高考生物复习指导：基因突变和基因重组

一、名词解释

1. 基因突变：是指基因结构的改变，具体表现为DNA碱基对的增添、缺失或替换。这种变化可以发生在基因的任何部分，从而影响其编码蛋白质的功能或调控功能。基因突变是生物变异的根本来源，也是生物进化的重要驱动力。

2. 基因重组：是指控制不同性状的基因在遗传过程中发生的重新组合。这种重组通常通过有性生殖过程中的减数分裂实现，导致后代个体中出现新的基因组合。基因重组是生物多样性的主要来源之一，为自然选择提供了丰富的材料。

3. 自然突变：有些突变是自然发生的，这被称为自然突变。这些突变可能由环境因素（如紫外线辐射）或细胞内部的随机事件引发，但没有人为干预的因素。

4. 诱发突变（人工诱变）：有些突变是在人为条件下产生的，这被称为诱发突变。诱发突变可以通过物理、化学或生物因素来实现，例如使用射线、化学试剂或病毒处理生物体，使其发生基因突变。这种方法在育种和科学研究中有广泛应用。

5. 不遗传的变异：这种变异是由环境因素引起的，遗传物质本身并没有发生改变，因此不能传递给后代。例如，植物因光照不足而生长不良，或者动物因饮食不当而体型偏瘦，这些都是不遗传的变异。

6. 可遗传的变异：这种变异是由遗传物质的变化引起的，可以传递给后代。可遗传的变异包括基因突变、基因重组和染色体变异。它们是生物进化的基础，为物种适应环境提供了可能性。

二、基因突变的特点与意义

1. 类型

- 自然突变：自然突变是指在没有外界干预的情况下，基因自发发生的突变。这类突变通常是由于DNA复制过程中的随机错误或细胞内代谢产物的影响。

- 诱发突变：诱发突变是通过人为手段诱导产生的突变。例如，利用射线、化学试剂或病毒感染等方法处理生物体，以增加突变频率。诱发突变在农业育种和药物筛选中有重要应用。

2. 特点

- 普遍性：基因突变在所有生物中都会发生，无论是在高等动植物还是微生物中。

- 随机性：基因突变可以发生在生物个体发育的任何时期和任何细胞中。突变发生的时期越早，表现突变的部分越多；突变发生的时期越晚，表现突变的部分越少。

- 突变率低：尽管基因突变是普遍存在的，但其发生率相对较低。大多数情况下，一个基因在每代中突变的概率非常小。

- 多数有害：大多数基因突变是有害的，可能导致个体发育异常或疾病。然而，也有一些突变是中性的或有益的，为生物进化提供了原材料。

- 不定向性：一个基因可以向不同的方向发生突变，产生多个等位基因。这种不定向性使得基因突变具有多样性，增加了生物适应环境的可能性。

3. 意义

- 生物变异的根本来源：基因突变是生物变异的根本来源，它为生物进化提供了最初的原材料。通过自然选择，那些有利于生存和繁殖的突变会被保留下来，而不利的突变则被淘汰。

- 推动生物进化：基因突变为生物进化提供了原始材料，使物种能够逐渐适应不断变化的环境。例如，某些细菌在抗生素压力下会产生耐药性突变，从而在药物环境中生存下来。

4. 原因

- 在一定的外界条件或生物内部因素的作用下，DNA复制过程可能出现差错，导致基因中脱氧核苷酸排列顺序的改变。这种改变最终会导致基因结构的变化，进而引起生物性状的改变。常见的原因包括：

- 物理因素：如紫外线、X射线等射线会破坏DNA分子结构，导致突变。

- 化学因素：如亚硝酸盐、烷化剂等化学物质能与DNA发生反应，改变其序列。

- 生物因素：如某些病毒可以将自身的基因插入宿主细胞的DNA中，导致基因突变。

5. 实例

- 人类镰刀型贫血病：控制血红蛋白的DNA上一个碱基对的改变，使得该基因的脱氧核苷酸排列顺序发生变化，最终导致红细胞从圆饼状变为镰刀状。这种突变不仅改变了红细胞的形态，还影响了其携氧能力，导致患者出现贫血症状。

- 短腿“安康羊”：正常山羊有时会生下短腿的“安康羊”，这是由于基因突变引起的骨骼发育异常。

- 白化病：这是一种由于基因突变导致的色素缺乏症，患者的皮肤、毛发和眼睛缺乏黑色素，呈现白色或粉红色。

- 太空椒：利用宇宙空间的强烈辐射处理种子，使其发生基因突变，培育出的新品种辣椒。太空椒具有果形大、产量高、抗病性强等特点。

6. 引起基因突变的因素

- 物理因素：主要是各种射线，如紫外线、X射线、γ射线等。这些射线可以破坏DNA分子结构，导致基因突变。

- 化学因素：主要是能与DNA发生化学反应的化学物质，如亚硝酸盐、烷化剂等。这些物质可以直接改变DNA的碱基序列，导致基因突变。

- 生物因素：主要是某些寄生在细胞内的病毒。病毒可以将其基因插入宿主细胞的DNA中，导致基因突变。

7. 人工诱变在育种上的应用

- 诱变因素：主要包括物理因素（如各种射线、激光）和化学因素（如秋水仙素等）。这些因素可以显著提高突变率，加速育种进程。

- 优点：人工诱变可以大幅度改良某些性状，使变异性状稳定快，加速育种进程。例如，青霉素生产中通过诱变筛选高产菌株，提高了产量。

- 缺点：诱发产生的突变有利的个体往往不多，需要处理大量材料才能找到理想的突变体。

三、基因重组的特点与意义

1. 类型

- 基因自由组合：非同源染色体上的非等位基因在减数分裂过程中自由组合，形成新的基因型。这种组合方式使得后代个体具有更多的遗传多样性。

- 基因交换：同源染色体上的非等位基因在减数分裂过程中可能发生交叉互换，形成新的基因组合。这种交换方式进一步增加了遗传多样性。

2. 意义

- 丰富遗传多样性：基因重组使得父本和母本的遗传物质在后代中重新组合，产生了新的基因型。遗传物质基础相差越大，基因重组产生的差异可能性也就越大。这种丰富的变异形成了生物多样性的重要原因之一。

- 必须通过有性生殖过程实现：基因重组只能通过有性生殖过程中的减数分裂实现。在无性生殖过程中，基因重组不会发生，后代个体的遗传组成与亲本相同。

四、基因突变与基因重组的区别

1. 基因突变

- 基因突变是指基因结构的改变，具体表现为DNA碱基对的增添、缺失或替换。这种改变导致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。基因突变是生物产生变异的根本原因，为进化提供了原始材料，又是生物进化的重要因素之一。

2. 基因重组

- 基因重组是指基因的重新组合，产生了新的基因型。基因重组是生物变异的主要来源之一，通过有性生殖过程中的减数分裂实现。基因重组丰富了遗传多样性，为自然选择提供了更多的选择对象。

3. 区别

- 基因突变是基因结构的改变，产生了新的基因，而基因重组是基因的重新组合，产生了新的基因型。基因突变是生物产生变异的根本原因，而基因重组是生物变异的主要来源。

基因突变和基因重组都是生物变异的重要来源，二者共同作用，推动了生物的进化和发展。理解这两者的区别和联系，对于深入学习生物学知识、掌握生物进化的机制具有重要意义。