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普通生物学讲课文本

绪论

思考题1生物的分界系统有哪些2生物的基本特征是什么3什么是动物学4什么是细胞学说其意义是什么

5学习和研究动物学有哪些方法

一生物分界物质世界是由生物和非生物二部分组成

非生物界所有无生命的物质如空气阳光岩石土壤水等

生物界一切有生命的生物

非生物界组成了生物生存的环境生物和它所居住的环境共同组成了生物圈

生物的形式多样种类繁多各种生物在形态结构生活习性及对环境的适应方式等方面有着千差万别变化无穷

共同组成了五彩缤纷而又生机勃勃的生物界

最小的生物为病毒如细小病毒只有20nm纳米它是一种只有1600对核苷酸的单一DNA链的二十面体没有蛋白

膜最大的有20-30m长的蓝鲸重达100多吨

一生物的基本特征

1除病毒以外的一切生物都是由细胞组成构成生物体的基本单位是细胞

2生物都有新陈代谢作用

同化作用或称合成代谢是指生物体把从食物中摄取的养料加以改造转换成自身的组成物质并把能量储藏起来

的过程

异化作用或称分解代谢是指生物体将自身的组成物质进行分解并释放出能量和排出废物的过程

3生物都有有生长发育和繁殖的现象

任何生物体在其一生中都要经过从小到大的生长过程在生长过程中生物的形态结构和生理机能都要经过一系列

的变化才能从幼体长成与亲代相似的个体然后逐渐衰老死亡这种转变过程总称为发育当生物体生长到一定阶段

就能产生后代使个体数目增多种族得以绵延这种现象称为繁殖

4生物都有遗传和变异的特性生物在繁殖时通常都产生与自身相似的后代这就是遗传但两者之间不会完全

一样这种不同就是变异生物具有遗传性才能保持物种的相对稳定和生物类型间的区别生物的变异性才能导致物种

的变化发展

二动物的基本特征动物自身不能将无机物合成有机物只能通过摄取食物从外界获得自身建设所需的营养这

种营养方式称为异养

三生物的分界地球上生活着的生物约有200万种但每年还有许多新种被发现估计生物的总数可达2000万种

以上对这么庞大的生物类群必须将它们分门别类进行系统的整理这就是分类学的任务

1二界分类公元前300多年古希腊亚里士多德将生物分为二界植物界动物界

2三界分类1886年德国生物学家海克尔EHaeckel提出三界分类法

原生生物界单细胞动物细菌真菌多细胞藻类植物界动物界

3四界分类由美国人科帕兰Copeland提出

原核生物界包括蓝藻和细菌放线菌立克次氏体螺旋体支原体等多种微生物

原生生物界包括原生动物和单细胞的藻类动物界植物界

4五界分类1959年美国学者魏泰克Whitaker提出五界分类法

原核生物界细菌立克次体支原体蓝藻特点环状DNA位于细胞质中不具成形的细胞核细胞器无膜

为原核生物细胞进行无丝分裂

原生生物界单细胞的原生动物藻类特点细胞核具核膜的单细胞生物细胞内有膜结构的细胞器细胞进行

有丝分裂

真菌界真菌包括藻菌子囊菌担子菌和半知菌等特点细胞具细胞壁无叶绿体不能进行光合作用无

根茎叶的分化营腐生和寄生生活营养方式为分解吸收型在食物链中为还原者

植物界包括进行光合作用的多细胞植物特点具有叶绿体能进行光合作用营养方式自养为食物的生产

者

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动物界包括所有的多细胞动物特点营养方式异养为食物的消费者

