细胞遗传学检查（共7篇）
细胞遗传学检查 篇1
关键词：血液形态学,免疫分型,骨髓活检,细胞遗传学
为更加完善地诊断血液病, 笔者分析了200例血液病患者的诊断资料, 现报道如下。
1临床资料
笔者收集了2010年7-8月血液病患者200例, 其诊断情况见表1。
2结果
通过表1可以看出, 血液病诊断单独依据形态学占43%, 依据形态学、免疫分型、细胞遗传学检查诊断占26%, 依据形态学、骨髓活检诊断占21%。联合应用形态学、免疫分型、骨髓活检、细胞遗传学检查诊断及准确率可达95%以上。
3讨论
3.1 血液形态学检查
血液形态学检验包括骨髓细胞形态学和外周血细胞形态学检查, 是诊断血液病最基础、最直接、最快速和最重要的手段之一。骨髓细胞形态学检查包括骨髓组织化学染色如过氧化物酶 (POX) 染色、特异性酯酶染色、非特异性酯酶染色及氟化钠抑制试验、糖原染色、铁染色等, 对血液系统疾病的诊断具有十分重要的作用, 对各种贫血、髓系及淋巴系白血病、骨髓增生异常综合征 (MDS) 、恶性组织细胞病、多发性骨髓瘤 (MM) 、骨髓转移瘤等的诊断均具有不可替代的作用。虽然血液形态学检查在血液病诊断中不可或缺, 但其仍存在一些缺陷, 如抽吸骨髓液受众多因素的影响, 容易对一些疾病给出假阳性和假阴性的判断。此外, 血液形态学检查不能观察组织结构, 不易觉察肿瘤早期浸润, 对以组织错位、纤维组织增生和异常细胞簇为病变特征的血液肿瘤也不能提供证据, 因此必须结合其他的相关检查才能全面、科学、正确的诊断血液疾病[1]。
3.2 骨髓活检
骨髓活检对血液病诊断也具有特别重要的意义, 对一些血液病具有独立的诊断价值, 能够准确地反映骨髓增生程度, 尤其对于骨髓穿刺干抽更是必不可少。另外对MDS的鉴别诊断及白血病化疗效果分析具有十分重要、不可替代的临床意义。在再生障碍性贫血、MM患者骨髓浆细胞浸润程度、淋巴瘤诊断和临床分期以及骨髓纤维化 (MF) 的判断中, 活检切片更具有重要意义。骨髓活检与形态学结合, 能有效提高血液疾病的诊断率, 对一些疾病的治疗方案选择和预后评估也具有十分重要的指导作用[2]。
3.3 免疫分型 (FCM-IM)
近几年来, 流式细胞仪FCM-IM对血液病的辅助诊断已被国际所公认。借助FCM-IM使血液病分型越来越细, 因而国际白血病免疫分型机构要求对每例白血病患者都做FCM-IM, 目的在于: (1) 区分形态学和细胞遗传性方法无法鉴别的T、B系或髓系白血病及其亚型; (2) 确定缺乏特异谱系抗原标记的急性未分化和双表型白血病; (3) 确定细胞成熟阶段及其克隆性; (4) 了解与亚型有关的生物学特性和预后, 建立临床适用的标准化诊断模式; (5) 发现和确定细胞恶变相关因子, 探讨发病机制; (6) 识别微小残留白血病 (MRD) [3]。FCM-IM主要通过一线抗体和二线抗体的结合检测来诊断血液病, 由于急性白血病 (AL) 、慢性淋巴性白血病 (CLL) 一线抗体特别强, 所以能对大多数AL、CLL作出诊断并归入相应类型和亚型。二线抗体用以验证一线抗体的检测结果, 并确诊一些少见的髓系白血病如M7、M6等。
3.4 细胞遗传医学检查
细胞遗传学检查包括常规核型和荧光原位杂交 (FISH) 分型, 在恶性血液病诊治中发挥着越来越重要的作用, 特别是一些骨髓形态学检查并不典型的血液疾病, 通过对其特征性染色体改变的检出而确诊, 提高了疾病的诊断率[4]。此外细胞遗传学检查还有助于血液病的鉴别诊断和分型, 2001年WHO发表关于淋巴和造血系统肿瘤的新分型, 将t (8;21) 、t (15;17) 、inv (16) 和del (11q23) 作为4种髓系白血病亚型诊断标志, 以上4种亚型均伴有不同的再现性遗传学异常。
综上所述, 现今血液病的诊断首先建立在血液形态学的基础之上, 再结合骨髓活检、免疫分型和细胞染色体检查, 四者密切配合, 外加其他临床资料进行综合分析, 才能更加完善血液病的诊断。
参考文献
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细胞遗传学检查 篇2
1 对象与方法
1.1 对象选择2013 年1 月—2014 年12 月来我院妇产科、儿科、遗传咨询门诊患者, 包括不良孕产史 (自然流产史、死胎史、生化妊娠史、畸形儿妊娠史) 、不良生育史 (染色体病患儿、智力低下、畸形儿生育史) 、智力低下及生长发育迟缓、不孕不育、性发育异常、染色体异常配套检查、婚前体检的患者。受检者年龄、社会性别见表1, 受检者检查指征见表2。
1.2 方法抽取每位患者3 m L静脉血, 肝素管抗凝, 常规接种, 37 ℃培养72 h, 常规收获制片, 经胰酶消化、G显带, 必要时加做C、N显带。每例计数30 个分裂象, 分析其中3 个核型, 如有异常计数60~100 个, 分析5 个核型。所有异常染色体均根据国际染色体人类命名系统 (ISCN) 2000 分析标准来确定。
2 结果
2 881 例遗传咨询者中有239 例染色体异常, 异常率8.30%。不同疾病染色体异常率也不同, 以智力低下或愚型面容异常率最高, 其次为性发育异常及染色体异常配套。
3 讨论
3.1 不良孕产史不良孕产史夫妇1 478 例, 占51.30%;染色体异常40 例, 异常率2.71%, 其中染色体平衡易位35 例, 染色体数目增加2 例, 染色体倒位2 例, 染色体部分缺失嵌合1 例。不良孕产史患者在遗传咨询门诊中最普遍, 包括不明原因反复自然流产、死胎、生化妊娠、畸形儿孕产史等, 造成不良孕产史的原因除了感染、免疫反应外, 染色体异常引起的约占5%~6%。其染色体异常率是一般人群的15 倍以上[1], 染色体携带着遗传基因, 作为遗传物质载体的染色体, 其数目及结构的缺失、重复和平衡易位等畸形都可以引起遗传物质的不平衡改变, 导致染色体病的发生。染色体发生平衡易位是造成不良孕产史的重要原因之一, 平衡易位携带者理论上可形成18 种类型的配子, 与正常配子结合形成18 种类型合子, 其中1 种正常, 1 种为表型正常的携带者, 其余均为部分三体或单体异常核型。其所致胚胎由于遗传物质的重复或缺失易在妊娠早期被淘汰, 常表现为死胎、流产或畸形儿。因此, 再次妊娠时, 孕早期出现自然流产征兆不需保胎, 选择自然淘汰, 如能到孕中期, 应做产前诊断, 避免染色体异常儿的出生, 以达到优生优育的目的。
染色体多态在一般人群中的检出率为2.6%, 在生殖异常人群中的检出率为5.52%[2], 是否影响生育一直存在分歧。我们认为对于倒位, 因存在染色体结构重排, 且倒位后在减数分裂时能形成4 种配子, 仅1 种正常, 应该与不良孕产史有一定关系。对于次缢痕延长、短臂延长、随体变异这类情况, 由于没有一个统一标准, 主观因素影响较大, 且染色体在制备过程中, 自身的大小、长短也受秋水仙素、温湿度等因素影响存在差异, 我们认为这类多态是否有遗传学意义还有待商榷。
3.2 智力低下或愚型面容智力低下或愚型面容247 例, 占8.57%;染色体异常140 例, 异常率58.68%。单纯型21- 三体122 例, 占异常核型的87.14%;21- 三体合并染色体多态8 例;21- 三体合并染色体平衡易位5 例;45, X 1 例;47, XXX 1 例;+der (22p-) mat 1 例;46, XX, r (18) [61]/46, XX[39]1 例;46, XY, 21p-[49]/46, XY, der (21;21) (q10;q10) [51]1 例。智力低下是指儿童生长发育时期的智力残疾, 主要表现为感知、记忆、语言和思维方面的障碍, 他们的智力明显低于同龄小儿平均发育状态, 并在适应环境的行为上表现落后和缺陷。引起智能低下的病因复杂, 包括感染、中毒、损伤和缺氧、代谢异常, 染色体畸变, 其中由于染色体畸变所引起的智力低下约占15%~20%。智力低下染色体异常主要为21- 三体综合征, 又称Down综合征, 其次为平衡易位携带者、性染色体异常等。21- 三体综合征病儿出生的风险因素可能与环境污染日趋严重, 人们接触有害射线机会增多以及病毒感染等, 使得染色体发生畸变有关。一般认为, 21- 三体综合征的发生可能与出生时母龄过高有关, 但不可忽视非高龄孕妇生育21- 三体综合征患儿的风险。积极开展产前诊断, 可避免染色体异常儿的出生。值得注意的是1 岁以下的幼儿, 因其感知、语言、思维等能力尚未发育完全, 智力无法准确评估, 但如果呈典型的愚型面容, 表现为鼻梁低、眼裂小且上斜、眼距宽、喜伸舌, 应及时检查染色体, 早发现、早诊断、早治疗。
