题目

单倍体、多倍体的概念
概念和区别
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提问时间：2020-12-20

答案

1．单倍体
(1)概念：体细胞中含有本物种配子染色体数的生物个体.需要注意的是,与一倍体(体细胞含一个染色体组的个体)要区分开.绝大多数生物为二倍体生物,其单倍体的体细胞中含一个染色体组,如果原物种本身为多倍体,那么它的单倍体的体细胞中含有的染色体组数一定多于一个.如四倍体水稻的单倍体含两个染色体组,六倍体小麦的单倍体含三个染色体组.
(2)产生：通常是由未经受精作用的卵细胞直接发育而成 (也叫单性生殖).例如,工蜂、雄蚁、蚜虫在夏天进行的孤雌生殖；苔鲜、藤类植物的配子体.存高等植物中,开花传粉后,因低温影响延迟授粉,也可以形成单倍体；通过花药离体培养可以获得单倍体.
(3)特征：单倍体含有本物种配子染色体数及其全套染色体组,也就是有生活必需的全套基因,因此在适宜条件下,能正常生长.但因为所含染色体仅是正常体细胞的一半,一般表现为：①植株弱小.②不能形成配子,高度不育.③染色体一经加倍,即得到纯合的正常植物体.
(4)单倍体育种：例如,小麦高秆(D)对矮秆(d)为显性,抗锈病 (T)对不抗锈病 (t)为显性.现有高秆抗锈病和矮秆不抗锈病的两种纯合体,要获得矮秆抗锈病的良种,可用杂交育种和单倍体育种的方法,见下图.

利用这种方式育种,只需两年就可获得人们需要的稳定遗传的纯合体.
2．多倍体
(1)概念：体细胞中含有三个以上染色体组的生物个体.
(2)产生：主要原因是细胞中染色体数目加倍.
①发生于有丝分裂中：当体细胞进行有丝分裂时,染色体虽然完成了正常的复制,但是此时如果受到外界环境条件或生物体内部因素的干扰,尤其是气候条件的剧烈变化,纺锤体形成受到破坏,以致染色体不能被拉向两极,细胞也不能分裂成两个子细胞,于是就形成了含有加倍了染色体数目的细胞.当细胞进行下一次有丝分裂时,虽然染色体的复制及细胞的分裂都恢复了正常,但是这时的细胞分裂是在核内染色体已经加倍的基础上进行的,因此分裂后产生的仍是染色体数目加倍的子细胞.细胞分裂如此不断地进行下去,结果发育成染色体数目加倍的组织或个体.例如,用秋水仙素处理萌发的种子或幼苗,就可以获得多倍体.
②发生于减数分裂中：以上述同样的原因,形成了染色体不减半的配子.
多倍体普遍存在于植物界,被子植物中有1/3或者更多的物种是多倍体,其中以禾本科植物为最多.就是因为大多数植物是雌雄同体或雌雄同花的,它们的精原细胞和卵原细胞可能同时发生不正常的减数分裂,使配子中染色体数目不减半,这种配子通过自体受精而自然形成了多倍体.
(3)特征：多倍体的染色体数目比原来增加一倍,基因也增加一倍,这种作用下多倍体一般表现为：①体形较大,茎秆粗壮,叶色较深,花冠、花粉粒和果实也较大.②生理代谢功能较活跃,糖类、蛋白质等含量明显提高,抗旱、抗病的能力也较强.③变异性增强,更易适应生存条件的变化.④缺点是生长慢,结实率低.多倍体的利用价值尤其体现在人们利用其营养器官的植物 (如甜菜、甘蔗和烟草等)上.
(4)种类：
①同源多倍体：细胞内增加的染色体组来自同一物种,既由原来的染色体组加倍形成的多倍体.常见的有同源四倍体、同源三倍体.
马铃薯是天然四倍体.是正常二倍体通过染色体的加倍而形成的.水稻、玉米、大麦、烟草和油菜等,用秋水仙素处理萌发的种子或幼苗能获得同源四倍体.
香蕉是天然三倍体.天然三倍体的出现,一般是由于减数分裂不正常,由未经染色体减半的配子与正常配子结合而形成的.用人工方法在同种植物中,将同源四倍体与二倍体杂交可以产生同源三倍体.
同源三倍体的产生——例如无籽西瓜的培育过程：

无籽西瓜的培育过程
三倍体无籽的原因——由于每种染色体有三个,减数分裂时,染色体配对紊乱.在减数第一次分裂前期有三个染色体在一起 (下图A)或两个在一起、一个单独存在 (图1-5-11B).

分裂后期三个在一起的一般是两个进入一极,一个进入另一极 (图A)；两个在一起的分离正常,一个单独存在的,可以随机进入某一极或停留在赤道板上,之后在细胞质中解体 (图B).这样形成的配子有含N和2N染色体的,或根本没有染色体.前两种能受精 (这也是三倍体偶尔能产生种子的原因),但形成的几率极低,而绝大多数配子含有的染色体组具有不一致的染色体数目,配子的发育受到阻碍 (如花粉常常畸形,不能萌发出花粉管),没有正常的生活能力,不能正常受精结实.
同源三倍体具有生长快而不育的特点,所以人们栽培三倍体的主要目的不是为了获得种子,而是为了得到对人有用的茎 (如三倍体山杨)、叶(如三倍体桑树和茶树)、根 (如三倍体甜菜)或果实 (如三倍体西瓜).因为不能产生种子,三倍体西瓜的培育过程必须大量制种,繁殖能长出三倍体西瓜的幼苗.香蕉一般只有果实,种子退化,它以营养器官进行无性繁殖.
②异源多倍体：细胞内增加的染色体组来自不同的物种.多倍体植物中大多数是异源多倍体.
异源多倍体的形成,必须经历两个重要步骤：第一是种间或属间杂交；第二是不育杂交种的染色体数目加倍,形成可育的新物种.如普通小麦的形成就是由原始野生种通过两次属间杂交,又经过两次染色体加倍而形成的.其过程是：(见下图)

当人们认识了异源多倍体的形成规律后,就不必等待大自然的恩赐,人类可以自己动手来创造新物种.异源八倍体小黑麦是我国农业科学家鲍文奎等人,用六倍体普通小麦 (AABBDD)与二倍体黑麦 (RR)杂交育成的新物种,它是自然界从来没有的.其培育过程是：(见下图)

小黑麦适宜高寒地区栽种,穗大、粒多、抗病性强、营养品质好.