生物遗传多样性综述

生物遗传多样性

陈XX 2009XXXXXXX 生命科学学院生物技术09级X班

摘要遗传多样性是生物多样性的重要组成部分。广义的遗传多样性是指地球上生物所携带的各种遗传信息的总和。这些遗传信息储存在生物个体的基因之中。因此，遗传多样性也就是生物的遗传基。狭义的遗传多样性：是指同一生物物种内不同种群之间或同一种群内不同个体之间的遗传变异的总和。主要包括染色体水平的多样性和DNA水平（基因）的变异性。其包括表型的多样性，染色体的多样性，蛋白质的多样性，基因的多样性。遗传的多样性还受环境有关。生物遗传的多样性其对生物的稳定有很重要的意义，所以研究遗传多样性有很重要的意义。

关键词生物多样性遗传多样性基因环境

生物多样性是指地球上的生物所有形式、层次和联合体中生命的多样化，简单地说，生物多样性是生物及其与环境形成的生态复合体以及与此相关的各种生态过程的总和。生物多样性可分为三个层次：基因多样性、物种多样性和生态系统多样性。多样性又包括动物、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。

1.生物多样性概念的提出

第二次世界大战以后，国际社会在发展经济的同时更加关注生物资源的保护问题，并且在拯救珍稀濒危物种、防止自然资源的过度利用等方面开展了很多工作。1948年，由联合国和法国政府创建了世界自然保护联盟（IUCN）。1961年世界野生生物基金会建立。1971年，由联合国教科文组织提出了著名的"人与生物圈计划"。1980年由IUCN等国际自然保护组织编制完成的《世界自然保护大纲》正式颁布，该大纲提出了要把自然资源的有效保护与资源的合理利用有机地结合起来的观点，对促进世界各国加强生物资源的保护工作起到了极大的推动作用。

20世纪80年代以后，人们在开展自然保护的实践中逐渐认识到，自然界中各个物种之间、生物与周围环境之间都存在着十分密切的联系，因此自然保护仅仅着眼于对物种本身进行保护是远远不够的，往往也是难于取得理想的效果的。要拯救珍稀濒危物种，不仅要对所涉及的物种的野生种群进行重点保护，而且还要保护好它们的栖息地。或者说，需要对物种所在的整个生态系统进行有效的保护。在这样的背景下，生物多样性的概念便应运而生了。

2.生物多样性的主要组成

通常包括遗传多样性、物种多样性和生态系统多样性三个组成部分。

（1）物种多样性 (species diversity)

物种多样性是群落生物组成结构的重要指标，它不仅可以反映群落组织化水平，而且可以通过结构与功能的关系间接反映群落功能的特征。

生物群落多样性研究始于本世纪初叶，当时的工作主要集中于群落中物种面积关系的探讨和物种多度关系的研究。1943年，Williams在研究鳞翅目昆虫物种多样性时，首次提出了"多样性指数"的概念，之后大量有关群落物种多样性的概念、原理、及测度方法的论文和专著被发表，形成了大量的物种多样性指数，一度给群落多样性的测度造成了一定混乱。自70年代以后，Whittaker（1972）、

Pielou（1975）、Washington（1984）和Magurran（1988）等对生物群落多样性测度方法进行了比较全面的综述，对这一领域的发展起到了积极的推动作用。

生物多样性通常包含三层含义，即生态系统多样性、物种多样性和遗传多样性。狭义的遗传多样性是指物种的种内个体或种群间的遗传（基因）变化，亦称为基因多样性。广义的遗传多样性是指地球上所有生物的遗传信息的总和。物种多样性是指一定区域内生物钟类（包括动物、植物、微生物）的丰富性，即物种水平的生物多样性及其变化，包括一定区域内生物区系的状况（如受威胁状况和特有性等）、形成、演化、分布格局及其维持机制等。生态系统多样性是指生物群落及其生态过程的多样性，以及生态系统的内生境差异、生态过程变化的多样性等。

（2）遗传多样性(genetic diversity)

遗传多样性的内容包括基因多样性、染色体多样性、蛋白质多样性等。

①.基因多样性

基因的多样性主要是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。

A．碱基置换：某位点一对碱基改变造成的。

B．移码突变：某位点添加或减少1-2对碱基造成的。

C．缺失突变：基因内部缺失某个DNA小段造成的。

D．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。

一.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。

二.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。

三.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。

四.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。

五．不定向性。例如控制黑毛Ａ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-。

②.染色体多样性

(1)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。

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。

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。

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。

(2)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30～35％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％。

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。

③.蛋白质多样性

蛋白质是生物体中广泛存在的一类生物大分子，是生命的物质基础。蛋白质是由α—氨基酸按一定顺序结合形成一条多肽链，再由一条或一条以上的多肽链按照其特定方式结合而成的高分子化合物。蛋白质就是构成人体组织器官的支

架和主要物质，在人体生命活动中，起着重要作用，可以说没有蛋白质就没有生命活动的存在。

蛋白质是以氨基酸为基本单位构成的生物大分子。蛋白质分子上氨基酸的序列和由此形成的立体结构构成了蛋白质结构的多样性。蛋白质具有一级、二级、三级、四级结构，蛋白质分子的结构决定了它的功能。

一级结构：蛋白质多肽链中氨基酸的排列顺序，以及二硫键的位置。

二级结构：蛋白质分子局区域内，多肽链沿一定方向盘绕和折叠的方式。

三级结构：蛋白质的二级结构基础上借助各种次级键卷曲折叠成特定的球状分子结构的空间构象。

四级结构：多亚基蛋白质分子中各个具有三级结构的多肽链，以适当的方式聚合所形成的蛋白质的三维结构。用约20种氨基酸作原料，在细胞质中的核糖体上，将氨基酸分子互相连接成肽链。一个氨基酸分子的氨基，脱去一分子水而连接起来，这种结合方式叫做脱水缩合。通过缩合反应，在羧基和氨基之间形成的连接两个氨基酸分子的那个键叫做肽键。由肽键连接形成的化合物称为肽。3.遗传多样性的总结与发展

首先，物种或居群的遗传多样性大小是长期进化的产物，是其生存适应和发展进化的前提。一个居群或物种遗传多样性越高或遗传变异越丰富，对环境变化的适应能力就越强越；容易扩展其分布范围和开拓新的环境。

其次，遗传多样性是保护生物学研究的核心之一，不了解种内遗传变异的大小时空分布及其与环境条件的关系，我们就无法采取科学有效的措施来保护人类赖以生存的遗传资源基因，来挽救濒于绝灭的物种，保护受到威胁的物种。对于我们所不了解的

对象，我们是无法保护的。对珍稀濒危物种保护方针和措施的制定，如采样策略迁地或就地保护的选样等等都有赖于我们对物种遗传多样性的认识。

再者，对遗传多样性的认识是生物各分支学科重要的背景资料。古老的分类学或系统学几百年来都在不懈地探索描述和解释生物界的多样性，并试图建立个能反映自然或系统发育关系的阶层系统，以及建立一个便利而实用的资料（信息）存取或查寻系统。对遗传多样性的研究无疑有助于人们更清楚地认识生物多样性的起源和进化，尤其能加深人们对微观进化的认识，力动植物的分类进化研究提供有益的资料，进而为动植物育种和遗传改良奠定基础。

参考文献

《普通遗传学》第二版杨业华主编第8章第9章第12章第13章第15章第16章《现代遗传学概论》浙江大学出版社石春海主编第3章：第二节～第五节

《生物化学》第三版王镜岩朱圣庚徐长法主编高等教育出版社

《微生物工程》第二版曹军卫马辉文张甲耀主编科学出版社