染色体作为遗传物质的主要存在形式，其在细胞核内非随机的空间构象与包括基因重组、基因表达和分化在内的一些基本的细胞生命活动有着密切的联系。越来越多的染色体结构和空间构象的异常变构被证明是导致严重威胁人类健康的癌症的重要原因之一。目前为止，人们主要用化疗来治疗癌症。然而，化疗在杀死癌细胞的同时，是否会影响剩余细胞染色体的结构及其空间构象，进而影响细胞内其他的生命活动，这逐渐成为人们感兴趣的研究课题。近些年来，染色体的三维荧光标记技术与三维荧光显微成像技术正被越来越多的应用于染色体三维结构及空间构象的研究中。本论文首先对所涉及的实验方法进行了改进。我们通过关于深度的强度衰减函数对小鼠卵母细胞染色体三维双光子图像的荧光轴向衰减问题进行矫正，以此来尽可能地减少该问题对染色体体积量化的影响。此外，我们针对多目标物的同时分辨问题，提出了用有限激光器、探测通道和荧光染料完成多个目标物同时探测的三维荧光原位杂交（3D-FISH）“双色五标”新方法。这有可能为利用形态学参数而非高配置显微镜来同时区分多个目标物提供一个新的视野。在上述基础上，本论文利用染色体的三维荧光全染技术与三维双光子荧光成像技术，定量研究了化疗药物5-AzaC作用下的体外成熟小鼠卵母细胞染色体结构及空间构象上的特点。同时我们还证明，染色体可以通过整体结构上的去凝集作用调控5-AzaC作用下细胞的早期凋亡和核成熟比例的上升。而染色体整体空间构象不稳定性的增加则同样促进了5-AzaC作用下细胞的早期凋亡。进一步，本论文利用染色质的三维特异性荧光标记3D-FISH技术和三维共聚焦成像技术，定量研究了化疗作用下的急性髓系白血病AML M2t(8;21)(q22;q22)患者单个核细胞内特定染色质8#和21#的空间构象特点。论文运用染色质的空间构象对该类型白血病患者病情进行早期预测，并通过临床实例证明预测的准确性。论文还为颇受争议的染色质易位模式提供了一定的实验证据，我们认为染色质间的空间相邻是染色质易位的前提条件。此外，我们还证明，化疗在杀死易位细胞的同时，影响了细胞内染色质的空间构象。对于临床上未受重视的相随细胞，我们认为其特殊的染色质空间构象导致了相随细胞有着不可忽视的重要地位。同时，论文还为用外周血代替骨髓进行相关检测提供了一定的数据支持。这将有可能大大的缓解骨髓采样时，骨髓穿刺对患者带来的痛苦。