遺傳學(xué)概論生物多樣性論文.doc

浙江大學(xué)20092010學(xué)年秋學(xué)期現(xiàn)代遺傳學(xué)概論課程論文題目：試述自然界生物多樣性產(chǎn)生的遺傳學(xué)原理，人類如何收集和創(chuàng)造更多的生物資源，并舉例說明。姓名：李穆真 學(xué)號(hào)：3090103719 專業(yè)：理科大類生物多樣性是指一定范圍內(nèi)多種多樣活的有機(jī)體有規(guī)律地結(jié)合所構(gòu)成穩(wěn)定的生態(tài)綜合體，這種多樣性包括動(dòng)物、植物、微生物的物種多樣性，物種的遺傳與變異的多樣性及生態(tài)系統(tǒng)的多樣性。其中，遺傳多樣性是指生物體內(nèi)決定性狀的遺傳因子及其組合的多樣性。物種多樣性是生物多樣性在物種上的表現(xiàn)形式。變異是生物多樣性的主要源泉，變異的類型有基因突變、染色體結(jié)構(gòu)變異和染色體數(shù)量變異。一、 基因突變基因突變是指染色體上某一基因位點(diǎn)內(nèi)部發(fā)生了化學(xué)性質(zhì)的改變，與原來基因形成對(duì)性關(guān)系，是生物進(jìn)化的原材料。按照基因結(jié)構(gòu)改變的類型，基因突變可分為堿基置換、移碼、缺失和插入4種。1堿基置換：某位點(diǎn)一對(duì)堿基改變?cè)斐傻摹?移碼突變：某位點(diǎn)添加或減少1-2對(duì)堿基造成的。3缺失突變：基因內(nèi)部缺失某個(gè)DNA小段造成的。4插入突變：基因內(nèi)部增添一小段外源DNA造成的。不論是真核生物還是原核生物的突變，也不論是什么類型的突變，都具有隨機(jī)性、低頻性和可逆性的特點(diǎn)。1.隨機(jī)性。指基因突變的發(fā)生在時(shí)間上、在發(fā)生這一突變的個(gè)體上、在發(fā)生突變的基因上，都是隨機(jī)的。在高等植物中所發(fā)現(xiàn)的無數(shù)突變都說明基因突變的隨機(jī)性。2.低頻性。突變是極為稀有的，基因以極低的突變率（生物界總體平均為0.0001%）發(fā)生突變。3.可逆性。突變基因又可以通過突變而成為野生型基因，這一過程稱為回復(fù)突變 。正向突變率總是高于回復(fù)突變率，一個(gè)突變基因內(nèi)部只有一個(gè)位置上的結(jié)構(gòu)改變 才能使它恢復(fù)原狀。4.少利多害性。一般基因突變會(huì)產(chǎn)生不利的影響，被淘汰或是死亡，只有極少數(shù)會(huì)使物種增強(qiáng)適應(yīng)性。5不定向性。例如控制黑毛基因可能突變?yōu)榭刂瓢酌腶+，也有可能突變成控制綠毛的a-。如鐮刀型細(xì)胞貧血癥，其特點(diǎn)是病人的血紅蛋白亞基N端的第六個(gè)氨基酸殘基是纈氨酸（vol），而不是正常的谷氨酸殘基(Glu)。蛋白質(zhì)多肽鏈中個(gè)別氨基酸的變化，歸根到底是遺傳物質(zhì)DNA中個(gè)別堿基的改變。是遺傳物質(zhì)DNA中一個(gè)CTT變成CAT，即其中一個(gè)堿基T變成A，以致產(chǎn)生病變。2二、染色體結(jié)構(gòu)變異染色體結(jié)構(gòu)變異的發(fā)生是內(nèi)因和外因共同作用的結(jié)果,外因有各種射線、化學(xué)藥劑、溫度的劇變等,內(nèi)因有生物體內(nèi)代謝過程的失調(diào)、衰老等。