3.3 不孕不育不孕不育793 例, 占27.53%;异常核型12 例, 异常率1.51%。染色体平衡易位4 例;47, XXY 3 例;47, XY, +mar 3 例;46, X, +mar[72]/46, XY[28]1 例;46, XY, 17p+mat1 例。不孕不育分为不孕症和不育症, 育龄夫妇同居1 年以上, 有正常性生活, 在没有采用任何避孕措施的情况下, 未能成功怀孕称不孕症;虽能受孕但因种种原因导致流产、死胎而不能获得存活婴儿的称为不育症。有报道约10%的已婚夫妇患有不孕不育症, 染色体数目或结构异常是导致男性不育或女性原发不孕的主要原因之一[3,4]。47, XXY即克氏综合征, 在男性不育症中发生率为10%[5]。47, XXY的产生, 是由于双亲的生殖细胞减数分裂时染色体不分离的结果, 约60%由母亲造成, 40%由于父亲造成。主要临床表现为身材瘦高, 皮肤细腻, 体毛稀少, 男性第二性征不明显, 睾丸小, 无精子, 智力大多正常。此类患者多因不育症、睾丸发育不良就诊, 因其无生育能力, 只能采取辅助生殖技术或供精等手段, 减轻患者精神负担。
不孕不育异常核型中, 有3 例47, XY, +mar;1 例46, X, mar/46, XY的嵌合核型。mar即额外小染色体, 有研究报道mar染色体的出现率在性发育不全中为2.93‰[6]。关于发生额外小染色体的原因, 多数学者认为mar染色体起源于端着丝点染色体, 尤其是端着丝点以外短臂异位所致;也有学者认为, mar染色体是由于某些染色体的缺陷所致, 如Y染色体缺陷或17 号染色体缺陷[7]。本文4 例患者均为男性, 是否为Y染色体缺陷需要做基因芯片和FISH技术, 明确其来源。
3.4染色体异常配套染色体异常配套257 例, 占8.92%;染色体异常25 例, 异常率9.73%。染色体平衡易位20例, 47, XX, +mar 1 例;46, inv (X) (p11.2q24) mat, Yqh-pat1 例;46, X, inv (Y) (p11q12) , t (7;14) (p22;q24) 1 例;47, XXY[89]/46, XY[11]1 例;46, XX, 17p+1 例。近年来, 随着产前诊断的不断发展, 因胎儿染色体异常而检查双亲染色体的患者日益增多。这部分患者因有先证者, 异常率也较高, 但以多态为主。有15 例经产前诊断发现胎儿染色体异常, 溯源发现双亲之一为携带者, 这正是进行产前诊断的意义所在。我们还对1 个染色体异常家系进行了体检, 检查出3 例rob (14;21) (q10;q10) 患者。对于染色体易位携带者的家庭成员, 应指导他们进行染色体检查, 其对优生优育有着重大意义。
3.5 性发育异常性发育异常65 例, 占2.32%;染色体异常20 例, 异常率30.77%。45, X 5 例;45, X/46, X, i (X) (q10) 3 例;46, X, i (X) (q10) 3 例;47, XXY 2 例;45, X, inv (9) (p12q13) /46, X, i (X) , inv (9) (p12q13) 1 例;48, XXYY 1 例;48, XXYY[66]/47, XXY[34]1 例;45, X/46, X, +mar 1 例;46, X, del (X) (q13) 1 例;46, XX (男) 1 例;46, X, t (X;17) (p22;q22) 1 例。性发育异常最常见的临床表现为外生殖器男女分辨不清, 第二性征与性腺性别不符以及性腺性征与染色体不符等。染色体数目的增减及结构的变化可导致性腺分化及发育不良[8]。包括性激素异常、闭经、两性畸形、尿道下裂、阴茎短小、疑似克氏综合征、先天无子宫无阴道等。20 例染色体异常核型患者中检出46, X, i (X) (q10) 6 例, 占30%;45, X 5 例, 占染色体异常核型的25%;克氏综合征2 例, 占10%。当生殖细胞减数分裂过程中发生性染色体不分离时, 受精后可形成X单体合子, 即Turner综合征, 或X多体合子, 即克氏综合征。受精卵在卵裂早期性染色体不分离则形成2 种以上的细胞系, 即嵌合体[8]。Turner综合征即特纳综合征, 表现为原发性闭经、第二性征发育不良、身材矮小、蹼颈等症状。本病发生率约占女婴的1/2 500, 分为单体型、嵌合型、X等臂、X缺失。X染色体的结构异常, 也会影响性腺及躯体发育。6 例45, X/46, X, i (X) (q10) 患者, X染色体短臂丢失, 表现为原发闭经及Turner综合征的特征。
3.6 婚前检查婚前检查15 例, 占0.52%。2003 年新《婚姻法》取消了强制婚前检查的规定, 近年来主动进行婚前染色体检查的夫妇越来越少, 出生缺陷率也上升明显。全国幼妇卫生监测数据显示, 2003 年出生缺陷率为129.8/ 万, 2011 年则为153.23/ 万。在一般人群中, 染色体异常的发生率为0.47%~0.84%[1]。通过染色体检查, 能够发现这部分人群, 指导生育, 优生优育, 尽早进行干预, 提高出生人口素质, 降低出生缺陷发生率, 有利于双方和下一代的健康。
参考文献
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细胞遗传学检查 篇3
1资料与方法
1.1 资料
选择我院遗传咨询、不孕不育门诊的有自然流产史的夫妇共536对, 年龄20～35岁。其中有过1次流产史的23对, 2次流产史的366对, 3次流产史的114对, 4次及以上流产史的33对。
1.2 方法
每对夫妇详细记录病史, 抽取外周血肝素抗凝, 进行淋巴细胞培养, 常规制片, G显带, 必要时进行C显带等, 每例计数30个中期分裂相细胞, 核型分析3～5个细胞, 异常者增加众数分析和核型分析细胞数。
2结果
536对自然流产夫妇中, 染色体异常33例占6.16%。33例异常中染色体相互易位15例, 罗伯逊易位10例, 倒位6例, 其他异常2例。33例异常者中女20例, 男13例。见表1。
3讨论
目前研究认为, 在一般人群中染色体异常的发生率为0.47%～0.84%。本组资料显示, 在自然流产人群中染色体异常的发生率为6.15%, 显著高于群体染色体异常的发生率, 与国内同类研究数据基本一致[1,2,3], 说明染色体异常是造成女性自然流产的肯定的主要因素之一。
