生物變異難與易的迅速轉(zhuǎn)化

陳瑞強

生物變異難，難在其路徑上有攔路虎，它們擋住了學(xué)習(xí)的通路.下面就依托例題談?wù)勥@些攔路虎的清除，以供參考.

1.可遺傳變異和不可遺傳變異

例1 央視一則報道稱，孕婦防輻射服不僅不能防輻射，反而會聚集輻射.輻射對人體危害很大，可能導(dǎo)致基因突變.下列相關(guān)敘述正確的是（B）.

A.堿基對的替換、增添和缺失都是由輻射引起的

B.環(huán)境所引發(fā)的變異可能為可遺傳變異

C.輻射能導(dǎo)致人體遺傳物質(zhì)發(fā)生定向改變

D.基因突變可能造成某個基因的缺失

解析 引起堿基對的替換、增添和缺失的因素有物理因素、化學(xué)因素和生物因素；如果環(huán)境引發(fā)了細胞中遺傳物質(zhì)的改變，就成了可遺傳的變異；輻射能導(dǎo)致人體遺傳物質(zhì)發(fā)生不定向改變；基因突變會導(dǎo)致基因內(nèi)部分子結(jié)構(gòu)的改變，不會導(dǎo)致某個基因的缺失.

策略 表現(xiàn)型是基因型與環(huán)境共同作用的結(jié)果，分析變異類型時可以從兩個方面來考慮：一方面是因遺傳物質(zhì)的改變引起的，此變異可在其后代中再次出現(xiàn)，即能遺傳.若是染色體變異，可直接借助顯微鏡觀察染色體的形態(tài)、數(shù)目、結(jié)構(gòu)是否改變.另一方面是僅由環(huán)境條件改變引起的，遺傳物質(zhì)沒有改變，則不能遺傳給后代.所以，可以用自交或雜交的方法確定變異的原因；或者將變異個體和正常個體培養(yǎng)在相同的條件下，兩者沒有出現(xiàn)明顯差異，則原來的變異性狀是由環(huán)境引起的.

2.“可遺傳”與“可育”

例2 圖1所示某生物細胞分裂時，兩對聯(lián)會的染色體（注：圖1中姐妹染色單體畫成一條染色體，黑點表示著絲點， 字母表示染色體上的基因）之間出現(xiàn)異常的“十字型結(jié)構(gòu)”現(xiàn)象.據(jù)此所作推斷中，正確的是（B）.

A.此細胞可能正在進行有絲分裂

B.該生物產(chǎn)生的異常配子很可能有HAa或hBb型

C.此種異常源于基因重組

D.此種變異可能會導(dǎo)致生物體不育，從而不能遺傳給后代

解析 同源染色體在減Ⅰ一定會發(fā)生聯(lián)會，非同源染色體不能聯(lián)會，但如果發(fā)生了圖2所示的變異，也可能會發(fā)生圖1所示的情形.即：非同源染色體的某些區(qū)段發(fā)生“易位”，而不是基因重組；隨著易位后的同源染色體的分離，該生物產(chǎn)生的異常配子很可能有HAa或hBb型；此細胞正聯(lián)會，說明是減數(shù)分裂.這種變異的結(jié)果可能有很多，也可能會導(dǎo)致生物體育性下降，但育性下降不代表不能遺傳給后代，該變異還可能通過無性生殖遺傳給后代.

策略 “可遺傳” ≠“可育”：如三倍體無籽西瓜、騾子、二倍體的單倍體等其遺傳物質(zhì)已發(fā)生變化，它們都屬可遺傳變異，但都均表現(xiàn)“不育”，而無子番茄等的“無子”是因植株未授粉，是因一定濃度生長素促進了果實發(fā)育，這種“無子”性狀，這是不可遺傳的變異，但可育.

3.不同生物的可遺傳變異

例3 變異是生物的基本特征之一，下列不屬于細菌產(chǎn)生的可遺傳變異有（C）。

①基因突變；②基因重組；

③染色體變異；

④環(huán)境條件的變化；

⑤染色單體互換；

⑥非同源染色體上非等位基因自由組合.

A.①②③ B.④⑤⑥

C.②③④⑤⑥D(zhuǎn).①②③④

解析 細菌屬于原核生物，沒有染色體，主要進行二分裂，因此細菌產(chǎn)生的可遺傳變異只有基因突變，沒有其他類型.

策略 自然條件下，病毒和原核生物只有基因突變.進行有性生殖的真核生物可進行基因突變、基因重組和染色體變異.進行無性生殖的真核生物可進行基因突變和染色體變異.有絲分裂過程中發(fā)生基因突變和染色體變異，但不會發(fā)生基因重組；減數(shù)分裂可能發(fā)生基因突變、基因重組和染色體變異，但減數(shù)第二次分裂過程中和受精作用均沒有發(fā)生基因重組.

4.基因突變概念與類型判別

例4 育種專家在稻田中發(fā)現(xiàn)一株十分罕見的“一稈雙穗”植株，經(jīng)鑒定該變異性狀是由基因突變引起的.下列敘述正確的是（B）.

