生物遺傳多樣性綜述

1、生物遺傳多樣性陳XX 2009XXXXXXX 生命科學學院 生物技術(shù)09級X班摘要 遺傳多樣性是生物多樣性的重要組成部分。廣義的遺傳多樣性是指地球上生物所攜帶的各種遺傳信息的總和。這些遺傳信息儲存在生物個體的基因之中。因此，遺傳多樣性也就是生物的遺傳基。狹義的遺傳多樣性：是指同一生物物種內(nèi)不同種群之間或同一種群內(nèi)不同個體之間的遺傳變異的總和。主要包括染色體水平的多樣性和DNA水平（基因）的變異性。其包括表型的多樣性，染色體的多樣性，蛋白質(zhì)的多樣性，基因的多樣性。遺傳的多樣性還受環(huán)境有關(guān)。生物遺傳的多樣性其對生物的穩(wěn)定有很重要的意義，所以研究遺傳多樣性有很重要的意義。關(guān)鍵詞 生物多樣性 遺傳多樣

2、性 基因 環(huán)境 生物多樣性是指地球上的生物所有形式、層次和聯(lián)合體中生命的多樣化，簡單地說，生物多樣性是生物及其與環(huán)境形成的生態(tài)復合體以及與此相關(guān)的各種生態(tài)過程的總和。生物多樣性可分為三個層次：基因多樣性、物種多樣性和生態(tài)系統(tǒng)多樣性。多樣性又包括動物、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。1. 生物多樣性概念的提出第二次世界大戰(zhàn)以后，國際社會在發(fā)展經(jīng)濟的同時更加關(guān)注生物資源的保護

3、問題，并且在拯救珍稀瀕危物種、防止自然資源的過度利用等方面開展了很多工作。1948年，由聯(lián)合國和法國政府創(chuàng)建了世界自然保護聯(lián)盟（IUCN）。1961年世界野生生物基金會建立。1971年，由聯(lián)合國教科文組織提出了著名的人與生物圈計劃。1980年由IUCN等國際自然保護組織編制完成的世界自然保護大綱正式頒布，該大綱提出了要把自然資源的有效保護與資源的合理利用有機地結(jié)合起來的觀點，對促進世界各國加強生物資源的保護工作起到了極大的推動作用。20世紀80年代以后，人們在開展自然保護的實踐中逐漸認識到，自然界中各個物種之間、生物與周圍環(huán)境之間都存在著十分密切的聯(lián)系，因此自然保護僅僅著眼于對物種本身進行保護

4、是遠遠不夠的，往往也是難于取得理想的效果的。要拯救珍稀瀕危物種，不僅要對所涉及的物種的野生種群進行重點保護，而且還要保護好它們的棲息地?；蛘哒f，需要對物種所在的整個生態(tài)系統(tǒng)進行有效的保護。在這樣的背景下，生物多樣性的概念便應運而生了。2. 生物多樣性的主要組成通常包括遺傳多樣性、物種多樣性和生態(tài)系統(tǒng)多樣性三個組成部分。（1） 物種多樣性 (species diversity) 物種多樣性是群落生物組成結(jié)構(gòu)的重要指標，它不僅可以反映群落組織化水平，而且可以通過結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系間接反映群落功能的特征。 生物群落多樣性研究始于本世紀初葉，當時的工作主要集中于群落中物種面積關(guān)系的探討和物種多度關(guān)系的研

5、究。1943年，Williams在研究鱗翅目昆蟲物種多樣性時，首次提出了多樣性指數(shù)的概念，之后大量有關(guān)群落物種多樣性的概念、原理、及測度方法的論文和專著被發(fā)表，形成了大量的物種多樣性指數(shù)，一度給群落多樣性的測度造成了一定混亂。自70年代以后，Whittaker（1972）、Pielou（1975）、Washington（1984）和Magurran（1988）等對生物群落多樣性測度方法進行了比較全面的綜述，對這一領(lǐng)域的發(fā)展起到了積極的推動作用。生物多樣性通常包含三層含義，即生態(tài)系統(tǒng)多樣性、物種多樣性和遺傳多樣性。狹義的遺傳多樣性是指物種的種內(nèi)個體或種群間的遺傳（基因）變化，亦稱為基因多樣性。廣

