生物变异难与易的迅速转化

陈瑞强

生物变异难，难在其路径上有拦路虎，它们挡住了学习的通路.下面就依托例题谈谈这些拦路虎的清除，以供参考.

1.可遗传变异和不可遗传变异

例1 央视一则报道称，孕妇防辐射服不仅不能防辐射，反而会聚集辐射.辐射对人体危害很大，可能导致基因突变.下列相关叙述正确的是（B）.

A.碱基对的替换、增添和缺失都是由辐射引起的

B.环境所引发的变异可能为可遗传变异

C.辐射能导致人体遗传物质发生定向改变

D.基因突变可能造成某个基因的缺失

解析 引起碱基对的替换、增添和缺失的因素有物理因素、化学因素和生物因素；如果环境引发了细胞中遗传物质的改变，就成了可遗传的变异；辐射能导致人体遗传物质发生不定向改变；基因突变会导致基因内部分子结构的改变，不会导致某个基因的缺失.

策略 表现型是基因型与环境共同作用的结果，分析变异类型时可以从两个方面来考虑：一方面是因遗传物质的改变引起的，此变异可在其后代中再次出现，即能遗传.若是染色体变异，可直接借助显微镜观察染色体的形态、数目、结构是否改变.另一方面是仅由环境条件改变引起的，遗传物质没有改变，则不能遗传给后代.所以，可以用自交或杂交的方法确定变异的原因；或者将变异个体和正常个体培养在相同的条件下，两者没有出现明显差异，则原来的变异性状是由环境引起的.

2.“可遗传”与“可育”

例2 图1所示某生物细胞分裂时，两对联会的染色体（注：图1中姐妹染色单体画成一条染色体，黑点表示着丝点， 字母表示染色体上的基因）之间出现异常的“十字型结构”现象.据此所作推断中，正确的是（B）.

A.此细胞可能正在进行有丝分裂

B.该生物产生的异常配子很可能有HAa或hBb型

C.此种异常源于基因重组

D.此种变异可能会导致生物体不育，从而不能遗传给后代

解析 同源染色体在减Ⅰ一定会发生联会，非同源染色体不能联会，但如果发生了图2所示的变异，也可能会发生图1所示的情形.即：非同源染色体的某些区段发生“易位”，而不是基因重组；随着易位后的同源染色体的分离，该生物产生的异常配子很可能有HAa或hBb型；此细胞正联会，说明是减数分裂.这种变异的结果可能有很多，也可能会导致生物体育性下降，但育性下降不代表不能遗传给后代，该变异还可能通过无性生殖遗传给后代.

策略 “可遗传” ≠“可育”：如三倍体无籽西瓜、骡子、二倍体的单倍体等其遗传物质已发生变化，它们都属可遗传变异，但都均表现“不育”，而无子番茄等的“无子”是因植株未授粉，是因一定浓度生长素促进了果实发育，这种“无子”性状，这是不可遗传的变异，但可育.

3.不同生物的可遗传变异

例3 变异是生物的基本特征之一，下列不属于细菌产生的可遗传变异有（C）。

①基因突变；②基因重组；

③染色体变异；

④环境条件的变化；

⑤染色单体互换；

⑥非同源染色体上非等位基因自由组合.

A.①②③ B.④⑤⑥

C.②③④⑤⑥D.①②③④

解析 细菌属于原核生物，没有染色体，主要进行二分裂，因此细菌产生的可遗传变异只有基因突变，没有其他类型.

策略 自然条件下，病毒和原核生物只有基因突变.进行有性生殖的真核生物可进行基因突变、基因重组和染色体变异.进行无性生殖的真核生物可进行基因突变和染色体变异.有丝分裂过程中发生基因突变和染色体变异，但不会发生基因重组；减数分裂可能发生基因突变、基因重组和染色体变异，但减数第二次分裂过程中和受精作用均没有发生基因重组.

4.基因突变概念与类型判别

例4 育种专家在稻田中发现一株十分罕见的“一秆双穗”植株，经鉴定该变异性状是由基因突变引起的.下列叙述正确的是（B）.

