。

二、减数分裂的特点

1、各对同源染色体在细胞分裂的前期配对(paring)，也称为联会

(synapsis)；

2、细胞在分裂过程中共包括两次分裂，第一次是减数的，第二次

是等数的。

细线期 (leptonema)

偶线期 (zygonema)

粗线期 (pachynema)

双线期 (diplonema)

终变期 (diakinesis)

前期I

中期I

后期I

末期I

第一次分裂减数分裂过程

间期

中间期

第二次分裂

前期Ⅱ

后期Ⅱ末期Ⅱ

中期Ⅱ

三、减数分裂的过程

性母细胞进入减数分裂前的间期称为前减数分裂

间期，也称为前间期(preinterphase) ;

这一时期是为性细胞进入减数分裂作准备，其准

备的内容包括：染色体复制；有丝分裂向减数分

裂转化；

持续时间比有丝分裂间期长，特别是合成期较长。

间期(interphase)

第一次分裂1、前期 I

（1）细线期

核内出现细长如线的染色体；

每个染色体由共同的一个着丝点连系的两条染色

单体所组成。

第一次分裂1、前期 I

（2）偶线期

各对同源染色体配对，出现联会现象；

二价体：减数分裂时前期I联会了的一对同源染色

体称为二价体。

联会复合体

联会复合体：两条同源染色体在配对时形成一种

特殊的结构；

主要成分是自我集合的碱性蛋白及酸性蛋白；

中间部分(中央成分，central element)以蛋白质

为主，也包含部分DNA (称为横丝) 。

第一次分裂

1、前期 I

（3）粗线期

二价体逐渐缩短加粗；

非姊妹染色单体间出现交换，将造成遗传物质的重组；

四合体：在减数分裂前期I粗线期的二价体包含有四条

染色单体，故称为四合体或四联体；

姊妹染色单体：在二价体中一个染色体的两条染色单

体互称为姊妹染色单体；

非姊妹染色单体：在二价体中不同染色体的染色单体

第一次分裂1、前期 I

（4）双线期

四合体继续缩短变粗；

非姊妹染色单体互相排斥而松懈，出现交叉现象，

造成染色单体某些片段的交换。

第一次分裂1、前期 I

（5）终变期

染色体变得更加浓缩和粗短；

交叉结逐渐移向两端，出现交叉端化现象；

是鉴定染色体数目的最好时期。

2、中期 I

核仁和核膜消失，细胞

里出现纺锤体；

二价体分散排列在赤道

板的两侧；

是鉴定染色体数目的最

好时期。

3、后期 I

纺锤丝牵引染色体向两极

运动，每极只分到每对同

源染色体中的一个，染色

体数目减半；

每个染色体仍包含两条染

色单体，其着丝点并没有

分裂。

4、末期 I

染色体移到两极后，松散

变细，逐渐形成两个子核；

细胞质分裂为两部分，形

成两个子细胞；

二分体：减数分裂第一次

分裂后形成的两个子细胞

称为二分体。

在末期I后大都有一个短暂停顿时期，称为中

间期;

时间很短；

DNA不复制；

在很多动物中几乎没有中间期。

中间期(interkinesis)