在引起自然流产的异常染色体核型中, 相互易位占45.45% (15/33) , 罗式易位占30.30% (10/33) , 平衡易位占异常核型的75.76% (25/33) , 说明染色体平衡易位是导致自然流产的主要的染色体异常。这类患者由于保留了原有的基因总量, 遗传物质没有丢失, 因此在临床上表型可完全正常, 但其生殖细胞在减数分裂过程中却可产生染色体部分缺失或重复的不平衡配子, 精卵结合后, 胚胎或胎儿发育障碍, 造成流产。相互易位者其生殖细胞可形成18种类型的配子, 其中仅1种正常, 1种为易位携带者, 其余16种均为不平衡配子, 罗伯逊易位者生殖细胞可形成6种类型的配子, 其中1种正常, 1种为易位携带者, 其余4种均为不平衡配子[4], 因此从这些数据上看这类患者其流产的风险很高, 但在临床上也经常看到虽为易位携带者, 但却连续多胎生育染色体完全正常或为携带者的孩子, 在其第2代生育时发生流产才得以发现, 因此提示部分染色体异常的配子其本身受精能力下降, 能够形成胚胎的几率减小, 因此又相对缩小了人群流产的机会。在临床上, 流产2次及以上称为复发性流产或习惯性流产, 是检查染色体的指征之一。本组资料中有23例仅有1次流产, 强烈要求全面检查, 发现其中1例为染色体平衡易位携带者, 找到了流产的原因, 因此对于有1次流产史的夫妇在知情同意后可以建议做细胞遗传学检查, 这样才能从根本上避免缺陷儿的出生, 达到提高出生人口素质的目的。
摘要：目的观察自然流产人群细胞遗传学特征。方法对536对自然流产夫妇进行淋巴细胞培养, 常规制片, G显带分析其细胞遗传学特征。结果染色体异常33例 (6.16%) , 其中相互易位15例, 罗伯逊易位10例, 倒位6例, 其他异常2例。结论对自然流产夫妇做细胞遗传学检查可避免缺陷儿的出生, 提高出生人口素质。
关键词：自然流产,细胞遗传学,研究
参考文献
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细胞遗传学检查 篇4
1 对象与方法
1.1 对象
调查组:放射工作人员共254人, 男223人, 女31人;平均年龄 (45.2±19.7) 岁;男 ∶女7.19 ∶1。对照组:无射线和毒物接触史的健康人员65人。
1.2 检查项目和方法
1.2.1 染色体畸变分析
血样采集:肝素润滑注射器, 抽空腹静脉血2 ml, 混匀抗凝。培养方法:染色体培养为每份血样培养1瓶, 每瓶加血量0.4～0.5 ml于5 ml体系的RPMI 1640组合培养液 (内含1640液80%, 灭活小牛血清20%, PHA适量) 中, 24 h后加秋水仙素, 终浓度0.01 μ g/ml, 在 (37±0.5 ) ℃恒温箱中培养52 h收获制片, Giemsa染色。
1.2.2 微核分析血样采集
同1.2.1。培养方法:采用常规培养法。每份血样培养1瓶, 每瓶加血量0.4 ml于2 ml体系的RPMI 1640组合培养液 (内含1640液80%, 灭活小牛血清20%, PHA适量) 中, 在 (37±0.5) ℃恒温箱中培养72 h收获制片, Giemsa染色。
1.2.3 分析
在光学显微镜油镜下选择分散良好、形态清晰的染色体进行分析, 染色体每例分析100个细胞, 发现畸变染色体后, 需由第2人审核认同, 才能确认。微核每例分析1000个细胞。
1.3 统计学方法
采用χ2检验。
2 结果
2.1 细胞遗传学结果
调查组与对照组染色体型畸变率差异有统计学意义 (P<0.01) , 染色体型畸变细胞率差异有统计学意义 (P<0.05) , 微核率和微核细胞率均高于对照组, 与对照组差异无统计学意义 (P>0.05) 。见表1。染色体畸变率是微核率的1.97倍。
2.2 染色体型畸变类型分析结果
调查组以断片为主, 占畸变总数的59.3%;其次是带有或不带断片的双着丝粒, 占33.9%。另外, 调查组有易位等畸变类型检出, 提示受照者较早受照过。见表2。
注:“/”上方为畸变数, 下方为细胞数。
2.3 调查组性别与细胞遗传学分析
不同性别放射性工作人员的畸变值与对照组差异无统计学意义 (P>0.05) 。见表3。
2.4 调查组和对照组不同年龄细胞遗传学指标分析
22～30岁组与对照组差异无统计学意义。31～40岁组、41～50岁组、>50岁组染色体型畸变率与对照组差异有统计学意义。41～50岁组、>50岁组染色体细胞畸变率与对照组差异有统计学意义。见表4。
注:与对照组比较, *P<0.05, **P<0.01。
2.5 调查组和对照组有害作业不同工龄细胞遗传学指标分析
<10 a组畸变值与对照组差异无统计学意义, 10～20 a组和>20 a组染色体型畸变率、染色体细胞畸变率与对照组差异有统计学意义。见表5。
注:与对照组比较, *P<0.05, **P<0.01。
2.6 2004—2008年细胞遗传学结果
2008年组染色体型畸变率和染色体细胞畸变率与对照组差异有统计学意义, 其他各组与对照组差异无统计学意义。见表6。
注:与对照组比较, **P<0.01。“/”上方为畸变数, 下方为细胞数。
3 讨论
本文254例放射工作人员染色体畸变的主要类型是断片, 其次是双着丝粒, 环状染色体最少, 与文献报道一致[1]。染色体畸变率为0.232%, 高于正常值 (0.1%～0.2%) [2], 微核率为1.177‰, 在正常范围0～3‰内, 但明显高于对照组。说明长期接触低剂量电离辐射能致染色体畸变和微核产生, 而且遗传学变化与有害作业工龄及累积剂量有关。不同性别的放射性工作人员的染色体畸变率差异无统计学意义, 说明染色体畸变与性别无关。
从表4可见, 20～30岁组结果明显低于其余各组, 31～40岁组, 41～50岁组, >50岁组与对照组差异有统计学意义。可能与这几组多为业务骨干, 接触射线的实际操作较多有关。与李秀芹等[3]报道的染色体畸变率随年龄增加有增高的趋势一致。由表5可见, 染色体畸变率与有害作业工龄之间关系密切。工龄越长, 畸变率越高, 有一定正相关性, 可能与其短期内累积剂量有关。与文献报道的“Bender实验证实染色体畸变量与照射剂量呈正比关系”[1]的结果一致。由表6可见, 2004—2007年染色体畸变结果在正常范围内, 2008年染色体畸变率和微核率均高于正常上限, 与对照组差异有统计学意义, 个别工作人员结果超异常。提示需进一步加强辐射防护及辐射剂量监测, 保障放射性工作人员的身心健康。
微核试验能检测化学毒物或物理因素诱导产生的染色体完整性改变和染色体分离改变这2种遗传学终点。微核率的大小可直接反映染色体的损伤程度, 也间接地代表机体受辐射损伤的状况。本文中微核率与染色体畸变率变化趋势一致, 但敏感性不如后者。究其原因, 可能:①微核分析在评价后期效应方面没有染色体畸变分析灵敏可靠, 本文由于条件所限, 采用的常规培养法, 微核检出率也远远低于近年发展起来的胞质分裂阻止法 (CB法) [1]。②慢性小剂量照射损伤和修复同时进行, 且微核主要来自染色体受辐射损伤的断片。随着时间的推移, 在细胞分裂过程中丢失, 导致微核率的降低[4]。
参考文献
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遗传的细胞基础 篇5
二、考点要求和目标
注:“Ⅱ”表示2016年考纲中对知识内容要求掌握的程度即理解所列知识和其他相关知识之间的联系和区别, 并能在较复杂的情境中综合运用其进行分析、判断、推理和评价。
具体复习过程中, 要特别注意以下三个方面:
1. 减数分裂与有丝分裂的区别:从减数分裂的概念中理解生殖细胞中染色体数与体细胞中染色体数的区别、DNA复制次数和细胞分裂次数。联系细胞有丝分裂中细胞周期的概念、各个时期的特点、DNA复制次数、细胞分裂次数和子细胞中染色体数与体细胞的关系。
2. 动物细胞配子形成过程:通过列表比较精子的形成过程与卵细胞的形成过程, 根据同源染色体及染色体变化特点识别有丝分裂、减数第一次分裂和减数第二次分裂的图像, 根据细胞质是否均裂判断雌雄细胞。
3. 受精过程:通过建立减数分裂中染色体变化模型理解配子中染色体组合的多样性, 把握受精作用的过程及受精作用的实质, 理解受精作用的意义和受精卵中染色体及遗传物质的来源, 加深理解减数分裂和受精作用对生物遗传和变异的影响。
