第五节 生物的变异
微生物对环境条件尤其是恶劣的“极端环境”具有惊人的适应力，这是高等生物所无法比拟的。例如，多数细菌能耐0℃到－196℃的低温；在海洋深处的某些硫细菌可在250℃-300℃的高温条件下正常生长；一些嗜盐细菌甚至能在饱和盐水中正常生活；产芽孢细菌和真菌孢子在干燥条件下能保藏几十年、几百年甚至上千年。耐酸碱、耐缺氧、耐毒物、抗辐射、抗静水压等特性在微生物中也极为常见。
微生物个体微小，与外界环境的接触面积大，容易受到环境条件的影响而发生性状变化（变异）。尽管变异发生的机会只有百万分之一到百亿分之一，但由于微生物繁殖快，也可在短时间内产生大量变异的后代。正是由于这个特性，人们才能够按照自己的要求不断改良在生产上应用的微生物，如青霉素生产菌的发酵水平由每毫升20单位上升到近10万单位，利用变异和育种得到如此大幅度的产量提高，在动植物育种工作中简直是不可思议的。
资料15-5-7 细菌的遗传与变异：变异在医学中的实际应用
细菌变异的理论知识与技术在医学微生物学、临床医学及预防医学等方面已被广泛应用。近几十多年来，由分子遗传学发展起来的遗传工程更为人类控制遗传特征，改造现有生物品系，生产新的生物制品开辟了前景。
一、在细菌分类上的应用
过去依靠细菌的形态、生化反应、抗原特异性、以及噬菌体分型等进行了细菌的分类。这些方法至今仍有实用价值。此外，还开展了细菌DNA分子中的G+C分类：即不同种的细菌基因型的差别程度可用细菌DNA分子中所含的鸟嘌呤和胞嘧啶在四种碱基意量中所占的成分比所反映。亲缘关系密切，细菌DNA中G+C的含量(Mol%)相同或很接近；关系远者则G+C量相差较大。除作G+C量测定外，还可以采用DNA分子杂交技术来比较两种细菌的DNA链核苷酸序列间有无同源性。如果为同一种细菌则同源性杂交率可为100%。因此，根据细菌基因组的相对稳定性，可鉴定出细菌间的相互关系。
二、在诊断中的应用
在实验诊断工作中，常遇到一些变异菌株、其形态、毒力、生化反应或抗原性都不典型，给细菌鉴定带来困难。如在有些使用抗生素的患者体内可分离到L型细菌。从而必须了解L型细菌培养的特点以及如何使其返祖而恢复其典型形态与菌落，作出正确的诊断。
三、在预防中的应用
减毒活疫苗有较好的预防效果。减毒活菌苗可以从自然界分离获得，也可用人工方法选择改变毒力的变异株。目前应用的减毒活菌苗如卡介苗是十分成功的例子，此外还获得了预防鼠疫和布氏菌的活菌苗。
四、在治疗中的应用
抗生素的生产中常用紫外线照射以促突变，从而获得产生抗生素量高的菌种。耐药性菌株的出现是临床上存在的大问题。通过了解产生耐药性的原理，可采取有针对性的措施。临床上强调对细菌做抗生素敏感试验，从而选用敏感药物有效地治疗，可避免在使用抗生素中提供选择耐药性突变株的条件。
五、检查致癌物质的作用
正常细胞发生遗传信息的改变可致肿瘤。因此导致突变的条件因素均被认为是可疑的致癌因素。目前已被采用的Ames试验是以细菌作为诱变对象，以待测的化学因子作为诱变剂，将待测的化学物质作用于鼠伤寒沙门氏杆菌的组氨酸营养缺陷型细菌后，将此菌接种于无组氨酸的培养基中。如果该化学物质有促变作用，则有少数细菌可回复突变而获得在无组氨酸培养基上生长的能力。这种以该菌株的回复突变作为检测致癌因子指标的方法比较简便，可供参考。
六、在遗传工程方面的应用
遗传工程的目的是人工对所需的目的基因进行分离剪裁，然后将目的基因与载体结合后，导入宿主细胞或细菌进行扩增获得大量的目的基因，或通过宿主表达获得所需的基因产物。质粒与噬菌体都是较理想的基因载体。通过将重组的基因(指目的基因通过限制性内切酶切割成互相能连接的末端与载体基因连接成重组基因)转化细菌(宿主)，可以转入受体菌，通过筛选而获得克隆。质粒因具有耐药性标准，作为载体进行筛选大为方便。噬菌体则可利用其溶解细菌后在固体平板培养基中形成的噬菌斑予以克隆化。通过这些载体的利用，重组基因中的目的基因可被转入宿主细菌进行基因产物的表达，从而获得用一般方法难以获得的产品，如胰鸟素、生长激素、干扰素等。遗传工程技术还可应用于生产具有抗原性的无毒性的疫苗，这是预防传染病的一种新的途径。
资料15-5-8 环境破坏动物变异，自然界的双头动物越来越多
罕见的双头羊
双头蛇
资料15-5-9 自然界的遗传与变异
俗话说：种瓜得瓜，种豆得豆。上一代的性状，会传给下一代。孩子的长相总是惟妙惟肖地像他们的爸爸妈妈。他们的性格、脾气，甚至动作、习惯等等也都会很像父母。这就是遗传现象。可是，上代和下代之间不可能完全相同，总有一点差异。子女不会同父母一模一样，或多或少总有些不像的地方。这种差别叫做变异。
