第3、4章基因工程、生物技術安全性和倫理性問題知識清單

思〉維〉導圖

限制性內(nèi)DNA載

切核酸酶連接酶體

基本工具

目的基因的

篩選與獲取

基

基因表達載基

應

本

因

操■

用

操

工

體的構(gòu)建作

作

程

程

將目的基因?qū)?/p>

入受體細胞

目的基因的

檢測與鑒定蛋

白

質(zhì)

蛋白質(zhì)工程的概工

程

念和原理

對轉(zhuǎn)基因生物

安全性的爭論

轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品的

安全性

生

物

技理性看待轉(zhuǎn)基因技術

術

的

安

全

性

與警惕用新技術研究生殖性克隆人

倫關注生殖性克隆人-

理

問我國禁止生殖性克隆人

題

生物武器的種類-致病菌類、病毒類、生化毒劑類等

禁止生物武器生物武器尤其是轉(zhuǎn)基因生物武器對人類的威脅

《禁止生物武器公約》及中國政府的態(tài)度

知〉識〉旅〉理

1.基因工程是指按照人們的愿望,進行嚴格的設計，通過體外DNA重組和轉(zhuǎn)基因技術,賦予生物以新的

遺傳特性,創(chuàng)造出更符合人們需要的新的生物類型和生物產(chǎn)品。基因工程是在切效金壬水平上進行設計

和施工的，又叫做DNA重組技術。

2.基因工程的誕生(三個理論和三個技術)：

基因工程是在生物化學、分子生物學和微生物學等學科基礎上發(fā)展起來的,正是這些學科的基礎理論和相

關技術的發(fā)展催生了基因工程，具體有三大理論發(fā)現(xiàn)和三個技術突破。

(I)理論基礎：

①DNA是遺傳物質(zhì);

②DNA分子的雙螺旋結(jié)構(gòu)和半保留復制;

③遺傳密碼的通用性和遺傳信息傳遞的方式;

(2)技術基礎：

①限制性核酸內(nèi)切酶的發(fā)現(xiàn)與DNA的切割;

②D、A連接酶的發(fā)現(xiàn)與DNA片段的連接;

③基因工程載體的構(gòu)建與應用

3.理論上的三大發(fā)現(xiàn)

⑴發(fā)現(xiàn)了遺傳物質(zhì)——DNA

1944年，艾弗里(O.T.Avery)的肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化實驗

⑵揭示了遺傳物質(zhì)的分子機制：DNA分子的雙螺旋結(jié)構(gòu)和半保留復制

1953年，沃森(J.D.Watson)和克里克(F.Crick)的DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型、半保留復制圖，獲1958年

諾貝爾獎。

⑶確立了遺傳信息的傳遞方式：以密碼形式傳遞

1963年，美國尼倫伯格(M.W.Nirenberq)和馬太(H.Matthaei)確立了遺傳信息以密碼形式傳遞,破譯

了編碼氨基酸的遺傳密碼(3個核甘酸=1個密碼子=1個aa)。

(3)技術上的三大突破

⑴世界上第一個重組DNA實驗：實現(xiàn)不同來源DNA的體外重組

1972年斯坦福大學化學家伯格(P.Bcrg)借助內(nèi)切酶和連接能將猴病毒SV40的DNA和大腸桿菌九噬菌

體的DNA在試管中連接在了一起，第一次成功地實現(xiàn)了DNA的體外重組。

⑵第一個基因克隆實驗:重組DNA表達實驗,是世界上第一個基因工程實驗

1973年美國斯坦福大學醫(yī)學院遺傳學家科恩(S.Cohen)將體外構(gòu)建的含有四環(huán)素和卡那霉素抗性基因的

重組質(zhì)粒導入大腸桿菌,獲得了具有雙抗性的大腸桿菌轉(zhuǎn)化子，成功完成了第一個基因克隆實驗。是基因

工程誕生的標志。

⑶第一個真核基因在原核生物中的表達：第一次實現(xiàn)了異源真核基因在原核生物中的表達

1974年，科恩(S.Cohen)和博耶(H.Boyer)將非洲爪蟾編碼核糖體基因的DNA片斷同pSClOl質(zhì)粒重

組，并導入大腸桿菌細胞，結(jié)果表明動物基因已進入大腸桿菌并轉(zhuǎn)錄出相應的mRNA產(chǎn)物，第一次實現(xiàn)了

異源真核基因在原核生物中的表達。

第1節(jié)DNA重組技術的基本工具

一、DNA基因工程的基本工具

1.DNA基因工程至少需要三種工具：“分子手術刀”——限制性核酸內(nèi)切酶(限制酶)；“分子縫合

針，，_DNA連接酶:“分子運輸車”一基因進入受體細胞的懿。

⑴“分子手術刀”——限制性核酸內(nèi)切酶(限制酶)

①來源：主要是從原核生物中分離純化出來的。

②功能：能識別雙鏈DNA分子的某種拄定的核甘酸序列，且使每一條鏈中特定部位的兩個核甘酸之間的

磷酸二酯鍵斷開,因此具有專二性。

③結(jié)果：經(jīng)限制酶切割產(chǎn)生的DNA片段末端通常有兩種形式：粘性末端和平末端.

思考：下圖中的圖1和圖2分別表示的是EcoRI限制酶和Snui\限制酶的作用示意圖,從圖示可以看出.