三、核心知识架构
(一) 知识脉络梳理
(二) 减数分裂概念的理解
1. 减数分裂的概念: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。在减数分裂的过程中, 染色体只复制一次, 而细胞分裂两次。减数分裂的结果是, 成熟生殖细胞中的染色体数目是原始生殖细胞中的一半。
2. 与有丝分裂的区别:有丝分裂是真核生物进行细胞分裂的主要方式, DNA复制一次, 细胞分裂一次, 亲代细胞的染色体经过复制精确地平均分配到两个子细胞中, 子代细胞与亲代细胞的染色体数目相同, 保证了亲代和子代遗传性状的稳定性。
(三) 减数分裂相关概念辨析
1. 同源染色体和非同源染色体
(1) 同源染色体是指减数分裂中配对的两条染色体, 其形态、大小一般相同, 且一条来自父方, 一条来自母方, 如图甲中的1和2为一对同源染色体, 3和4为另一对同源染色体。
(2) 非同源染色体是指形态、大小各不相同, 且在减数分裂过程中不配对的染色体, 如图甲中的1和3、1和4、2和3、2和4分别是非同源染色体。
2. 联会和四分体
(1) 联会:减数第一次分裂中 (前期) 同源染色体两两配对的现象。该时期已完成复制, 染色单体已形成, 即一对同源染色体含4条染色单体。
(2) 四分体:联会后的每对同源染色体含有四条染色单体, 叫做四分体。图甲中含有两个四分体, 即四分体的个数等于减数分裂中配对的同源染色体的对数。
3. 姐妹染色单体和非姐妹染色单体
(1) 姐妹染色单体:同一着丝点连接着的两条染色单体, 如图甲中的a和a′、b和b′、c和c′、d和d′。
(2) 非姐妹染色单体:不同着丝点连接着的两条染色单体, 如图甲中的a和b (b′) 、a′和b (b′) 等。在减数第一次分裂前期, 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, 如图乙所示。
4. 常见误区
(1) 误认为同源染色体的形态、大小一定相同。纠正:同源染色体的形态、大小一般相同, 但男性体细胞中性染色体X、Y的形态和大小不同, Y<X;雄果蝇体细胞中性染色体X、Y的形态和大小也不同, Y>X。
(2) 误认为形态和大小相同的染色体一定是同源染色体。纠正:同源染色体一般形态和大小相同, 但形态、大小相同的染色体不一定是同源染色体, 如姐妹染色单体分离后形成的染色体形态、大小完全相同, 但不是同源染色体。
(3) 误认为同源染色体一定会发生联会, 形成四分体。纠正:联会的染色体一般为同源染色体, 但同源染色体不一定配对联会, 如体细胞进行有丝分裂时同源染色体不联会。
(四) 减数分裂中精子和卵细胞的形成过程
1. 精子和卵细胞形成过程的比较
2. 精子与卵细胞形成过程的区别
(1) 一个精原细胞经过减数分裂形成四个精子, 两种类型;一个卵原细胞只产生一个卵细胞。
(2) 精子的形成过程是连续的, 卵细胞的形成过程是不连续的。次级卵母细胞分裂到减数第二次分裂中期时停止分裂, 当精子进入次级卵母细胞后才继续完成第二次分裂, 产生一个成熟的卵细胞和第二极体。
(3) 精子形成过程中要经过变形, 细胞核变为精子头的主要部分, 高尔基体发育为头部的顶体, 中心体演变为精子的尾, 线粒体聚集在尾的基部形成线粒体鞘。
(4) 精子形成过程中的两次分裂细胞质都是均裂, 卵细胞形成过程中初级卵母细胞和次级卵母细胞的细胞质都是不均裂, 保证细胞质几乎都在卵细胞中, 为受精卵的发育提供环境条件。
3. 常见误区
(1) DNA复制发生在减数第一次分裂前的间期, 有丝分裂才发生在间期。
(2) 二倍体生物的次级精母 (卵母) 细胞、成熟生殖细胞、极体中没有同源染色体, 体细胞、原始生殖细胞、初级精母 (卵母) 细胞中都有同源染色体。
(3) 减数第一次分裂由于同源染色体分开导致染色体组数减半;减数第二次分裂后期由于着丝点分裂导致染色体组数加倍, 但与体细胞中的染色体组数相同。
(五) 受精作用要点回顾
1. 配子中染色体组合多样性的原因
(1) 减数第一次分裂后期, 同源染色体上的等位基因在彼此分开的同时, 非同源染色体上的非等位基因自由组合。
①一个含n对同源染色体的精原细胞, 经减数分裂产生4个精子, 且两两相同。
②一个含n对同源染色体的卵原细胞, 经减数分裂产生1个卵细胞。
③一个体细胞中含有n对同源染色体的生物个体, 经减数分裂产生的配子类型有2n种。
(2) 减数第一次分裂前期 (四分体时期) 同源染色体上非姐妹染色单体之间的交叉互换。
2. 受精作用
(1) 实质:精子的细胞核与卵细胞的细胞核相互融合, 使彼此的染色体会合在一起。
(2) 细胞学基础:
①细胞膜与核膜的识别——同种生物的两性生殖细胞才能融合;
②生物膜的流动性——使两性生殖细胞融合成一个受精卵。
(3) 受精卵中遗传物质的来源:受精卵细胞核中的遗传物质 (染色体) 是一半来自父方一半来自母方, 受精卵细胞质中的遗传物质则全部来自母方。
(4) 减数分裂和受精作用的意义:
①同一双亲的后代呈现多样性, 有利于生物在自然选择中进化, 体现了有性生殖的优越性。原因:减数分裂形成的配子, 染色体组成具有多样性;受精过程中卵细胞和精子的结合具有随机性。
②对于维持每种生物前后代体细胞中染色体数目的恒定、生物的遗传和变异都具有重要意义。染色体数目的变化关系如下图所示 (假设该生物体细胞中的染色体数为2n) :
四、高考经典扫描
命题角度 (一) 综合考查细胞周期、细胞器、DNA数量变化和变异
例 (2016·浙江卷) 下列关于高等动物细胞增殖的叙述, 错误的是 ()
A.有丝分裂前的间期和减数分裂前的间期, 都进行1次染色质DNA的复制
B.细胞周期的G2期已经形成了1对中心体, 在有丝分裂前期形成纺锤体
C.染色体数为2n=24的性原细胞进行减数分裂, 中期Ⅱ染色体数和染色体DNA分子数分別为12和24
D.若在G2期某染色质的1个DNA分子发生片段缺失, 则该细胞有丝分裂产生的2个子细胞均含有该异常DNA
【解析】有丝分裂间期和减数分裂间期, DNA都只复制一次, A项正确;细胞周期的G2期已经能观察到1对中心体, 在有丝分裂前期形成纺锤体, B项正确;体细胞染色体数为24的性原细胞进行减数分裂, 减数第二次分裂中期染色体数为12, 染色体DNA分子数为24, C项正确;G2期DNA已经复制完成, 一条染色质上有2个DNA分子, 如果其中1个DNA分子发生片段缺失, 则有丝分裂产生的2个子细胞中只有一个细胞含有该异常DNA, D项错误。
【答案】D
【易错点拨】 (1) 减数分裂和有丝分裂的DNA都是只复制一次;有丝分裂的细胞分裂一次, 而减数分裂连续分裂两次。 (2) 复制使DNA分子数加倍, 减数第一次和第二次分裂各减半一次;而染色体数在减数第一次分裂时减半, 在第二次分裂后期加倍, 加倍后与体细胞染色体数相同。
【拓展】减数分裂与有丝分裂的区别和联系:
命题角度 (二) 以细胞分裂的图像和曲线为背景, 全面考查有丝分裂和减数分裂的过程
例 (2016·江苏卷) 研究人员对珍珠贝 (2n) 有丝分裂和减数分裂细胞中染色体形态、数目和分布进行了观察分析, 图1为其细胞分裂一个时期的示意图 (仅示部分染色体) , 图2中细胞类型是依据不同时期细胞中染色体数和核DNA分子数的数量关系而划分的。请回答下列问题:
【解析】 (1) 图1中移向细胞每一极的染色体中都存在同源染色体, 据此可判断该细胞处于有丝分裂后期, 它属于图2中类型a的细胞。 (2) 若某细胞属于类型c, 取自精巢, 没有同源染色体, 说明其已经历减数第一次分裂, 应为次级精母细胞。 (3) 若类型b、d、e的细胞属于同一次减数分裂, 则b处于减数第一次分裂, d处于减数第二次分裂, e为减数第二次分裂产生的子细胞。 (4) 在图2的5种细胞类型中, a处于有丝分裂后期, b处于有丝分裂中期或后期或减数第一次分裂, 一定具有同源染色体。 (5) 有丝分裂后期和减数第二次分裂后期均发生着丝点分裂, 对应图2中的b转变为a, d转变为c。 (6) 受精卵含两个染色体组, 染色体数加倍后形成的个体是四倍体而不是三倍体, 故三倍体出现率最低的是阻滞第一次卵裂。
