遗传学概论生物多样性论文.doc

浙江大学20092010学年秋学期现代遗传学概论课程论文题目：试述自然界生物多样性产生的遗传学原理，人类如何收集和创造更多的生物资源，并举例说明。姓名：李穆真 学号：3090103719 专业：理科大类生物多样性是指一定范围内多种多样活的有机体有规律地结合所构成稳定的生态综合体，这种多样性包括动物、植物、微生物的物种多样性，物种的遗传与变异的多样性及生态系统的多样性。其中，遗传多样性是指生物体内决定性状的遗传因子及其组合的多样性。物种多样性是生物多样性在物种上的表现形式。变异是生物多样性的主要源泉，变异的类型有基因突变、染色体结构变异和染色体数量变异。一、 基因突变基因突变是指染色体上某一基因位点内部发生了化学性质的改变，与原来基因形成对性关系，是生物进化的原材料。按照基因结构改变的类型，基因突变可分为碱基置换、移码、缺失和插入4种。1碱基置换：某位点一对碱基改变造成的。2移码突变：某位点添加或减少1-2对碱基造成的。3缺失突变：基因内部缺失某个DNA小段造成的。4插入突变：基因内部增添一小段外源DNA造成的。不论是真核生物还是原核生物的突变，也不论是什么类型的突变，都具有随机性、低频性和可逆性的特点。1.随机性。指基因突变的发生在时间上、在发生这一突变的个体上、在发生突变的基因上，都是随机的。在高等植物中所发现的无数突变都说明基因突变的随机性。2.低频性。突变是极为稀有的，基因以极低的突变率（生物界总体平均为0.0001%）发生突变。3.可逆性。突变基因又可以通过突变而成为野生型基因，这一过程称为回复突变 。正向突变率总是高于回复突变率，一个突变基因内部只有一个位置上的结构改变 才能使它恢复原状。4.少利多害性。一般基因突变会产生不利的影响，被淘汰或是死亡，只有极少数会使物种增强适应性。5不定向性。例如控制黑毛基因可能突变为控制白毛的a+，也有可能突变成控制绿毛的a-。如镰刀型细胞贫血症，其特点是病人的血红蛋白亚基N端的第六个氨基酸残基是缬氨酸（vol），而不是正常的谷氨酸残基(Glu)。蛋白质多肽链中个别氨基酸的变化，归根到底是遗传物质DNA中个别碱基的改变。是遗传物质DNA中一个CTT变成CAT，即其中一个碱基T变成A，以致产生病变。2二、染色体结构变异染色体结构变异的发生是内因和外因共同作用的结果,外因有各种射线、化学药剂、温度的剧变等,内因有生物体内代谢过程的失调、衰老等。在这些因素的作用下, 染色体可能发生断裂,断裂端具有愈合与重接的能力。当染色体在不同区段发生断裂后,在同一条染色体内或不同的染色体之间以不同的方式重接时,就会导致各种结构变异的出现。分别有这几种结构变异的情况。1 缺失。缺失是指染色体上某一区段及其带有的基因一起丢失,从而引起变异的现象。缺失的断片如为染色体臂的外端区段,则称顶端缺失；如为染色体臂的中间区段,则称中间缺失。缺失的纯合体可能引起致死或表现型异常。在杂合体中如携有显性等位基因的染色体区段缺失，则隐性等位基因得以实现其表型效应，出现假显性。缺失引起的遗传效应随着缺失片段大小和细胞所处发育时期的不同而不同。在个体发育中，缺失发生得越早，影响越大，缺失的片段越大，对个体的影响也越严重，重则引起个体死亡，轻则影响个体的生活能力。在人类遗传中，染色体缺失常会引起较严重的遗传性疾病，如猫叫综合征等。2 重复。染色体上增加了相同的某个区段而引起变异的现象,叫做重复。在重复杂合体中,当同源染色体联会时,发生重复的染色体的重复区段通常形成一个拱形结构,或者比正常染色体多出一段。重复引起的遗传效应比缺失小，对生物体的不利影响一般也小于缺失，因而在自然群体中较易保存。重复对生物的进化有重要作用。这是因为“多余的基因可能向多个方向突变,而不致于损害细胞和个体的正常机能”。突变的最终结果，有可能使“多余的基因成为一个能执行新功能的新基因”，从而为生物适应新环境提供了机会。因此,在遗传学上往往把重复看做是新基因的一个重要来源。例如, 果蝇的棒眼就是X染色体特定区段重复的结果。3 倒位。指某染色体的内部区段发生180的倒转,而使该区段的原来基因顺序发生颠倒的现象。