EcoRI限制酷識別的堿基序列是GAATTC,切割位點在G和A之間:SmaI限制酹識別的堿基序列是

CCCGGG,切割位點在G和C之間。圖］說明，EcoRI發(fā)揮作用是在它識別序列的中心軸線兩側(cè)將DNA

的兩條鏈分別切開,所以產(chǎn)生的是整也末端，圖2說明的也I發(fā)揮作用足在它識別序列的中心軸線處將

DNA的兩條鏈分別切開,所以產(chǎn)生的是壬末端。（P71“圖3-3”改編）

;

GATT

—IAIICEcoRiGAATTC

cT:AAI+

QGCTTAAG

T

中軸;線

圖1

中軸線

圖2

（2）“分子縫合針”——DNA連接酶

①）兩種DNA連接陶（EcoliDNA連接酶和T4DNA連接酶）的比較：

a.相同點：都縫合磷酸二酯鍵。

b.區(qū)別：EcoliDNA連接聯(lián)來源FT4噬菌體,只能將雙鏈DNA片段互補的氈性末端之間的磷酸二酯鍵連

接起來；而T』DNA連接酶能縫接兩種末端,但連接平末端的之間的效率較低。

②與DNA聚合酶作用的異同：DNA聚合酶只能將續(xù)仝核苴酸加到已有的核汁酸片段的末端，形成磷酸二

幅鍵。DNA連接酶是連接兩個DNA片段的末端,形成磷酸二酯鍵。

（3）DNA連接酶——“分子縫合針”

①作用：將雙鏈DNA片段“縫合”起來，恢復被限制睡切開的兩個核甘酸之間的磷酸二酯鍵。

②種類：

種類來源特點

E.coliDNA連接酣大腸桿菌只能“縫合”具有互補粘性末端的雙鏈DNA片段

連接酶

T4DNAT4噬菌體既可以“縫合”雙鏈DNA片段互補粘性末端，又可“縫合”雙鏈

DNA片段的平末端。

（4）“分子運輸車”——載體

①載體具備的條件：

a.能在受體細胞中復制并穩(wěn)定保存。

b.具有一至多個限制酶切點，供外源DNA片段插入。

c.具有標記基因，供重組DNA的鑒定和選擇。

②最常用的載體是質(zhì)粒,它是一種裸露的、結(jié)構(gòu)簡單的、獨立于細菌染色體之外,并具有自我復制能力的

雙鏈環(huán)狀DNA分子。

③其它載體：噬菌體的衍生物、動植物病毒

2.比較與DNA有關的六種能

名稱作用部位作用底物作用結(jié)果

限制酶磷酸二酯鍵DNA將DNA切成兩個片段

DNA連接酶磷酸二酯鍵DNA片段將兩個DNA片段連接為一個DNA分子

DNA聚合酶或熱

磷酸二酯鍵脫氧核甘酸將單個脫氧核甘酸依次連接到單鏈末端

穩(wěn)定DNA聚合酶

DNA（水解）酶磷酸二醋鍵DNA將DNA片段水解為單個脫氧核昔酸

解旋酶堿基對之間的氫鍵DNA將雙鏈DNA分了一局部解旋為單鏈，形成兩條長鏈

RNA聚合酶磷酸二酯鍵核糖核苦酸將單個核糖核甘酸依次連接到單鏈末端

二、DNA的粗提取與鑒定

I.實驗原理：

（3）利用PCR獲取和擴增Fl的基因

（1）含義：PCR是聚合酶鏈式反應的縮寫。它是一項在體外提供參與DNA復制的各種組分與反應條件,對

目的基因的核音酸序列進行大量復制的技術。該技術由穆里斯等人于1988年發(fā)明。

（2）原理：DNA半保留復制。

（3）基本條件：

①場所：在一定的緩沖溶液中進行,其中一般要添加皿。

②DNA復制的模板：DNA母鏈。

③合成子鏈的原料：4種脫氧核昔酸。

④酶：耐高溫的DNA聚合酶,其作用是催化合成DNA子鏈。

⑤引物：其作用是使DNA聚合酶能夠從引物的3,端開始連接脫氧核昔酸。

（4）過程：目的基因DNA受熱變性后解為單鏈,引物與單鏈相應互補序列結(jié)合:然后以單鏈DNA為模板,

在DNA聚合隨作用下進行延伸，即將4種脫氧核甘酸加到引物的3,端,如此重復循環(huán)多次。由于延伸后得

到的產(chǎn)物又可以作為下一個循環(huán)的模板，因而每一次循環(huán)后目的基因的量可以增加二ft,即成指數(shù)形式擴

增（2,其中n為擴增循環(huán)的次教）。每次循環(huán)一般可以分為變性、復性和延伸三步：

①變性：當溫度上升到生℃時，雙鏈DNA展聚為單鏈。

②復性：當溫度下降到獨℃左右時，兩種引物通過堿基互補配對與兩條單鏈DNA結(jié)合。

③延伸：當溫度上升到打℃左右時，溶液中的4種脫氧核甘酸在耐高溫的DNA聚合酶的作用下,根據(jù)堿

基互補配對原則合成新的DNA鏈。

（5）操作：PCR過程可以在PCR擴增儀中自動完成。

（6）鑒定：常采用瓊脂糖凝膠電泳來鑒定PCR的產(chǎn)物。

4.獲取目的基因的其他方法：在獲得轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品的過程中，除通過PCR獲取目的基因外，還可?以通過構(gòu)建