A.這種現(xiàn)象是由顯性基因突變成隱性基因引起的

B.該變異株自交可產(chǎn)生這種變異性狀的純合個體

C.觀察細胞有絲分裂中期染色體形態(tài)可判斷基因突變發(fā)生的位置

D.將該株水稻的花粉離體培養(yǎng)后即可獲得穩(wěn)定遺傳的高產(chǎn)品系

解析 該突變可能是顯性突變，也可能是隱性突變，無論是哪一種突變，其自交都可產(chǎn)生這種變異性狀的純合個體.只有染色體變異才可以在光學(xué)顯微鏡下觀察.花粉離體培養(yǎng)，必須經(jīng)秋水仙素等處理，使染色體加倍后，才能獲得穩(wěn)定遺傳的個體.

策略 基因突變概念的核心是基因結(jié)構(gòu)的改變，而不是指“DNA中堿基對的增添、缺失、改變”.基因突變≠DNA中堿基對的增添、缺失、改變.基因是有遺傳效應(yīng)的DNA片段，不具有遺傳效應(yīng)的DNA片段也可發(fā)生堿基對的改變.有些病毒（如SARS病毒）的遺傳物質(zhì)是RNA，RNA中堿基的增添、缺失、改變引起病毒性狀變異，廣義上也稱基因突變.基因突變最易發(fā)生在分裂間期.這是因復(fù)制時分子結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性較低.引起基因突變的因素分為外部因素和內(nèi)部因素.基因突變的結(jié)果“產(chǎn)生新基因”.病毒、原核生物和真核生物細胞質(zhì)內(nèi)的基因突變是產(chǎn)生了一個新基因，而對于真核生物細胞核內(nèi)的基因突變可說產(chǎn)生了它的等位基因.顯性突變和隱性突變的判別方法主要有兩種，一是選擇突變體與其他已知未突變體雜交，通過觀察后代變異性狀的比例來判斷基因突變的類型.二是選取具有突變性狀的個體與原始親本進行雜交（植物可自交），若子代只有原有的性狀，則控制相對性狀的基因突變是隱性突變；若子代既有原有的性狀，又有突變性狀，則控制相對性狀的基因突變是顯性突變.

5.基因突變和基因重組的判別

例5 圖3是基因型為AA的個體不同分裂時期的圖像，請根據(jù)圖像判定每個細胞發(fā)生的變異類型（A）.

A.圖3中①基因突變②基因突變③基因突變

B.圖3中①基因突變或基因重組②基因突變③基因重組

C.圖3中①基因突變②基因突變③基因突變或基因重組

D.圖3中①基因突變或基因重組②基因突變或基因重組③基因重組

解析 （1）由題干圖3中獲得的信息有：

①和②均為有絲分裂，且A和a為同一染色體上的姐妹染色單體所攜帶的基因.③為減數(shù)第二次分裂后期的細胞圖，A和a所在染色體原為姐妹染色單體，并未發(fā)生交叉互換.

故造成①②和③中A和a不同的原因都是基因突變.

策略 一是根據(jù)親代基因型判別：如果親代基因型為BB或bb，則引起B(yǎng)與b不同的原因是基因突變.如果親代基因型為Bb，則引起B(yǎng)與b不同的原因是基因突變或基因重組.二是根據(jù)細胞分裂方式判別：如果是有絲分裂中姐妹染色單體上的基因不同，則為基因突變所致的結(jié)果.如果是減數(shù)分裂過程中姐妹染色單體上的基因不同，則為基因突變或基因重組所致的結(jié)果.三是根據(jù)染色體圖示判別：有絲分裂后期圖中兩條子染色體上的基因不同，則是基因突變的結(jié)果.如果是減數(shù)分裂第二次分裂后期圖中，兩條子染色體（同白或同黑）上兩基因不同，則為基因突變的結(jié)果.如果是減數(shù)分裂第二次分裂后期圖中，兩條子染色體（顏色不一致）上兩基因不同，則為基因重組的結(jié)果.可根據(jù)姐妹染色單體中等位基因來源的判斷.如圖4所示.

6.可遺傳變異的實質(zhì)與判別

例6 經(jīng)權(quán)威遺傳機構(gòu)確認濟南發(fā)現(xiàn)的一例染色體異常核型即46，XY，t（6；8）為世界首例，該例異常核型屬于染色體平衡易位攜帶者.染色體平衡易位是造成流產(chǎn)和畸形兒的重要因素，由于沒有遺傳物質(zhì)丟失，患者表觀及智力均與正常人一樣.某女性患者的第1和5號染色體易位，染色體異常核型可表示為46，XX，t（1；5）.

