❶ 生物变异的例子
不同品种的菊花,玉米,红眼和白眼果蝇
生物的不同品种都属于变异
在丰富多彩的生物界中,蕴含着形形色色的变异现象。在这些变异现象中,有的仅仅是由于环境因素的影响造成的,并没有引起生物体内的遗传物质的变化,因而不能够遗传下去,属于不遗传的变异。有的变异现象是由于生殖细胞内的遗传物质的改变引起的,因而能够遗传给后代,属于可遗传的变异。可遗传的变异有三种来源:基因突变,基因重组,染色体变异。
基因突变:
正常人的红细胞是圆饼状的,镰刀型细胞贫血症患者的红细胞却是弯曲的镰刀状的。这样的红细胞容易破裂,使人患溶性贫血,严重时会导致死亡,分子生物学的研究表明,镰刀型细胞贫血症是由基因突变引起的一种遗传病。
基因突变的概念 人们在对镰刀型细胞贫血症患者的血红蛋白分子进行检查时发现,患者血红蛋白分子的多肽链上,一个谷氨酸被缬氨酸替换。为什么发生氨基酸分子结构的改变呢?经过研究发现,这是由于控制合成血红蛋白分子的DNA的碱基序列发生了改变,这种改变最终导致了镰刀型细胞贫血症的产生。
除碱基的替换以外,控制合成血红蛋白分子的DNA的碱基序列发生碱基的增添或缺失,有时也会导致血红蛋白病的产生。由于DNA分子中发生碱基对增添、缺失或改变,而引起的基因结构的改变,就叫做基因突变。
基因突变是染色体的某一个位点基因的改变。基因突变使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。例如,小麦从高秆变成矮秆,普通羊群中出现了短腿的安康羊等,都是基因突变的结果。
基因突变在生物进化中具有重要意义。它是生物变异的根本来源,为生物进化提供了最初的原材料。
引起基因突变的因素很多,可以归纳为三类:一类是物理因素,如X射线、激光等;另一类是化学因素,是指能够与DNA分子起作用而改变DNA分子性质的物质,如亚硝酸、碱基类似物等;第三类是生物因素,包括病毒和某些细菌等。
基因突变的特点 基因突变作为生物变异的一个重要来源,它具有以下主要特点。
第一,基因突变在生物界中是普遍存在的。无论是低等生物,还是高等的动植物以及人,都可能发生基因突变。基因突变在自然界的特种中广泛存在。例如,棉花的短果枝,水稻的矮秆、糯性,果蝇的白眼、残翅,家鸽羽毛的灰红色,以及人的色盲、糖尿病、白化病等遗传病,都是突变性状。自然条件下发生的基因突变叫做自然突变,人为条件下诱发产生的基因突变叫做诱发突变。
第二,基因突变是随机发生的。它可以发生在生物个体发育的任何时期。一般来说,在生物个体发育的过程中,基因突变发生的时期越迟,生物体表现突变的部分就越少。例如,植物的叶芽如果在发育的早期发生基因突变,那么由这个叶芽长成的枝条,上面着生的叶、花和果实都有可能与其他枝条不同。如果基因突变发生在花芽分化时,那么,将来可能只在一朵花或一个花序上表现出变异。
基因突变可以发生在细胞中,也可以发生在生殖细胞中。发生在生殖细胞中的突变,可以通过受精作用直接传递给后代。发生在体细胞中的突变,一般是不能传递给后代的。
第三,在自然状态下,对一种生物来说,基因突变的频率是很低的。据估计,在高等生物中,约10五次方到10的八次方个生殖细胞中,才会有1个生殖细胞发生基因突变,突变率是10的负五次方到10的负八次方。
第四,在多数基因突变对生物体是有害的。由于任何一物都是长期进化过程的产物,它们与环境条件已经取得了高度的协调。如果发生基因突变,就有可能破坏这种协调关系。因此,基因突变对于生物的生存往往是有害的。例如,绝大多数的人类遗传病,就是由基因突变造成的,这些病对人类健康构成了严重威胁。又如,植物中常见的白化苗,也是基因突变形成的。这种苗由于缺乏叶绿素,不能进行光合作用制造有机物,最终导致死亡。但是,也有少数基因突变是有利的。例如,植物的抗病性突变、耐旱性突变、微生物的抗药性突变等,都是有利于生物生存的。