基因文庫來獲取目的基因。

5.從基因工程的目的來看，基因工程操作中要有“目的基因的篩選與獲取”這一步的原因是：有了目的基因，

才能賦予一種生物以另一種生物的遺傳特性，創(chuàng)造出更符合人們需要的新的生物類型和生物產(chǎn)品。

（P176"教師教學用書”）

思考：下圖為PCR反應原理示意圖，圖中①表示引物,該物質(zhì)是一小段能與DNA母鏈的一段堿基序列互

補配對的短單鏈核酸;②表示熱穩(wěn)定性聚合酶（Taq酶）;dCTP.dATP、dGTP、dTTP的中文名稱依次是：

三磷酸胞喀噓脫氧核省酸、三磷酸腺噂吟脫氧核昔酸、三磷酸鳥噂吟脫聚核甘酸、三磷酸胸腺嗜咤脫聚核

甘酸：③表示變性（雙鏈DNA解聚為單鏈）,發(fā)生該過程的條件是溫度上升到久C；④表示史性工兩種

引物通過堿基互補配對與兩條單鏈DNA結(jié)合,發(fā)生該過程的條件是溫度下降到50C左右;⑤表示延伸（4

種脫氧核昔酸在耐高溫的DNA聚合酶的作用下，根據(jù)堿基互補配對原則合成新的DNA鏈）,發(fā)生該過程

的條件是溫度上升到72c左右。677"相關信息'178“圖3-5”改編）

每一循環(huán)拷貝數(shù)加倍

模板DNA

3。。

血①麗醯I

④⑤

二、基因表達載體的構(gòu)建（核心）

1.基因表達載體構(gòu)建的目的：讓目的基因在受體細胞中穩(wěn)定存在,并且可以遺傳給下一代,同時使目的

基因能夠表達和發(fā)揮作用。

2.基因表達載體的組成：一個基因表達載體應含有巨的基因、標記基因、啟動子、終止子等。

3.基因表達載體的構(gòu)建過程：首先用一定的限制酶切割載體,使它出現(xiàn)一個切口；然后用同一種限制酶

或能產(chǎn)生相同末端的限制酶切割含有目的基因的DNA片段;再利用DNA連接酶將目的基因片段拼接到載

體的切口處，這樣就形成了一個重組DNA分子。

思考1：構(gòu)建基因表達載體的過程，甲、乙、丙表示相關酶，甲、乙應是同一種限制酶或能產(chǎn)生相同末端

的限制酶,甲酶作用形成了一個切口，兩個黏性末端,乙的作用形成了兩個切口，四個黏性末端;閃命是

DNA連接酶,丙酶作用后若考慮DNA片段的兩兩相連情況，則會出現(xiàn)目的基因與目的基因連接、目的基

因與質(zhì)粒連接、質(zhì)粒與質(zhì)粒連接三種情況，因此，需通過篩選才可獲得目的基因與質(zhì)粒連接的重組質(zhì)粒。

質(zhì)粒

思考2:下圖為基因表達載體模式圖，圖中①表示啟動基,它是一段有特殊序列結(jié)構(gòu)的DNA片段，位于

基因的上游，緊挨轉(zhuǎn)錄的起始位點,它是RNA聚合酶識別和結(jié)合的部位,其作用

是驅(qū)動基因轉(zhuǎn)錄出mRNA,最終表達出人類所需要的蛋白質(zhì)。有時為了滿足應用需

要，會在載體中人工構(gòu)建誘導型啟動子,當誘導物存在時，可以激活或抑制目的基

因的表達。②表示終止子,位于基因的下游,是一段有特殊序列結(jié)構(gòu)的DNA短片

段，其作用是能夠使轉(zhuǎn)錄在所需要的地方停止下來。③表示標記基因，其作用是鑒

別受體細胞中是否含有目的基因，從而將含有目的基因的細胞篩選出來,如抗生素

抗性基因就可以作為這種基因。

思考3：在基因工程操作中要有“表達載體的構(gòu)建”這一步，因為單獨的目的基因是不能穩(wěn)定遺傳的。而構(gòu)

建表達載體可以使目的基因在受體細胞中穩(wěn)定存在，并且可以遺傳給下一代，同時使目的基因能夠表達和

發(fā)揮作用。（P177“教師教學用書”）基因表達載體的構(gòu)建會因目的基因的不同、受體細胞的不同而有所差

別，不可能是千篇一律的。

歸納：啟動子、終止子、起始密碼子、終止密碼子對比

比較項目啟動子終止子起始密碼子終止密碼子

本質(zhì)DNA片段DNA片段mRNA上三個相鄰的mRNA上三個相鄰

堿基的堿基

位置目的基因上游目的基因下游mRNA首端mRNA尾端

功能RNA聚合酶識別和結(jié)合的部使轉(zhuǎn)錄在所需要翻譯的起始信號（編碼翻譯的結(jié)束信號

位，驅(qū)動基因轉(zhuǎn)錄出niRNA的地方停下來氨基酸）（不編碼氨基酸）

三、將目的基因?qū)胧荏w細胞

1.將目的基因?qū)胫参锛毎?/p>

（I）花粉管通道法：花粉管通道法有多種操作方式。例如，可以用微量注射器將含且的基因的DNA溶液

直接注入子房中:可以在植物受粉后的一定時間內(nèi)，剪去柱頭，將DNA溶液滴加在花柱切面匕使目的

基因借助花粉管通道進入胚囊。

（2）農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法：

①轉(zhuǎn)化：轉(zhuǎn)化是指目的基因進入受體細胞內(nèi)，并且在受體細胞內(nèi)維持穩(wěn)定和表達的過程。注：此處“轉(zhuǎn)化”

與肺炎鏈球菌轉(zhuǎn)化實驗中的“轉(zhuǎn)化”含義相同，實質(zhì)都是基因重組。

②農(nóng)桿菌的特點：農(nóng)桿菌能在自然條件下侵染雙子葉植物和裸染植物,而對大多數(shù)單子葉植物沒有侵染能

力,農(nóng)桿菌細胞內(nèi)含有Ti質(zhì)粒,當它侵染植物細胞后，能將Ti質(zhì)粒上的FDNA（可轉(zhuǎn)移的DNA）轉(zhuǎn)移到被