倒位区段只涉及染色体的一个臂，称为臂内倒位；涉及包括着丝粒在内的两个臂，称为臂间倒位。倒位的遗传效应首先是改变了倒位区段内外基因的连锁关系，同时还使基因的正常表达因位置改变而有所变化。倒位纯合体通常不能和原种个体进行有性生殖，但是这样形成的生殖隔离，为新物种的进化提供了有利条件。例如,普通果蝇的第3号染色体上有三个基因按猩红眼桃色眼三角翅脉的顺序排列(StPDl)；同是这三个基因，在另一种果蝇中的顺序是StDlP，仅仅这一倒位的差异便构成了两个物种之间的差别。4易位。易位是指一条染色体的某一片段移接到另一条非同源染色体上，从而引起变异的现象。如果两条非同源染色体之间相互交换片段,叫做相互易位。相互易位的遗传效应主要是产生部分异常的配子，使配子的育性降低或产生有遗传病的后代。易位的直接后果是使原有的连锁群改变。易位杂合体所产生的部分配子含有重复或缺失的染色体，从而导致部分不育或半不育。易位在生物进化中具有重要作用。例如,在17个科的29个属的种子植物中,都有易位产生的变异类型,直果曼陀罗的近100个变种，就是不同染色体易位的结果。三、染色体数量变异1整倍性变异。指以一定染色体数为一套的染色体组呈整倍增减的变异。一倍体只有1个染色体组，一般以X表示。二倍体具有 2个染色体组。具有3个或3个以上染色体组者统称多倍体，如三倍体、四倍体、五倍体、六倍体等。一般奇数多倍体由于减数分裂不正常而导致严重不育。如果增加的染色体组来自同一物种，则称同源多倍体。如直接使某二倍体物种的染色体数加倍，所产生的四倍体就是同源四倍体。如使不同种、属间杂种的染色体数加倍，所形成的多倍体则称为异源多倍体。异源多倍体在植物中相当普遍，据统计约有3035的被子植物存在多倍体系列，而禾本科植物中的异源多倍体则高达 75。栽培植物中有许多是天然的异源多倍体，如普通小麦为异源六倍体、陆地棉和普通烟草均为异源四倍体。2非整倍性变异。生物体的2n染色体数增或减一个至几个染色体或染色体臂的现象。出现这种现象的个体称为非整倍体。其中涉及完整染色体的非整倍体称初级非整倍体；涉及染色体臂的非整倍体称次级非整倍体。染色体数的非整倍性变异可引起生物体的遗传不平衡和减数分裂异常，从而造成活力与育性的下降。但生物体对染色体增加的忍受能力一般要大于对染色体丢失的忍受能力。同时1条染色体的增减所造成的不良影响一般也小于1条以上染色体的增减。利用非整倍体系列向栽培植物导入有益的外源染色体和基因亦有重要的应用价值。如小麦品种小偃 759就是普通小麦增加了 1对长穗偃麦草染色体的异附加系，而兰粒小麦则为普通小麦染色体4D被长穗偃麦草染色体4E所代换的异代换系。生物在进化过程中不断遗传与变异，导致基因频率不断发生改变，直至形成新的物种，形成生物多样性。生物资源是自然资源的有机组成部分，是指生物圈中，对人类具有一定价值的动物，植物，微生物以及它们所组成的生物群落。收集这些资源可以采用杂交育种、单倍体育种、多倍体育种、基因工程和细胞工程育种等。杂交育种是指不同种群、不同基因型个体间进行杂交，并在其杂种后代中通过选择而育成纯合品种的方法。比如马的力量大，驴子耐力强，马和驴交配，生下骡子，骡子个大，既具有驴的负重能力和抵抗能力，有有马的灵活性和奔跑能力。单倍体育种即利用花药培养等方法诱导产生单倍体，并使其单一的染色体各自加倍成对，成为有活力、能正常结实的纯合体，从而选育出新的品种。单倍体植株中由隐性基因控制的性状,虽经染色体加倍,但由于没有显性基因的掩盖而容易显现。这对诱变育种和突变遗传研究很有好处。在诱导频率较高时，单倍体能在植株上较充分地显现重组的配子类型，可提供新的遗传资源和选择材料。应用单倍体育种法改良作物品种，已育成了一些烟草、水稻、小麦等优良品种。多倍体育种即通过细胞染色体组加倍获得多倍体育种材料，用以选育花卉新品种的技术。最常用、最有效的多倍体育种方法是用秋水仙素或低温来处理萌发的种子或幼苗。秋水仙素能抑制细胞有丝分裂时形成纺锤体，但不影响染色体的复制，使细胞不能形成两个子细胞，而染色数目加倍。通过多倍体育种已经培育出了三倍体甜菜，三倍体无籽西瓜，三倍体无籽香蕉等同源多倍体和六倍体小黑麦，八倍体小黑麦等。