5六界分类我国生物学家陈世骧提出了六界分类系统

Ⅰ非细胞生物Ⅲ真核生物

1病毒界4植物界

Ⅱ原核生物5真菌界

2细菌界6动物界

3蓝藻界

二动物学及其分科

一动物学的定义动物学是以动物为研究对象以生物学的观点和方法系统地研究动物的形态结构生理生

态分类进化与人类的关系的科学

二动物学的主要分科

依据研究内容的不同动物学分化为许多不同的分科主要有以下几类

动物形态学研究动物体内外结构以及它们在个体发育和系统发展过程中的变化规律的科学其中解剖学是研究器官构

造及其相互关系的科学研究细胞与器官的显微结构的科学称为细胞学和组织学用比较现代动物器官系统的异同来

研究进化关系的称为比较解剖学研究个体发育中动物体器官系统形成过程的称为胚胎学此外研究绝灭动物在

地层中的化石的称为古动物学

动物分类学研究动物类群之间彼此相似或相异的程度并分门别类列成系统似阐明它们的亲缘关系进化过

程和发展规律

动物生理学研究动物体的生活机能如消化循环呼吸排泄生殖刺激反应性等各种机能的变化发展情

况以及在环境条件影响下所起的反应等

动物生态学根据有机体与环境条件的辩证统一研究动物的生活规律及其与环境中非生物与生物因子的相互关系

按照研究的动物对象分为原生动物学昆虫学寄生虫学鱼类学鸟类学和哺乳动物学等

由于生物学与物理和化学的互相渗透形成了生物物理学生物化学等边缘学科

生物化学的迅速发展对包括动物学各分科在内的生物科学影响特别显著如对基因物质DNA的深入研究使定

向改变生物的特性甚至创造目前世界上所没有的生物种已成为可能这方面的研究被称为遗传工程再如有人对

人黑猩猩猴鸡等生物细胞色素丙的结构进行比较研究完善了生物进化树为分类学和进化论据供了进一步的科

学依据

近年来从分子的水平来阐明生命现象的本质已涉及生物学科的各个方面对这方面的研究称为分子生物学分

子生物学已成为当前生物学中的一个最活跃的领域

另外研究动物的构造原理为其它新的工程技术提供依据的科学叫做仿生学

三动物学发展简史

动物学的发展经历了极其漫长的过程大致分为三个阶段

一描述生物学阶段

切身利益积累知识形态的解剖的分类的生长发育的繁育的等等

①动物学之父－亚里士多德Aristotle384～322BC动物志②贾思勰齐民要术③李时珍本草纲目

④胡克HookeR显微镜⑤细胞学说celltheory植物和动物的组织都是由细胞构成所有细胞是由细胞分裂或

融合而来的卵和精子都是细胞一个细胞可分裂而形成组织由德国植物学家Schleidencom家Schwann

T于1838～1839年共同提出的

细胞学说的重要意义在细胞水平上提供了有机界统一的证据证明了植物和动物有着细胞这一共同起源为19世

纪自然科学领域中辩证唯物主义战胜形而上学唯心主义提供了一个有力的证据为近代生物科学发展接受生物界

进化的观念准备了条件推动了近代生物学的研究

⑥林奈C．Linne1700ó1778创立了动植物分类系统植物种志植物属志

⑦达尔文CDarwin1809ó1882物种起源进化论

二实验生物学阶段

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在实验条件下研究生命活动的规律①孟德尔和摩尔根遗传学的分离连锁和交换三大定律②巴斯德微生物