遗传和变异现象早就引起了人们的注意。美国有一位牧民，他在自己的羊群中发现了一只腿短背长的羊。这只羊长得很像猎犬，它连最低的羊栏也跨不过去。后来，他用这只羊培育成了一种腿短背长的良种羊——安康羊。他利用偶尔发现的变异现象，培育出了人们所需要的新品种。这其中包含了什么道理呢？
正常绵羊（左）和短腿安康羊（右）
资料15-5-10 人工选择的有利条件
高度的变异性显然是有利的，因为它能大量地向选择供给材料，使之顺利发生作用；即使仅仅是个体差异，也是充分够用的，如能给予极其细心的注意，也能向着几乎任何所希望的方向积累起大量变异。但是，因为对于人们显著有用的或适合他们爱好的变异只是有时偶然出现，所以个体如果饲养的愈多，变异出现的机会也就愈多。因此，数量对于成功来说，是高度重要的。马歇尔（Marshall）曾依据这一原理对约克郡各地的绵羊作过如下叙述：“因为绵羊一般为穷人所有，并且大部只是小群的，所以它们从来不能改进。”与此相反，艺园者们栽培着大量的同样植物，所以他们在培育有价值的新变种方面，就比业余者一般能得到更大的成功。一种动物或植物的大群个体，只有在有利于它们繁殖的条件下才能被培育起来。如果个体稀少，不管它们的品质怎样，都得让其全部繁育，这就会有效地妨碍选择。但最重要的因素大概是，人类必须高度重视动物或植物的价值，以致对品质或构造上的最微小偏差都会给予密切注意；要是没有这样的注意，就不会有什么成效了。我曾见到人们严肃地指出，正好在艺园者开始注意草荡的时候，它开始变异了，这就是极大的幸运。草莓自被栽培以来，无疑是经常发生变异的，不过对微小的变异未曾给予注意罢了。然而，一旦艺园者选出一些个体植株，它们具有稍微大些的、稍微早熟些的或稍微好些的果实，然后从它们培育出动苗，再选出最好的幼苗，并用它们进行繁育，于是（多少在种间杂交的帮助下），许多可赞美的草莓变种就被培育出来了，这就是近半世纪来所培育出的草莓变种。
在动物方面，防止杂交是形成新族的重要因素，至少在已有其他动物族的地方是如此。关于这一点，把土地封闭起来是有作用的。漂泊的未开化人，或者开阔平原上的居住者，所饲养的同一物种很少有超过一个品种的。鸽能终身配合，这对于养鸽者大有便利。因此，它
们虽混养在一个鸽槛里，许多族还能改进并能保纯；这样条件一定大有利于新品种的形成。我可以补充他说，鸽能大量而迅速地被繁殖，把劣等的鸽杀掉以供食用，自然就把它们淘汰了。相反的，猫由于有夜间漫游的习性，不容易控制它们的交配，虽然妇女和小孩喜爱它，但很少看到一个独特的品种能够长久保存；我们有时看到的那些独特品种，几乎都是从外国输入的。虽然我并不怀疑某些家养动物的变异少于另外一些家养动物的变异，然而猫、驴、孔雀、鹅等的独特品种的稀少或竟然没有，则主要是由于选择未曾起作用：猫，由于难控制其交配；驴，由于只有少数为穷人所饲养，并且很少注意它们的繁育；但是近年来在西班牙和美国的某些地方，因为仔细地进行了选择，这种动物已意外地变化了和改进了；孔雀，由于不很容易饲养，而且也没有大群的饲养；鹅，由于只在两种目的上有价值，即供食用和取羽毛，特别是由于对鹅有无独特的种类不感兴趣；但是鹅，在家养时所处的条件下，如我在他处所说的，虽有微小的变异，但似乎具有特别不易变化的体质。
资料15-5-11 短腿羊是怎么来的？
1791年，在美国新英格兰的一户农民赛斯·怀特（Seth Wright）家的羊群里，发现了一只背长腿短且略弯曲的雄绵羊。由于腿短，它跳不过羊圈篱笆，故而易于圈养。经过怀特的精心选育，一个新的绵羊品种--安康羊（Ancon sheep）产生了。达尔文对此很感兴趣，曾将该例收录在他的著作《动物和植物在家养下的变异》一书中。但安康羊在1870年左右绝种了。这种短腿羊，最初是在其亲代的生殖细胞中的基因产生了变化而导致的。基因的变化称为基因突变（gene mutation）。大约在1920年左右，挪威一户农民的羊群里，又突然出现了一只短腿羊，这是因为又新产生了一次基因突变。由此又重新育成了一个短腿绵羊的新品种。
突变（mutation）这个概念和术语最初是由荷兰植物学家、孟德尔定律的重新发现者之一德弗里斯（H·Devries）在1901年提出来的，当时他把在月见草中观察到的偶然出现的、巨大的、可遗传的变化称为突变。后来知道，德弗里斯在月见草中观察到的\突变\是染色体畸变而非基因突变。但由于突变概念的提出，使人们将遗传物质的变异引起的可遗传性变异与生物体对环境条件变化引起的不可遗传的变异（后天获得性）严格区分开来。当然，最早区分可遗传的变异与不遗传变异的，应该追溯到魏斯曼。魏斯曼1885年提出\种质学说\时，就曾明确区分可遗传的种质变异与不遗传的体质变异。
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