侵染的細胞，并且將其整合到該細胞的染色體DNA上。

③轉(zhuǎn)化過程：如果將目的基因插入Ti質(zhì)粒的T-DNA中,通過農(nóng)桿菌的轉(zhuǎn)化作用，就可以使目的基因進入

植物細胞。

2.將目的基因?qū)雱游锛毎簩⒛康幕驅(qū)雱游锸芫炎畛Ｓ玫囊环N方法是利用顯微注射直接將目的基

因注入動物的受精卵中,這個受精卵將發(fā)育成為具有新性狀的動物。

3將目的基因?qū)胛⑸锛毎撼Ｒ源竽c桿菌作為受體細胞,一般先用色莖處理受體細胞，使細胞處于

一種能吸收周圍環(huán)境中DNA分子的生理狀態(tài)，然后再將重組的基因表達載體導入其中。

4.常用的轉(zhuǎn)化方法：

①將H的基因?qū)胫参锛毎翰捎米疃嗟姆椒ㄗ戕r(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法和花粉管通道法等。

②將目的基因?qū)雱游锛毎鹤畛Ｓ玫姆椒ㄊ且伙@微注射技術。此方法的受體細胞多是受精卵。

③將目的基因?qū)胛⑸锛毎篊a2+處理法（感受態(tài)細胞法或CaCb法）

思考：1.下圖為農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法示意圖，圖中①袤示T-DNA,②表示構(gòu)建表達載體的過程,③的名稱是含目

的基因的重組Ti質(zhì)粒,④表示轉(zhuǎn)入農(nóng)桿菌的過程,⑤表示導入植物細胞的過程,⑥表示將目的基因插入

染色體的DNA中,⑦麥示培養(yǎng)再生成植株的過程,該過程中所用的技術是植物組織培養(yǎng)技術。

?A0

7-③

攜帶外源

基因的DNA

思考：2.在基因工程操作中要有“目的基因?qū)胧荏w細胞”這一步，這是因為含有目的基因的表達載體只有

進入受體細胞，并且維持穩(wěn)定和表達，才能實現(xiàn)一種生物的基因在另一種生物中的轉(zhuǎn)化。（P177“教師教

學用書”）

四、目的基因的檢測與鑒定

1.目的：目的基因的檢測與鑒定的目的是判斷導入受體細胞后的目的基因是否可以穩(wěn)定維持和表達其遺傳

特性。這是基因工程的第四步工作，也是檢查基因工程是否做成功的一步。例如：一個抗蟲或抗病的目的

基因?qū)胫参锛毎螅欠褓x予了植物抗蟲或抗病特性，需要做抗蟲或抗病的接種實驗,以確定是否具有

抗性以及抗性的程度。這屬于基因工程操作中的第四步——檢測和鑒定目的基因是否穩(wěn)定維持和表達其遺

傳恃性。

2.方法：

（I）分子生物學水平的檢測：通過PCR等技術檢測受體細胞的染色體DNA上是否插入了目的基因。利

用PCR技術檢測目的基因是否轉(zhuǎn)錄出了mRNAo用相應抗體進行抗原一抗體雜交檢測目的基因是否翻譯

成蛋白質(zhì)等。

（2）個體水平的鑒定：除進行分子水平檢測外，還需要進行個體生物學水平的鑒定,例如，通過抗蟲、

抗病接種實驗等判斷是否獲得了抗性及抗性程度。

五、DNA片段的擴增及電泳鑒定

I.實驗原理

（I）DNA片段的擴增：PCR利用了DNA的熱變性原理,通過調(diào)節(jié)通度來控制DNA雙鏈的解聚與結(jié)合。

PCR儀實質(zhì)上就是一臺能夠自動調(diào)控溫度的儀器。一次PCR一般要經(jīng)歷獨次循環(huán)。

（2）瓊脂糖凝膠電泳：DNA分子具有亙解離的基團，在?定的pH卜,這些基團燈以帶上正電荷或負電荷。

在電場的作用下,這些帶電分子會向著與它所帶電荷相反的電極移動，這個過程就是電速。PCR的產(chǎn)物一

般通過瓊脂糖凝膠電泳來鑒定。在凝膠中DNA分子的遷移速率與凝膠的濃度、DNA分子的大小和構(gòu)象等

有關。凝膠中的DNA分子通過染色，可以在波長為300nm的紫處燈下被檢測出來。

2.方法步驟

（I）移液：用微量移液避按照配方或PCR試劑盒的說明書，在微量離心管中依次加入各組分。待所有的

組分都加入后，蓋嚴離心管的蓋子。

（2）離心：將微量離心管放在離心機上，離心約旦s,使反應液集中在管的底部。

（3）反應：將裝有反應液的微量離心管放入?yún)^(qū)中，設置程序進行反應。

（4）根據(jù)待分離的DNA片段的大小，用電泳緩沖液配制瓊脂糖溶液,一般配制質(zhì)量分數(shù)為0.8%?1.2%

的瓊脂糖溶液，并加入適量的核酸染料混勻。

（5）將擴增得到的PCR產(chǎn)物與凝膠載樣緩沖液（內(nèi)含指示劑）混合,再用微量移液蟄將混合液緩慢注入凝

膠的加樣孔內(nèi)。

（6）接通電源，根據(jù)電泳槽陽極至陰極之間的距離來設定電壓，一般為1?5、7cm。待指示劑前沿遷移接

近凝膠邊緣時,停止電泳。

(7)電泳結(jié)束后,取出凝膠置于紫處打下觀察和照相。

3.操作提示

(I)為避免外源DNA等因素的污染，PCR實驗中使用的微量離心管、槍頭和蒸儲水等在使用前必須進行

高壓滅菌處理。

(2)緩沖液和酶應分裝成小份,并在一20℃儲存。使用前將所需試劑從冰箱拿出，放在冰塊上緩慢融化。

(3)在向微量離心管中添加反應組分時，每吸取一種試劑后，移液器上的槍頭都必須更換。

(4)在進行操作時，一定要戴好一次性手套。

4.結(jié)果分析與評價

(I)可以通過在紫外燈下直接觀察DNA條帶的分布及粗細程度來評價擴增的結(jié)果。(P85“問題I”)