6、義的遺傳多樣性是指地球上所有生物的遺傳信息的總和。物種多樣性是指一定區(qū)域內(nèi)生物鐘類（包括動物、植物、微生物）的豐富性，即物種水平的生物多樣性及其變化，包括一定區(qū)域內(nèi)生物區(qū)系的狀況（如受威脅狀況和特有性等）、形成、演化、分布格局及其維持機制等。生態(tài)系統(tǒng)多樣性是指生物群落及其生態(tài)過程的多樣性，以及生態(tài)系統(tǒng)的內(nèi)生境差異、生態(tài)過程變化的多樣性等。（2）遺傳多樣性(genetic diversity)遺傳多樣性的內(nèi)容包括基因多樣性、染色體多樣性、蛋白質(zhì)多樣性等。.基因多樣性基因的多樣性主要是基因突變基因突變是指染色體上某一基因位點內(nèi)部發(fā)生了化學性質(zhì)的改變，與原來基因形成對性關(guān)系，是生物進化的原材料。按照

7、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。A堿基置換：某位點一對堿基改變造成的。B移碼突變：某位點添加或減少1-2對堿基造成的。C缺失突變：基因內(nèi)部缺失某個DNA小段造成的。D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，都具有隨機性、低頻性和可逆性的特點。一.隨機性。指基因突變的發(fā)生在時間上、在發(fā)生這一突變的個體上、在發(fā)生突變的基因上，都是隨機的。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性。二.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。三.可逆性。突變基因又

8、可以通過突變而成為野生型基因，這一過程稱為回復突變 。正向突變率總是高于回復突變率，一個突變基因內(nèi)部只有一個位置上的結(jié)構(gòu)改變 才能使它恢復原狀。四.少利多害性。一般基因突變會產(chǎn)生不利的影響，被淘汰或是死亡，只有極少數(shù)會使物種增強適應性。五不定向性。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-。.染色體多樣性(1)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

9、同的染色體之間以不同的方式重接時,就會導致各種結(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現(xiàn)其表型效應，出現(xiàn)假顯性。缺失引起的遺傳效應隨著缺失片段大小和細胞所處發(fā)育時期的不同而不同。在個體發(fā)育中，缺失發(fā)生得越早，影響越大，缺失的片段越大，對個體的影響也越嚴重，重則引起個體死亡，輕則影響個體的生活能力。2 重復。染色體上增加了相同的

10、某個區(qū)段而引起變異的現(xiàn)象,叫做重復。在重復雜合體中,當同源染色體聯(lián)會時,發(fā)生重復的染色體的重復區(qū)段通常形成一個拱形結(jié)構(gòu),或者比正常染色體多出一段。重復引起的遺傳效應比缺失小，對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。重復對生物的進化有重要作用。這是因為“多余的基因可能向多個方向突變,而不致于損害細胞和個體的正常機能”。突變的最終結(jié)果，有可能使“多余的基因成為一個能執(zhí)行新功能的新基因”，從而為生物適應新環(huán)境提供了機會。因此,在遺傳學上往往把重復看做是新基因的一個重要來源。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

11、的一個臂，稱為臂內(nèi)倒位；涉及包括著絲粒在內(nèi)的兩個臂，稱為臂間倒位。倒位的遺傳效應首先是改變了倒位區(qū)段內(nèi)外基因的連鎖關(guān)系，同時還使基因的正常表達因位置改變而有所變化。倒位純合體通常不能和原種個體進行有性生殖，但是這樣形成的生殖隔離，為新物種的進化提供了有利條件。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或缺失的染色體，從而導致部分不育或半不育。易位在生物

