真核细胞内存在多种细胞器，如线粒体、质体、高尔基体、溶酶体和内质网。其中线粒体和质体携带自身的DNA。它们编码着线粒体和质体执行功能所必需的部分RNA，蛋白质并以特殊的方式遗传给子代。通常情况下线粒体和质体的DNA和质体的DNA被通称为细胞器DNA或细胞质DNA。
动物细胞的线粒体DNA大小在16kb左右。在同一种动物细胞中，线粒体DNA的分子大小总是相同的。比如人的线粒体DNA为16569bp,高等植物的线粒体DNA大小呈多态性。比如烟草细胞中的线粒体DNA的大小分布在3－100kb之间。质体存在于高等植物细胞中，质体DNA的分子大小未发现多态性。
由于细胞器的DNA分子很小，同时每个线粒体或质体中携带的DNA总量又十分有限，所以常规的DNA光学染色方法不能显示细胞器的DNA。目前，只有借助几种特别的荧光燃料和特殊的制样方法可以在荧光显微镜下直接观察到细胞器DNA。

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