学致病微生物传染

三分子生物学阶段①蛋白质分子结构酶的性质DNA双螺旋结构②DNAóRNAóProtein中心法则③基因

的组成表达遗传标记分离提取转导沉默缺失突变跳动序列测定等等④人体基因组计划⑤克

隆技术胚胎移植干细胞研究等等⑥生物学与三大难题未来的生物学将是数理化天地生等的大综合科学

四研究动物学的基本观点和方法

自然界是一个相互依存互相制约错综复杂的整体动物是生物界的一个组成部分要学习研究生命科学首先

要具有正确的生物学观点对复杂的生命现象的本质的探讨不能用简单的方法做出结论需要用生物学的观点善于对

科学的事实加以分析和综合

一基本观点生物学观点动态地注意形态与功能的统一生物体对环境的适应整体与局部之间的相互关系

有机体各层次之间的联系以及个体发育与系统发育的统一

二基本方法

1观察描述法观察是动物学研究最基本的方法通过观察从客观世界中获得原始第一手材料科学观察的基本要

求是客观地反映所观察的事物并且是可以检验的观察结果必须是可以重复的只有可重复的结果才是可检验的从

而才是可靠的结果观察需要有科学知识观察切不可为原有的知识所束缚描述即将观察的结果如实地记录下来包

括文字描述绘图生物图摄影摄像仪器记录等

2比较法没有比较就没有鉴别没有比较就无从揭示生命的统一性和多样性之间的关系没有比较就无法处理

生物界从简单到复杂从低等到高等的大量材料

只有通过对不同种属动物从宏观的形态结构到微观的细胞分子水平的比较才能对有关动物学的各种问题进行研

究并得到正确的结论

3实验方法实验是在人为干预控制研究对象的条件下对生命现象进行观察研究的方法

4人工模拟生命动物药理实验动物病理实验计算机模拟输入动物声音探索高级神经思维活动的规律

三动物学课程的教学要求

用生物学的观点和比较分类归纳求同演释推理的方法掌握动物的体制结构形态机能生活习性和生活规律

等基础知识并加深对以动物代谢和适应为中心发育为骨干及动物界的个体发育与系统发育的统一形态与机能的

统一机体与环境的统一的动物学原理的理解

四学习动物学的目的

动物学是农业科学的基础动物学的新理论新概念对农牧业的生产和人畜的医疗保健事业必然具有促进作用

因此学习动物学的目的就在于揭露和掌握动物生命活动的客观规律为进一步利用控制和改造动物提供理论依据

对于动物科学和动物医学专业简明扼要地介绍动物界的一般现象和规律使学生具备一定的动物学基本知识为

进一步学习专业有关课程奠定必要的基础

动物体的基本结构

思考题

1细胞的基本结构和机能是什么2组成细胞的物质有哪些其功能各是什么3什么是原核细胞什么是真核细胞

4简述细胞膜的流动镶嵌假说5物质通过细胞膜运输有哪些形式6简述各主要细胞器的构造和功能7细胞分裂有

哪些形式8简述有丝分裂和减数分裂的过程二者有何不同9简述减数分裂的特点和生物学意义10名词解释细

胞周期同源染色体拟核染色体联会胞饮胞吐吞噬

第一节细胞

细胞是构成生物体的结构和功能的基本单位除了病毒生物有机体都是由单个或许多个细胞构成

一细胞的一般特征

一细胞的形状和大小细胞的形状和大小取决于其遗传性生理功能对环境的适应以及分化状态等

1细胞的大小绝大多数细胞体积都很小体积小表面积大有利于和外界进行物质交换对细胞生活有特殊意

义

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如一个30mm边长的正方体表面积5400mm2若分成27个小正方体边长10mm则表面积为16200mm2是原来的3

