第 2 章 生物的遺傳 2-1 基因與遺傳 2-2 細胞分裂 2-3 遺傳法則 2-4 突變 2-5 生物科技

俗話說︰龍生龍、鳳生鳳，親代的特徵會藉由遺傳物質傳遞給下一代，使得親子間外貌相似，但又並非完全相同。

2-1 基因與遺傳 圖2-1 a.平常時期的細胞，染色體成細絲狀（放 大400倍）。 b.細胞正在進行分裂時，染色體呈棒狀。

由報章上知道有關DNA鑑定的報導，警方也常利用DNA鑑定結果，讓罪犯無所遁形。另，DNA鑑定也可用來確認空難中罹難者的身分，或是做親子關係的判斷。DNA鑑定為何具有如此神奇的功能呢？

圖2-2 染色體與基因的示意圖

每種生物的細胞有一定數目的染色體，例如人有4條，豌豆有14條染色體。生物學家經過分析後發現染色體通常兩兩成對，成對染色體的形狀及大小相近，因此人類有23對染色體。 生物體的內在、外在特徵稱為性狀，如︰人的身高、膚色，豌豆花的顏色、莖的高矮等。這些性狀由一段段的DNA所控制，而控制性狀的DNA片段即為基因(圖2-2)。 動動腦 除上述的內容外，請再舉出五種人類的性狀。

2-2 細 胞 分 裂 圖2-3 細胞分裂的過程

多細胞生物可利用細胞分裂來增加細胞數目，使個體成長或取代原本老舊的細胞，單細胞生物則可利用細胞分裂進行無性生殖。 細胞分裂前，染色體先進行複製，複製完成後，染色體會排列在細胞的中間。分裂時，複製的染色體分別往兩邊移動，最後形成二個新細胞，每一個新細胞含有和原來細胞一樣的染色體數目(圖2-3)。

圖2-4 減數分裂的過程

生物進行有性生殖時，需要有來自兩個親代的配子結合再發育成新個體，若配子染色體數目和一般細胞一樣，產生的後代染色體數目就會加倍。 生物體在產生配子時，會進行一種使染色體數目減半且不成對的分裂，稱為減數分裂(圖2-4) 。如人類的一般細胞有46條染色體，精子和卵都各只有23條染色體。 細胞進行減數分裂前，染色體也會進行複製。複製後，細胞會連續分裂兩次，一個細胞減數分裂後可產生4個新細胞。成對的染色體分開到新細胞，使新細胞的染色體數目只有原來細胞的一半。

圖2-5 人類的生殖過程中染色體數目的變化

經過減數分裂後，精子和卵的染色體不再兩兩成對，等到精卵結合後，剛開始具有兩個核，但隨即融合，染色體又恢復為兩兩成對。受精卵剛開始只有一個細胞，經過多次細胞分裂產生很多細胞，這些細胞染色體數和原來的受精卵一樣(圖2-5)。由此可知人的遺傳訊息有一半來自父親，一半來自母親，只要取得當事人的細胞，就可以進行親子關係鑑定。 動動腦 母體內一個受精卵在發育過程中，如果分裂為二，就是同卵雙胞胎；而兩個以上不同受精卵發育形成胎兒，就是異卵雙胞胎。想一想，連體嬰大多屬於同卵還是異卵雙胞胎？

2-3 遺 傳 法 則 圖2-6 捲舌性狀的遺傳過程

控制一種性狀的基因通常有兩個，分別位於成對的染色體的相對位置上(參考圖2-8)。如控制舌頭是否會捲曲的基因有2個，如果同樣是捲舌基因，則會表現出捲舌；若相反，則會表現出不捲舌。但如果同時具有捲舌與不捲舌基因，則只有捲舌基因控制的性狀會表現出來，這個基因稱為顯性基因，相對的，不捲舌基因控制的性狀沒有表現出來，稱為隱性基因。 基因常用英文字母表示，大寫代表顯性基因，小寫代表隱性基因，若以R代表捲舌，r代表不捲舌，由圖2-6來說明捲舌的遺傳。

精子 表2-1中以棋盤方格法來表示基因及性狀的遺傳。以親代 Rr (捲舌) ╳ Rr(捲舌)來說明。 R r RR Rr rr 卵 表2-1 棋盤方格表 由表2-1可以看出父親產生的精子中R和r各一半，母親的卵亦同。精卵結合後，產生的子代有四種可能的情形，分別為RR、Rr 、Rr及rr。因此子代是RR的機會是1/4，是Rr的機會是2/4，是rr的機會是1/4，其中基因組合為RR和Rr者皆會捲舌，也就是說子代會捲舌的機會為3/4，不捲舌的機會為1/4。