A.这种现象是由显性基因突变成隐性基因引起的

B.该变异株自交可产生这种变异性状的纯合个体

C.观察细胞有丝分裂中期染色体形态可判断基因突变发生的位置

D.将该株水稻的花粉离体培养后即可获得稳定遗传的高产品系

解析 该突变可能是显性突变，也可能是隐性突变，无论是哪一种突变，其自交都可产生这种变异性状的纯合个体.只有染色体变异才可以在光学显微镜下观察.花粉离体培养，必须经秋水仙素等处理，使染色体加倍后，才能获得稳定遗传的个体.

策略 基因突变概念的核心是基因结构的改变，而不是指“DNA中碱基对的增添、缺失、改变”.基因突变≠DNA中碱基对的增添、缺失、改变.基因是有遗传效应的DNA片段，不具有遗传效应的DNA片段也可发生碱基对的改变.有些病毒（如SARS病毒）的遗传物质是RNA，RNA中碱基的增添、缺失、改变引起病毒性状变异，广义上也称基因突变.基因突变最易发生在分裂间期.这是因复制时分子结构的稳定性较低.引起基因突变的因素分为外部因素和内部因素.基因突变的结果“产生新基因”.病毒、原核生物和真核生物细胞质内的基因突变是产生了一个新基因，而对于真核生物细胞核内的基因突变可说产生了它的等位基因.显性突变和隐性突变的判别方法主要有两种，一是选择突变体与其他已知未突变体杂交，通过观察后代变异性状的比例来判断基因突变的类型.二是选取具有突变性状的个体与原始亲本进行杂交（植物可自交），若子代只有原有的性状，则控制相对性状的基因突变是隐性突变；若子代既有原有的性状，又有突变性状，则控制相对性状的基因突变是显性突变.

5.基因突变和基因重组的判别

例5 图3是基因型为AA的个体不同分裂时期的图像，请根据图像判定每个细胞发生的变异类型（A）.

A.图3中①基因突变②基因突变③基因突变

B.图3中①基因突变或基因重组②基因突变③基因重组

C.图3中①基因突变②基因突变③基因突变或基因重组

D.图3中①基因突变或基因重组②基因突变或基因重组③基因重组

解析 （1）由题干图3中获得的信息有：

①和②均为有丝分裂，且A和a为同一染色体上的姐妹染色单体所携带的基因.③为减数第二次分裂后期的细胞图，A和a所在染色体原为姐妹染色单体，并未发生交叉互换.

故造成①②和③中A和a不同的原因都是基因突变.

策略 一是根据亲代基因型判别：如果亲代基因型为BB或bb，则引起B与b不同的原因是基因突变.如果亲代基因型为Bb，则引起B与b不同的原因是基因突变或基因重组.二是根据细胞分裂方式判别：如果是有丝分裂中姐妹染色单体上的基因不同，则为基因突变所致的结果.如果是减数分裂过程中姐妹染色单体上的基因不同，则为基因突变或基因重组所致的结果.三是根据染色体图示判别：有丝分裂后期图中两条子染色体上的基因不同，则是基因突变的结果.如果是减数分裂第二次分裂后期图中，两条子染色体（同白或同黑）上两基因不同，则为基因突变的结果.如果是减数分裂第二次分裂后期图中，两条子染色体（颜色不一致）上两基因不同，则为基因重组的结果.可根据姐妹染色单体中等位基因来源的判断.如图4所示.

6.可遗传变异的实质与判别

例6 经权威遗传机构确认济南发现的一例染色体异常核型即46，XY，t（6；8）为世界首例，该例异常核型属于染色体平衡易位携带者.染色体平衡易位是造成流产和畸形儿的重要因素，由于没有遗传物质丢失，患者表观及智力均与正常人一样.某女性患者的第1和5号染色体易位，染色体异常核型可表示为46，XX，t（1；5）.

