细胞遗传与生化

三、细胞遗传与生化

1.细胞遗传学

物种染色体组的构成称为核型。每种生物染色体数目和形态都是相对恒定的，可以了解生物进化等级的差别上。例如，大肠杆菌染色体只有1个，最为古老原始，果蝇染色体有8个已有所增加；小鼠染色体数为40个，而人体染色体数有46个达到最大数，它们之间亲缘关系疏远。总的来说，生物的染色体数从低等到高等逐步增加，这是与染色体上的DNA执行更复杂的基因功能的表达有关。

根据染色体的特征，在分类上，可采用核型分析比较法来鉴定相关的亲缘关系。例如，小麦属（Triticum）中单粒型小麦（T.triticum），2n＝14（n＝x＝7），染色体型为AA ；二粒型小麦（T.durum），2n＝28（n＝2x＝14），染色体型为AABB ；软粒小麦（T.lugare），2n＝42（n＝3x＝21），染色体型为AABBDD 。这三组在进化上有亲缘关系。又如人、大猩猩、黑猩猩和短尾猴的体细胞染色体十分相似，但每条染色体在形态结构和内容上有所差异，其中，人的第7条染色体上具有的A、B、C、D、E、F、G7个片段，在大猩猩、短尾猿相关的染色体上都有，但染色体结构以大猩猩和黑猩猩与人染色体最相似，由此得到人与大猩猩的亲缘较之短尾猿近。再者，根据人类与黑猩猩DNA基因子序列碱基对测定绝大部分是相同的，只有1.6%～2%的差异，也表达了亲缘关系。

在高等植物中，染色体的多倍体是形成新种的一个重要途径，在这些类群中，经常依照染色体的数目而形成系统。例如，小麦属的染色体基数X＝7 ，而单粒小麦、二粒小麦和普通小麦的体细胞染色体分别为14、28和42 ，这三种模型形成一个系统，后两者皆为多倍体。当然，多倍体的产生，还有特殊用途，如普通西瓜为二倍体（2n＝22），其产生的配子有11条染色体，即1n＝11 ；当普通西瓜染色体加倍（如用秋水仙碱溶液诱导）得四倍体西瓜为母本（配子2n＝22），普通西瓜为父本（配子1n＝11）杂交产生三倍体西瓜（3n＝33），因为它不能产生能育的配子，不能正常结子，即无籽西瓜。

2.生物化学

（1）免疫

什么是免疫？例如婴儿出生后如不种牛痘，就可能感染天花，种了牛痘，对天花有了抵抗能力而不发病。如果感染了天花病愈后终生不再患天花。这种抵抗疾病的机制为免疫。

按照免疫学原理，当天然蛋白或其他抗原引入动物体内，通常以家兔为对象，将激起动物体产生特异性的抗体。抗体与抗原结合形成沉淀。利用抗原－抗体反应的强弱比较，可以把不同物种的亲缘关系测定出来，并用数字来表示。有实验表明，用人的血清作抗原使家兔免疫，获得了对人体的抗血清，再用这种抗血清滴定几种动物的血清，可以得到一种可比较的数字（表4-2）。此表的滴定比值以人血清100为计，其中黑猩猩的比值最高，长臂猿、狒狒次之，随后是猴子而其他两类甚低。这表明猩猩与人类亲缘最近。这种血清滴定法用于分类学上，可判别物种的亲缘关系。

表4-2　人抗血清与动物血清的滴定比值

（2）细胞色素

细胞色素是一个具有104～112个氨基酸的多肽分子。从进化上看，细胞色素C是保守的分子，它在酵母菌中就出现。据估计，它的氨基酸顺序每200万年才发生1%的变异，这说明利用细胞色素C完成的细胞呼吸系统是一个古老的过程。不同生物的细胞色素C分子中氨基酸的组成和顺序反映出这些生物之间的亲缘关系。在所查的十几种生物中，细胞色素C分子中有27个氨基酸残基是相同的，其余氨基酸则随生物的不同而有不同程度的差异（表4-3）。例如，人与猕猴相差一个，与鱼类相差20多个，与酵母菌相差更大，而人和黑猩猩的细胞色素C的氨基酸组完全一样。

表4-3　几种生物细胞色素C的氨基酸组成与人的细胞色素的差异

这些数据表明了这些生物的同源性，也说明和猩猩血统关系最接近，而和猕猴的血统关系稍远一点，和鱼类的血缘更远。

（3）核酸

近些年，从核酸水平上探讨生物进化也取得不少证据。在生物进化过程中，从低等到高等，DNA的含量是逐渐提高的，因为高度发展、结构复杂的生物要维持它的生命和繁衍的种族，需要大量基因和蛋白质功能。如细菌的DNA含量只有哺乳动物的万分之一，而碱基对相差千分之一。而且，许多基因只存在高等生物中，例如，血红蛋白、结合球蛋白和免疫球蛋白的基因都是生物进化的产物。用DNA分子杂交技术测定不同物种间的相似性，以反映物种间的亲缘关系。科学家想通过DNA的核苷酸测序以确定现代人种与猩猩之间的差异，特别想对3万年前消失的尼人遗骨中片断DNA扩增检测，以确认与现代人的亲缘关系，这些都是很有意义的工作。