第五,基因突变是不定向的。一个基因可以向不同的方向发生突变,产生一个以上的等位基因。例如,控制小鼠毛色的灰色基因可以突变成黄色基因,也可以突变成黑色基因。
人工诱变在育种上的应用 人工诱变是指利用物理因素(如X射线、γ射线、紫外线、激光等)或化学因素(如亚硝酸、硫酸二乙酯等)来处理生物,使生物发生基因突变。用这种方法可以提高突变率,创造人类需要的变异类型,从中选择、培育出优良的生物品种。
基因重组:
基因重组是指在生物体进行有性生殖的过程中,控制不同性状的基因的重新组合。基因的自由组合定律告诉我们,在生物体通过减数分裂形成配子时,随着非同源染色体体的自由组合,非等位基因也自由组合,这样,由雌雄配子结合形成是一种类型的基因重组。在减数分裂形成四分体时,由于同源染色体的非姐妹染色单体之间常常发生局部交换,这些染色体单体上的基因组合,是另一种类型的基因重组。
基因重组是通过有性生殖过程实现的。在有性生殖过程中,由于父本和母本的遗传特质基础不同,当二者杂交时,基因重新组合,就能使子代产生变异,通过这种来源产生的变异是非常丰富的。父本与母本自身的杂合性越高,二者的遗传物质基础相差越大,基因重组产生变异的可能性也越大。以豌豆为例,当具有10对相对性状(控制这10对相对性状的等位基因分别位于10对同源染色体上)的亲本进杂交时,如果只考虑基因的自由组合所引起的基因重组,F2可能出现的表现型就有1024种(即2的十次方)。在生物体内,尤其是在高等动植物体内,控制性状的基因的数目是非常巨大,因此,通过有性生殖产生的杂交后代的表现型种类是很多的。如果把同源染色体的非姐妹染色单体交换引起的基因重组也考虑在内,那么生物通过有性生殖产生的变异就更多了。
由此可见,通过有性生殖过程实现的基因重组,为生物变异提供了极其丰富的来源。这是形成生物多样性的重要原因之一,对于生物进化具有十分重要的意义。
染色体变异:
基因突变是染色体的某一个位点上基因的改变,这种改变在光学显微镜下是看不见的。而染色体变异是可以用显微镜直接观察到的比较明显的染色体变化,如染色体结构的改变、染色体数目的增减等。
染色体结构的变异:
人类的许多遗传病是由染色体结构改变引起的。例如,猫叫综合征是人的第5号染色体部分缺失引起的遗传病,因为患病儿童哭声轻,音调高,很像猫叫而得名。猫叫综合征患者的两眼距离较远,耳位低下,生长发育迟缓,而且存在严重的智力障碍。
在自然条件或人为因素的影响下,染色体发生的结构变异主要有4种:1.染色体中某一片段的缺失;2.染色体增加了某一片段;3.染色体某一片段的位置颠倒了180度;4.染色体的某一片段移接到另一条非同源染色体上。
上述染色体结构的改变,都会使排列在染色体上的基因的数目和排列顺序发生改变,从而导致性状的变异。大多数染色体结构变异对生物体是不利的,有的甚至会导致物体死亡。
染色体数目的变异:
一般来说,每一种生物的染色体数目都是稳定的,但是,在某些特定的环境条件下,生物体的染色体数目会发生改变,从而产生可遗传的变异。染色体数目的变异可以分为两类:一类是细胞内的个别染色体增加或减少,另一类是细胞内的染色体数目以染色体组的形式成倍地增加或减少。
染色体组 在大多数生物的体细胞中,染色体都是两两成对的。例如,果蝇有4对共8条染色体,这4对染色体可以分成两组,每一组中包括3条常染色体和1条性染色体。就雄果蝇来说,在精子形成的过程中,经过减数分裂,染色体的数目减半,所以雄果蝇的精子中含有一组非同源染色体(Ⅹ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ 或 Y、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ)