(2)如果擴增不成功，可能的原因有：漏加了PCR的反應成分，各反應成分的用量不當，PCR程序設

置不當?shù)?。如果擴增結(jié)果不止一條條帶，可能的原因有：引物設計不合理，它們與非目的序列有同源性或

容易聚合形成二聚體；退火溫度過低；DNA聚合酶的質(zhì)量不好等o(P85“問題2”)

第3節(jié)基因工程的應用

一、基因工程在農(nóng)牧業(yè)方面的應用

基因工程在農(nóng)牧業(yè)方面的應用主要被廣泛用于改良動植物品種、提高作物和畜產(chǎn)品的產(chǎn)量等方面。具體來

說，其在植物方面應用主要有培育轉(zhuǎn)基因抗蟲植物、轉(zhuǎn)基因抗病植物、轉(zhuǎn)基因抗除草劑植物以及改良植物

的品質(zhì),在動物方面的應用主要有提高動物的生長速率、改善畜產(chǎn)品的品質(zhì)。

I.轉(zhuǎn)基因抗蟲植物

(1)方法：從某些生物中分離出具有抗蟲功能的基因，將它導入作物中培育出具有抗蟲性的作物。

(2)成果：已問世的轉(zhuǎn)基因抗蟲棉花、玉米、大豆、水稻和馬鈴薯等。

2.轉(zhuǎn)基因抗病植物

(1)背景：許多栽培作物由于自身缺少抗病基因，因此用常規(guī)育種的方法很難培育出抗病的新品種。

(2)方法：科學家將來源于某些病毒、真菌等的抗病基因?qū)胫参镏?培育出了轉(zhuǎn)基因抗病植物。

⑶成果：轉(zhuǎn)基因抗病毒甜椒、番木瓜和煙草等。

3.轉(zhuǎn)基因抗除草劑植物

(1)背景：雜草常常危害農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，而大多數(shù)除草劑不僅能殺死田間雜草,還會損傷作物,導致作物減產(chǎn)。

(2)方法：將降解或抵抗某種除草劑的基因?qū)胱魑?可以培育出抗除草劑的作物品種。

(3)優(yōu)點：在噴灑除草劑時，田間雜草會被殺死而作物不會受到用傷。

(4)成果：轉(zhuǎn)基因抗除草劑玉米、大豆、油菜和甜菜等。

4.改良植物的品質(zhì)：利用轉(zhuǎn)基因技術可以提高植物的營養(yǎng)價值、觀賞價值等。例如，將必需氨基酸含量多

的蛋白質(zhì)編碼基因?qū)胫参镏?，可以提高這種氨基酸的含量。我國科學家成功地將與植物花青素代謝相關

的基因?qū)氚珷颗Ｖ?，使它呈現(xiàn)出自然界沒有的顏色變異，大大提高了它的觀賞價值。

5.提高動物的生長速率：

(I)原理及方法：由于外源生長激素基因的表達可以使轉(zhuǎn)基因動物生長得更快，因此科學家將這類基因

導入動物體內(nèi)，以提高動物的生長速率。

(2)成果：我國科學家將外源生長激素基因?qū)膈庺~，在同等養(yǎng)殖條件下,轉(zhuǎn)基因鯉魚的生長速率比非轉(zhuǎn)

基因鯉魚提高/42%?115%。

6.改善畜產(chǎn)品的品質(zhì)：有些人由于乳糖酸分泌少，不能完全消化牛奶中的乳糖，食用牛奶后會出現(xiàn)腹瀉等

不適癥狀，這稱為乳糖不耐受。我國約有1/3的成年人對乳糖不耐受。為了解決這一問題，科學家將腸乳

糖酶基因?qū)肽膛；蚪M,使獲得的轉(zhuǎn)基因牛分泌的乳汁中，乳糖的含量大大降低,而其他營養(yǎng)成分不受

影響。

思考：從環(huán)境保護角度出發(fā)，轉(zhuǎn)基因抗蟲水稻與普通水稻相比在害蟲防治方面的優(yōu)越性有：減少了化學農(nóng)

藥的使用量，降低了環(huán)境污染；降低生產(chǎn)成本。

二、基因工程在醫(yī)藥衛(wèi)生領域的應用

(I)對微生物或動植物的細胞法行基因改造,使它們能夠生產(chǎn)藥物。這些藥物包括細胞因子、抗體、疫

苗和激素等，它們可以用來預防卻治療人類腫瘤、心血管疾病、傳染病、糖尿病和類風濕關節(jié)炎等。我國

生生的重組人干擾素、血小板生成素、促紅細胞生成素和粒細胞集落刺激因子等基因工程藥物均己投放市

場）

（2）利用基因工程技術，讓哺乳動物批量生產(chǎn)藥物?？茖W家將藥用蛋白基因與乳腺中特異表達的基因的

啟動子等調(diào)控元件重組在一起,通過顯微注射的方法導入哺乳動物的受精卵中,由這個受精卵發(fā)育成的轉(zhuǎn)

基因動物在進入泌乳期后，可以通過分鷲世來生產(chǎn)所需要的藥物，這稱為乳腺生物反應器或乳房生物反應

器,目前，科學家已經(jīng)在牛、山羊等動物乳腺生物反應器中，獲得了抗凝血酶、血清白蛋白、生長激素和

a?抗胰蛋白酶等重要的醫(yī)藥產(chǎn)品。構(gòu)建乳腺生物反應器的過程為：將藥用蛋白基因后乳腺中特異表達的基

因的啟動子等調(diào)控元件重組在一起,通過顯微注射的方法導入哺乳動物的受精卵中,由此發(fā)育成的轉(zhuǎn)基因

動物在進入泌乳期后，可以通過分泌乳汁來生產(chǎn)所需要的藥物汁稱為乳腺生物反應器或乳房生物反應器。

（3）基因工程技術還可能使建立移植器官工廠的設想成為現(xiàn)實。目前，科學家正嘗試利用基因工程技術

對豬的器官進行改造，培育出不會引起免疫排丘反應的轉(zhuǎn)基因克隆豬器官。

三、基因工程在食品工業(yè)方面的應用

（I）利用基因工程菌生產(chǎn)食品工業(yè)用氨基酸。例如，阿斯巴甜是一種普遍使用的甜味劑，主要由天冬氨

酸和苯丙氨酸形成,這兩種氨基酸就可以通過基因工程實現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)。