倍也有少数细胞肉眼可见如鸵鸟卵细胞直径约50mm

2细胞的形状细胞形状与其担负的功能和所处的位置有关与机能相适应

游离的细胞多为圆形或椭圆形如血细胞和卵排列紧密的细胞有扁平方形柱形等具收缩功能的肌细胞多为

纺锤形或纤维形具传导机能的神经细胞星形有长的突起

二细胞的共同特征

1细胞的结构细胞膜细胞质含各种细胞器和细胞核

具有核被膜和各种细胞器的细胞称为真核细胞只有拟核没有细胞器的细胞称为原核细胞分别称为原核生

物和真核生物

2细胞的机能①利用能量和转变能量从化学能到热能和机械能②生物合成从小分子到大分子如蛋白质

核酸③自我复制和分裂繁殖④协调有机体整体生命

二细胞的化学组成

一元素107óó92óó24

主要化学元素是碳氢氧氮占96％

少量几种元素是硫磷钠钙钾铁等

极微量的其它化学元素钡硅矾锰钴铜锌钼等01

各元素的比例基本恒定对维持正常de生理活动是必要的

二组成细胞的物质

有机物糖类脂类蛋白质核酸维生素激素

无机物矿物质和水

1糖类糖类化合物含碳氢氧三元素又称为碳水化合物可分为单糖双糖和多糖三类①单糖是不能用

水解的方法再降解成更小糖单位的糖类最重要的单糖是五碳糖和六碳糖前者如核糖和脱氧核糖是核酸的组成成分

之一后者如葡萄糖C6H12O6是细胞内能量的主要来源动物血掖中的葡萄糖称为血糖②双糖是由两个单糖分子

脱去一个水分子聚合而成植物细胞中最重要的双糖是蔗糖和麦芽糖两个分子葡萄糖脱掉一分子水结合形成麦芽糖

淀粉被消化时也产生麦芽糖由一个葡萄糖和一个果糖结合而成蔗糖蔗糖主要来自甘蔗和菾菜高等植物多以蔗糖形

式转运③多糖是由许多单糖分子脱去相应数目的水分子聚合而成的高分子糖类化合物植物细胞中最重要的多糖

有纤维素淀粉果胶等动物体内的多糖ó淀粉不同于植物淀粉称为糖元

2脂类由碳氢氧元素构成含氢原子的比例高

①中性脂肪和油脂肪的能量比同等重量的糖类可高达二倍多脂肪分子是由一分子甘油和三分子脂肪酸组成甘

油分子中的三个羟基－OH分别与脂肪酸分子中的羧基－COOH作用脱去一分子的水而形成脂肪分子中的三个脂

肪酸相同或不同其碳原子数4至24个最常见的是16个和18个偶数油液态不饱和脂肪酸脂肪固态

饱和脂肪酸②蜡③磷脂膜脑心肾肺骨髓卵大豆④类固醇胆固醇植物固醇⑤萜类类胡萝

卜素视黄醛动物感光

脂类的功能●膜组成成分●贮存能量●保护层●活性物质

3蛋白质是极其重要的高分子有机化合物含量仅次于水占干重的60％结构物质贮藏物质酶除碳氢

氧氮等元素外还含有硫磷碘铁锌等元素

①蛋白质的组成由很多氨基酸聚合形成的高分子长链化合物氨基酸有20多种由于氨基酸的数量种类排列

顺序等的差异可形成各种各样的蛋白质

蛋白质与其它物质的分子或离子结合形成脂蛋白核蛋白和色素蛋白等

酶是生化反应的催化剂一种酶只能催化一种反应在一个细胞内约有3000种酶特定功能和特定酶有关酶的

非蛋白质组分很多如维生素核苷酸或某些金属等酶可以从细胞中分离出来并保持其活性这在工农业生产医

疗等方面有广泛的实用价值

②蛋白质的结构一级结构多肽链中氨基酸的数目种类和线性排列顺序

二级结构多肽链向一个方向卷曲形成的立体结构

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·ó螺旋·角蛋白指甲毛发纤维蛋白等

ó折叠角蛋白蛛丝蚕丝

三级结构球蛋白肌动蛋白蛋白质激素抗体细胞质和细胞膜中的蛋白

四级结构血红蛋白

