内容正文:
第2章 基因和染色体的关系
第1节 减数分裂
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孟德尔提出两大遗传学定律之后
基因是什么?
观察配子的形成过程。
如何找到基因?
在前面的章节里,我们学习了孟德尔是如何借助植物的杂交实验,发现分离定律和自由组合定律的,随着孟德尔遗传规律的再发现,基因的本质和作用原理成为为遗传学研究的中心问题。
基因在细胞中究竟有没有物质基础,孟德尔所假设的那种颗粒状的遗传因子是不是就是基因真实的样子?(动画)
如果是,基因可能在细胞中的什么位置?
要解决这些问题,我们还应该对细胞进行更加深入的研究和观察。
到哪里找基因最合适呢?(动画)
正如孟德尔所提示的,基因的分离和自由组合行为都是在形成配子的过程中发生的,(动画)要寻找基因,观察配子的形成过程应该是一个不错的选择。
在腐烂的水果周围常可看到飞舞的果蝇。果蝇的生长周期短,繁殖快,染色体少且容易观察,是遗传学上常用的实验材料。
问题探讨
体细胞中有几条染色体?
配子有几条染色体?
还能提出什么问题或者猜想?
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魏斯曼(1834---1914)
August Weismann,德国动物学家
精子
卵细胞
分裂
染色体数目减半
融合
恢复正常染色体数目
魏斯曼的预测:
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这个天才的预见被其他科学家通过显微镜观察所证实。
魏斯曼预言的这个特殊的过程,实际上是一种特殊方式的有丝分裂,叫做减数分裂(meosis) 。
显微镜下的染色体
细胞学研究新进展
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人体细胞中的染色体
高等生物体细胞中染色体一般是成对的,数量可用2n表示。
这是人体细胞中染色体的照片,为了研究方便,我们通常按照大小和形态对染色体进行排序和编号,
这46条染色体,按照从大到小排列,分别编号,我们看到每个编号的染色体都有两条(动画),这两条染色体大小、形态基本相同,是一对染色体。
人体细胞中共有23对染色体。(动画)
不仅如此,大多数高等生物,体细胞中的染色体都是这样两两相同的,所以,2n表示的是有n对染色体。
生物 体细胞(2n) 生殖细胞(n) 生物 体细胞(2n) 生殖细胞(n)
人 46 23 洋葱 16 8
狗 78 39 大麦 14 7
果蝇 8 4 小麦 42 21
猕猴 42 21 豌豆 14 7
马 64 32 玉米 20 10
兔 44 22 水稻 24 12
常见动植物的染色体数目
这个表格中看到的是常见动植物细胞中染色体的数目
每种生物的细胞核内,染色体的数目总是相对恒定的。
比如(举两例)
正如魏斯曼预测的一样,配子中染色体的数目确实是体细胞中的一半
比如人的体细胞中染色体数量是46,而生殖细胞中染色体数量是23
我们用n表示配子中的染色体数目,体细胞中的染色体数目就是2n。
2n和n是不是只是数量多少的关系?
请对减数分裂的过程提出猜想
形成的配子中染色体数目减半,是不是只要体细胞随机分一半染色体进入配子就可以了呢?
同源染色体中的一条分到配子中?
现在我们知道了,原来很多动植物体细胞中染色体都是成对的。
那么我们是不是能更进一步对减数分裂的过程做出猜想了?
(动画)可能有的同学已经想到了,如果能够将成对的染色体中的各一条分配到配子中,配子中染色体也是只有一半,但是受精卵中的染色体是不是就不会混乱了?
当然,这只是我们的猜想,猜想的验证需要事实证据,让我们再去看看果蝇的染色体吧。
再次观察:果蝇的体细胞和配子
染色体数目相同
染色体组成相同
雌果蝇
雄果蝇
体细胞
配子
同源染色体分离
果蝇的体细胞当中,8条染色体也是两两相同,细胞中有四对同源染色体。
而配子当中,四条染色体,时各不相同的,对比观察一下,这四条染色体恰好分别来自四对同源染色体。
因此,我们可以想象出来,减数分裂时,一定发生了同源染色体被分配到不同细胞中的变化。(动画)
如果我们将图中的这个细胞(雌配子)(动画)和这个细胞(雄配子)(动画)中的染色体组合在一起,(动画)可以看到新的细胞当中不但染色体的数量重新恢复成了8条,且染色体两两成对,也是4对同源染色体。
(动画)后代与亲代个体体细胞当中染色体数目和组成都是相同的。
果蝇体细胞和配子的染色体组成显然支持了我们刚才的假设。
问题
本节结合哺乳动物