（2）利用基因工程菌生產(chǎn)食品工業(yè)用酶。例如，奶酪是一種被廣泛食用的發(fā)酵奶制品。大多數(shù)奶酪的生

產(chǎn)需要使用凝乳酶來凝聚固化奶中的重旦質(zhì)?？茖W家將編碼牛凝乳酶的基因?qū)氪竽c桿菌、黑曲霉或酵母

菌的基因組中，再通過工業(yè)發(fā)酵批量生產(chǎn)凝乳酶。另外，加工轉(zhuǎn)化糖漿需要的淀粉酶，加工烘烤食品要用

到的脂肪睡等也都可以通過構(gòu)建基因工程菌,然后用發(fā)酸技術大量生產(chǎn)。

（3）利用基因工程菌生產(chǎn)食品工業(yè)川維生素。

思考：相比從天然產(chǎn)物中提取的酶，通過構(gòu)建基因工程菌，然后用發(fā)酵技術大量生產(chǎn)的食品工業(yè)用酶的優(yōu)

點是：純度更高，生產(chǎn)成本顯著降低，生產(chǎn)效率較高:

四、其他方面的應用：基因工程使人們更容易培育出具有優(yōu)良性狀的動植物品種，獲得很多過去難以得到

的生物制品,甚至還能培育出可以降解多種污染物的“超級細菌”來處理環(huán)境污染.

第2節(jié)蛋白質(zhì)工程的原理和應用

從基因、蛋白質(zhì)和性狀關系角度，對基因工程的實質(zhì)可描述為：基因工程是將一種生物的基因轉(zhuǎn)移到另一

種生物體內(nèi)，讓后者產(chǎn)生它本不能產(chǎn)生的蛋白質(zhì)，進而表現(xiàn)出新的性狀?；蚬こ淘谠瓌t上只能生產(chǎn)自然

界己存在的蛋白質(zhì)。

一、蛋白質(zhì)工程及其崛起的緣由

1.蛋白質(zhì)工程的概念：

蛋白質(zhì)工程是指以蛋白質(zhì)分子的結(jié)構(gòu)規(guī)律及其生物功能的關系作為基礎，通過基因修飾或基因合成，對現(xiàn)

有蛋白質(zhì)進行改造，或制造一種新的蛋白質(zhì)，以滿足人類的生產(chǎn)和生活的需求。目前，蛋白質(zhì)工程已成為

研究蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和功能的重要手段,并將廣泛應用于醫(yī)藥和其他工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中。

2.蛋白質(zhì)工程崛起的緣由

基因工程原則I?.只能生產(chǎn)自然界中已存在的蛋白質(zhì),這些天然蛋白質(zhì)是生物在近期進化過程中形成的，它們

的結(jié)構(gòu)和功能符合特定物種生存的需要,卻不一定完全符合人類生產(chǎn)和生活的需要。

實例:

蛋白質(zhì)缺陷改造措施改造后果

玉米中賴氨酸賴氨酸合成中兩種酶的葉片和種子中游離的賴氨酸分別

含量低氨基酸被替換提高5倍和2倍

二、蛋白質(zhì)工程的基本原理

1.蛋白質(zhì)工程的基本原理：

（I）它可以根據(jù)人的需求來設計蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu),乂稱為第二代的基因工程.

（2）蛋白質(zhì)工程的基本途徑：預期的蛋白質(zhì)功能設計預期的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)-推測應有的氨基酸序列一找

到并改變相對應的脫氧核苴酸序列（基因）或合成新的基因一獲得所需要的蛋白質(zhì)。下圖為蛋白質(zhì)工程的基

本思路，圖中A?E處應填寫的內(nèi)容依次為：轉(zhuǎn)錄、翻譯、推測、多肽鏈、預期功能。

例如：某多肽鏈的一段氨基酸序列是：…一丙氨酸一色氨酸一賴氨酸一谷氨酸一苯丙氨酸一…。要得

出決定這?段肽鏈的脫氧核甘酸序列，首先需從遺傳密碼子表中查出每種氨基酸對應的蜜碼壬，然后據(jù)此

推出mRNA序列,再根據(jù)堿基互補配對原則推出脫氧核配酸序列。由上述氨基酸序列推出的脫氧核甘酸

序列有多種，這說明上述氨基酸序列中有些氨基酸是由多個密碼子編碼的。確定目的基因的臧基序列后，

就可以根據(jù)人類的需要改造它。得到目的基因的途徑有：人工合成目的基因或從基因文庫中獲取目的基因。

若要對基因改造，常會用到基因定點突變技術來進行堿基的替換、增添等。天然蛋白質(zhì)合成的過程是按照

中心法則進行的：基因一＞表達(轉(zhuǎn)錄和翻譯)形成具有特定氨基酸序列的多肽鏈一＞形成具有高級結(jié)構(gòu)的

蛋白質(zhì)T行使生物功能;而蛋白質(zhì)工程卻與之相反，它的基本途徑是：從預期的蛋白質(zhì)功能出發(fā)T設計預

期的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)T推測應有的氨基酸序列T找到并改變相對應的脫氧核甘酸序列(基因)或合成新的基因