下列說法錯誤的是（C）

A.經(jīng)染色后，在光學(xué)顯微鏡下可觀察到染色體易位

B.46，XY，t（6；8）表示某男性患者第6和8號染色體易位

C.只有缺失和重復(fù)這兩類染色體結(jié)構(gòu)變異才能導(dǎo)致基因數(shù)量的改變

D.染色體易位不屬于基因重組，這種變異是可遺傳的

解析 染色體易位可在光學(xué)顯微鏡下觀察到，但需要染色，A項正確；根據(jù)題干信息推出46，XY，t（6；8）表示某男性患者第6和8號染色體易位，B項正確；能導(dǎo)致基因數(shù)量改變的不只有染色體結(jié)構(gòu)變異中的重復(fù)和缺失，還有染色體數(shù)目變異，C項錯誤；染色體易位屬于染色體結(jié)構(gòu)變異，D項正確.

策略 基因突變、基因重組和染色體變異都會引起遺傳物質(zhì)的改變、都是可遺傳變異，但不一定遺傳給后代，都為生物的進化提供了原材料.若把基因視為染色體上的一個位“點”，染色體視為點所在的“線段”，則基因突變是“點”的變化（點的質(zhì)變，但數(shù)目不變）；基因重組是“點”的結(jié)合或交換（點的質(zhì)與量均不變）；染色體變異是“線段”發(fā)生結(jié)構(gòu)或數(shù)目的變化；染色體數(shù)目變異是個別線段增添、缺失或線段成倍增減（點的質(zhì)不變、數(shù)目變化）.染色體結(jié)構(gòu)變異是線段的部分片段重復(fù)、缺失、倒位和易位（點的質(zhì)不變，數(shù)目和位置可能變化）.DNA水平上判別：一是DNA分子內(nèi)的三看：看基因種類，染色體上的基因種類是否發(fā)生改變，若發(fā)生改變，則為基因突變，由基因中堿基對的替換、缺失或增添所致.看基因位置，若基因種類和數(shù)目未變，但染色體上的基因位置改變，則為染色體結(jié)構(gòu)變異中的“易位”或“倒位”.看基因數(shù)目，若基因的種類和位置未改變，但基因的數(shù)目改變，則為染色體結(jié)構(gòu)變異中的“重復(fù)”或“缺失”.二是DNA分子間的三看：看染色體數(shù)目，若染色體的數(shù)目發(fā)生改變，可根據(jù)染色體的數(shù)目變化情況，確定是染色體數(shù)目的“整倍性變異”還是“非整倍性變異”.看基因位置，若染色體的數(shù)目和基因數(shù)目均未改變，但基因所處的染色體位于非同源染色體上，則應(yīng)為染色體變異中的“易位”.看基因數(shù)目，若染色體上的基因數(shù)目不變，則為減數(shù)分裂過程中同源染色體上的非姐妹染色單體交叉互換的結(jié)果，屬于基因重組.

7、變異交聯(lián)的四問題

例7 圖5是某個二倍體（AABb）動物的幾個細胞分裂示意圖，據(jù)圖判斷不正確的是（D）

A.圖5中甲細胞表明該動物發(fā)生了基因突變

B. 圖5中乙細胞表明該動物在減數(shù)第一次分裂前的間期發(fā)生了基因突變

C.圖5中丙細胞表明該動物在減數(shù)第一次分裂時發(fā)生了交叉互換

D.圖5中甲、乙、丙所產(chǎn)生的變異均可遺傳給后代

解析 據(jù)題意分析，圖5中甲圖表示有絲分裂后期，染色體上基因A與a不同，是基因突變的結(jié)果；圖5中乙圖表示減數(shù)第二次分裂后期，其染色體上基因A與a不同，沒有同源染色體交叉互換的特征，只能是基因突變的結(jié)果；圖5中丙細胞也表示減數(shù)第二次分裂后期，基因B與b所在的染色體顏色不一致，則染色體上基因B與b不同是交叉互換造成的；圖5中甲細胞分裂產(chǎn)生體細胞，產(chǎn)生的變異一般不遺傳給后代.

策略 一是“互換”問題：同源染色體上的非姐妹染色單體之間的交叉互換，屬于基因重組；非同源染色體之間的互換，屬于染色體結(jié)構(gòu)變異中的“易位”.二是“缺失” 或“重復(fù)”問題：DNA分子上若干基因的缺失或重復(fù)屬于染色體變異；DNA分子上堿基對的缺失或重復(fù)，屬于基因突變.三是“變異水平”問題：基因突變和基因重組屬于分子水平的變化，光學(xué)顯微鏡下看不到的；染色體變異屬于細胞水平的變化，光學(xué)顯微鏡下可以觀察到的.四是“質(zhì)”和“量”問題：基因突變改變基因的質(zhì)，不改變基因的量；基因重組不改變基因的質(zhì)，一般也不改變基因的量，但轉(zhuǎn)基因技術(shù)會改變基因的量；染色體變異不改變基因的質(zhì)，但會改變基因的量或改變基因的排列順序.

總之，生物變異教學(xué)的內(nèi)容是在分子水平和細胞水平上進行組織的，較為抽象，而且知識復(fù)雜程度、知識點關(guān)聯(lián)度和應(yīng)用度都較高，要暢通學(xué)習(xí)的通路，實現(xiàn)難與易的迅速轉(zhuǎn)化，就必須清除這些攔路虎.

（收稿日期：2016-10-21）