在這些因素的作用下, 染色體可能發(fā)生斷裂,斷裂端具有愈合與重接的能力。當(dāng)染色體在不同區(qū)段發(fā)生斷裂后,在同一條染色體內(nèi)或不同的染色體之間以不同的方式重接時(shí),就會(huì)導(dǎo)致各種結(jié)構(gòu)變異的出現(xiàn)。分別有這幾種結(jié)構(gòu)變異的情況。1 缺失。缺失是指染色體上某一區(qū)段及其帶有的基因一起丟失,從而引起變異的現(xiàn)象。缺失的斷片如為染色體臂的外端區(qū)段,則稱頂端缺失；如為染色體臂的中間區(qū)段,則稱中間缺失。缺失的純合體可能引起致死或表現(xiàn)型異常。在雜合體中如攜有顯性等位基因的染色體區(qū)段缺失，則隱性等位基因得以實(shí)現(xiàn)其表型效應(yīng)，出現(xiàn)假顯性。缺失引起的遺傳效應(yīng)隨著缺失片段大小和細(xì)胞所處發(fā)育時(shí)期的不同而不同。在個(gè)體發(fā)育中，缺失發(fā)生得越早，影響越大，缺失的片段越大，對(duì)個(gè)體的影響也越嚴(yán)重，重則引起個(gè)體死亡，輕則影響個(gè)體的生活能力。在人類遺傳中，染色體缺失常會(huì)引起較嚴(yán)重的遺傳性疾病，如貓叫綜合征等。2 重復(fù)。染色體上增加了相同的某個(gè)區(qū)段而引起變異的現(xiàn)象,叫做重復(fù)。在重復(fù)雜合體中,當(dāng)同源染色體聯(lián)會(huì)時(shí),發(fā)生重復(fù)的染色體的重復(fù)區(qū)段通常形成一個(gè)拱形結(jié)構(gòu),或者比正常染色體多出一段。重復(fù)引起的遺傳效應(yīng)比缺失小，對(duì)生物體的不利影響一般也小于缺失，因而在自然群體中較易保存。重復(fù)對(duì)生物的進(jìn)化有重要作用。這是因?yàn)椤岸嘤嗟幕蚩赡芟蚨鄠€(gè)方向突變,而不致于損害細(xì)胞和個(gè)體的正常機(jī)能”。突變的最終結(jié)果，有可能使“多余的基因成為一個(gè)能執(zhí)行新功能的新基因”，從而為生物適應(yīng)新環(huán)境提供了機(jī)會(huì)。因此,在遺傳學(xué)上往往把重復(fù)看做是新基因的一個(gè)重要來源。例如, 果蠅的棒眼就是X染色體特定區(qū)段重復(fù)的結(jié)果。3 倒位。指某染色體的內(nèi)部區(qū)段發(fā)生180的倒轉(zhuǎn),而使該區(qū)段的原來基因順序發(fā)生顛倒的現(xiàn)象。倒位區(qū)段只涉及染色體的一個(gè)臂，稱為臂內(nèi)倒位；涉及包括著絲粒在內(nèi)的兩個(gè)臂，稱為臂間倒位。倒位的遺傳效應(yīng)首先是改變了倒位區(qū)段內(nèi)外基因的連鎖關(guān)系，同時(shí)還使基因的正常表達(dá)因位置改變而有所變化。倒位純合體通常不能和原種個(gè)體進(jìn)行有性生殖，但是這樣形成的生殖隔離，為新物種的進(jìn)化提供了有利條件。例如,普通果蠅的第3號(hào)染色體上有三個(gè)基因按猩紅眼桃色眼三角翅脈的順序排列(StPDl)；同是這三個(gè)基因，在另一種果蠅中的順序是StDlP，僅僅這一倒位的差異便構(gòu)成了兩個(gè)物種之間的差別。4易位。易位是指一條染色體的某一片段移接到另一條非同源染色體上，從而引起變異的現(xiàn)象。