细胞中的一组非同源染色体,它们在形态和功能上各不相同,但是携带着控制一种生物生长发育、遗传和变异的全部信息,这样的一组染色体,叫做一个染色体组。例如,雄果蝇精子中的这组染色体就组成了一个染色体组。
二倍体和多倍体 由受精卵发育而成的个体,体细胞中含有两个染色体组的叫做二倍体。体细胞中含有三个或三个以上染色体组的叫做多倍体。其中,体细胞中含有三个染色体组的叫做三倍体;体细胞中含有四个染色体组的叫做四倍体。例如,人、果蝇、玉米是二倍体,香蕉是三倍体,马铃薯是四倍体。多倍体在植物中很常见,在动物中比较少见。
多倍体产生的主要原因,是体细胞在有丝分裂的过程中,染色体完成了复制,但是细胞受到外界环境条件(如温度骤变)或生物内部因素的干扰,纺锤体的形成受到破坏,以致染色体不能被拉向两极,细胞也不能分裂成两个子细胞,于是就形成染色体数目加倍的细胞。如果这样的细胞继续进行正常的有丝分裂,就可以发育成染色体数目加倍的组织或个体。
人工诱导多倍体在育种上的应用 与二倍体植株相比,多倍体植株的茎秆粗壮,叶片、果实和种子都比较大,糖类和蛋白质等营养物质的含量都有所增加。例如,四倍体葡萄的果实比二倍体品种的大得多,四倍体番茄的维生素C的含量比二倍体的品种几乎增加了一倍。因此,人们常常采用人工诱导多倍体的方法来获得多倍体,培育新品种。
人工诱导多倍体的方法很多。目前最常用而且最有效的方法,是用秋水仙素来处理萌发的种子或幼苗。当秋水仙素作用于正在分裂的细胞时,能够抑制纺锤体形成,导致染色体不分离,从而引起细胞内染色体数目加倍。染色体数目加倍的细胞继续进行正常的有丝分裂,将来就可以发育成多倍体植株。目前世界各国利用人工诱导多倍体的方法已经培育出不少新品种,如含糖量高的三倍体无子西瓜和甜菜。此外,我国科技工作者还创造出自然界没有的作物----八倍体小黑麦。
单倍体 在生物的体细胞中,染色体的数目不仅可以成倍地增加,还可以成倍地减少。例如,蜜蜂的蜂王和工蜂的体细胞中有32条染色体,而雄蜂的体细胞中只有16条染色体。像蜜蜂的雄蜂这样,体细胞中含有本物种配子染色体数目的个体,叫做单倍体。
在自然条件下,玉米、高粮、水稻、番茄等高等植物,偶尔也会出现单倍体植株。与正常植株相比,单倍体植株长得弱小,而且高度不育。但是,它们在育种上有特殊的意义。育种工作者常常采用花药离体培养的方法来获得单倍体植株,然后经过人工诱导使染色体数目加倍,重新恢复到正常植株的染色体数目。用这种方法得到的植株,不仅能够正常生殖,而且每对染色体上的成对的基因都是纯合的,自交产生的后代不会发生性状分离。因此,利用单倍体植株培育新品种,只需要两年时间,就可以得到一个稳定的纯系品种。与常规的杂交育种方法相比,明显缩短了育种年限。
❷ 请举例说明生物的变异被广泛应用在哪些方面
在农作物、家禽、家畜中,有时会出现对人有益的变异。例如,牛群中可能出现肉质较佳的牛,也可能出现产奶较多的牛。人们挑选这样的牛进行大量繁殖,经过不断地选育,就能得到肉质好或产奶多的新品种。有一些小麦品种在高水肥的条件下产量很高,但是由于植株高,抗倒伏能力差,大风一来,就会大片大片地倒伏,既影响产量,又不容易收割。怎样才能得到既高产又抗倒伏的品种呢?科学工作者利用一种普通的矮秆小麦抗倒伏能力强的特性,将这种小麦与高产的高秆小麦杂交,在后代植株中再挑选秆较矮、抗倒伏、产量较高的植株进行繁殖。经过若干代的选育以后,就得到了高产、矮秆、抗倒伏的小麦新品种。为了得到优良的新品种,人们还采用射线照射和药物处理等手段,使种子里的遗传物质发生改变。在定向选育这些种子发育成的植株或它们的后代中,就会出现各种各样的变异。从中选出对人有益的变异类型,进行,就有可能得到农作物的新品种。
