A、基因重组包括非同源染色体上非等位基因的自由组合、同源染色体上非等位基因的交叉互换,其实质都是控制不同性状的非等位基因的重新组合,A正确;
B、基因突变、基因重组和染色体变异这三种变异,均是由遗传物质的改变引起,故均是可遗传变异的来源,均可为生物的进化提供原材料;这三种变异均是随机发生的,具有不定向性,B正确;
C、基因工程育种是指通过基因工程将目的基因导入待改良品种的细胞,培育获得符合要求的新品种,故其变异类型为基因重组,C正确;
D、突变包括基因突变和染色体变异,染色体变异在光学显微镜下可见,D错误.
故选:D.