蛋白质在重金属离子酸碱乙醇以及高温X射线等的作用下可发生变性其空间结构改变沉淀

4核酸是重要的遗传物质由许多单个核苷酸经脱水聚合而成的高分子有机化合物

单个核苷酸由一个含氮碱基一个五碳糖和一个磷酸分子组成核酸中仅有五种含氮碱基它们是两种嘌呤óó腺

嘌呤缩写A和鸟嘌呤缩写G三种嘧啶óó胞嘧啶缩写C胸腺嘧啶缩写T和尿嘧啶缩写U

根据所含有的糖的不同核酸可分为核糖核酸缩写RNA和脱氧核糖核酸缩写DNA

DNA主要存在于细胞核内是构成染色体的遗传物质RNA则主要存在于细胞质中而在碱基种类上DNA含AG

CT等四种在RNA中则以U代替T在分子结构上RNA是以单链存在而DNA则以双链形式存在

5维生素属于小分子有机物绿色植物能够自身合成维生素动物必须从食物中摄入是动物体内必需的一类有

机物否则就会发生维生素缺乏症

维生素的共同特点●都是有机物●不是能源物质和结构物质●需要量很少但对代谢影响很大为正常生活

所必需的

根据维生素水解的性质不同可分为脂溶性和水溶性两大类前者如维生素ADEK等后者如维生素B1óB12

CP等

6矿物质无机盐无机物对有机体起重要的作用除了碳氢氧氮和硫之外生物体内的元素是以盐类的离

于形式存在的例如一般含有Na＋K＋Ca＋Mg＋Fe＋＋＋和C1－SO4－－HPO4－HCO3－等

各种离子对生物体都具有重要的生理作用例如维持体液的正常渗透压酸碱度以及维持神经肌肉的正常兴奋

性等

有一些呈不溶解状态的无机物形成固体的沉积物作为支持和保护性的结构如碳酸钙是软体动物贝壳的主要成

分脊椎动物的骨骼含有碳酸钙和磷酸钙以及镁氟等离子

7水含量最多一般占60～90％不同种类的细胞含水量相差很大水成为生物的一个理想的组成成分●常

温下为液态是有机物和无机物的良好溶剂和运输介质●水是细胞内化学反应的参加者或产物没有水生物就不可

能生存●水有较大的比热对温度的调节很重要

三细胞的基本结构

一原核细胞

核区类核体拟核染色体只由环状DNA组成不含组蛋白

细胞器仅有核糖体70S

细胞壁主要成分为含乙酰胞壁酸的肽聚糖

二真核细胞

细胞膜细胞质细胞核

1质膜细胞膜生活细胞的外表都有一层薄膜包围将细胞与外界分开这层薄膜称为细胞膜或质膜细胞膜

与细胞内的所有膜统称为生物膜是一种半透性膜对进出细胞的物质有很强的选择透性其物质组成和基本结构相似

①质膜的组成主要是脂类物质和蛋白质还含有少量的多糖微量的核酸金属离子和水②质膜的结构在电

镜下呈现暗ó明ó暗三条平行的带即内外两层暗的带由大的蛋白质分子组成之间有一层明亮的带由脂类分子组

成这样的膜称单位膜③膜的流动镶嵌假说脂类物质分子的双层形成了膜的基本结构的衬质膜的蛋白质分子则和

脂类层内外表面结合或嵌入或贯穿膜及其组成物质是高度动态的易变的其磷脂和蛋白质都有一定的流动性

使膜的结构处于不断变动状态膜中的蛋白质有的是特异的酶类具有识别捕捉和释放物质的能力从而对物质的

透过起主动的控制作用④物质通过膜的运输单纯扩散通过膜上的小孔从高浓度到低浓度协助扩散由载体协

助从高浓度到低浓度主动运输由载体协助并且要消耗能量从低浓度到高浓度

胞吞和胞吐质膜能向细胞内形成凹陷吞食外围的液体或固体的小颗粒吞食液体的过程称为胞饮作用吞食固

体的过程称为吞噬作用

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将细胞内的分泌小泡或其它由膜包被的物质排出细胞外的过程称为胞吐作用