【答案】 (1) 有丝分裂后期a (2) 次级精母细胞 (3) b、d、e (4) a、b (5) b→a、d→c (6) 阻滞第一次卵裂受精卵含两个染色体组, 染色体数加倍后形成的个体是四倍体而不是三倍体
【易错点拨】本题易错点是对有丝分裂和减数分裂过程的图像判断不准确, 对有丝分裂和减数分裂过程中染色体和DNA变化规律的曲线模糊不清, 出现判断失误。
【拓展】有丝分裂和减数分裂的判断:
1. 细胞分裂图像的“四步递推法”判断
若要准确判断一个细胞的分裂图像, 关键是熟悉分裂过程, 抓住有丝分裂和减数分裂各个时期图像的本质特征。“有丝分裂”与“减数分裂”的区别主要表现在同源染色体的有无、染色体的行为、染色单体的有无等三个方面。结合细胞分裂的具体时期构建“四步递推法”, 如下表所示 (以二倍体生物细胞为例) :
2. 二倍体生物细胞分裂图像的识别判断
(1) 三个前期图像的判断:关键是看是否出现四分体。
结果:A为有丝分裂前期, B为减数第一次分裂前期, C为减数第二次分裂前期。
(2) 三个中期图像的判断:关键是看着丝点是否排列在赤道板上。
结果:A为有丝分裂中期, B为减数第二次分裂中期, C为减数第一次分裂中期。
(3) 三个后期图像的判断:关键是看染色体上是否含有染色单体。
结果:A为有丝分裂后期, B为减数第二次分裂后期, C为减数第一次分裂后期。
3. 细胞分裂的柱状图判断
(1) 若图1表示减数分裂的连续过程, 则甲为性原细胞;乙为初级性母细胞;丙为次级性母细胞;丁为性细胞。
(2) 若图2表示二倍体生物的分裂细胞, 则A可表示处于减数第二次分裂前期、中期的次级性母细胞及性细胞;B可表示性原细胞、初级性母细胞和处于减数第二次分裂后期的次级性母细胞;C可表示处于有丝分裂后期的性原细胞 (体细胞) 。
命题角度 (三) 考查细胞分裂与生物变异的关系
例下图表示同一个初级卵母细胞形成的一个卵细胞和三个极体以及受精作用 (图中省略了减数分裂中表现正常的其他型号的染色体) 。据图判断, 下列叙述正确的是 ()
A.生成卵细胞过程的减数第二次分裂发生异常
B.图示受精卵发育成的个体患有先天愚型遗传病
C.图示精子与卵细胞结合形成受精卵的过程发生了基因重组
D.图示受精卵发育成的个体发生了染色体结构变异
【解析】据图分析可知, 生成卵细胞过程的减数第一次分裂发生异常, 21号同源染色体没有分开, 都进入了次级卵母细胞, A项错误;图中受精卵多了1条21号染色体, 由该受精卵发育成的个体为21三体综合征患者, 即先天愚型患者, B项正确;基因重组发生在减数第一次分裂后期, C项错误;图示受精卵发育成的个体发生了染色体数目变异, D项错误。
【答案】B
【易错点拨】基因重组发生在减数第一次分裂的前期或后期, 有丝分裂和受精过程中不发生基因重组。
【拓展拓展】细胞分裂与遗传、变异的关系:
1.减数分裂与遗传规律
2.细胞分裂与可遗传变异
(1) 基因突变:任何方式的细胞分裂过程中, 都有遗传物质的复制, 受生物体内或体外各种因素的干扰, 都可导致DNA复制过程中发生差错, 从而发生基因突变。
(2) 基因重组:发生于减Ⅰ四分体时期和减Ⅰ后期, 即同源染色体的非姐妹染色单体之间的交叉互换和基因的自由组合。
(3) 染色体变异:
(4) 原核细胞的变异:原核生物的变异类型只有基因突变, 其细胞内不存在真正意义上的染色体, 自然也没有基因重组和染色体变异。
命题角度 (四) 考查细胞分裂中某个具体知识点的数量变化规律
例 (2014·天津卷) 二倍体生物细胞正在进行着丝点分裂时, 下列有关叙述正确的是 ()
A.细胞中一定不存在同源染色体
B.着丝点分裂一定导致DNA数目加倍
C.染色体DNA一定由母链和子链组成
D.细胞中染色体数目一定是其体细胞的两倍
【解析】二倍体生物细胞正在进行着丝点分裂时, 细胞处于有丝分裂后期或减数第二次分裂后期, 前者细胞中存在同源染色体, A项错误;着丝点分裂导致染色体数目加倍, 但DNA数目不变, B项错误;DNA复制方式为半保留复制, 子代DNA由母链和子链组成, C项正确;有丝分裂后期着丝点分裂, 染色体加倍为体细胞的两倍, 减数分裂着丝点分裂后, 染色体数目与体细胞相等, D项错误。
【答案】C
【易错点拨】 (1) 对DNA和染色体的数量变化模糊不清。复制使DNA分子数加倍, 一条染色体上有2个DNA分子;着丝点分裂使染色体数目加倍, 一条染色体上由2个DNA分子变为1个DNA分子。 (2) DNA复制中新形成的DNA的两条链由子链和母链组成。
【拓展】染色体和DNA的变化规律:
1.有丝分裂和减数分裂过程中细胞核内染色体和DNA的变化规律 (见图1)
(1) 首先区分核DNA的变化曲线和染色体的变化曲线:看“斜率”, 曲线中存在斜线的为核DNA变化曲线, 不存在斜线的为染色体变化曲线。
(2) 区分开核DNA和染色体的变化曲线后, 再区分细胞增殖的方式:
①看“染色体峰值”, 染色体数目最大为4N的是有丝分裂;染色体数目最大为2N的是减数分裂。
②看“DNA复制和分裂次数”, 斜线代表DNA复制, 竖直下降代表细胞分裂完成。因此, 斜线出现1次, 而竖直下降出现2次的为减数分裂;斜线出现1次, 竖直下降出现1次的为有丝分裂。
③看“结果”, 分裂完成后, 染色体或核DNA的数量与分裂前相等的为有丝分裂;减半的为减数分裂。
2.有丝分裂和减数分裂过程中1条染色体上DNA的变化规律 (见图2)
ab段表示1条染色体上有1个DNA分子;bc段表示复制使1条染色体上有2个DNA分子;cd段在有丝分裂中表示前期、中期, 在减数分裂中表示减数第一次分裂和第二次分裂的前期、中期, 染色体与DNA的数量比为1∶2;de段表示着丝点分裂, 1条染色体上由2个DNA分子变为1个, 染色体与DNA的数量比为1∶1。
命题角度 (五) 以实验为背景, 综合考查细胞分裂与遗传规律的应用
例正常的水稻体细胞染色体数为2n=24。现有一种三体水稻, 细胞中7号染色体的同源染色体有三条, 即染色体数为2n+1=25。下图为该三体水稻细胞及其产生的配子类型和比例示意图 (6、7为染色体标号;A为抗病基因, a为非抗病基因;①~④为四种类型配子) 。已知染色体异常配子 (如①③) 中雄配子不能参与受精作用, 其他配子均能参与受精作用。请回答:
【解析】 (1) 据图分析, 该三体水稻只能产生AA和a或Aa和A的配子, 且AA和a可能来自同一初级精母细胞, Aa和A可能来自同一初级精母细胞, 所以②③分别表示a和Aa的配子, 它们不可能来自同一初级精母细胞。据此分析, ④号配子的基因型为A。 (2) 观察减数分裂染色体的配对情况, 即联会情况, 应该选择正在进行减数第一次分裂前期的细胞进行观察。若某次级精母细胞的染色体为①, 则该细胞中的染色体较正常的次级精母细胞多一条7号染色体。若处于减数第二次分裂的前期, 则细胞内染色体数为13条;若处于减数第二次分裂的后期, 则细胞内染色体数为26条。 (3) 根据题干可知, 正交中, AAa作为父本, aa作为母本, 子代抗病∶非抗病=2∶1;若反交, AAa作为母本, 配子类型及比例为1/6 AA、1/6 a、2/6 Aa、2/6 A, 父本为aa, 所以, 子代中非抗病的比例为1/6×1=1/6。子代中抗病的比例为1-1/6=5/6, 三体的比例为1/6+2/6=3/6, 故抗病中的三体比例为3/6∶5/6=3∶5。