下列说法错误的是（C）

A.经染色后，在光学显微镜下可观察到染色体易位

B.46，XY，t（6；8）表示某男性患者第6和8号染色体易位

C.只有缺失和重复这两类染色体结构变异才能导致基因数量的改变

D.染色体易位不属于基因重组，这种变异是可遗传的

解析 染色体易位可在光学显微镜下观察到，但需要染色，A项正确；根据题干信息推出46，XY，t（6；8）表示某男性患者第6和8号染色体易位，B项正确；能导致基因数量改变的不只有染色体结构变异中的重复和缺失，还有染色体数目变异，C项错误；染色体易位属于染色体结构变异，D项正确.

策略 基因突变、基因重组和染色体变异都会引起遗传物质的改变、都是可遗传变异，但不一定遗传给后代，都为生物的进化提供了原材料.若把基因视为染色体上的一个位“点”，染色体视为点所在的“线段”，则基因突变是“点”的变化（点的质变，但数目不变）；基因重组是“点”的结合或交换（点的质与量均不变）；染色体变异是“线段”发生结构或数目的变化；染色体数目变异是个别线段增添、缺失或线段成倍增减（点的质不变、数目变化）.染色体结构变异是线段的部分片段重复、缺失、倒位和易位（点的质不变，数目和位置可能变化）.DNA水平上判别：一是DNA分子内的三看：看基因种类，染色体上的基因种类是否发生改变，若发生改变，则为基因突变，由基因中碱基对的替换、缺失或增添所致.看基因位置，若基因种类和数目未变，但染色体上的基因位置改变，则为染色体结构变异中的“易位”或“倒位”.看基因数目，若基因的种类和位置未改变，但基因的数目改变，则为染色体结构变异中的“重复”或“缺失”.二是DNA分子间的三看：看染色体数目，若染色体的数目发生改变，可根据染色体的数目变化情况，确定是染色体数目的“整倍性变异”还是“非整倍性变异”.看基因位置，若染色体的数目和基因数目均未改变，但基因所处的染色体位于非同源染色体上，则应为染色体变异中的“易位”.看基因数目，若染色体上的基因数目不变，则为减数分裂过程中同源染色体上的非姐妹染色单体交叉互换的结果，属于基因重组.

7、变异交联的四问题

例7 图5是某个二倍体（AABb）动物的几个细胞分裂示意图，据图判断不正确的是（D）

A.图5中甲细胞表明该动物发生了基因突变

B. 图5中乙细胞表明该动物在减数第一次分裂前的间期发生了基因突变

C.图5中丙细胞表明该动物在减数第一次分裂时发生了交叉互换

D.图5中甲、乙、丙所产生的变异均可遗传给后代

解析 据题意分析，图5中甲图表示有丝分裂后期，染色体上基因A与a不同，是基因突变的结果；图5中乙图表示减数第二次分裂后期，其染色体上基因A与a不同，没有同源染色体交叉互换的特征，只能是基因突变的结果；图5中丙细胞也表示减数第二次分裂后期，基因B与b所在的染色体颜色不一致，则染色体上基因B与b不同是交叉互换造成的；图5中甲细胞分裂产生体细胞，产生的变异一般不遗传给后代.

策略 一是“互换”问题：同源染色体上的非姐妹染色单体之间的交叉互换，属于基因重组；非同源染色体之间的互换，属于染色体结构变异中的“易位”.二是“缺失” 或“重复”问题：DNA分子上若干基因的缺失或重复属于染色体变异；DNA分子上碱基对的缺失或重复，属于基因突变.三是“变异水平”问题：基因突变和基因重组属于分子水平的变化，光学显微镜下看不到的；染色体变异属于细胞水平的变化，光学显微镜下可以观察到的.四是“质”和“量”问题：基因突变改变基因的质，不改变基因的量；基因重组不改变基因的质，一般也不改变基因的量，但转基因技术会改变基因的量；染色体变异不改变基因的质，但会改变基因的量或改变基因的排列顺序.

总之，生物变异教学的内容是在分子水平和细胞水平上进行组织的，较为抽象，而且知识复杂程度、知识点关联度和应用度都较高，要畅通学习的通路，实现难与易的迅速转化，就必须清除这些拦路虎.

（收稿日期：2016-10-21）