一獲得所需要的蛋白質(zhì)。

三、蛋白質(zhì)工程的應用

(I)醫(yī)藥工業(yè)方面：

①速效胰島素類似物:改變氨基酸序列，抑制胰島素的聚合。

②干擾素:一個半胱氨酸替換為絲氨酸,延長保存時間。

③限克隆抗體:將小鼠抗體上結(jié)合抗原的區(qū)域“嫁接”到人的抗體上降低誘發(fā)免疫反應的強度。

(2)其他工業(yè)方面：用于改進酶的性能或開發(fā)新的工業(yè)用酶,婦利用蛋白質(zhì)工程獲得枯草桿菌蛋白酶的突

變體,篩選出符合工業(yè)化生產(chǎn)需求的雋變住，提高該酶的使用價值。

(3)農(nóng)業(yè)方面：

①科學家嘗試改造某些參與調(diào)控光合作用的酶,提高植物光合作用的效率。

②科學家利用蛋白質(zhì)工程的思路設計優(yōu)良微生物農(nóng)藥，改造微生物蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu),增強防治病蟲害的效果。

第4章牛.物技術的安全性與倫理問題

第1節(jié)轉(zhuǎn)基囚產(chǎn)品的安全性

生物技術的進步在給人類帶來福祉的同時，會引起人們對它安全性的關注，也會與倫理道德發(fā)生碰撞，帶

來新的倫理困惑與挑戰(zhàn)。在人類社會中，倫是指人與人之間的關系;理是道德和規(guī)則。倫理特指人與人之

間的道德準則。

一、轉(zhuǎn)基因成果令人嘆為觀止

1.微生物方面：對微生物的基因改造是基因工程中研究最早、最廣泛和取得實際應用成果最多的領域。例

如，轉(zhuǎn)基因技術已被用來減少啤酒酵母雙乙酰的生成,縮短啤酒的發(fā)酵周期;用基因工程技術構(gòu)建高產(chǎn)、

優(yōu)質(zhì)的基因工程菌來生產(chǎn)氨基酸，是目前工、業(yè)化生產(chǎn)氨基酸的重要途徑;用基因工程菌生產(chǎn)藥物同樣引人注

目，

2.轉(zhuǎn)基因動物方面：科學家將生長激素基因、促生長激素釋放激素基因等轉(zhuǎn)入動物體內(nèi),培育了一批生長

迅速、營養(yǎng)品質(zhì)優(yōu)良的轉(zhuǎn)基因家禽、家畜；將某些抗病毒的基因?qū)雱游矬w內(nèi)，培育了抵抗相應病毒的動

物新品種；建立了某些人類疾病的轉(zhuǎn)基因動物模型,模擬疾病的發(fā)生和發(fā)展過程.，為研究該疾病的致病機

制和開發(fā)治療藥物提供依據(jù),如轉(zhuǎn)基因小鼠1型糖尿病模型、轉(zhuǎn)基因小鼠原發(fā)性高血壓模型等。

3.轉(zhuǎn)基因植物方面：目前，科學家已經(jīng)培育出了大批具有抗蟲、抗病、抗除草劑和耐儲藏等新性狀的作物。

目前，全世界種植的轉(zhuǎn)基因作物中，種植最多的轉(zhuǎn)基因作物是大豆和玉米,其次是棉花和油菜。

二、對轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品安全性的爭論、理性看待轉(zhuǎn)基因技術

1.人們的價值觀取向不同，對轉(zhuǎn)基因技術就會產(chǎn)生不同的見解，特別是在轉(zhuǎn)基因食品的安全性等方面發(fā)生

激烈的爭論。

(2)理性看待轉(zhuǎn)基因技術需要以完備的相關科學知識為基礎,即清晰地了解轉(zhuǎn)基因技術的原理和操作規(guī)程;

還應該看到人們的觀點受到許多復雜的或迨、經(jīng)濟和文化等因素的影響;最重要的是，要靠確鑿的證據(jù)和

嚴謹?shù)倪壿嬤M行思考和辯論。

（3）我國對轉(zhuǎn)基因技術的方針是研究上要大膽，堅持自主創(chuàng)新;推廣上要慎重，做到確保安全;管理上要嚴

格,堅持依法監(jiān)管。

（4成國針對轉(zhuǎn)基因技術的應用，頒布和實施了一系列法規(guī)和政策，既維護了消費者對轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品的知情權

和選擇權,又最大程度地保證了轉(zhuǎn)基因技術和已經(jīng)上市的轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品的安全性。

思考：

1.對微生物的基因改造是基因工程中研究最早、最廣泛和取得實際應用成果最多的領域，這是因為微生物

具有生理結(jié)構(gòu)和遺傳物質(zhì)簡單、生長繁殖快、對環(huán)境因素敏感和容易進行遺傳物質(zhì)操作等優(yōu)點,

2.全世界種植的轉(zhuǎn)基因作物中，種植最多的轉(zhuǎn)基因作物是大豆和玉米，轉(zhuǎn)基因大豆和普通大豆屬于（屬于、

不屬于）同一物種，因為轉(zhuǎn)基因生物不是新物種，在轉(zhuǎn)基因技術中，所轉(zhuǎn)移的只是自然界中已存在的外源

基因，它不會改變生物原有的分類地位，只能說是具有某種新特征的同一物種。（P102“教材”改編）

3.科學家利用轉(zhuǎn)基因技術，建立了某些人類疾病的轉(zhuǎn)基因動物模型，模擬疾病的發(fā)生和發(fā)展過程，如轉(zhuǎn)基

因小鼠1型糖尿病模型、轉(zhuǎn)基因小鼠原發(fā)性高血壓模型等。這些動物模型建立的意義是：為研究該疾病的

致病機制和開發(fā)治療藥物提供依據(jù)。

4.我國對農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)基因生物實行了標退制度，實行這一制度的目的是加強對農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)基因生物的標退萱理，規(guī)

范農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)基因生物的銷售行為,引導農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)基因生物的生產(chǎn)和消費,保護消費者的知情權。