生物的变异是指生物体亲代与子代之间以及子代的个体之间存在差异的现象,包含有利变异和不利变异。具体可分为可遗传变异和不可遗传变异两大类型,前者是遗传物质改变造成的变异。后者只是环境因素造成的变异,其遗传物质没有发生改变,通常所说的生物的变异是指可遗传的变异。
❸ 环境污染引起的生物变异现象有哪些
化石燃料的使用引起温室效应导致地球大气层温度升高并会对生态环境产生连锁影响。如北极圈内特有的植物开花期提前,致使按期而来的蜜蜂因错过开花期而不能授粉,使这些植物数量锐减。世界各地发现的各种生物体异常,说明环境污染对生物物种的影响已经很严重。英国、法国、日本等很多国家对境内河流中生物的性态进行过调查。在英国的爱尔河,发现100%的石斑鱼雄鱼变雌鱼,还有部分平眼鱼出现雌化现象。法国塞纳河中的雄鲽鱼出现排卵现象。在日本,流经东京都的7条河流也发现有25%的雄鲤鱼血清中含卵黄素。1995年在美国明尼苏达州河流和湿地里发现三条腿的畸形青蛙,随后在美国南部、东部、中西部和加拿大发现畸形青蛙,其所占比例达10%。其中有一种叫雕蛙,畸形个体达75%。后来明尼苏达州的研究人员把产生畸形青蛙地区的水取来,用于培养体态正常的非洲瓜蛙,实验结果证明在这种水体里培养的瓜蛙100%的胚胎畸形,这说明不是生物个体的畸变,而是环境污染造成的生物物种变态的结果。1998年挪威科学家在北极发现6只北极雌性小熊长出雄性器官,这一消息在全世界科学家中曾引起轰动。
环境污染对人类及人类活动的影响有一些事例为证:1984年4月26日,原苏联切尔诺贝利核电站核泄露事故后的7年里,有7000多清理人员死亡,在15年后,参加救援的83.4万人中,有5.5万人死亡,15万人残疾。在附近10千米以内的土地,50年内不适于耕作和放牧;附近100千米范围内,10年内不能生产牛奶。这是突发环境污染事件对人类生存影响的明显例证。环境污染对人类生存的影响也是渐变的:中国国家计划生育委员会对1981—1996年的16年中,北京、上海、天津等39个大城市的11726名健康男性的调查表明,由于环境污染,男子的平均射精量(每次)在16年内下降了10.3%,每次射精的平均精子数目减少了18.6%;每次射精的精子活动率降低10.4%,正常形态精子减少8.4%。这和国外的研究结果是一致的:丹麦科学家的统计认为,由于环境污染,在1938—1990年的50多年内,成年男子每次射精量平均减少了20%,精子数目减少40%。另外畸形怪胎发生率的增加也有环境污染的背景。
附录6 环保运动1970年4月22日,由美国哈佛大学学生丹尼斯·海斯发起并组织,全美国共有1万所中小学、2000多所大学的2000多万人游行集会,群情激动。人们高举着受污染的地球模型、巨幅图画、各种表格,高呼口号,进行集会和演讲,强烈要求政府采取措施保护生存环境。第二天,并不关心环境的美国总统尼克松主持召开了会议,成立了一个专门委员会,稍后成立了美国国家环保局。4月22日的行动,也促使美国议会开始制定环保法规。1972年全球人类环境会议在斯德哥尔摩召开,1973年联合国环境规划署成立,此后保护环境的政府机构和组织在世界范围内不断增加。正是因为这次行动产生了这样的结果,人们将4月22日命名为“地球日”,这一天也成为140多个国家的民众进行大规模环保活动的共同纪念日。我国从1990年开始,每年都举行地球日的纪念宣传活动。
