生物的变异

        在丰富多彩的生物界中，蕴含着形形色色的变异现象(如图)。在这些变异现象中，有的仅仅是由于环境因素的影响造成的，并没有引起生物体内的遗传物质的变化，因而不能够遗传下去，属于不遗传的变异。有的变异现象是由于生殖细胞内的遗传物质的改变引起的，因而能够遗传给后代，属于可遗传的变异。可遗传的变异有三种来源：基因突变，基因重组，染色体变异。 

一  基因突变和基因重组 

基因突变

正常人的红细胞是圆饼状的，镰刀型细胞贫血症患者的红细胞却是弯曲的镰刀状的(如图)。这样的红细胞容易破裂，使人患溶血性贫血，严重时还会导致死亡。分子生物学的研究表明，镰刀型细胞贫血症是由基因突变引起的一种遗传病。是常染色体上的隐性遗传病。


         基因突变的概念  人们在对镰刀型细胞贫血症患者的血红蛋白分子进行检查时发现，患者血红蛋白分子的多肽链上，有一个谷氨酸被一个缬氨酸代替了。为什么会发生氨基酸分子结构的改变呢？经过研究发现，这是由于控制合成血红蛋白分子的DNA上的碱基序列发生了改变，变成了，也就是说，DNA上的一个碱基对发生了改变(变成了)，这种改变最终导致了镰刀型细胞贫血症的产生(如图)。

 

         除碱基的替换以外，控制合成血红蛋白分子的DNA的碱基序列发生碱基的增添或缺失，有时也会导致血红蛋白病的产生。由于DNA分子中发生碱基对的增添、缺失或改变，而引起的基因结构的改变，就叫做基因突变。

          基因突变是染色体的某一个位点上基因的改变。基因突变使一个基因变成它的等位基因，并且通常会引起一定的表现型变化。例如，小麦从高秆变成矮秆，普通羊群中出现了短腿的安康羊等，都是基因突变的结果(如图)。

         基因突变在生物进化中具有重要意义。它是生物变异的根本来源，为生物进化提供了最初的原材料。 

引起基因突变的因素很多，可以归纳为三类：一类是物理因素，包括辐射、温度等；另一类是化学因素，是指各种不同的能够与DNA分子起作用而改变DNA分子性质的物质；第三类是生物因素，包括病毒和某些细菌等。 

文本框: 正常的链孢霉是能够在基本培养基上生长的。但是有的链孢霉发生突变后，必须在添加了特定营养物的培养基上才能生长。          基因突变的特点  基因突变作为生物变异的一个重要来源，它具有以下主要特点：第一，基因突变在生物界中是普遍存在的。无论是低等生物，还是高等的动植物以及人，都可能发生基因突变。基因突变在自然界的物种中广泛存在。例如，棉花的短果枝，水稻的矮杆、糯性，果蝇的白眼、残翅，家鸽羽毛的灰红色，以及人的色盲、糖尿病、白化病等遗传病，都是突变性状。自然条件下发生的基因突变叫做自然突变，人为条件下诱发产生的基因突变叫做诱发突变。   

         第二，基因突变是随机发生的。它可以发生在生物个体发育的任何时期和生物体的任何细胞。一般来说，在生物个体发育的过程中，基因突变发生的时期越迟，生物体表现突变的部分就越少。例如，植物的叶芽如果在发育的早期发生基因突变，那么由这个叶芽长成的枝条，上面着生的叶、花和果实都有可能与其他枝条不同。如果基因突变发生在花芽分化时，那么，将来可能只在一朵花或一个花序上表现出变异。

 

基因突变可以发生在体细胞中，也可以发生在生殖细胞中。发生在生殖细胞中的突变，可以通过受精作用直接传递给后代。发生在体细胞中的突变，一般是不能传递给后代的。

文本框: 果蝇的白眼基因的突变率是4×10-5 ，玉米的皱种子基因的突变率是10-6 ，小鼠的白化基因的突变率是10-5，人类血友病A基因的突变率是3×10-5          第三，在自然状态下，对一种生物来说，基因突变的频率是很低的。据估计，在高等生物中，大约十万个到一亿个生殖细胞中，才会有一个生殖细胞发生基因突变，突变率是10-5～10-8。不同生物的基因突变率是不同的。例如，细菌和噬菌体等微生物的突变率比高等动植物的要低。同一种生物的不同基因，突变率也不相同。例如，玉米的抑制色素形成的基因的突变率为1.06×10-4，而黄色胚乳基因的突变率为2.2×10-6。   

         第四，大多数基因突变对生物体是有害的。由于任何一种生物都是长期进化过程的产物，它们与环境条件已经取得了高度的协调。如果发生基因突变，就有可能破坏这种协调关系。因此，基因突变对于生物的生存往往是有害的。例如，绝大多数的人类遗传病，就是由基因突变造成的，这些病对人类健康构成了严重威胁。又如，植物中常见的白化苗，也是基因突变形成的。这种苗由于缺乏叶绿素，不能进行光合作用制造有机物，最终导致死亡。但是，也有少数基因突变是有利的。例如，植物的抗病性突变、耐旱性突变、微生物的抗药性突变等，都是有利于生物生存的。 

 第五，基因突变是不定向的。一个基因可以向不同的方向发生突变，产生一个以上的等位基因。例如，控制小鼠毛色的灰色基因(A+)可以突变成黄色基因(AY)，也可以突变成黑色基因(a)。但是每一个基因的突变，都不是没有任何限制的。例如，小鼠毛色基因的突变，只限定在色素的范围内，不会超出这个范围。

 

          

一、填充题

1．可遗传的变异有三种来源：______，______，______。

2．DNA分子中发生______的增添、______或改变，而引起的______的改变叫做基因突变。

二、选择题

1．下列现象中属于可遗传的变异的是：                                                                                                  [   ]

A．玉米由于水肥充足而长得穗大粒足；                         B．人由于晒太阳而皮肤变黑；

C．无子番茄没有种子；                                                     D．镰刀型细胞贫血症。

2．同一对父本和母本通过有性生殖产生的后代，个体之间总会存在一些差异，这种变异主要来自[         ]

A．基因突变；                    B．基因重组；                C．基因分离；               D．染色体变异。

3．下列有关基因突变的说法，不正确的是：                                                                                          [   ]

A．自然条件下的突变率很低；                                  B．诱发突变对生物自身都是有利的；

C．基因突变能够产生新的基因；                              D．基因突变是广泛存在的。

4．下列有关基因重组的说法，不正确的是：                                                                                          [   ]

A．基因重组是生物变异的根本来源；                      B．基因重组能够产生多种基因型；

C．基因重组发生在有性生殖的过程中；                  D．非同源染色体上的非等位基因可以发生重组。

三、简答题

1．有人说，基因突变是指生物体基因型的改变。你认为这种说法正确吗？试举例说明。

2．在一个牛群中，有一对正常的双亲生了一头矮脚的雄牛犊。你怎样判断这头矮脚牛的产生，是基因突变的直接结果，还是由于它的双亲都是隐性矮脚基因的携带者造成的？