【答案】 (1) 不可能A (2) 减数第一次分裂前13或26 (3) 1/6 3/5
【易错点拨】 (1) 计算AAa个体产生配子的种类及比例时, 可用标号法来确定配子的类型及比例。将第一个A所在的染色体记为1号, 第二个A所在的染色体记为2号, a所在的染色体记为3号, 然后进行排列组合, 之后转化成相应染色体上的基因, 就能得到产生配子的类型及概率为1/3 Aa、1/3 A、1/6 AA、1/6 a。 (2) 同源染色体配对发生在减数第一次分裂前期, 而不是中期或后期。 (3) 在生殖器官内的细胞有的进行有丝分裂, 有的进行减数分裂, 细胞中染色体数目可能有三种情况, 即体细胞的染色体数、体细胞一半的染色体数、体细胞二倍的染色体数。
【拓展】细胞分裂过程中形成异常细胞的原因分析 (以基因型为Aa Bb的细胞为例) :
1.若形成的子细胞是AAaa Bb, 则形成原因是有丝分裂过程中两条染色体的姐妹染色单体未分开。
2.若形成的子细胞是Aa B或Aab或ABb或a Bb, 则形成原因是减Ⅰ过程中同源染色体未分离。
3.若形成的子细胞是AAB或AAb或ABB或a BB或aa B或aab或Abb或abb, 则形成原因是减Ⅱ过程中姐妹染色单体未分开。
五、强化训练
1. 下列关于细胞周期和细胞分裂的叙述, 正确的是 ()
A.有丝分裂后期细胞中姐妹染色单体移向两极
B.减数第一次分裂前期同源染色体配对, 每个染色体含有4条染色单体
C.洋葱根尖细胞内有成对的同源染色体, 但其分裂时无法形成四分体
D.减数分裂过程中同源染色体的非姐妹染色单体通过交叉导致片段交换
2. 某同学在观察蝗虫精巢时, 发现一个细胞含有成对的同源染色体, 但没有四分体, 着丝点排列于赤道板位置, 且每条染色体都有染色单体。下列相关分析正确的是 ()
A.这是处于减数第二次分裂中期的细胞
B.下一时期将发生同源染色体彼此分离
C.卵巢中同样细胞的分裂可形成一个卵细胞和一个极体
D.形成的两个子细胞的染色体数目相同
3. 图甲、乙、丙是某高等雌性动物体内发生的细胞分裂模式图, 图丁为某一时刻部分染色体行为的示意图。下列说法正确的是 ()
A.若丁发生在丙细胞的形成过程中, 则最终产生的子细胞的基因组成有4种
B.若A基因在图甲的1号染色体上, 在不发生基因突变的情况下, a基因在5号染色体上
C.乙细胞表示次级精母细胞或极体, 乙细胞内无同源染色体
D.若图丁表示处于减数第一次分裂四分体时期的细胞, 则①和②一定发生了染色体变异
4. 某同学总结了四点有关减数分裂、染色体及DNA的知识点, 其中错误的是 ()
A.次级精母细胞核中的DNA分子数目与正常体细胞核中的DNA分子数目相同
B.减数第二次分裂后期, 细胞中染色体的数目等于正常体细胞中染色体的数目
C.任何一种哺乳动物的细胞中染色体的数目和着丝点的数目均相同
D.初级精母细胞中染色体的数目和DNA分子数相同
5. 下图表示雄果蝇进行某种细胞分裂时, 处于四个不同阶段的细胞 (Ⅰ~Ⅳ) 中遗传物质或其载体 ( (1) ~ (3) ) 的数量。下列表述与图中信息不相符的是 ()
A.Ⅱ所处阶段发生基因的自由组合
B.Ⅲ所处阶段发生姐妹染色单体分别移向两极的现象
C.②代表染色单体
D.Ⅰ~Ⅳ中③的数量比是2∶4∶2∶1
6. 果蝇X染色体上存在控制棒眼性状的基因B, 雌蝇XBXb表现为棒眼, XBXB表现为严重棒眼, 雄蝇XBY也表现为严重棒眼, XbXb、XbY均表现为正常眼。果蝇的性别由受精卵中X染色体的数目决定, 下表为果蝇受精卵中性染色体组成及发育情况 (其他性染色体异常情况胚胎致死) :
7. 图1表示基因型为Aa Bb的某高等雌性动物处于细胞分裂不同时期的图像;图2表示该动物细胞分裂的不同时期染色体数目变化曲线;图3表示该动物形成生殖细胞的过程图解;图4表示某细胞中染色体与基因的位置关系。请据图分析回答下列问题:
遗传的细胞基础
1.C 2.D 3.A 4.D 5.B
6. (1) 4、8、16次级卵母细胞在卵巢中不能分裂到减数第二次分裂后期 (2) ①棒眼雌果蝇∶正常眼雄果蝇=1∶1②正常眼雄果蝇∶正常眼雌果蝇∶严重棒眼雌果蝇=3∶2∶1③正常眼雄果蝇∶正常眼雌果蝇∶棒眼雌果蝇∶严重棒眼雄果蝇=1∶1∶2∶2
细胞遗传学检查 篇6
关键词：胞质分裂阻滞微核,飞行人员,淋巴细胞,宇宙辐射
宇宙射线早在1912年就被发现了,1990年国际放射防护委员会(ICRP)首次将喷气式客机机组人员列为职业受照人群[1],近10年民航航空飞行人员受宇宙辐射照射的问题越来越受到国内外的关注。宇宙辐射对人体是通过直接和间接两种作用影响机体分子的。直接作用是射线直接击中生物大分子(如DNA)而破坏分子结构。携带遗传基因的染色体是对辐射敏感的细胞结构,而人外周血液中的淋巴细胞是对辐射敏感的细胞[2]。辐射损伤最常用的细胞遗传学指标是淋巴细胞微核和染色体畸变。国内航空医学研究所对国内空域及航线的宇宙辐射剂量进行了测定[3,4,5]。发现飞行人员年吸收的宇宙辐射剂量明显高于地面职业受照人员[5]。因此,研究宇宙辐射对民航飞行人员机体的损伤是飞行人员辐射防护的需要,也是航空安全的需要,具有重要的现实意义。外周血淋巴细胞微核测定是评价辐射损伤的常用方法之一[6]。为了解宇宙辐射是否对飞行人员造成细胞遗传学的影响,我们利用胞质分裂阻滞微核法对某航空公司部分飞行人员进行外周血淋巴细胞微核测定。
1 对象和方法
1.1 对象
150名某航空公司飞行人员,包括飞行员、领航员、机务员、空中乘务员,其中男117名,女33名;平均年龄(37.8土9.8)岁。另32名同地区地面人员,男22人,女10名;平均年龄(37.9土10.1)岁。飞行人员中吸烟67人,不吸烟83人;地面人员吸烟13人,不吸烟19人,经统计分析,飞行人员组和地面人员组在性别、年龄及吸烟构成上差异无显著性(P>0.05)。飞行人员飞行工龄平均为18.9年,最小工龄3年,最大工龄40年。
1.2 淋巴细胞微核测定方法
1.2.1 材料
RPMI16培养基为美国GIBCO公司产品;小牛血清为中国医学科学院血液病研究所产品;PHA为上海伊华临床医学科技公司产品;细胞松弛素-B为美国Sigma化学公司产品。
1.2.2 方法
(1)采血:某航空公司健康飞行人员(驾驶员、机械师、领航员、乘务员、安全员),及该公司健康地面工作人员(无雷达及医院放射科人员)早晨空腹外周静脉抽血。(2)胞质分裂阻滞微核测定(CB法)[7]:0.2mL全血加入到2mL RPMII1640复合培养液中(含小牛血清20%,PHA适量,肝素12.5u/mL,青链霉素各100u/mL),于37℃培养至38~44h,加入细胞松弛素-B,终浓度6μg/mL。继续培养至72h。去上清,0.1IMKC1低渗处理,甲醇冰乙酸(3:1)固定,涂片,Giemsa染色。盲法阅片,光镜下每例观察500个双核淋巴细胞,换算为每1 000个细胞的微核数及微核细胞数。
1.3 吸烟标准
≥10支/日;连续吸烟≥4年以上。
1.4 统计方法
采用组间比较。淋巴细胞微核率(MNF)用泊松分布处理,微核细胞率(MNCF)用卡方检验[8]。
2 结果
2.1 飞行人员组微核与地面人员组比较
地面人员和飞行人员MNF、MNCF的差异非常显著,见表1。
注:飞行人员与地面人员比较:**P<0.01,***P<0.05。Note:flying personnel compared with ground personnel:**P<0.01,***P<0.05。
2.2 不同工种飞行人员年均飞行小时对微核的影响