基因工程又称基因拼接技术和DNA重组技术，将不同来源的基因(DNA分子)，按预先设计的蓝图，在体外构建杂种DNA分子，然后导入活细胞，改变生物原有的遗传特性、获得新品种、生产新产品。比如干扰素是一类由机体某些细胞（如白细胞）受病毒感染或者某种诱导剂作用下产生的低分子蛋白质，它能够调节免疫细胞功能、抑制病毒蛋白质合成，抑制肿瘤细胞生长。但是，从人血白细胞中提取干扰素不仅价格昂贵，而且产量很低。近些年,随着分子生物学的发展和基因工程技术的诞生,干扰素可以通过导入宿主细胞(如大肠杆菌、酵母菌、哺乳动物细胞等)中, 经大规模细胞培养发酵技术获得。大大降低了成本。细胞工程育种主要是指利用花药组织培养、原生质体培养、体细胞融合与杂交等技术进行育种的方法.年，德国的梅罗帕斯博士用细胞融合的方法培育出了马铃薯（土豆）和番茄的杂交后代薯番茄。先用酶液除去马铃薯、番茄的细胞壁，然后将两种去壁细胞（原生质体）等量混合，在混合液中加进聚乙二醇溶液，使原生质体紧密粘聚，再用高钙和高溶液处理，两种原生质体的融合率高达。除此之外，人们还需要创造所需的生物资源，即进行人工诱发变异。人工诱变可分为物理因素诱变和化学因素诱变。一、 物理因素诱变。基因突变需要相当大的能量，辐射是能量来源。因此，物理因素诱变可分为电离辐射诱变和非电离辐射诱变。电离辐射诱变可分为内照射和外照射。内照射一般采用浸泡或注射法，使辐射源渗入生物体内，在体内放出射线进行诱变。外照射是使辐射源与接收照射物体保持一定距离，让射线从物体之外透入体内，从而进行诱变。非电离辐射诱变主要是紫外线照射。在太空中进行的空间诱变也是一项有效的人工诱变技术。太空中存在的各种物理射线，失重，超净，无地球磁场影响以及卫星发射和返回时的剧烈震动都是产生诱变的重要原因。太空育种具有有益的变异多、变幅大、稳定快，以及高产、优质、早熟、抗病力强等特点。通过太空育种，培育出了一批新的突变类型和具有优良性状的新品种。例如水稻种子经卫星搭载，获得了植株高、分孽力强、穗型大籽粒饱满和生育期短的性状变异。增产20%，单季亩产400-600千克，最高达750千克。蛋白质含量增加8%-20%，氨基酸总含量提高53%。 太空小麦培育出矮杆、早熟、抗倒伏、抗病害、蛋白质含量高的丰产类型。太空青椒枝叶粗壮，果大肉厚，免疫力强。单果重350-600克，单季亩产3500-4000千克，最高可达5000千克，比普通青椒增产20%-30%，所含维生素C提高20%，可溶性固形物提高25%，病情指数减轻55%。二、化学因素诱变化学因素诱变即用化学诱变剂处理植物材料，以诱发遗传物质的突变，从而引起形态特征的变异，然后根据育种目标，对这些变异进行鉴定、培育和选择，最终育成新品种。化学诱变剂主要有烷化剂,天然碱基类似物,氯化锂、亚硝基化合物、叠氮化物、碱基类似物、抗生素、羟胺和吖啶等嵌入染料。比如采用含有化学诱变剂EMS的石蜡油，直接处理玉米自交系黄早4和7922的成熟花粉，并结合M_2代突变基因的等位性测验，对花粉化学诱变创造特用玉米进行了研究。结果表明，在不同EMS处理浓度下，白色胚乳基因yl的诱变率平均为35.22%，最高达到150.38%，1.6710(-3)可作为EMS诱发yl基因突变的参考浓度。糖胚乳基因sul、糯胚乳基因wxl、脆胚乳基因btl和直链淀粉扩充基因ael的单基因诱突率分别为2.5410(-3)、l.0910(-3)、0.3610(-3)和 0.3610(-3)。sul和wxl的诱变率至少是自然突变率的1001000倍。由于发生的是点突变，得到的为原亲本自交系的等基因突变体，因此该技术在育种实践和基础研究中具有重要意义。综上，生物体通过基因突变，染色体结构变异和染色体数目变异等方式产生新的基因型，改变基因频率，在漫长的进化道路上逐渐演变成不同物种，形成生物多样性。收集生物资源，收集对人类有价值的已产生得优良性状，可以采用多种育种方式以及基因工程和细胞工程等。而开发创造新的优良性状，则可以选择人工诱变的方法。参考资料：现代遗传学概论 浙江大学出版社 主编：石春海 第三章：第二节第五节 /view/6597.htm?fr=ala0http:/baike.baidu.