1972年6月联合国在瑞典斯德哥尔摩召开第一次全世界范围的“人类环境会议”,发表《人类环境宣言》,提出了人类面临多方面的环境污染和广泛的生态破坏,呼吁人们要共同珍惜环境。这一天,被第27届联合国大会确定为“世界环境日”。联合国根据当年的世界主要环境问题及环境热点,有针对性地制定每年的“世界环境日”的主题。联合国系统和各国政府每年都在这一天开展各种活动,宣传保护和改善人类环境的重要性,联合国环境规划署同时发表《环境现状的年度报告书》,召开表彰“全球500佳”国际会议。
年份“世界环境日”的主题年份“世界环境日”的主题1974只有一个地球1980新的十年,新的挑战—没有破坏的发展1975人类居住1981保护地下水和人类的食物链,防治有毒化学品污染1976水:生命的重要源泉1982纪念斯德哥尔摩人类环境会议十周年—提高环境意识1977关注臭氧层破坏、水土流失、土壤退化和滥伐森林1983管理和处置有害废弃物,防治酸雨破坏和提高能源利用1978没有破坏的发展1984沙漠化1979为了儿童和未来—没有破坏的发展1985青年·人口·环境
附表1 历年“世界环境日”的主题续表年份“世界环境日”的主题年份“世界环境日”的主题1986环境与和平1996我们的地球、居住地、家园1987环境与居住1997为了地球上的生命1988保护环境、持续发展、公众参与1998为了地球上的生命—拯救我们的海洋1989警惕全球变暖1999拯救地球就是拯救未来1990儿童与环境2000环境千年行动起来1991气候变化—需要全球合作2001世间万物生命之网1992只有一个地球—一齐关心,共同分享2002让地球充满生机1993贫穷与环境——摆脱恶性循环2003水—二十亿人生命之所系1994一个地球,一个家庭2004海洋存亡,匹夫有责1995各国人民联合起来,创造更加美好的未来2005人人参与,创建绿色家园
附表1 历年“世界环境日”的主题(续)-11972年起,成立了许多的国际环保组织,专门研究生态环境问题,如“联合国环境规划理事会”、“联合国环境规划署”、“人与生物圈计划”、“联合国野生动物保护基金会”、“联合国人口活动基金会”、“联合国世界环境与发展委员会”、“全球环境基金(GEF)”、“国际地球之友(FoEI)”等。1990年6月在马来西亚东盟组建东盟环境高级官员委员会。许多民间的非政府环保组织也纷纷成立,在保护全球生态环境、普及环境教育、推动全球环境保护合作等领域发挥着重要的作用。如世界“绿色和平组织”、中国的“野生动物保护协会”、“青少年环保志愿者”、为保护藏羚羊而疾呼呐喊的“自然之友”、“北京地球村”等。
国际社会经过协商还签定了各种国际环保公约与协定书。据统计,全球目前有180多个环保公约。另外,还确定了许多的环境日,开展宣传活动,以唤起和增强人们的环境意识。越来越多的人和组织正在加入保护地球、保护家园的活动中。
日期节日名称日期节日名称2月2日世界湿地日7月11日世界人口日3月12日中国植树节8月9日世界土着居民国际日3月21日国际消除种族歧视日9月16日保护臭氧层国际日3月22日世界水日9月27日世界旅游日3月23日世界气象日10月4日国际动物日4月的某一周全国各地的爱鸟周10月14日国际减灾日4月22日世界地球日10月16日世界粮食日5月31日世界无烟日10月17日根除贫困国际日6月4日受侵略戕害无辜儿童国际日10月24—30日裁军周6月5日世界环境日11月16日国际宽容日6月17日世界防治荒漠化和干旱日11月11—18日国际科学与和平周6月25日中国土地日12月29日生物多样化国际日6月26日国际禁毒日
附表2 与环保有关的节日
❹ 生物变异有什么现象
变异会使生物的组织结构、生活习性发生改变。
比如:长翅的昆虫中某一个体发生了变异导致其无翅膀,故其只能爬行觅食 。
还有人类中的唐氏综合症。