生物的遺傳和變異

生物的遺傳和變異，就是指生物體的性狀會從親代傳給后代，有的后代性狀會發生變異。諺語“種瓜得瓜，種豆得豆”、“貓生貓，鴨生鴨”、“一樹結果，酸甜各異”、“一豬生九子，一窩十個相”，就是對遺傳和變異現象的生動描述。

生物都具有遺傳和變異的現象。這是什么原因呢？從19世紀60年以來很多生物學家對此進行了深入詳細的研究。1865年奧地利生物學家孟德爾通過豌豆雜交實驗，提出了生物的性狀，是由遺傳因子控制的，但是當時所說的遺傳因子僅僅是邏輯推理的概念。20世紀初期遺傳學家們通過果蠅的遺傳實驗，認識到細胞核中染色體含有起遺傳效應的基因，從而得出了染色體是基因的載體的結論。但是，對于基因的化學組成還不是很清楚。直到20世紀50年代以后，隨著分子遺傳學的發展，科學家們通過實驗證實，起遺傳作用是染色體中的DNA（脫氧核糖核酸的簡稱）分子。DNA是長鏈狀而且具有雙螺旋結構的分子（圖1），每條染色體上一般只有一個DNA分子，一個DNA分子中包含多個基因，可以說，DNA是主要的遺傳物質。基因是DNA上有遺傳效應的片斷。

染色體、DNA和基因的關系如圖2所示。

每一種生物的體細胞中，染色體的數目是特定的，并且通常是成對存在，例如，人體細胞中有23對（46條）染色體（圖3），狗是39對（78條），水稻有12對（24條）。常用作遺傳研究的果蠅只有4對（8條）染色體（圖4），在人體中這些成對的染色體，一條來自父親，一條來自母親。

在體細胞中，每條染色體含有一個DNA分子，每個DNA分子帶有一定數目的基因（據科學家估計，人類可能有3000個不同的基因，果蠅有1300個），不同的基因就含有不同的遺傳信息。現代遺傳學研究認為：這些不同的基因分別控制著不同的性狀。因而就可以說：基因是決定生物體性狀的基本單位。子代與親代在性狀上相似，是由于子代獲得了復制的一份DNA，即該DNA上基因的緣故。

生物的親代與子代的性狀發生變異現象，也是很普遍的。其中有的僅僅是由于環境因素的影響造成，沒有引起生物體的遺傳物質，即DNA上基因組成變化，因而不能遺傳下去，這屬于不遺傳變異。例如，有的人經常在太陽下工作，皮膚的顏色會變得黑黑的，但是他們的子女并不一定是“黑孩子”……。有的變異現象是由生殖細胞內的遺傳物質DNA上基因組成改變引起的，因而能遺傳給后代，這屬于可遺傳變異。例如，1956年，我國農學家在栽培的南特16號水稻植株中，選擇出自然發生的矮桿變異株，培養成矮桿南特新品種。20世紀60年代，通過雜交技術使水稻的矮桿性狀基因與高產性狀基因重新組合，培育出一批矮桿、高產的水稻新品種，從而解決了水稻倒伏減產問題。又如，十年前，我國農學家應用重組DNA技術，把抗蟲的基因轉入棉花的細胞中，培育出了轉基因棉花植株新品種。栽培這新品種（轉基因）棉花，就能有效地防止棉鈴蟲的危害，從而提高棉花的產量。