生物變異難與易的迅速轉化

陳瑞強

生物變異難，難在其路徑上有攔路虎，它們擋住了學習的通路.下面就依托例題談談這些攔路虎的清除，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，可能導致基因突變.下列相關敘述正確的是（B）.

A.堿基對的替換、增添和缺失都是由輻射引起的

B.環境所引發的變異可能為可遺傳變異

C.輻射能導致人體遺傳物質發生定向改變

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、化學因素和生物因素；如果環境引發了細胞中遺傳物質的改變，就成了可遺傳的變異；輻射能導致人體遺傳物質發生不定向改變；基因突變會導致基因內部分子結構的改變，不會導致某個基因的缺失.

策略 表現型是基因型與環境共同作用的結果，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的改變引起的，此變異可在其后代中再次出現，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、數目、結構是否改變.另一方面是僅由環境條件改變引起的，遺傳物質沒有改變，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在相同的條件下，兩者沒有出現明顯差異，則原來的變異性狀是由環境引起的.

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）之間出現異常的“十字型結構”現象.據此所作推斷中，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一定會發生聯會，非同源染色體不能聯會，但如果發生了圖2所示的變異，也可能會發生圖1所示的情形.即：非同源染色體的某些區段發生“易位”，而不是基因重組；隨著易位后的同源染色體的分離，該生物產生的異常配子很可能有HAa或hBb型；此細胞正聯會，說明是減數分裂.這種變異的結果可能有很多，也可能會導致生物體育性下降，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已發生變化，它們都屬可遺傳變異，但都均表現“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.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.有絲分裂過程中發生基因突變和染色體變異，但不會發生基因重組；減數分裂可能發生基因突變、基因重組和染色體變異，但減數第二次分裂過程中和受精作用均沒有發生基因重組.

4.基因突變概念與類型判別

例4 育種專家在稻田中發現一株十分罕見的“一稈雙穗”植株，經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可判斷基因突變發生的位置

D.將該株水稻的花粉離體培養后即可獲得穩定遺傳的高產品系

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顯微鏡下觀察.花粉離體培養，必須經秋水仙素等處理，使染色體加倍后，才能獲得穩定遺傳的個體.

策略 基因突變概念的核心是基因結構的改變，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.基因是有遺傳效應的DNA片段，不具有遺傳效應的DNA片段也可發生堿基對的改變.有些病毒（如SARS病毒）的遺傳物質是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.基因突變最易發生在分裂間期.這是因復制時分子結構的穩定性較低.引起基因突變的因素分為外部因素和內部因素.基因突變的結果“產生新基因”.病毒、原核生物和真核生物細胞質內的基因突變是產生了一個新基因，而對于真核生物細胞核內的基因突變可說產生了它的等位基因.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，請根據圖像判定每個細胞發生的變異類型（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 一是根據親代基因型判別：如果親代基因型為BB或bb，則引起B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與b不同的原因是基因突變或基因重組.二是根據細胞分裂方式判別：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果.如果是減數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果.三是根據染色體圖示判別：有絲分裂后期圖中兩條子染色體上的基因不同，則是基因突變的結果.如果是減數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，則為基因突變的結果.如果是減數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，則為基因重組的結果.可根據姐妹染色單體中等位基因來源的判斷.如圖4所示.

6.可遺傳變異的實質與判別

例6 經權威遺傳機構確認濟南發現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和畸形兒的重要因素，由于沒有遺傳物質丟失，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.經染色后，在光學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.只有缺失和重復這兩類染色體結構變異才能導致基因數量的改變

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顯微鏡下觀察到，但需要染色，A項正確；根據題干信息推出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；能導致基因數量改變的不只有染色體結構變異中的重復和缺失，還有染色體數目變異，C項錯誤；染色體易位屬于染色體結構變異，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（點的質變，但數目不變）；基因重組是“點”的結合或交換（點的質與量均不變）；染色體變異是“線段”發生結構或數目的變化；染色體數目變異是個別線段增添、缺失或線段成倍增減（點的質不變、數目變化）.染色體結構變異是線段的部分片段重復、缺失、倒位和易位（點的質不變，數目和位置可能變化）.DNA水平上判別：一是DNA分子內的三看：看基因種類，染色體上的基因種類是否發生改變，若發生改變，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，若基因種類和數目未變，但染色體上的基因位置改變，則為染色體結構變異中的“易位”或“倒位”.看基因數目，若基因的種類和位置未改變，但基因的數目改變，則為染色體結構變異中的“重復”或“缺失”.二是DNA分子間的三看：看染色體數目，若染色體的數目發生改變，可根據染色體的數目變化情況，確定是染色體數目的“整倍性變異”還是“非整倍性變異”.看基因位置，若染色體的數目和基因數目均未改變，但基因所處的染色體位于非同源染色體上，則應為染色體變異中的“易位”.看基因數目，若染色體上的基因數目不變，則為減數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果，屬于基因重組.

7、變異交聯的四問題

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

A.圖5中甲細胞表明該動物發生了基因突變

B. 圖5中乙細胞表明該動物在減數第一次分裂前的間期發生了基因突變

C.圖5中丙細胞表明該動物在減數第一次分裂時發生了交叉互換

D.圖5中甲、乙、丙所產生的變異均可遺傳給后代

解析 據題意分析，圖5中甲圖表示有絲分裂后期，染色體上基因A與a不同，是基因突變的結果；圖5中乙圖表示減數第二次分裂后期，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果；圖5中丙細胞也表示減數第二次分裂后期，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中甲細胞分裂產生體細胞，產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，屬于染色體結構變異中的“易位”.二是“缺失” 或“重復”問題：DNA分子上若干基因的缺失或重復屬于染色體變異；DNA分子上堿基對的缺失或重復，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，光學顯微鏡下看不到的；染色體變異屬于細胞水平的變化，光學顯微鏡下可以觀察到的.四是“質”和“量”問題：基因突變改變基因的質，不改變基因的量；基因重組不改變基因的質，一般也不改變基因的量，但轉基因技術會改變基因的量；染色體變異不改變基因的質，但會改變基因的量或改變基因的排列順序.

總之，生物變異教學的內容是在分子水平和細胞水平上進行組織的，較為抽象，而且知識復雜程度、知識點關聯度和應用度都較高，要暢通學習的通路，實現難與易的迅速轉化，就必須清除這些攔路虎.

（收稿日期：2016-10-21）