飞行人员中不同工种年飞行小时不同,按不同工种年均飞行小时比较微核的变化,发现微核率和微核细胞率均随年均飞行小时的增加而明显增加,各工种MNF和MNCF及年均飞行小时从高到低的顺序依次为:安全员、乘务员、机械师、驾驶员、领航员,以微核两率最高的安全员组与其他各组比较,差异均有非常显著性,各组与机场地面组比较,除领航员组外差异亦有非常显著性,见表2。线性回归分析显示,两率(非均值)和年飞行小时呈直线相关。与MNF的直线方程为:y=10.4125+0.008 0x r=0.261,P=0.00lo MNCF的直线方程为y=9.1068+0.006 3x,r=0.251,P=0.002。
2.3 工龄、累积飞行小时和年龄对淋巴细胞微核影响
MNF和MNCF与飞行工龄、累积飞行小时及年龄呈反相变化。飞行人员工龄累积飞行小时短的、年龄小的MNF和MNCF均高,而工龄和累积飞行小时长的,年龄大的则较低。最短工龄组与各组比较差异有高度显著性,地面组仍随年龄的增加而增加,见表3。
注:乘务、机务、驾驶、领航与安全员:*P<0.01;机务、驾驶、领航与乘务:+P<0.05,++P<0.01;领航、驾驶与机务:○P<0.05,○○P<0.01;领航与驾驶:●P<005,●●P<0.01;安全、乘务、机务、领航、驾驶与地面:△P<0.01。note:attendant、crew、pilot、navigator compared with aviation security officer:*P<0.01;crew、pilot、navigator compared with attendant:+P<0.05,++P<0.01;navi-gator、pilot compared navigator compared with with crew:○P<0.05,○○P<0.01;navigator compared with pilot:●P<0.05,●●P<0.01;aviation security officer、atten- dant、crew、navigator、pilot compared with ground personnel:△P<0.01.
注:工龄段11~,21~,30~,与3~:*P<0.01;各工龄组与地面组:△P<0.05,△△P<0.01;地面年龄20~与50~:+P<0.05。note:seniority 11~,21~,30~,compared with 3~:*P<0.01;all seniority group compared with ground group:△P<0.05,△△P<0.01;age of ground group20~compared with 50~:+P<0.05.
2.4 间断飞行对淋巴细胞微核的影响
在受检飞行人员中有部分人员正休假中,至采血时近一月没有飞行,结果发现近一月未飞行组MNF和MNCF均低于连续飞行组,差异有显著性。但MNF仍显著高于地面组,见表4。为排除性别和年龄的影响,统计了近一个月未飞行组和连续飞行组性别、年龄构成:(1)近一个月未飞组:男17人(77.3%),女5人(22.7%),年龄(37.8±12.2)岁;(2)连续飞行组:男91人(79.1%),女24人(20.9%),年龄(38.2±9.8)岁。两组间性别和年龄构成差异无显著性,和机场地面人员年龄、性别差异亦无显著性。
注:近一个月未飞与连续飞行:*P<0.05;近一个月未飞,连续飞行与机场地面:+P<0.01。note:without flying for nearly a month compared with continuous flying:*P<0.05;without flying for nearly a month,continuous flying compared with Airports ground personnel:+P<0.01.
2.5 吸烟对飞行人员淋巴细胞微核的影响
由于女性不吸烟,飞行组与地面组中均去除女性。并且飞行组中去除近一个月未飞者。结果两组中吸烟与不吸烟之间微核MNF和MNCF差异无显著性(P>0.05),见表5。飞行组与地面组在不吸烟之间及吸烟之间,差异均有非常显著性。为消除年龄的影响,飞行人员按年龄(不包括女性和近一个月未飞者)分为吸烟和不吸烟,结果在20~49岁三个年龄组中吸烟与不吸烟的MNF和MNCF差异亦无显著性(P>0.05),但在50岁以上年龄组不吸烟者MNF和MNCF显著高于吸烟者,见表6。
注:飞行人员不吸烟与地面不吸烟:*P<0.05,**P<0.01;飞行人员吸烟与地面吸烟:+P<0.05,++P<0.01。note:no smoking in flying personnel compared with no smoking in ground personnel:*P<0.05,**P<0.01;smoking in flying personnel compared with smoking in ground personnel:+P<0.05,++P<0.01.
注:吸烟与不吸烟:*P<0.05,**P<0.01。note:smoking compared with no smoking:*P<0.05,**P<0.01.
3 讨论
高空宇宙辐射是由初级宇宙辐射和次级宇宙辐射组成,其强度随海拔高度的增加呈指数增强,并随地理纬度的增加而增加[9,10]。高空宇宙辐射主要由质子、中子、电子,α粒子、γ射线等组成[11],其中高线性能量传递(lineal energy transfer,LET)成份达50%[12]。在大气层底部测到的宇宙辐射(次级宇宙辐射)主要由电离成分和中子组成。在10km以上高度,中子在宇宙辐射中占的比例由40%~80%不等,为民航机组人员飞行中所受宇宙辐射剂量的重要组成部分。国际合作的大气电离辐射测量结果表明,高空宇宙辐射中的中子几乎全部为高能,其能谱主要为1Me V~100Me V,其中100Me V和接近100Me V的中子占69%[13]。现代喷气式客机巡航高度为8~12km,粗略估算该航空公司受检飞行人员接受的年均宇宙辐射有效剂量(1.81±0.71)msv[5],比国外报道年平均值5 msv为低[14],但和文献[15]的值非常接近。该航空公司多数航线飞行高度在9~11km,航线纬度多数在北纬45°以下。较低的高度和纬度使航线宇宙辐射剂量较低,这可能是该公司飞行人员年均剂量水平偏低的原因。但是和当地居民人均年宇宙辐射剂量0.355 msv比较,前者是后者的5倍以上,是全国居民人均年宇宙辐射剂量0.274 msv的6.6倍[16],明显高于地面人群,估算结果显示年飞行400h,接受的有效剂量接近1msv;飞行800h,接近2msv;在1 250h,超过3msv;如果每年飞行1 000h,该航空公司飞行人员10年累计剂量约为24 msv。我们知道引起染色体损伤的环境因素主要包括化学损伤和辐射损伤两类。根据物理剂量测定的结果可以认为,引起飞行人员染色体受损的主要环境因素应归因于宇宙辐射。携带遗传基因DNA分子的染色体是对辐射损伤最敏感的细胞结构,当其受损而形成断片时,其断片或受损的整条染色体在细胞分裂期间滞留于胞浆中而形成微核[9]。我们的研究结果证明低剂量宇宙辐射能引起飞行人员的染色体损伤。
年飞行小时、累积飞行小时和工龄反映飞行人员年吸收剂量和累积吸收剂量,本工作中微核和这些参量呈现规律性关系。特别是年飞行小时与微核的关系最为突出。研究显示,年均飞行小时最多的安全员和乘务员微核也最高。从表2可以看出这两个工种的飞行人员年龄较轻,因而工龄较短,在按工龄比较微核时,出现工龄短年龄轻的微核反而最高,使普通人群中微核随年龄而增高[17,18]的规律被反转,这说明飞行人员微核的高低主要受年飞行小时的影响,更证明飞行人员中微核与宇宙辐射的关系。另一方面也提示微核不能反映宇宙辐射造成的累积损伤。
在本研究中还显示,近一个月因休假而未飞的人员CB微核两率下降并显著低于连续飞行组,但仍高于地面组,说明一个月的休养可以缓解染色体的损伤水平。
