同源染色體的概念辨析

張彩云 賀東奇

(河北省武安市第一中學(xué) 武安 056300)

1 學(xué)生對(duì)同源染色體概念的疑問和判定的矛盾

同源染色體是高中生物學(xué)的基本概念之一，對(duì)同源染色體概念的準(zhǔn)確理解是掌握遺傳和變異規(guī)律的基礎(chǔ)。人教版高中生物學(xué)必修2教材中是如此定義同源染色體的：“減數(shù)第一次分裂開始不久，初級(jí)精母細(xì)胞中原來分散的染色體開始兩兩配對(duì)，形狀和大小一般都相同，一條來自父方，一條來自母方，叫做同源染色體。”在中學(xué)教學(xué)中，學(xué)生常常對(duì)此產(chǎn)生一些疑問： ①X染色體與Y染色體大小、形狀不同是同源染色體嗎，為什么？②二倍體甲通過花藥離體培養(yǎng)得到單倍體，再通過秋水仙素處理單倍體的幼苗得到二倍體乙，二倍體乙的細(xì)胞中有無同源染色體？③多倍體(以四倍體為例，假設(shè)它可以穩(wěn)定遺傳)在減數(shù)分裂時(shí)，四條同源染色體如何聯(lián)會(huì)的，一定是一條來自父方，一條來自母方嗎？處于減數(shù)第一次分裂的細(xì)胞中，沒有配對(duì)的染色體就一定不是同源染色體嗎？

以上情境中會(huì)出現(xiàn)判定與概念相矛盾，例如： ①X染色體與Y染色體在減數(shù)分裂時(shí)進(jìn)行聯(lián)會(huì)，肯定是同源染色體，但是它們的大小和形狀都不相同，這是概念中的“形狀和大小一般都相同”的特例；②通過單倍體育種的方式得到的二倍體乙中由一條染色體復(fù)制得到兩條染色體在減數(shù)分裂過程中會(huì)發(fā)生聯(lián)會(huì)(如圖1中的染色體A1和A2)，這符合同源染染色體的概念，但是與概念中的“一條來自母方，一條來自父方”矛盾；③四倍體染色體的起源比較復(fù)雜，從矛盾②來看，多倍體(以四倍體為例，假設(shè)它可以穩(wěn)定遺傳)在減數(shù)分裂時(shí)不是必須按照一條來自于父方，一條來自于母方聯(lián)會(huì)的，也就是四條同源染色體可以自由配對(duì)聯(lián)會(huì)。當(dāng)我們給四條同源染色體來自父方的染色體編號(hào)為A和B，來自母方的染色體編號(hào)為C和D，在減數(shù)分裂過程中可以是A和C配對(duì)，B和D配對(duì)，也可以是A和B配對(duì)，C和D配對(duì)。A和D雖然沒有配對(duì)，但也是同源染色體(圖2)。

圖1 單倍體育種過程中染色體示例

圖2 四倍體同源染色體聯(lián)會(huì)方式

2 同源染色體概念的分析

通過對(duì)教材中同源染色體概念相關(guān)內(nèi)容的分析，不難看出教材中給出的同源染色體的概念是同源染色體在減數(shù)分裂過程中行為和狀態(tài)的描述，而且是建立在兩個(gè)前提之下的： ①所研究的生物必須是二倍體生物；②所研究生物的繁殖方式必須是有性生殖。超出了這個(gè)范圍，就難以用教材所給的概念解釋了。那么該如何確切地定義同源染色體呢？

2.1 起源相同性 同源染色體的最本質(zhì)的特征是“同源”二字。從生物進(jìn)化角度進(jìn)行歷史地、縱深地想象和思維,可以得出同源染色體具有“共同的祖先”,即在進(jìn)化上具有相同的起源,是同源染色體最本質(zhì)的特征。

2.2 功能相同性 由于中學(xué)生沒有完整的進(jìn)化知識(shí)，對(duì)于同源染色體的起源相同難于理解，也無從判斷，但可從功能的角度來判斷，一般具有相同起源的染色體會(huì)具有相同的遺傳功能，即起源相同的同源染色體都能對(duì)某一性狀產(chǎn)生控制作用，例如： X和Y染色體，雖然大小和形狀不同，但是它們都是控制生物性別遺傳的，也就是遺傳功能相同。

基于以上兩點(diǎn)可以總結(jié)出廣義上的同源染色體的概念：“進(jìn)化上具有相同的祖先，起源相同，遺傳上具有相同功能的染色體為同源染色體。”基于以上概念，在同種生物范圍內(nèi)，無論同源染色體是否在同一個(gè)體，無論是否在同一細(xì)胞，無論是否聯(lián)會(huì)，都是同源染色體。

3 新矛盾及分析

3.1 新矛盾 二倍體生物減數(shù)第一次分裂過程中同源染色體分離，所以在減數(shù)第二次分裂過程中細(xì)胞內(nèi)是沒有同源染色體的。減數(shù)第二次分裂后期著絲點(diǎn)斷裂，姐妹染色單體分離形成兩個(gè)子染色體，這兩條染色體應(yīng)該是相同的染色體，不屬于同源染色體。通過單倍體育種的方式得到的二倍體乙中，由一條染色體復(fù)制得到的兩條染色體在減數(shù)分裂過程中會(huì)發(fā)生聯(lián)會(huì)，這又符合同源染染色體的概念。兩者相互矛盾。

3.2 新矛盾的分析 高中生物學(xué)必修2《遺傳與進(jìn)化》教材以及教師用書中都沒有明確寫出減數(shù)第二次分裂過程中沒有同源染色體，但是教材中寫到“在這次分裂過程中，由于同源染色體分離，并分別進(jìn)入兩個(gè)子細(xì)胞，使得每個(gè)次級(jí)精母細(xì)胞只得到初級(jí)精母細(xì)胞中染色體總數(shù)的一半”。基于此，學(xué)生認(rèn)為同源染色體既然分離了，那么減數(shù)第二次分裂過程中就沒有同源染色體了。筆者認(rèn)為基于狹義的同源染色體的概念，減數(shù)第一次分裂中同源染色體分離，導(dǎo)致減數(shù)第二次分裂過程中沒有同源染色體是毋庸置疑的。但是單倍體育種得到的二倍體，姐妹染色單體形成的兩個(gè)子染色體又會(huì)發(fā)生聯(lián)會(huì)，只能按照廣義的同源染色體的定義來理解。在高中生物學(xué)教學(xué)中，尤其是高一的新授課，同源染色體的概念是按照狹義的定義來理解的，可認(rèn)為減數(shù)第二次分裂過程中沒有同源染色體。