解题思路：1、基因突变：DNA分子中发生碱基对的替换、增添和缺失而引起基因结构的改变．
2、染色体变异包括染色体结构、数目的改变，与基因突变不同，前者的结果可以用显微镜看见．
3、基因重组有自由组合和交叉互换两类．前者发生在减数第一次分裂的后期（非同源染色体的自由组合），后者发生在减数第一次分裂的四分体（同源染色体的非姐妹染色单体的交叉互换）．
A、染色体中DNA的一个碱基对缺失属于基因突变，A错误；
B、染色体变异、可以用光学显微镜直接观察，而基因突变不可以，B错误；
C、染色体变异可以发生在有丝分裂或减数分裂过程中，C错误；
D、同源染色体上非姐妹染色单体之间互换了某一片段属于基因重组，非同源染色体上非姐妹染色单体之间互换了某一片段属于染色体变异，D正确．
故选：D．
点评：
本题考点： 染色体结构变异的基本类型；染色体数目的变异．
考点点评： 本题考查基因突变、染色体变异和基因重组等相关知识，意在考查学生的识记和理解能力，属于中档题．