无论是飞行组还是地面组,吸烟不增加淋巴细胞微核。为了消除年龄对吸烟的影响,按年龄分组的结果表明在青中年组吸烟与不吸烟微核两率仍无统计差异。但为什么50岁以上年龄组中不吸烟的微核显著高于吸烟者,原因不明。尚待进一步研究。
在性别之间,微核有无差异,国内外研究结果不一致。本工作中,在消除了工龄和年龄的影响后,飞行组和地面组男女性别间微核差异不明显,我们的结果和文献[17]是一致的。
细胞遗传学检查 篇7
1 生物系统理论
涉及生物系统论、工程方法、实验和计算实验的人工生物系统及生物系统研究, 是进化论到系统论, 再到结构论所形成的综合了数学模型与实验操作的理论科学, 是一门广泛涉及综合与分析、应用与基础、理论与实验的学科体系。1999年由德国建立的Genbrain biosystem network (系统生物科学与工程网) 将生物系统表述为集实验、计算、工程方法、系统论于一体的人工生物系统和生物系统研究, 系统生物科学与工程网包括计算生物学与实验生物学的结合、生物复杂系统模型、转基因技术与细胞分子电路结合概念图、振荡子概念模型等。
1.1 生物系统的科学与工程
生物系统的科学与工程所应用技术方法有计算机实验和生物实验。其理论基础是生物系统结构论, 也是研究生物系统从实证到综合的系统论, 包括了分层建构、稳态、调适、整合等规律, 所以系统生物学又被称为整合、合成及建构生物学。合成生物学与系统生物学交叉学科, 涉及到生物科学、纳米科学、微电子科学、计算机科学、系统科学等技术构成和研究方法, 包括了工程设计、生物计算、组学、系统建模, 其在人工生物系统开发、生物系统研究中的应用均十分广泛。
1.2 系统遗传学分析
系统遗传学是一门研究从基因型到表现型的复杂生物系统表达机理、自组织化、信息调控及生物系统、病理模型、工程生物系统和药物开发等的学科。其理论基础包括结构整合、系统调适稳态、模块建构规律以及合成生物学、纳米生物学、化学生物学、计算生物学的技术基础及构成方法。
2 生物系统模型
细胞微丝、微管、细胞器、细胞膜等构成细胞的结构框架、空间分隔, 代谢反应、基因调控、信号传导等构成细胞代谢、繁殖、应激等功能系统。细胞基质系统、基因组信息系统构成细胞生命活力的硬件执行系统和程序软件, 其包括行为进化、细胞代谢和遗传、发育的自组织化过程。系统遗传学研究的是细胞药理与病理、细胞进化发育遗传机理、发育自组织化、细胞分子系统动力学与网络动力学。细胞的发生、功能、结构都是细胞分子动力学-代谢反应、基因调控网络、信号传导与细胞发生通讯网络、分裂、分化的动态过程。高等细胞的代谢链、蛋白质组、基因组的有序结构自组织化, 细胞图谱、间期基因调控、分裂期非对称分裂与通讯网络形态构成细胞进化的“基因组-生物体”系统。
细胞发生动力学研究的是细胞分裂期及细胞形态发生、发育等时空格局, 其体现的是器官图式形态、生理功能及组织分化的发育。细胞发生动力学是细胞不对称分裂、有丝分裂、无丝分裂、减数分裂的分化方向、形态发生数、细胞分裂数量等细胞通讯信号进行细胞分化、再生、凋亡、迁徙等过程。例如Ca (x, y, z, 1) ->Ex (omics) ->Ca (x, y, z, t) ->2, 在输入in-S (1-n) 后, 输出out-P (1-n) , 相应的代谢反应链为S+ (enzyme) n->P, ATP->e+ADP。Ca (x, y, z, t) ->2为细胞a的表现型1在立体空间 (x, y, z) 、t时间维度中的代谢组、蛋白质组表达谱, 转化为表现型2。组织化时空分布Cs (x, y, z, t) 1->n, Cs (n) ->CA (m) , 表示的是细胞A干细胞在 (x, y, z, t) 时空维度上分裂增殖n次, 共有m个细胞分化成为A细胞。胚胎干细胞通过分化作用, 生产肌肉组织、结缔组织、内皮组织、神经组织, 然后在时空维度中分化为各类型细胞谱, 细胞系是通过细胞图谱来进行时空定位的, 细胞在时空位置的基因表达构成4维时空细胞分化的基因表达谱。
细胞分子动力学是一门研究细胞间期分子系统作用动力, 代谢反应链的复发系统及细胞分化信号传导路径形成的学科。若将G (N) 视为神经细胞基因表达群, 将G (ES) 视为胚胎干细胞基因表达群, 则用于调控复制表达的蛋白质复合体、管家基因表达会构成细胞功能活动分子网络基底, 干细胞可分化成为神经元基因差异表达谱, 即G (ES) ->G (N) 。通过细胞代谢, 可构成细胞应激反应、自我调控的通讯分子、信号传导分子, 即G (N) (enzyme) ->n。在神经元、神经递质的代谢反应链上, 存在多种催化酶, 通过调控次生代谢酶表达, 可形成细胞类型间的差异表达。
3 转基因系统与合成生物学技术
自进入21世纪以来, 系统生物科学与工程 (即生物系统分析学、人工生物系统) 就得到了飞速的发展, 也带动了未来的产业与科技革命。目前, 生物科学家研究出的转基因生物主要有蛋白质表达改造-特外源蛋白质异性高效表达的基因工程和转基因生物;次生代谢产物改造而来的转基因工程微生物、生物药物;酶功能活性改造的酶工程和蛋白质;生物体态改造的发育工程、转基因花卉等。其涉及领域从植物、动物单行繁殖, 到胚胎干细胞再到细胞诱导分化、代谢网络基因工程改造药物研发, 结合纳米技术、系统科学方法、计算机原理等, 逐渐发展了转基因系统生物技术、药物筛选技术、基因克隆技术, 同时还为药物生产提供了规模化生物反应器。
合成生物学这一概念再次被提出是在美国的化学学会年会 (2000年, Kool) , 自这一概念被再次提出后, 关于转基因技术、基因调控网络设计、细胞信号传导的研究就快速发展起来。从2005年开始, 各大合成生物学公司相继成立, 目前的基因转移、DNA分子合成技术都是合成生物学的重要产物。合成生物学是对工程、系统、计算、实验的综合研究与应用。其利用系统科学理论、计算机技术, 结合遗传学与人工智能、仿生学、生物工程及系统生物学技术, 开发出了转基因生物反应器、生物传感器, 实现了贵重药物及天然药物的规模化生产。
4 结束语
系统科学是生物科学研究的延伸, 系统科学也是基于人工机器和计算机科学仿生学的重要理论基础。其通过结合生物系统计算机设计、基因系统合成工程、生物信息计算机技术, 进行人工细胞分子系统模块设计、分子系统机理研究, 形成了工程生物系统, 并由此衍生了基于分子生物系统的细胞机器人和纳米计算机技术, 系统科学对计算机科学、人工机器的仿生学的理论有着重要意义, 可推广使用。
摘要：探讨系统遗传学与生物技术-细胞分子生物系统的合成。系统生物工程、合成生物学都是以数学模型、系统科学为基础, 采用生物系统原理, 进行基因信息系统、人造工程生物体、仿生人工机器硬件、虚拟计算机信息软件等系统的设计。细胞通过分化作用构成四维时空分化的基因表达谱。系统科学对计算机科学、人工机器的仿生学的理论有着重要意义, 可推广使用。
关键词：细胞分子生物系统,系统遗传学,生物技术,合成
参考文献
[1]曾杰 (邦哲) .系统遗传学与生物技术-细胞分子生物系统的分析与合成[J].生物技术通报, 2012 (10) :47-51.
[2]斌巴, 闫少锋, 苏秀兰, 等.细胞色素p4502E 1遗传多态性的研究进展[J].中华肿瘤防治杂志, 2009, 16 (4) :315-318.
[3]Lehner, B., Astrovskaya I..Erratum:Inferring viral quasispecies spectra from 454 pyrosequencing reads (Nature Reviews Genetics (2011) 12 (S1) ) [J].Nature Reviews Genetics, 2013, 14 (3) :168-168.