多角度分析同源染色体与等位基因

同源染色体与等位基因是学习减数分裂和遗传规律的基本概念，但是学生却不易真正弄懂这两个概念，在学习中往往感到困惑，下面对同源染色体与等位基因的概念进行辨析。

一、对同源染色体的来源、大小与形态的理解

作为同源染色体，对于常染色体来说，形态、结构、遗传组成基本相同，但对于性染色体来说，大小与形态却往往不相同。

同源染色体虽然有“同源”两字，但其来源可理解为在受精作用过程中由于父母双方各提供一个染色体组（对于二倍体生物而言），因此在受精卵中就具有了一个来自父方、一个来自母方的同源染色体。但是同源染色体不一定都是一个来自父方一个来自母方，如对于单倍体生物通过自然或秋水仙素诱导染色体加倍后，得到的两条大小形态一样具有联会能力的染色体也称为同源染色体。

但是，在有丝分裂后期或减数第二次分裂后期，由于着丝点分裂原来的姐妹染色单体分开后形成的两个大小形态完全一样的染色体不叫同源染色体。

例1对性腺组织细胞进行荧光标记，等位基因A、a都被标记为黄色，等位基因B、b都被标记为绿色，在荧光显微镜下观察处于四分体时期的细胞。下列有关推测合理的是（）

A．若这2对基因在1对同源染色体上，则有1个四分体中出现2个黄色、2个绿色荧光点

B．若这2对基因在1对同源染色体上，则有1个四分体中出现4个黄色、4个绿色荧光点

C．若这2对基因在2对同源染色体上，则有1个四分体中出现2个黄色、2个绿色荧光点

D．若这2对基因在2对同源染色体上，则有1个四分体中出现4个黄色、4个绿色荧光点

解析本题以荧光标记为手段，考查减数分裂过程中四分体的相关知识。由于染色体经过复制，基因也随之加倍，使每个四分体上的同名基因含有4个，即2个A和2个a或2个B和2个b，若2对等位基因位于一对同源染色体上，则1个四分体中将出现4个黄色和4个绿色荧光点，若2对等位基因位于2对同源染色体上，则每个四分体中将出现4个黄色或4个绿色荧光点。

答案B

二、对同源染色体行为的理解

作为同源染色体，最重要的特征之一就是在减数分裂中具有联会能力，并形成四分体，在四分体时期可能会发生交叉互换。注意的是，交叉互换只能发生在一对同源染色体内部，即只能在一对同源染色体的两个非姐妹染色单体之间进行，彼此交换的是等位基因或相同基因，属于基因重组。这与染色体变异中的易位不同，染色体结构的易位发生在非同源染色体之间，彼此交换的是控制不同生物性状的基因。

在减数第一次分裂的中期，同源染色体成对排列在赤道板的位置。在减数第一分裂的后期，同源染色体彼此分离，分别移向细胞两极，产生的次级精母细胞（或次级卵母细胞、第一极体）中不存在同源染色体（以二倍体生物为例）。

在有丝分裂中，没有同源染色体的联会过程，但却仍然存在有同源染色体（以二倍体生物为例）。在有丝分裂后期，随着着丝点的分裂，两组染色体分别移向细胞两极，并且在每一极仍然存在有同源染色体。

例2下列各项所进行的细胞分裂，不出现同源染色体配对现象的有（）

①将柳枝扦插，长成柳树②由蛙的受精卵发育成蝌蚪③小鼠骨髓瘤细胞与淋巴细胞融合，得到的融合细胞大量繁殖④雄蜂产生的过程

A①③ B．②④

C．①②③ D. ①②③④

解析①~③中细胞通过有丝分裂增殖，④中的雄蜂体细胞只有一个染色体组，通过减数分裂形成，都无同源染色体配对。

答案D

三、同源染色体与染色体组、生物几倍体的关系

在一个染色体组中不可能存在有同源染色体。对于像雄蜂等只有一个染色体组的生物，体细胞中及在有丝分裂过程中都不存在同源染色体。

对于同源多倍体来说，大小形态相同的几个染色体互为同源染色体，因为它们彼此之间具有相互联会的能力。如对于基因型为AAaa的同源四倍体来说，由于互为同源染色体的四条染色体中的任意两条都具联会的能力与可能，所以它产生的配子比例为1AA : 4Aa : 1aa。又如对于三倍体无子西瓜来说，由于大小形态相同的互为同源染色体的三条染色体中任意两两之间都具联会能力，因此说同源染色体的联会配对会发生紊乱，造成染色体很难平均分配到子细胞中去，结果得到的绝大多数配子是染色体数目不均衡的配子，不能正常的受精结实，只有极少数的配子为正常配子，而概率仅为1/2n（n代表一个染色体组中所有染色体的数目），所以说三倍体无子西瓜是高度不育的。

对于同源四倍体或同源八倍体来说，它们的配子中存在有同源染色体。

四、等位基因与同源染色体的关系

对于真核生物来说，基因在同源染色体上都是成对存在的，在同源染色体上占据相同位置的控制某一性状的不同基因称为等位基因。而在同源染色体上相同座位上的两个一样的基因则称为相同的基因。经过基因突变产生的新的基因与原基因属于等位基因。