如果兩條非同源染色體之間相互交換片段,叫做相互易位。相互易位的遺傳效應(yīng)主要是產(chǎn)生部分異常的配子，使配子的育性降低或產(chǎn)生有遺傳病的后代。易位的直接后果是使原有的連鎖群改變。易位雜合體所產(chǎn)生的部分配子含有重復(fù)或缺失的染色體，從而導(dǎo)致部分不育或半不育。易位在生物進(jìn)化中具有重要作用。例如,在17個(gè)科的29個(gè)屬的種子植物中,都有易位產(chǎn)生的變異類型,直果曼陀羅的近100個(gè)變種，就是不同染色體易位的結(jié)果。三、染色體數(shù)量變異1整倍性變異。指以一定染色體數(shù)為一套的染色體組呈整倍增減的變異。一倍體只有1個(gè)染色體組，一般以X表示。二倍體具有 2個(gè)染色體組。具有3個(gè)或3個(gè)以上染色體組者統(tǒng)稱多倍體，如三倍體、四倍體、五倍體、六倍體等。一般奇數(shù)多倍體由于減數(shù)分裂不正常而導(dǎo)致嚴(yán)重不育。如果增加的染色體組來自同一物種，則稱同源多倍體。如直接使某二倍體物種的染色體數(shù)加倍，所產(chǎn)生的四倍體就是同源四倍體。如使不同種、屬間雜種的染色體數(shù)加倍，所形成的多倍體則稱為異源多倍體。異源多倍體在植物中相當(dāng)普遍，據(jù)統(tǒng)計(jì)約有3035的被子植物存在多倍體系列，而禾本科植物中的異源多倍體則高達(dá) 75。栽培植物中有許多是天然的異源多倍體，如普通小麥為異源六倍體、陸地棉和普通煙草均為異源四倍體。2非整倍性變異。生物體的2n染色體數(shù)增或減一個(gè)至幾個(gè)染色體或染色體臂的現(xiàn)象。出現(xiàn)這種現(xiàn)象的個(gè)體稱為非整倍體。其中涉及完整染色體的非整倍體稱初級(jí)非整倍體；涉及染色體臂的非整倍體稱次級(jí)非整倍體。染色體數(shù)的非整倍性變異可引起生物體的遺傳不平衡和減數(shù)分裂異常，從而造成活力與育性的下降。但生物體對(duì)染色體增加的忍受能力一般要大于對(duì)染色體丟失的忍受能力。同時(shí)1條染色體的增減所造成的不良影響一般也小于1條以上染色體的增減。利用非整倍體系列向栽培植物導(dǎo)入有益的外源染色體和基因亦有重要的應(yīng)用價(jià)值。如小麥品種小偃 759就是普通小麥增加了 1對(duì)長穗偃麥草染色體的異附加系，而蘭粒小麥則為普通小麥染色體4D被長穗偃麥草染色體4E所代換的異代換系。生物在進(jìn)化過程中不斷遺傳與變異，導(dǎo)致基因頻率不斷發(fā)生改變，直至形成新的物種，形成生物多樣性。生物資源是自然資源的有機(jī)組成部分，是指生物圈中，對(duì)人類具有一定價(jià)值的動(dòng)物，植物，微生物以及它們所組成的生物群落。收集這些資源可以采用雜交育種、單倍體育種、多倍體育種、基因工程和細(xì)胞工程育種等。雜交育種是指不同種群、不同基因型個(gè)體間進(jìn)行雜交，并在其雜種后代中通過選擇而育成純合品種的方法。比如馬的力量大，驢子耐力強(qiáng)，馬和驢交配，生下騾子，騾子個(gè)大，既具有驢的負(fù)重能力和抵抗能力，有有馬的靈活性和奔跑能力。單倍體育種即利用花藥培養(yǎng)等方法誘導(dǎo)產(chǎn)生單倍體，并使其單一的染色體各自加倍成對(duì)，成為有活力、能正常結(jié)實(shí)的純合體，從而選育出新的品種。