可遺傳的變異

基因重組是指非等位基因間的重新組合。能產生大量的變異類型，但只產生新的基因型，不產生新的基因。基因重組的細胞學基礎是性原細胞的減數分裂第一次分裂，同源染色體彼此分裂的時候，非同源染色體之間的自由組合和同源染色體的染色單體之間的交叉互換。此外，減數分裂的四分體時期同源染色體上的非姐妹染色單體交叉互換，也是基因重組的來源之一。基因重組是雜交育種的理論基礎。

基因突變是指基因的分子結構的改變，即基因中的脫氧核苷酸的排列 順序發生了改變，從而導致遺傳信息的改變。基因突變的頻率很低，但能產生新的基因，對生物的進化有重要意義。發生基因突變的原因是DNA在複製時因受內部因素和外界因素的干擾而發生差錯。典型實例是鐮刀形細胞貧血症。基因突變是誘變育種的理論基礎。

染色體變異是指染色體的數目或結構發生改變。重點是數目的變化。染色體組的概念重在理解。一個染色體組中沒有同源染色體，沒有等位基因，但一個染色體組中所包含的遺傳信息是一套個體發育所需要的完整的遺傳信息，即常說的一個基因組。對二倍體生物來說，配子中的所有染色體就是一個染色體組。染色體組數是偶數的個體一般都具有生育能力，但染色體組數是奇數的個體是高度不孕的，如一倍體和三倍體等。

由於病毒的主要結構是由核酸和衣殼組成，不存在染色體，所以沒有染色體變異，而病毒的繁殖方式為複製增殖，不可能進行有性生殖。在病毒的核酸複製時，有可能發生基因突變。

以細菌為例，細菌在進行分裂生殖時，首先遺傳物質要複製，在複製時，有可能發生差錯，導致基因突變。由於細菌繁殖快，代謝旺盛，所以在生物工程中常把細菌作為受體細胞，導入外源基因培育成工程菌，以生產人類所需要的物質，如生長激素等，此變異來源則屬於基因重組。在自然條件下，細菌還可通過接合、轉導、性導和轉化獲取外源遺傳物質，這四種不同的方式的共同點在於基因轉移導致遺傳重組，此變異來源也屬於基因重組。由於細菌等原核生物都不含染色體，所以不存在染色體變異。

真核生物的遺傳物質為DNA，在其細胞分裂時，首先要進行DNA的複製，有可能複製差錯而導致基因突變。真核生物細胞中存在染色體，在其生長發育中，可能發生染色體變異。真核生物中有的進行有性生殖，在其減數分裂產生配子時，同源染色體的非姐妹染色單體之間可能發生交叉互換、非同源染色體上的非等位基因會自由組合而導致基因重組。在基因工程中改造酵母菌、動物、植物、為人類遺傳病治療導入健康的外源基因等，也屬於基因重組。也就是說，在真核生物中，遺傳的變異有三個來源：基因突變、基因重組和染色體變異。

生物的可遺傳變異有三種：基因突變、基因重組、染色體變異，而基因突變是后兩者的基礎。試想，如果沒有等位基因，那麼基因重組就是無用的。基因重組發生在減數第一次分裂時期，同源染色體發生分離，而非同源染色體自由組合。只有當同源染色體上有等位基因的時候重組才能出現不同的情況，而等位基因的產生正是由於基因突變的結果。染色體變異雖然與基因突變無關，但是染色體變異大多是不可遺傳的。

生物遺傳的變異類型有基因突變、基因重組和染色體變異三種。這些變異類型既有其各自的特點，相互之間又有密切的聯繫。下面對它們作以比較：

定義：基因突變是指由於DNA分子中發生鹼基對的增添、缺失或改變，而引起的基因結構的改變。基因重組是指生物體進行有性生殖的過程中，控制不同性狀的基因的重新組合。染色體變異是指染色體結構或數目的變化。

