第2章基因和染色体的关系 当孟德尔的遗传规律被重新发现以后,有一个问题始终没有解决:基因在细 胞中究竟有没有物质基础呢?孟德尔所假设的颗粒状的因子,究竟是不是物质的 实体?如果是,又存在于细胞中什么位置? 对细胞分裂的深入观察,使人们推测到基因和染色体的关联。摩尔根著名的 果蝇杂交实验,使这一问题有了确凿的答案 基因在哪里? 悠悠百年,寻寻觅觅。 怀疑、争论、推理 最终是观察和实验 探明它神秘的踪迹!
第1节减数分裂和受精作用 可题探讨 左图是黑腹果蝇( Drosophila melanogaster)雌雄 个体体细胞和配子的染色体图。 6讨论: 1.配子的染色体与体细胞的染色体有什么区别? 2.针对这幅图,你还能提出什么问題或猜想? 配子 体细忍 果蝇体细胞和配子的染色体图 减数分裂 本节聚焦 当孟德尔向人们揭示遗传规律的时候,细胞学的研究 减数分裂的含义是什么? 也取得了可喜的进展。与孟德尔同时代的生物学家魏斯曼 配子的形成为什么必须 (A. Weismann,1834-1914)从理论上预测:在卵细胞和 经过减数分裂? 精子成熟的过程中,必然有一个待殊的过程使染色体数目 减数分裂是怎样进行的? 减少一半。受精时,精子和卵细胞融合,恢复正常的染色 体数目。这个天才的预见在19世纪80年代被其他科学家的 显微镜观察所证实。魏斯曼预言的这个特殊的过程,实际 上是特殊方式的有丝分裂,叫做减数分裂。减数分裂 ( meIosIs)是进行有性生殖的生物在产生成熟生殖细胞时, 进行的染色体数目减半的细胞分裂。在减数分裂过程中,染 相关信息 1883年,科学家用体细胞中只有 色体只复制一次,而细胞分裂两次。减数分裂的结果是,成 两对染色体的马蛔虫作为村料进 熟生殖细胞中的染色体数目比原始生殖细胞的减少一半。 行研究,发现马蝈虫精子和卵细 下面结合哺乳动物精子和卵细胞的形成,介绍减数分 胞中的染色体数目都只有体细胞 裂的过程。 的一半,而在受精卵中又恢复成 两对染色体。 精子的形成过程 1890年,科学家确认精子和卵细 胞的形成要经过减数分裂 高等动植物的减数分裂发生在有性生殖器官内。人和 891年科学家描述了形成精子 其他哺乳动物的精子是在睾丸中形成的。睾丸里有许多弯 和卵细胞的减数分裂的全过程 弯曲曲的曲细精管(图2-1)。曲细精管中有大量的精原细 胞。精原细胞是原始的雄性生殖细胞,每个精原细胞中的 16第2章基因和染色体的关系
染色体数目都与体细胞的相同。当雄 性动物性成熟时,睾丸里的一部分精 细 原细胞就开始进行减数分裂。经过两 次连续的细胞分裂—减数第一次分 裂、减数第二次分裂,再经过精细胞 的变形,就形成了成熟的雄性生殖细 胞—精子(图2-2)。 图2-1人的睾丸和精子 形成四分体 初级精母细胞 联会 减数笫二次分裂 减数第一次分裂的主要特征 同源染色体配对—联会。 四分体中的非姐妹染色单体发生交叉互换 精原细胞 同源染色体分离,分别移向细两极 减数第一次分裂 减数第二次分裂的主要特征 染色体不再复制。每条染色体的者丝点分裂, 姐妹染色单体分开,分别移向细胞的两极。 细 N) 精子 精细胞 图2-2哺乳动物精子的形成过程图解 第节减数分裂和受精作用17