單倍體植株中由隱性基因控制的性狀,雖經(jīng)染色體加倍,但由于沒有顯性基因的掩蓋而容易顯現(xiàn)。這對(duì)誘變育種和突變遺傳研究很有好處。在誘導(dǎo)頻率較高時(shí)，單倍體能在植株上較充分地顯現(xiàn)重組的配子類型，可提供新的遺傳資源和選擇材料。應(yīng)用單倍體育種法改良作物品種，已育成了一些煙草、水稻、小麥等優(yōu)良品種。多倍體育種即通過細(xì)胞染色體組加倍獲得多倍體育種材料，用以選育花卉新品種的技術(shù)。最常用、最有效的多倍體育種方法是用秋水仙素或低溫來處理萌發(fā)的種子或幼苗。秋水仙素能抑制細(xì)胞有絲分裂時(shí)形成紡錘體，但不影響染色體的復(fù)制，使細(xì)胞不能形成兩個(gè)子細(xì)胞，而染色數(shù)目加倍。通過多倍體育種已經(jīng)培育出了三倍體甜菜，三倍體無籽西瓜，三倍體無籽香蕉等同源多倍體和六倍體小黑麥，八倍體小黑麥等。基因工程又稱基因拼接技術(shù)和DNA重組技術(shù)，將不同來源的基因(DNA分子)，按預(yù)先設(shè)計(jì)的藍(lán)圖，在體外構(gòu)建雜種DNA分子，然后導(dǎo)入活細(xì)胞，改變生物原有的遺傳特性、獲得新品種、生產(chǎn)新產(chǎn)品。比如干擾素是一類由機(jī)體某些細(xì)胞（如白細(xì)胞）受病毒感染或者某種誘導(dǎo)劑作用下產(chǎn)生的低分子蛋白質(zhì)，它能夠調(diào)節(jié)免疫細(xì)胞功能、抑制病毒蛋白質(zhì)合成，抑制腫瘤細(xì)胞生長。但是，從人血白細(xì)胞中提取干擾素不僅價(jià)格昂貴，而且產(chǎn)量很低。近些年,隨著分子生物學(xué)的發(fā)展和基因工程技術(shù)的誕生,干擾素可以通過導(dǎo)入宿主細(xì)胞(如大腸桿菌、酵母菌、哺乳動(dòng)物細(xì)胞等)中, 經(jīng)大規(guī)模細(xì)胞培養(yǎng)發(fā)酵技術(shù)獲得。大大降低了成本。細(xì)胞工程育種主要是指利用花藥組織培養(yǎng)、原生質(zhì)體培養(yǎng)、體細(xì)胞融合與雜交等技術(shù)進(jìn)行育種的方法.年，德國的梅羅帕斯博士用細(xì)胞融合的方法培育出了馬鈴薯（土豆）和番茄的雜交后代薯番茄。先用酶液除去馬鈴薯、番茄的細(xì)胞壁，然后將兩種去壁細(xì)胞（原生質(zhì)體）等量混合，在混合液中加進(jìn)聚乙二醇溶液，使原生質(zhì)體緊密粘聚，再用高鈣和高溶液處理，兩種原生質(zhì)體的融合率高達(dá)。除此之外，人們還需要?jiǎng)?chuàng)造所需的生物資源，即進(jìn)行人工誘發(fā)變異。人工誘變可分為物理因素誘變和化學(xué)因素誘變。一、 物理因素誘變。基因突變需要相當(dāng)大的能量，輻射是能量來源。因此，物理因素誘變可分為電離輻射誘變和非電離輻射誘變。電離輻射誘變可分為內(nèi)照射和外照射。內(nèi)照射一般采用浸泡或注射法，使輻射源滲入生物體內(nèi)，在體內(nèi)放出射線進(jìn)行誘變。外照射是使輻射源與接收照射物體保持一定距離，讓射線從物體之外透入體內(nèi)，從而進(jìn)行誘變。非電離輻射誘變主要是紫外線照射。在太空中進(jìn)行的空間誘變也是一項(xiàng)有效的人工誘變技術(shù)。