第二次分裂

前期Ⅱ：两条染色单体散开，着丝点仍连在一起；

中期Ⅱ：着丝点排列在赤道板上开始分裂；

后期Ⅱ：着丝点分裂为二，染色单体分向两极；

末期Ⅱ：拉向两极的染色体形成新的子核，细胞质

分为两部分，形成四个子细胞。

四分体：减数分裂第二次分裂后形成的四个子细胞

称为四分体，又叫四分孢子。

黑麦花粉母细胞的减数分裂

五、减数分裂的遗传学意义

保证了亲代与子代之间染色体数目的恒定性，为后

代的正常发育和性状遗传提供了物质基础，同时保

证了物种相对的稳定性；

同源染色体随机分向两极，非同源染色体自由组合

以及同源染色体的非姊妹染色单体间片段的交换，

为生物的变异提供了重要的物质基础，有利于生物

的适应及进化，并为人工选择提供了丰富的材料。

第五节 配子的形成和受精

一、雌雄配子的形成

1、生物的生殖方式

（1）无性生殖：通过亲本营养体的分割而产生许多后

代个体的生殖方式，又称为营养体生殖。如利用根、

茎、芽、枝条等进行的繁殖；

（2）有性生殖：通过亲本的雌雄配子受精而形成合子，

再进一步分裂、分化和发育而产生后代。

2、高等动物雌性配子形成的过程

植物的雌蕊和雄蕊

3、高等植物雌性配子形成的过程

二、受精

1、植物有性繁殖的主要授粉方式：

授粉：指成熟的花粉粒落在雌蕊柱头上的过程。

（1）自花授粉：同一朵花内或同株上花朵间的授粉。如：水

稻、小麦、大麦、大豆、花生、马铃薯等。

（2）异花授粉：不同株的花朵间授粉。如：玉米、黑麦、向

日葵、甜菜、大麻、白菜型油菜等。

（3）常异花授粉：既进行自花授粉又进行异花授粉的授粉方

式。如棉花、高粱、蚕豆、甘蓝型油菜、芥菜型油菜等。

二、受精

2、受精

（1）受精：雄配子 (精子) 与雌配子 (卵细胞) 融合为一

个合子，称为受精。

（2）双受精：被子植物授粉后，一个精核(n)与卵细胞

(n)受精结合形成合子(2n)，将来发育成胚；另一个

精核(n)与两个极核(n+n)受精结合为胚乳核(3n)，将

来发育成胚乳。这一过程称为双受精。

3、被子植物种子的遗传组成

种子组成部分 染色体数 前体 来源

胚 2n 合子 受精产物

胚乳 3n 胚乳核 受精产物

种皮 2n 珠被 母体组织

果皮 2n 子房壁 母体组织

三、直感现象

胚乳直感：如果在3n胚乳的性状

上由于精核的影响而直接表现父

本的某些性状，这种现象称为胚

乳直感或花粉直感。

如：用玉米黄粒的植株花粉给白

粒的植株授粉，当代所结子粒即

表现父本的黄粒性状 。

三、直感现象

果实直感：种皮或者果皮组织在发育

过程中由于花粉影响而表现父本的某

些性状，则称为果实直感。

例如：棉花纤维是由种皮细胞延伸的。

在一些杂交试验中，当代棉籽的发育

常因父本花粉的影响，而使纤维长度、

纤维着生密度表现出一定的果实直感

现象。

四、无融合生殖

1、概念：

无融合生殖：雌雄配子不发生核融合的一种无性生殖方式。

2、分类：

（1）营养的无融合生殖：括那些代替有性生殖的营养生殖类型，

如大蒜的总状花序上常形面近似种子的气生小鳞茎，可代

替种子而生殖。

四、无融合生殖

（2）无融合结子：指能产生种子的无融合生殖。包括：

单倍配子体无融合生殖

二倍配子体无融合生殖

不定胚

（3）单性结实

无融合结子

单倍配子体无融合生殖：指雌雄配子体不经过正常受精而

产生单倍体胚（n）的一种生殖方式，简称为单性生殖。

孤雌生殖：凡由卵细胞未经受精而发育成有机体的生殖方

式，称为孤雌生殖。

孤雄生殖：由雄配子（精子）发育成有机体的生殖方式，

称为孤雄生殖。

二倍配子体无融合生殖：指从二倍体的配子体发育而成孢

子体的那些无融合生殖类型，又称为不减数的单性生殖。

不定胚：由珠心或珠被的二倍体细胞形成的胚。

单性结实

单性结实：在卵细胞没有受精，但在花粉的刺激下，

果实也能正常发育的现象。

利用生长素代替花粉的刺激也可诱导单性结实。

由单性结实产生的果实没有种子，成为无子果，在

果树生产上有重要的经济价值。

第六节 生活周期

一、概念：

生活周期：指生物个体发育的全过程，也称为生活

史。从合子到个体成熟和死亡所经历的一系列发育

阶段。

世代交替：有性生殖生物的生活周期大多数都包括

一个有性世代和一个无性世代，这样二者交替发生，

称为世代交替。

二、低等植物的生活周期

配子体(n)世代=

单倍体世代=无

性世代；

孢子体(2n)世代

=二倍体世代=有

性世代；

有性世代(2n)很

短，无性世代(n)

长。

三、高等植物的生活周期

四、高等动物的生活周期

果蝇生活周期短(在

25oC条件下饲养，

约12天完成一个周

期),繁殖率高，饲

养方便，变异类型

丰富，染色体数目

少(2n = 8)。是遗

传学研究的好材料。

本章结束