12、進化中具有重要作用。(2)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個染色體組，一般以X表示。二倍體具有 2個染色體組。具有3個或3個以上染色體組者統(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)分裂不正常而導致嚴重不育。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普遍，據(jù)統(tǒng)計約有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 75。2非整倍性變異

13、。生物體的2n染色體數(shù)增或減一個至幾個染色體或染色體臂的現(xiàn)象。出現(xiàn)這種現(xiàn)象的個體稱為非整倍體。其中涉及完整染色體的非整倍體稱初級非整倍體；涉及染色體臂的非整倍體稱次級非整倍體。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。但生物體對染色體增加的忍受能力一般要大于對染色體丟失的忍受能力。同時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入有益的外源染色體和基因亦有重要的應用價值。.蛋白質(zhì)多樣性蛋白質(zhì)是生物體中廣泛存在的一類生物大分子，是生命的物質(zhì)基礎(chǔ)。蛋白質(zhì)是由氨基酸按一定順序結(jié)合形成一條多肽鏈，再由一條或一

14、條以上的多肽鏈按照其特定方式結(jié)合而成的高分子化合物。蛋白質(zhì)就是構(gòu)成人體組織器官的支架和主要物質(zhì)，在人體生命活動中，起著重要作用，可以說沒有蛋白質(zhì)就沒有生命活動的存在。蛋白質(zhì)是以氨基酸為基本單位構(gòu)成的生物大分子。蛋白質(zhì)分子上氨基酸的序列和由此形成的立體結(jié)構(gòu)構(gòu)成了蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的多樣性。蛋白質(zhì)具有一級、二級、三級、四級結(jié)構(gòu)，蛋白質(zhì)分子的結(jié)構(gòu)決定了它的功能。一級結(jié)構(gòu)：蛋白質(zhì)多肽鏈中氨基酸的排列順序，以及二硫鍵的位置。 二級結(jié)構(gòu)：蛋白質(zhì)分子局區(qū)域內(nèi)，多肽鏈沿一定方向盤繞和折疊的方式。 三級結(jié)構(gòu)：蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上借助各種次級鍵卷曲折疊成特定的球狀分子結(jié)構(gòu)的空間構(gòu)象。 四級結(jié)構(gòu)：多亞基蛋白質(zhì)分子中各個具

15、有三級結(jié)構(gòu)的多肽鏈，以適當?shù)姆绞骄酆纤纬傻牡鞍踪|(zhì)的三維結(jié)構(gòu)。用約20種氨基酸作原料，在細胞質(zhì)中的核糖體上，將氨基酸分子互相連接成肽鏈。一個氨基酸分子的氨基，脫去一分子水而連接起來，這種結(jié)合方式叫做脫水縮合。通過縮合反應，在羧基和氨基之間形成的連接兩個氨基酸分子的那個鍵叫做肽鍵。由肽鍵連接形成的化合物稱為肽。3.遺傳多樣性的總結(jié)與發(fā)展首先，物種或居群的遺傳多樣性大小是長期進化的產(chǎn)物，是其生存適應和發(fā)展進化的前提。一個居群或物種遺傳多樣性越高或遺傳變異越豐富，對環(huán)境變化的適應能力就越強越；容易擴展其分布范圍和開拓新的環(huán)境。其次，遺傳多樣性是保護生物學研究的核心之一，不了解種內(nèi)遺傳變異的大小時空分布及其與環(huán)境條件的關(guān)系，我們就無法采取科學有效的措施來保護人類賴以生存的遺傳資源基因，來挽救瀕于絕滅的物種，保護受到威脅的物種。對于我們所不了解的 對象，我們是無法保護的。對珍稀瀕危物種保護方針和措施的制定，如采樣策略遷地或就地保護的選樣等等都有賴于我們對物種遺傳多樣性的認識。再者，對遺傳多樣性的認識是生物各分支學科重要的背景資料。古老的分類學或系統(tǒng)學幾百年來都在不懈地探索描述和解釋生物界的多樣性，并試圖建立個能反映自然或系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系的階層系統(tǒng)