2细胞质是细胞膜以内细胞核以外的原生质可分为胞基质和细胞器细胞器是细胞内具有特定结构和功能的

亚细胞结构胞基质是包围细胞器的没有特定结构的细胞质

胞质运动生活细胞的胞基质在细胞内不断流动

1线粒体除了细菌蓝藻和厌氧真菌生活的细胞一般都有线粒体

线粒体是进行呼吸作用的主要细胞器是细胞能量代谢的中心呈球状杆状具分枝或其它形状的直径一般为

0510μm长约12μm不同细胞中线粒体数目差别较大

用电镜观察线粒体外有双层单位膜外膜包被整个线粒体内外层膜之间有宽约80的间隙内膜在许多部位

向内伸入到线粒体基质中形成片状或管状的内褶称为嵴内膜及其所形成的嵴的内表面上均匀地排布有形似大头

针状的结构称为电子传递粒缩写ETPETP含有ATP酶能催化ATP的合成在嵴之间基质与呼吸作用有关的一系

列的酶定位在基质和内层膜中基质中还含有DNA脂类蛋白质核蛋白体和含钙颗粒

细胞内的糖脂肪和氨基酸的最终氧化是由线粒体进行的最后释放能量供细胞生活的需要线粒体经分裂或ì出

芽增殖

2核糖核蛋白体核蛋白体核糖体是合成蛋白质的主要场所存在于胞基质细胞核内质网外表面及质体和

线粒体的基质中完整的核蛋白体是由两个近于半球形而大小不等的亚单位结合而成由几个到几十个核蛋白体和mRNA

长链结合成为念珠状复合体称多聚核糖核蛋白体

3内质网缩写ER是由膜围成的扁平的囊槽池或管并形成相互沟通的网状系统在ER腔内充满了液状基

质

有些内质网的外表面有核蛋白体称为粗糙型内质网缩写rER另一些内质网外表面则没有核蛋白体称为光滑

型内质网缩写sER

ER膜可和核膜的外层相连也可经过胞间连丝和相邻细胞的ER相连

内质网的功能●具有制造包装和运输代谢产物的作用rER能合成蛋白质和脂类合成的物质可能经ER运到sER

再由sER形成小泡运输到高尔其体中然后分泌到细胞外●ER是许多细胞器的来源如液泡高尔基体圆球体及

微体都可能是由ER特化或分离出的小泡而来●内质网的分室作用分隔细胞成许多小室使各种不同的结构隔开

能分别地进行着不同的生化反应

4高尔基体是一叠由平滑的单位膜围成的囊组成囊作扁平圆形边缘膨大且具穿孔每一个囊称为潴泡或槽库

从囊的边缘可分离出许多小泡ó高尔基小泡它们可转移到胞基质中和其他小泡融合也可和质膜结合

高尔基体凸出的面是形成面凹入的面是成熟面高尔基体在来源上和ER有密切的关系

5中心体位于细胞核附近光镜下的中心体通常是两个球形细粒称中心粒其周围有一层浓稠物质称中心球

电镜下呈圆柱状结构直径约015mm长03-06mm两个中心粒互相垂直排列整个圆柱由九组纵行的微管很

有秩序地排列而成每组有微管三根在细胞分裂时染色体的移动以中心粒为方向当中心体遭到破坏时细胞即失

去分裂能力

6溶酶体是分解蛋白质核酸多糖等生物大分子的细胞器具单层膜含多种水解酶

功能分解从外界进入细胞内的物质异体吞噬也消化自身局部的细胞质或细胞器自体吞噬当细胞衰老时

其溶酶体膜破裂释放出水解酶消化整个细胞而使细胞死亡自溶作用

溶酶体是由内质网分离出来的小泡形成的凡含有溶酶体酶的小液泡就是溶酶体

7细胞骨架是由3种蛋白质纤维组成的支架

3种蛋白质纤维是微管肌动蛋白和中间丝中间纤维

●微管直径24nm的中空长管状的纤维除红细胞外真核细胞都有微管纺锤体鞭毛纤毛都由微管构成

微管蛋白a和b亚基双分子螺旋排列构成微管

秋水仙素能与ab双体结合阻止ab双体连接成微管多倍体长春花碱破坏纺锤体使癌细胞死亡紫杉

醇阻止微管解聚促使微管单体聚合

●肌动蛋白丝微丝是实心纤维直径4-7nm肌动蛋白由哑铃形单体相连成串两串以右手螺旋形式扭缠成束

肌动蛋白丝有运动的功能与细胞质流动有关

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●中间纤维介于微管与微丝之间的纤维8-10nm构成中间纤维的蛋白质5种多常见的是角蛋白波形蛋白

层粘连蛋白

3细胞核是细胞的控制中心遗传物质DNA几乎全部存在于核内

1细胞核的形态大小形状位置数目

2细胞核的结构核膜核仁和核质等三部分

●核膜核被膜是由内外两层单位膜组成的双层膜在一定间隔愈合形成小孔ó核孔容许某些物质进出如

输入RNADNA核苷酸前体组蛋白和核蛋白体的蛋白质输出mRNAtRNA和核蛋白体的亚单位等在核被膜的外膜和

细胞质接触面上有核蛋白体在一些部位外膜向外延伸到细胞质中去可以和内质网膜相连因此内外膜间的

间隙和内质网的基质是连续的似可经过内质网和相邻的细胞相通

●核仁一个或几个核仁是细胞核内形成核蛋白体亚单位的部位

●核质以碱性染料染色后可分为着色物质ó染色质和不着色物质ó核液

染色质是由核酸和蛋白质的复合物组成的复杂物质结构含有大量的DNA和组蛋白较少量的RNA和非组蛋白蛋

白质间期核内染色质常伸展成为宽度约10～15nm的细长的纤丝这些染色质的细丝到有丝分裂时高度地螺旋缠绕ó

螺旋化成为染色体当分裂结束进入间期时染色体的螺旋又松散开来扩散成为染色质染色质就是间期的染色

体

染色质细丝是由许多核