第2節(jié)關注生物技術的倫理問題

三個關于生物技術的倫理的熱點問題：

一、生殖性克隆人面臨的倫理問題

1.生殖性克隆與治療性克?。荷承钥寺∈侵竿ㄟ^克隆技術產(chǎn)生獨立生存的新個體。治療性克隆是指利

用克隆技術產(chǎn)生特定的細胞、組織和器官,用它們來修復或替代受損的細施、組織和器官，從而達到治療

疾病的目的。

2.人們對進行生殖性克隆人研究的不同見解：

①有人認為，這是一項科學研究，既然是科學，那就有它自己內(nèi)在的發(fā)展規(guī)律,社會應該允許科學家研究；

雖然現(xiàn)在人們的倫理道德觀念還不能接受這一切，但是人的觀念是可以改變的。

②大多數(shù)人對生殖性克隆人的研究持否定態(tài)度。有的倫理學家認為，生殖性克隆人”有違人類尊嚴”。還有

倫理學家認為，生殖性克隆人是生人為地制造在心理上和社會地位上都不健全的人,嚴重地違反了人類倫

理道德,是克隆技術的濫用。

③很多生物學家認為，克隆技術還不成熟，用哺乳動物做克隆實驗時，存在構(gòu)建重構(gòu)胚成功率低，胚胎移

植到母體子宮后著床率低、流產(chǎn)率高、胎兒崎形率高和出生后死亡率高等問題，正常的個體極少?？梢灶A見,

生殖性克隆人同樣會面臨所有的這些問題：流產(chǎn)、死胎和畸形兒等，這顯然與人類傳統(tǒng)的倫理道德是背道

而弛的。

二、我國禁止生殖性克隆人

I.我國政府對生殖性克隆人的態(tài)度：

（1）態(tài)度：我國政府對克隆技術在倫理、法律等方面可能造成的影響非常重視，堅決反對克隆人,不允

許進行任何生殖性克隆人實驗。我國政府一再重申四不原則：不贊成、不允許、不支持、不接受任何生殖

性克隆人實驗。

（2）原因：

①克隆人只是某些人出于某種目的制造出的“產(chǎn)品”，沒有“父母”，這可能導致他們在心理上受到傷害;②

由于技術問題，可能孕育出有嚴重生理缺陷的克隆人:

③克隆人的家庭地位難以認定，這可能使以血緣為紐帶的父子、兄弟和姐妹等人倫關系消亡;

④生殖性克隆人沖擊了現(xiàn)有的一些有關婚姻、家庭和兩性關系的倫理道德觀念;

⑤生殖性克隆人是對人類尊嚴的侵犯：

⑥生殖性克隆人破壞了人類基因多樣性的天然晝性，不利于人類的生存和進化。

2.我國政府對治療性克隆的態(tài)度：我國政府同樣重視治療性克隆所涉及的倫理問題，主張對治療性克隆進

行有效監(jiān)控和嚴格審查。

三、警惕用新技術研究生殖性克隆人

I.近些年來，干細胞研究取得了一系列重要進展，可能會涉及克隆人研究。

2.2016年，一批國外的科學家和企業(yè)家聚集在一起，商議“人類基因組編寫計劃”，希望介成人類的整個基因

組,該計劃的支持者認為這將使培育出用于移植的人體器官成為可能,還會加速疫苗的研發(fā)等。計劃一經(jīng)

提出，就引起了倫理方面的擔憂：如果合成出人類的基因組,就可能造出“無父母”人類或者擁有相同基

因組的“克隆人

第3節(jié)禁止生物武器

一、關于生物武器

1.生物武器的種類：生物武器包括致病菌類、病毒類和生化毒劑類等，例如，天花病毒、波特淋菌、霍

亂弧菌和炭疸桿菌都可以用來制造生物武器。

2.特點:生物武器的致病能力強、攻擊范圍廣。

3.散布途徑及危害：生物武器可以直接或者通過食物、生活必需品和帶菌昆蟲等散布,經(jīng)由呼吸道、消

化道和皮膚等侵入人、畜體內(nèi)，造成大規(guī)模傷亡，也能大量損害植物。

二、禁止生物武器公約

1.)72年4月，蘇聯(lián):美國、英國分別在其首都簽署了《禁止發(fā)展、生產(chǎn)、儲存細菌(生物)及毒素武器和

銷毀此種武器公約》(簡稱《禁止生物武器公約》),并于1975年3月生效。1984年11月,我國也加入了

這一公約。

2.1998年6月，中美兩國元首在關于《禁止牛物武器公約》議定書的聯(lián)合聲明中，重申了在行何情況下丕

發(fā)展、不生產(chǎn)、不儲存生物武器,并反對生物武器及其技術和設備的擴散。2010年，在第65屆聯(lián)合國大

會上，我國政府重申支持《禁止生物武器公約》的宗旨和目標,全面、嚴格履行公約義務，支持不斷加強

公約的約束力，并主張全面禁止和徹底銷毀生物武器等各類大規(guī)模殺傷性武器。

關于生化武器的其他相關知識：

1.生物武器的傳播途徑

(1)經(jīng)食物與水傳播:霍亂、肉毒毒素、病毒、炭疽

(2)空氣傳播:鼠疫、炭疽、類鼻疽、球抱子菌病

(3版觸傳播:炭疽、破傷風

(4)蟲媒傳播:黃熱病、馬腦炎、落磯山斑疹熱、斑疹傷風,Q熱、腺鼠疫

(5漏原體直接傳播

2.生物武器的特點

(1通位面積效應大:生物武器單位戰(zhàn)劑的殺傷面積效應很大。因為生物戰(zhàn)劑的感染劑量極小

(2清特定的傷害對象

傷害對象只限于有生命的人、畜和農(nóng)作物，而不破壞無