哈哈哈,这是一个好问题。关于染色体组,单倍体,二倍体,多倍体的概念一直都存在一些小争议,我最喜欢有点争议的小东西了。
忍不住要吐槽一波,算了算了,还是先回答问题再吐槽吧。
1.什么是染色体组
染色体组是细胞中的一组非同源染色体,携带着控制生物生长发育的全部遗传信息[1]。一个染色体组以N表示,由若干条染色体组成,它们的形态、结构和功能各异,但又相互协调并共同支配着生物体的生长、发育、遗传和变异[2]。
比如,果蝇就含有两个染色体组[3],人也是,都是二倍体生物。
图1:果蝇的染色体组成,图片来源[3]
高中生物课本的名词概念一般是有对应的英文名的,但是为了避免不必要的麻烦,课本中没有注明染色体组对应的英文。如果去查一下染色体组对应的英文,会发现这个词是genome,而反过来查,genome这个词更多的是表示基因组。早期,遗传学家将包含整套遗传物质染色体定义为染色体组(genome)。近年来,genome这一术语在一般情况下表示为基因组,指一个配子的染色体所带有的全部基因。这么看来,染色体组这个概念有些落后啊。
知道了什么是染色体组,再看什么是四倍体就容易了。
2.同源四倍体
多倍体的情况在被子植物中非常普遍,大约有33%的被子植物是多倍体。
同源四倍体有两种情况。
一种是两个含有两个同种生物染色体组的配子结合,这样发育成的个体的体细胞中含有四个染色体组,称作四倍体。
另一种情况是,二倍体在胚或幼苗时期受某种因素影响,如低温诱导或者秋水仙素处理,使得体细胞在进行有丝分裂时,染色体只复制未分离,这样也会形成四倍体。
图2:秋水仙素处理获得四倍体,图片来源[1]
四倍体可以通过减数分裂形成含两个染色体组的配子。
3.异源四倍体
如果一个亲本物种有染色体组AA,另一亲本物种的染色体组是BB,杂交后得到种间杂种,具有A、B染色体组的二倍体(异源二倍体)。染色体加倍成为AABB(异源四倍体),这种情况形成的异源四倍体生物也可称作双二倍体。像这样,两个或两个以上的不相同物种杂交,其杂种的染色体组经染色体加倍形成的多倍体就属于异源多倍体。
我国的普通小麦(主要有三个亚种:云南小麦,新疆小麦和西藏半野生小麦)是异源六倍体,并认为是由三种植物杂交而成[4],下图中的野生二粒小麦就是异源四倍体。
图3:普通小麦的可能形成过程,图片来源[2]
如果继续培育,还能得到异源八倍体的小黑麦。八倍体小黑麦是由普通小麦和二倍体黑麦杂交而成。名字也是这么来的,普通小麦(6X)+黑麦(2X)=小黑麦(8X)。
多说一句,小麦的基本染色体组是A[5],在分析小麦演化模式中,含有A染色体组的都被叫做小麦,找找下图中的异源四倍图在哪里。
图4:小麦的演化模式图,图片来源[5]
除了杂交,两个二倍体植物细胞,通过植物体细胞杂交技术也能得到异源四倍体。
4.四倍体不是四体
三倍体与三体不一样,四倍体也不能简单叫做四体生物。
我们所说的几倍体都是指的整倍体,而说的“三体”“四体”指的是非整倍体。
图4:整倍体与非整倍体,图片来源[2]
唐氏综合征就是三体人,也称作21三体综合征。
5.吐槽时间到
在旧版高中教材中对二倍体和多倍体的定义如下[1]。
由受精卵发育而成的个体,体细胞中含有两个染色体组的叫做二倍体;体细胞中含有三个或三个以上染色体组的叫做多倍体。其中,体细胞中含有三个染色体组的叫做三倍体:体细胞中含有四个染色体组的叫做四倍体。
这个概念对其来源做出了规定,有受精卵(合子)发育而来的个体,在@赵泠回答中,提到“四倍体生物由合子发育而来“就和此概念相吻合。(非引战,我是@赵泠的粉,保命要紧)
但是,这个概念存有争议。在有些大学遗传学教材中[2],这一组概念就没有强调来源。
单倍体是指细胞核中含有一个完整染色体组的生物体或细胞。二倍体是指具有两个染色体组的细胞或个体。具有3个或3个以上染色体组的细胞或个体称为多倍体。按其来源又分为同源多倍体和异源多倍体。
新版高中生物教材对多倍体的概念也做出了修改。把由“受精卵发育而来”这句给删掉了。
如果两个含有两个染色体组的配了结合,发育成的个体的体细胞中就含有四个染色体组,称作四倍体力如果二倍体在胚或幼苗时期受某种因素影响、体细胞在进行有丝分裂时,染色体只复制未分离,也会形成四倍体。体细胞中含有三个或三个以上染色体组的个体,统称为多倍体[3]。
但是,新版教材改的并不彻底。改了就改了,怎么改就怎么学呗。不过麻烦改就改全套啊,单倍体概念也一起改了啊。单倍体的概念还是有些含糊不清。
如,蜜蜂的蜂王和工蜂的体细胞中有32条染色体,而雄蜂的体细胞中只有16条染色体。像蜜蜂的雄蜂这样,体细胞中的染色体数目与本物种配子染色体数目相同的个体,叫作单倍体[1][3]。
来做一道题就知道为什么会感觉纠结呢?
有个二倍体植物,纯合个体,我们记做2N,染色体组加倍后变为了4N,其配子(花药离体培养)单独发育成了一个单独的个体,此个体含有两个染色体组。问题来了,此个体是几倍体呢?
它是四倍体生物的单倍体?还是恢复成了含有两个染色体组的二倍体生物?还是两种说法都对?如果两种说法都对,能说它既是单倍体又是二倍体吗?
题目虽然是我出的,但是答案是什么我并不知道。如果让我选,我选二倍体。我的倾向是简单点,再简单点。
大哥,你是了解我的,我喜欢简单粗暴……
参考^abc高中生物教材,必修Ⅰ,人民教育出版社,2004年初审通过^ab戴灼华,遗传学,第2版,高等教育出版社^abc高中生物教材,必修Ⅱ,人民教育出版社,2019新版^梁祖霞.普通小麦起源之谜[J].种子世界,1987(04):37-38^曹亚萍.小麦的起源、进化与中国小麦遗传资源[J].小麦研究,2008,29(03):1-10.