意義：基因突變是DNA分子上的微小改變，是等位基因和復等位基因形成的的主要途徑。基因突變一般只涉及一個基因，通過基因突變可產生新的基因，從而產生新的基因型，所以是生物進化的根本原因。基因重組不產生新的基因，但可產生新的基因型。每種生物的後代都與親本存在一定的差異，這主要是由基因重組造成的。染色體變異和基因突變統稱為突變，突變和基因重組是生物進化的原材料。

檢測：基因突變在光學顯微鏡下觀察不到，但能通過子代的分離比檢測出來，而且基因突變具有可逆性，能發生回復突變，即A→a和a→A。基因重組也不能在光學顯微鏡下觀察到，可通過後代的性狀變化推知。染色體變異一般不能回復，能在光學顯微鏡下進行細胞學鑒定。

發生原因：基因突變是在一些物理因素（如X射線、紫外線等）、化學因素（如亞硝酸等）或生物因素（如病毒等）的影響下基因結構發生了變化。基因重組是由於減數分裂時非同源染色體的自由組合或非姐妹染色單體的交叉互換引起的。染色體的結構是相當穩定的，從而保證了物種的穩定性，但在內外物質的影響下，特別是經射線處理后，使染色體發生斷裂，在重接的過程中，可能發生錯接，結果導致染色體結構的變異。染色體結構的變異主要有缺失、重複、倒位和易位四類。染色體數目的變異有個別染色體數目增加或減少和以染色體組的形式成倍地增加或減少。個別染色體數目變異一般是由於減數分裂形成配子時出現錯誤。多倍體的形成是由於環境劇變（如低溫等）導致種子萌發或幼苗時期有絲分裂前期不能形成紡錘體而使已經複製的染色體留在一個細胞內。自然界中的單倍體都是由未受精的卵細胞發育成的。

發生時期：基因突變發生在細胞分裂間期的DNA分子的複製過程中。基因重組發生的時期有兩種：一種是在減數第一次分裂後期，同源染色體分離，非同源染色體自由組合，導致非同源染色體上的非等位基因自由組合；另一種是發生在減數分裂的四分體時期，四分體中的非姐妹染色單體之間常常發生交叉互換，導致染色單體上的基因重組。染色體變異發生在減數分裂形成配子時或受精卵發育成個體的過程中。

對生物的影響：基因突變對生物一般是有害的，它既可發生在體細胞中，也可發生在生殖細胞即配子中。基因突變若發生在配子中，將遵循遺傳規律傳遞給後代；若發生在體細胞中，一般不能遺傳。但有些植物的體細胞發生基因突變，可通過無性繁殖傳遞。此外，人體中的某些細胞發生突變，還有可能發展成癌細胞。

基因突變產生的結果是只有少數能引起生物性狀的改變，大多數並不能引起生物性狀的改變。基因重組可產生多種類型的配子，可使生物的性狀重新組合，是生物多樣性的主要原因之一。染色體變異對生物一般也是有害的。

發生頻率：單個基因的突變類型少，頻率低，但由於生物體細胞多，每個細胞內的基因數量多，所以總體上突變的基因數量也是很多的。基因重組的類型多，出現的頻率非常大。染色體變異出現的頻率相對較低。

在育種上的應用：在育種工作中，有時候三種變異都要用到。例如利用人工誘變獲得優良性狀的基因，如果兩個優良的基因位於同一個物種的兩個品種上，可以利用基因重組的原理，通過雜交育種使這兩個基因集中到一個品種上，然後利用其花粉培育成單倍體，經秋水仙素處理，使其染色體加倍后即成為能穩定遺傳的優良品種。

可遺傳的變異為生物進化提供素材。可遺傳的變異主要是基因突變、基因重組和染色體變異。基因突變是指基因結構的改變，包括DNA鹼基對的增添、缺失或改變。基因重組是指控制不同性狀的基因的重新組合。它們都可以發生在生殖細胞形成過程中，可以遺傳給後代，導致後代發生變異。實際上任何種群基因的組成總是要發生改變的。種群基因頻率的改變為自然選擇提供了大量產生變異的個體，即提供了選擇的原材料。有變異才會有選擇，有選擇才會產生新種，有新種才可能有進化。

三種可遺傳變異