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生物繁殖過程中有壹個引人註目的現象,就是同壹物種的世代之間性狀的相對穩定性。樹是怎樣的,果實也是怎樣的。這是生物的遺傳。生物繁殖過程中還有壹個引人註目的現象,那就是同壹生物在代際之間或者同代不同個體之間的性狀不會完全相同。比如,同壹個稻穗上的谷粒和長成的植株在性狀上有或多或少的差異;即使是同卵雙生的兄弟也不可能壹模壹樣。這種差異就是壹種表現,就是生物變異。
遺傳和變異是生命活動中的壹對矛盾,既對立又統壹。遺傳是相對的,保守的;而變化是絕對的,是發展的。沒有遺傳,就不可能維持物種的相對穩定;沒有變異,就不可能形成新的物種,也就不可能有今天這樣豐富多彩、變化多端的生物世界。
遺傳物質變化引起的變異是遺傳性的;因環境條件改變而產生的變異,壹般只表現在當代,無法繼承。換句話說,變異可以分為兩類:遺傳變異和非遺傳變異。這裏需要強調的是,這兩類變異的劃分是相對的。因為在壹定的環境條件下,通過長期的定向影響和選擇,量變的積累可以轉化為質變,沒有遺傳的變異可能形成遺傳變異。
生物性狀的遺傳以生殖細胞為橋梁。即配子形成過程中減數分裂後,當配子形成合子時,親本體細胞中染色體的數量和含量得到恢復。而DNA只是染色體的重要組成部分,所以染色體是DNA的主要載體,基因是具有遺傳效應的DNA片段。
遺傳物質的變化發展規律直接關系到生物物質運動中的穩定性和不穩定性。遺傳物質的穩定傳遞使生物表現出遺傳性,這關系到生物種族的穩定發展;遺傳物質的不穩定傳遞使生物表現出變異,這與生物種族的發展和進化有關。這充分體現了生物物質(主要是核酸和蛋白質)運動、變化和發展的壹些重要規律。
遺傳物質的主要載體——染色體
染色體在細胞有絲分裂、減數分裂和受精過程中能保持壹定的穩定性和連續性。這是最早觀察到的染色體與遺傳有關的現象。染色體的主要成分是DNA和蛋白質。染色體是遺傳物質的主要載體,因為大部分遺傳物質(DNA)都在染色體上。線粒體和葉綠體中也有少量的DNA,所以線粒體和葉綠體被稱為遺傳物質的二級載體。
在遺傳研究和育種實踐中,生物性狀根據在群體(自然群體或雜交後代群體)中的遺傳變異規律分為質量性狀和數量性狀兩大類。
那些不易受環境條件影響,在壹個群體中表現出不連續變異的性狀稱為質量性狀,如豌豆種子的形狀(完整和皺縮)、子葉的顏色(黃色和綠色)、花的顏色(紅色和白色)等等。品質性狀是由壹個或幾個效應很大的基因(稱為主基因)決定的,受環境影響較小,所以表現為不連續的變異,可以清楚地將種群中的個體分類。豌豆的顏色,動物的性別,人類的各種血型系統都屬於這類性狀。在遺傳研究中,品質性狀常被用作標記性狀,因為它們易於追蹤。
易受環境條件影響,在群體中表現出連續變異的性狀稱為數量性狀,也稱數量性狀。在生物學中,與質量性狀相比,數量性狀更為普遍和廣泛;作物的大多數農藝性狀都是數量性狀,如植物籽粒產量或營養產量、株高、成熟度、種子粒重、蛋白質和油分含量,甚至抗病性和抗蟲性。
由於品質性狀的不連續變異,對於分離的雜交後代群體,可以根據相對性狀的差異,對個體進行清晰的分組和分類,找出每種類型所包含的個體數量的比例關系,並對每種類型的特征進行文字描述和說明。
由於自然群體或雜交後代分離群體中不同個體間數量性狀的連續變異,無法用孟德爾方法對個體進行清晰的分組和分類,也無法通過分析質量性狀來分析數量性狀。而是用生物統計學定量描述性狀的遺傳變異,研究性狀的遺傳動態。
但是,質量性狀和數量性狀的劃分並不是絕對的,例如:
對於同壹作物的同壹性狀,在不同親本材料的雜交組合中可能會有所不同,比如水稻和小麥的株高。
在主基因遺傳的基礎上,還有壹組微效基因——針對某些性狀的修飾基因,如小麥和水稻種皮的紅色(深紅色或紫黑色)和白色,在某些雜交組合中表現為壹對基因的分離,而在另壹些雜交組合中,F2的粒色不同程度地紅色化,成為連續變異,即表現為數量性狀變異的特征。
在實際應用中,所有易受環境條件影響的性狀都可以通過研究數量性狀來分析。
數量性狀壹般易受環境條件的影響而變異,這種變異是不能遺傳的。
由於環境條件的影響,即使是基因型相同的兩個親本(P1和P2)和基因型相同的第壹個雜種(F1),每個個體都呈現連續的變異,而不是壹個基因型只有壹個值;同壹基因型人群中個體間的這種變異是環境條件造成的,不能遺傳。對於F2群體,既有基因分離導致的個體間基因型差異導致的表型變異,也有環境條件導致的同壹基因型的表型差異。前壹種變異是可遺傳的,後壹種變異是不可遺傳的。這兩種變異的結合使F2群體的連續變異比其親本和F1代更廣泛,F2代的變異系數明顯大於P1、P2和F1。因此,準確估計由基因型差異引起的數量性狀的可遺傳變異和由環境條件引起的可遺傳變異,對提高數量性狀育種的效率至關重要。