在一个物种内，基因如果存在多种等位基因的形式，这种现象就称为复等位基因。但任何一个二倍体个体只存在复等位基因中的二个相同或不同的基因。下面再说明几点：

（1）同源染色体相同位置上存在的并非都是等位基因。

对于纯合子来说，同源染色体相同位置上存在的都是相同的基因。而同源染色体相同位置上只要存在有等位基因的个体则一定是杂合子。

（2）同源染色体某一位置上可能只存在一对等位基因中的一个基因。

人类的X染色体比Y染色体大得多，但二者仍是同源染色体，在X染色体的非同源区段上存在着的基因在Y染色体上没有与之对应的基因存在。

另外，如果发生染色体结构的缺失，则缺失部位没有与另一条同源染色体相对应的等位基因或相同基因。

（3）等位基因并非只存在于同源染色体上。

一般情况下，等位基因只能存在于一对同源染色体上，但还可能存在于同一条染色体的两条姐妹染色单体或同一条染色体的着丝点分裂后产生的子染色体上。以上两种情况如果来自有丝分裂，则等位基因的来源是由于基因突变产生的。如果是来自减数分裂，则等位基因的来源可能是基因突变或四分体时期的交叉互换。

（4）非等位基因并非只存在于非同源染色体上。

非等位基因的存在有三种情况：非同源染色体上的基因控制的不是相对性状，这些基因不是等位基因；同源染色体上不同位置的基因，控制的也不是相对性状，它们也不属于等位基因；此外，同一条染色体上的不同位置的基因也不属于等位基因。

例3下图为某二倍体生物细胞分裂某一时期，1、2、3、4代表染色体，a、a'、b、b'代表染色单体。且不考虑基因突变和同源染色体之间的交叉互换，则

（）

A．该细胞中有四分体4个、DNA分子8个

B．如果a上有E基因，a′相同位置上的基因是E或e

C．由于非同源染色体自由组合，此细胞分裂完成将得到四种子细胞

D．由于同源染色体分离，分裂后a与b不能共存于同一个子细胞

解析该图中有2对同源染色体，因此有2个四分体共有8条DNA分子。在不考虑基因突变与交叉互换情况下，姐妹染色单体应是完全相同的，相同部分存在的是相同的基因。该时期是减数第一次分裂，产生的是两个次级性母细胞。由于在减数第一次分裂的后期同源染色体的分开， a与b不能共存于同一个子细胞。

答案D

巩固训练

1. 以下细胞中既有同源染色体，又含染色单体的是（）

①有丝分裂中期细胞

②有丝分裂后期细胞

③减数第一次分裂中期细胞

④减数第二次分裂中期细胞

⑤减数第一次分裂后期细胞

⑥减数第二次分裂后期细胞

A.①③⑤ B．②④⑥ C．①②③ D．④⑤⑥

2. 下列叙述的关于细胞增殖过程中出现的现象中不正确的是 （）

①进行有丝分裂的细胞没有同源染色体和同源染色体的联会

②进行有丝分裂的细胞有同源染色体，但无同源染色体的联会

③进行减数分裂的细胞出现同源染色体和同源染色体的联会

④进行减数分裂的细胞出现同源染色体，但同源染色体不联会

A．①③ B．①④ C．②④ D．②③

3. 关于下图的叙述中，正确的有（）

Ⅰ. 因为细胞中有中心体⑨，所以可以断定该细胞不是高等植物细胞

Ⅱ. ④是一条染色体，包含两条染色单体①和③，两条染色单体由一个着丝点②相连

Ⅲ. 细胞中有两对同源染色体，即④和⑦为一对同源染色体，⑤和⑥为另一对同源染色体

Ⅳ. 在后期时，移向同一极的染色体有同源染色体

A．1项 B．2项 C．3项 D．4项

4. 大量事实表明，孟德尔发现的基因遗传行为与染色体的行为是平行的。据此做出如下推测，哪一项是没有说服力的（）

A. 基因在染色体上

B. 同源染色体分离导致等位基因分离

C. 每条染色体上都有许多基因

D. 非同源染色体自由组合使非等位基因重组

5. 在细胞正常分裂的情况下，雄性果蝇精巢中一定含有两个Y染色体的细胞是（）

A. 减数第一次分裂的初级精母细胞

B. 有丝分裂中期的精原细胞

C. 减数第二次分裂的次级精母细胞

D. 有丝分裂后期的精原细胞

6. 根据孟德尔遗传规律推断，下列结构中可能含有等位基因的是（）

①四分体

②姐妹染色单体

③一个DNA分子的两条脱氧核苷酸链

④非同源染色体

A.②③B.① C.②④ D.①③

7. 某种昆虫长翅（A）对残翅（a）为显性，直翅（B）对弯翅（b）为显性，有刺刚毛（D）对无刺刚毛（d）为显性，控制这3对性状的基因均位于常染色体上。现有这种昆虫，个体基因型如下图所示，请回答下列问题。

（1）长翅与残翅、直翅与弯翅两对相对性状的遗传是否遵循基因自由组合定律，并说明理由。_______________________________________。

（2）该昆虫一个初级精母细胞所产生的精细胞的基因型为_______________。

（3）该昆虫细胞有丝分裂后期，移向细胞同一极的基因有_____________。

（4）该昆虫细胞分裂中复制形成的两个D基因发生分离的时期有___________。

（5）为验证基因自由组合定律，可用来与该昆虫进行的异性个体的基因型分别是______________。

答案

1. A2. B3. D4. C5. D6. B

7. （1）不遵循，控制这两对相对性状的基因位于一对同源染色体上

（2）AbD、abd或Abd、abD

（3）A、a、b、b、D、d

（4）有丝分裂后期和减数第二次分裂后期

（5）aabbdd、aaBBdd、AabbDd、AaBBDd