②减数分裂的染色体复制发生在 在减数第一次分裂的间期,精原细胞的体积增大,染 什么时候? 色体复制,成为初级精母细胞。复制后的每条染色体都由 两条姐妹染色单体构成。这两条姐妹染色单体由同一个着 丝点连接。 减数第一次分裂期开始不久,初级精母细胞中原来 相关信息 分散的染色体进行两两配对。配对的两条染色体,形状 减数第一次分裂间期。染色体 和大小一般都相同,一条来自父方,一条来自母方,叫 复制后,每条染色体上的两条 做同源染色体。同源染色体两两配对的现象叫做联会。 姐妹染色单休各是一条长的细 由于每条染色体都含有两条姐妹染色单体,因此,联会 丝,呈染色质状态。所以,这时 后的每对同源染色体含有四条染色单体,叫做四分体 候在光学显微镜下看不到每条 荣色体上的两条姐妹染色单体 四分体中的非姐妹染色单体之间经常发生缠绕,并交换 一部分片段(图2-3)。 图 图2-3染色体交又互换的照片和示意图 细胞两极的这两组染色体,非 随后,各对同源染色体排列在赤道板上,每条染色体 问源染色体之问是自由组合的着丝点都附着在纺锤丝上。不久,在纺锤丝的牵引下,配 的吗? 对的两条同源染色体彼此分离,分别向细胞的两极移动。这 样,细胞的每个极只得到各对同源染色体中的一条。在两 组染色体到达细胞两极的时候,一个初级精母细胞分裂成 了两个次级精母细胞。 在这次分裂过程中,由于同源染色体分离,并分别进 O在减数第一次分裂中染色休出入两个子细跑,使得每个次级精母细胞只得到初级精母细 现了哪些特殊的行为?这对于胞中染色体总数的一半。因此,减数分裂过程中染色体数 生物的遗传有什么重要意义? 目的减半发生在减数第一次分裂。 减数第一次分裂与减数第二次分裂之问通常没有间期, 或者间期时间很短,染色体不再复制。在减数第二次分裂 过程中,每条染色体的着丝点分裂,两条姐妹染色单体也 随之分开,成为两条染色体。在纺锤丝的牵引下,这两条 染色体分别向细胞的两极移动,并且随着细胞的分裂进入 18第2基因和染色体的关系
两个子细胞。这样,在减数第一次分裂中形成的两个次级 精母细胞,经过减数第二次分裂,就形成了四个精细胞。与 初级精母细胞相比,每个精细胞都含有数目减半的染色体。 精细胞要经过复杂的变形才成为精予。精予呈蝌蚪状, 头部含有细胞核,尾长,能够摆动。 卵细胞的形成过程 人和其他哺乳动物的卵细胞是在卵蕖中形成的。卵巢 位于腹腔内,内部有许多发育程度不同的卵泡,位于卵泡 中央的一个细胞就是卵细胞(图2-4)。 卵泡 eQ。 卵细胞电镜片 卵细胞 图2-4人的卵果(横切面)和卵细胞 卵细孢的形成过程与精子的基本相同。首先是卵原细 胞增大,染色体进行复制,成为初级卵母细麗。然后,初 级卵母细胞经过誠数第一次分裂和第二次分裂,形成卵细 胞。卵细胞与精子形成过程的主要区别是:初级卵母细胞 经过减数第一次分裂,形成大小不同的两个细胞,大的叫 做次级卵母细胞,小的叫做极体。次级卵母细胞进行减数 第二次分裂,形成一个大的卵细胞和一个小的极体。在减 数第一次分裂过程中形成的极体也分裂为两个极体。这样, 一个初级卵母细胞经过减数分裂,就形成一个卵细胞和三 少为什么一个卵原细胞经过减数 个极体(图2-5)。卵细胞和极体中都含有数目减半的染色 分裂只形成一个卵细胞? 体。不久,三个极体都退化消失,结果是一个卵原细胞经 过减数分裂,只形成一个卵细胞。 第1节歡分裂和受精作用1