動動腦 父母都是捲舌，有沒有可能生下不捲舌的孩子？ 圖2-7 a. 男性性染色體 b. 女性性染色體 (此圖為複製後染色體)

人類性別的決定也遵循相同的遺傳法則。人類有23對染色體，其中男性和女性第23對染色體形狀不同(圖2-7)。這對染色體可以決定性別，稱為性染色體，而其餘22對染色體稱為體染色體。男性的性染色體為XY，女性的性染色體為XX。

圖2-8 人類性別的決定示意圖。 男性會產生兩種形式的精子，女性只產 生一種形式的卵。

一般男性有44條體染色體和2條性染色體，可表示為44+XY，而女性的染色體則表示為44+XX。因此男性可產生兩種精子，即22+X與22+Y；而女性只能產生一種含有22+X的卵。當卵和22+X的精子結合，則生下女孩；而和22+Y的精子結合，則生下男孩(圖2-8)。也就是說生男孩、生女孩決定於卵和哪一種精子結合，兩者的機會都是1/2。

補充知識 科學家的故事——孟德爾

2-4 突 變 圖2-10 a.正常的果蠅，眼睛為紅色。 b.突變的果蠅，眼睛為白色。

美國科學家莫根(Morgan)在研究果蠅時，突然在一群正常的紅眼果蠅中發現一隻異常的白眼果蠅(圖2-10)，無法用前述的遺傳法則解釋。後經科學家研究明瞭，原來有時候遺傳物質也會發生改變，稱為突變。

圖2-11各種不同的金魚。這些突變的金魚在理論上無法於自然界生存，但因外形特殊，而被人類飼養保留。

基因的突變常造成性狀發生改變，為生物演化的原動力之一(參閱第3章生命的演化)。但大部分的改變常使生物無法適應現有環境而導致死亡，無法在自然環境中保留下來。 有些突變雖然對生物有害，但因為受到人類的喜愛，而得以保留下來，如圖2-11各種不同的金魚。

圖2-12人類常見的突變症狀，如白化症。 圖2-13色盲檢測︰ a. 正常的人可辨識出圖中的數字為9，若分不出數字，則有可能為色盲患者。 b. 正常的人可辨識出圖中的數字為2，若分不出數字，則有可能為色盲患者。

突變如剛好發生在精子或卵，則會經由生殖遺傳至後代。人類有些症狀先是由於基因發生突變造成，如白化症是因為基因突變而無法產生黑色素(圖2-12)；色盲是因為基因突變而無法分辨顏色(圖2-13)。這些症狀通常不能根治，且可能將突變基因再傳給下一代，使後代得到的機率增加，因此在生育前最好先了解自己是否可能帶有不好的突變基因，加以預防。 在自然環境中，基因發生突變的機會很小，但現在我們發現X光、紫外線或某些化學物質都會增加基因突變的機會，因此我們平時應儘量避免接觸那些東西。

動動腦 1. 男女在結婚前要健康檢查，孕婦在懷孕時，也要產前檢查，這些檢查有什麼目的？ 2. 為什麼到了夏天正午時分，氣象局總呼籲大家不要在戶外待太久？

生 物 科 技 2-5 隨著遺傳學的進步，科學家希望利用遺傳學及基因改善人類的生活，導致生物科技的研究蓬勃發展。 科學家將生物的DNA片段切割後，接到其他生物的DNA上，如將製造胰島素的基因接到細菌的DNA上，就可利用細菌代為製造胰島素。 在醫學上科學家也同樣希望將人類不好的基因移除，再接回一段正常基因以矯正基因的缺陷。剛起步的生物科技，若能全面成功，必定對社會造成重大影響。

補充知識 何謂基因改造食品 科學家把某種生物的基因接到另一種生物DNA上，這種生物稱為基因改造生物(GMO)，利用這些生物製成的食物稱為基因改造食品。 基因改造食品在外觀上和一般食品相同，但因為所含的基因和一般食品不同，食用後是否對人體造成影響？目前仍在研究評估中。 圖2-14非基因改造標示 許多國家已規定凡是基因改造食品都必須標示(圖2-14)，讓消費者在購買的時候有知的權利，但我國目前尚未訂定法律管理。

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