基因工程及应用

随着社会的发展，人们的需求越来越趋于多样化，人们希望按照自己的意图改变物种的基因，以期获得新的性状、得到新的生物产品。经典遗传学主要通过自然选育来挑选已发生自发突变的新变种；通过用物化因子（如辐射、药物处理等）来进行人工诱变，得到所需的性状；通过细胞杂交使得某种突变性状得以显现，从而寻找新类型。但所有这些，都具有相当大的偶然性，效率不高，难以真正看到基因。由于经典遗传学所研究的基因不能离开染色体而独立进行复制，所以基因拷贝数的增加是有限的；由于染色体减数分裂受同源性的支配，远缘杂交难以实现。人们强烈希望新的育种方式出现。在疾病防治方面，有许多严重威胁人类健康的病症，如遗传性疾病、心血管病、恶性肿瘤、免疫系统疾病等，病因还不太清楚。解决这些问题，必需依赖于生命科技甚至整个科学技术的革命. 在上世纪中下叶，科学进步的机遇终于到来，这就是分子生物学理论的创立和突破性进展，特别是基因工程（遗传工程）-----DNA体外重组技术的出现。

一、基因工程的基本内容 基因工程，确切地讲就是重组DNA技术，指在体外将不同来源的DNA进行剪切和重组，形成杂合DNA或称嵌合DNA分子，然后将其导入特定的宿主细胞，得到大量扩增和表达，使宿主细胞获得新的遗传特性，产生新的基因产物。基因工程，或称遗传工程，兴起于20世纪70年代。人类实现对基因进行自如地操作、转移和改造的理想，是在核酸限制性内切酶、载体质粒、连接酶和其它修饰酶被陆续发现以后。在此基础上，核酸和蛋白质序列测定、基因体外快速突变、DNA的人工合成等，则使得基因工程逐渐成熟和发展。

质粒：环状DNA分子，它的分子量较小，可以自由地进入细菌细胞，还能独立自主地复制，具有一套与细胞核染色体相对独立的遗传信息。 二、基因工程的基本程序 b 剪切 a b 载体质粒 选出含有重组DNA的细胞扩增 A 引入宿主细胞 b A 外源DNA片段 外源DNA插入 质粒：环状DNA分子，它的分子量较小，可以自由地进入细菌细胞，还能独立自主地复制，具有一套与细胞核染色体相对独立的遗传信息。 基因工程的基本程序是：（1）获得目的基因（外源DNA片段）（2）将目的基因连接到载体上，得杂化载体；（3）将杂化载体（环状的DNA）引入宿主细胞（受体细胞），使目的基因及载体上其它基因得以转录和翻译。

例题解析 1、  农业上大量使用化肥存在许多负面影响，“生物固氮”已成为一项重要研究课题，实验证明，生物固氮是某些微生物（如根瘤菌、蓝藻等）将空气中的N2固定为NH3的过程。 （1）与人工合成NH3所需的高温、高压条件相比，生物固氮的顺利进行是因为根瘤菌、蓝藻体内含有特定的 ，这类物质的化学本质是 。 （2）人们正在着力研究转基因固氮植物（如固氮水稻、固氮小麦等），某科学家将根瘤菌、细胞中的固氮基因，通过基因工程方法转移到水稻植株细胞中，经检测，转基因水稻具备了固氮功能。据上述材料分析： ①固氮基因已经整合到水稻细胞的 中。 ②写出水稻细胞中固氮基因得到表达的反应式。 酶 蛋白质 DNA 转录 翻译 DNA（固氮基因） RNA 蛋白质

2、干扰素是治疗癌症的重要物质，人血液中每升只能提取0 2、干扰素是治疗癌症的重要物质，人血液中每升只能提取0.05μg干扰素，因而其价格昂贵，平民百姓用不起。但美国有一家公司用遗传工程方法合成了价格低廉、药性一样的干扰素，其具体做法是： （1）从人的淋巴细胞中提取能指导干扰素合成的 ，并使之与一种叫做质粒的DNA结合，然后移植到酵母菌内，从而用酵母菌来 。 （2）酵母菌能用 方式繁殖，速度很快，所以，能在较短的时间内大量生产 。利用这种方法不仅产量高，并且成本也较低。 基因 产生干扰素 出芽 干扰素

3、细菌通常是具有双链环状DNA的单细胞生物。现有甲、乙两种细菌，基因型分别是abd和ABD，通过基因工程使甲细菌后代产生出乙细菌B基因所控制的产物，具体过程如图所示，试据图回答。

（1）从细胞的结构看，细菌属于 生物。 （2）图中剪切DNA的“剪刀”和粘接DNA的“胶水”，其实是两种不同的酶，它们都只能在DNA的一定位置进行剪切和粘接，说明它们具有 的特点。 （3）新细菌与甲、乙细菌的表现都不同，从变异来源看，这是人工条件下的一种 。 （4）假如B基因是来自人体细胞，则甲子代也可产生出相应的人体物质，这说明在翻译过程中，细菌和人类共套 。 （5）在DNA分子中“拼接”上某个基因或“切割”掉某个基因，并不影响各基因的功能，这说明基因具有 原核 专一性 基因重组 遗传密码 相对的独立性

4、“人类基因组计划”的研究工作已经历时10年，投资近百亿美元。一开始它是一项“国际参与，免费分享”的国际合作研究项目，现在由于其潜在的巨大经济价值，使得它还未完成时，争抢就已经开始，而且愈演愈烈的趋势。起步本已较晚的我国生物科技人员还面临着经费严重不足等巨大困难，但是他们说：“我们的民族已经在信息产业的上游-----软件和硬件上受制于人，我们再也不能让我们的子孙后代在这个领域付出代价！”当该课题组的杨焕明、汪键在没有研究经费的情况下找袁隆平帮忙时，袁隆平爽快地道：“拿合同来”。（1）从细胞学上讲，基因的载体是 其排列特点是 。 （2）文中的“基因序列”指 ，因为它代表控制生命活动的全套 ，所以基因序列的测定对于探索生命奥秘意义重大：（3）“编码基因”一词中的“编码”，是指为生命活动的体现者 编码。（4）文中袁隆平是我国的 专家，他使用的方法主要是 。（5）与杂交育种、诱变育种相比，通过基因工程来培育新品种的主要优点 是 和 的障碍。 染色体 线性排列 基因脱氧核苷酸的排列顺序 遗传密码 蛋白质 水稻 杂交育种 缩短育种时间 克服远缘杂交