太空中存在的各種物理射線，失重，超凈，無地球磁場(chǎng)影響以及衛(wèi)星發(fā)射和返回時(shí)的劇烈震動(dòng)都是產(chǎn)生誘變的重要原因。太空育種具有有益的變異多、變幅大、穩(wěn)定快，以及高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、早熟、抗病力強(qiáng)等特點(diǎn)。通過太空育種，培育出了一批新的突變類型和具有優(yōu)良性狀的新品種。例如水稻種子經(jīng)衛(wèi)星搭載，獲得了植株高、分孽力強(qiáng)、穗型大籽粒飽滿和生育期短的性狀變異。增產(chǎn)20%，單季畝產(chǎn)400-600千克，最高達(dá)750千克。蛋白質(zhì)含量增加8%-20%，氨基酸總含量提高53%。 太空小麥培育出矮桿、早熟、抗倒伏、抗病害、蛋白質(zhì)含量高的豐產(chǎn)類型。太空青椒枝葉粗壯，果大肉厚，免疫力強(qiáng)。單果重350-600克，單季畝產(chǎn)3500-4000千克，最高可達(dá)5000千克，比普通青椒增產(chǎn)20%-30%，所含維生素C提高20%，可溶性固形物提高25%，病情指數(shù)減輕55%。二、化學(xué)因素誘變化學(xué)因素誘變即用化學(xué)誘變劑處理植物材料，以誘發(fā)遺傳物質(zhì)的突變，從而引起形態(tài)特征的變異，然后根據(jù)育種目標(biāo)，對(duì)這些變異進(jìn)行鑒定、培育和選擇，最終育成新品種?；瘜W(xué)誘變劑主要有烷化劑,天然堿基類似物,氯化鋰、亞硝基化合物、疊氮化物、堿基類似物、抗生素、羥胺和吖啶等嵌入染料。比如采用含有化學(xué)誘變劑EMS的石蠟油，直接處理玉米自交系黃早4和7922的成熟花粉，并結(jié)合M_2代突變基因的等位性測(cè)驗(yàn)，對(duì)花粉化學(xué)誘變創(chuàng)造特用玉米進(jìn)行了研究。結(jié)果表明，在不同EMS處理濃度下，白色胚乳基因yl的誘變率平均為35.22%，最高達(dá)到150.38%，1.6710(-3)可作為EMS誘發(fā)yl基因突變的參考濃度。糖胚乳基因sul、糯胚乳基因wxl、脆胚乳基因btl和直鏈淀粉擴(kuò)充基因ael的單基因誘突率分別為2.5410(-3)、l.0910(-3)、0.3610(-3)和 0.3610(-3)。sul和wxl的誘變率至少是自然突變率的1001000倍。由于發(fā)生的是點(diǎn)突變，得到的為原親本自交系的等基因突變體，因此該技術(shù)在育種實(shí)踐和基礎(chǔ)研究中具有重要意義。綜上，生物體通過基因突變，染色體結(jié)構(gòu)變異和染色體數(shù)目變異等方式產(chǎn)生新的基因型，改變基因頻率，在漫長的進(jìn)化道路上逐漸演變成不同物種，形成生物多樣性。收集生物資源，收集對(duì)人類有價(jià)值的已產(chǎn)生得優(yōu)良性狀，可以采用多種育種方式以及基因工程和細(xì)胞工程等。而開發(fā)創(chuàng)造新的優(yōu)良性狀，則可以選擇人工誘變的方法。參考資料：現(xiàn)代遺傳學(xué)概論 浙江大學(xué)出版社 主編：石春海 第三章：第二節(jié)第五節(jié) /view/6597.htm?fr=ala0http:/baike.baidu.