課程內(nèi)容：
《基因工程及其應(yīng)用》
盡管作物和家畜的育種自史前開始一直延續(xù)至今，但是，傳統(tǒng)育種的方法一般只能在同種生物中進(jìn)行，很難將一種生物的優(yōu)良性狀，移植到另一種生物身上?；蚬こ痰某霈F(xiàn)使人類有可能按照自己的意愿直接定向地改變生物，培育出新品種。
基因工程的原理
基因工程又叫做基因拼接技術(shù)或DNA重組技術(shù)。通俗地說，就是按照人們的意愿，把一種生物的某種基因提取出來，加以修飾改造，然后放到另一種生物的細(xì)胞里，定向地改造生物的遺傳性狀?；蚬こ淌窃贒NA上進(jìn)行的分子水平的設(shè)計(jì)施工，需要有專門的工具?！盎蚣舻丁?、“基因針線”和“基因的運(yùn)載體”是基因工程最基本的工具。
基因的“剪刀”
基因的“剪刀”指的是限制性核酸內(nèi)切酶（以下簡(jiǎn)稱限制酶）。一種限制酶只能識(shí)別一種特定的核苷酸序列，并在特定的切點(diǎn)上切割DNA分子。例如，大腸桿菌中的一種叫做EcoRI的限制酶，能夠?qū)Ｒ蛔R(shí)別GAATTC的序列，并在G和A之間將這段序列切開。
基因的“針線”
兩種來源不同的DNA用同種限制酶切割后，末端可以相互黏合，但是，這種黏合只能使互補(bǔ)的堿基連接起來，脫氧核糖和磷酸交替連接而構(gòu)成的DNA骨架上的缺口，需要靠DNA連接酶來“縫合”。
基因的運(yùn)載體
要將外源基因送入受體細(xì)胞，還需要有專門的運(yùn)輸工具，這就是運(yùn)載體。目前常用的運(yùn)載體有質(zhì)粒、噬菌體和動(dòng)植物病毒等。質(zhì)粒存在于許多細(xì)菌以及酵母菌等生物中，是細(xì)胞染色體外能夠自主復(fù)制的很小的環(huán)狀DNA分子。
基因工程的操作一般要經(jīng)歷如下圖所示的四個(gè)步驟：提取目的基因、目的基因與運(yùn)載體結(jié)合、將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞和目的基因的表達(dá)和檢測(cè)。
基因工程的應(yīng)用
基因工程自20世紀(jì)70年代興起以來，取得了突飛猛進(jìn)的發(fā)展。基因轉(zhuǎn)移、基因擴(kuò)增等技術(shù)的應(yīng)用不僅使生命科學(xué)的研究發(fā)生了前所未有的變化，而且在實(shí)際應(yīng)用領(lǐng)域，如醫(yī)藥衛(wèi)生、農(nóng)牧業(yè)、食品工業(yè)、環(huán)境保護(hù)等方面也展示出美好的應(yīng)用前景。
基因工程與作物育種
近幾年來，人們利用基因工程的方法，獲得了高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)和具有優(yōu)良品質(zhì)的農(nóng)作物，培育出具有各種抗逆性的作物新品種。
1993年，中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院的科學(xué)家成功地培育出了抗棉鈴蟲的轉(zhuǎn)基因抗蟲棉，抗蟲的基因來自蘇云金桿菌。蘇云金桿菌形成的伴孢晶體是一種毒性很強(qiáng)的蛋白質(zhì)晶體，能使棉鈴蟲等鱗翅目害蟲癱瘓致死?？茖W(xué)家將編碼這個(gè)蛋白質(zhì)的基因?qū)胱魑?，使作物自身具有抵御蟲害的能力。如今，科學(xué)家已利用這一基因成功地培育出了抗蟲的煙草、玉米、水稻和棉花等多種作物?？瓜x基因作物的使用，不僅減少了農(nóng)藥的用量，大大降低了生產(chǎn)成本，而且還減少了農(nóng)藥對(duì)環(huán)境的污染。此外，人們還培育出了耐貯存的番茄、耐鹽堿的棉花、抗除草劑的玉米、油菜、大豆等多種轉(zhuǎn)基因作物。在畜牧養(yǎng)殖業(yè)上，科學(xué)家利用基因工程的方法培育出了轉(zhuǎn)基因奶牛、超級(jí)綿羊等多種轉(zhuǎn)基因動(dòng)物。
基因工程與藥物研制
在藥品生產(chǎn)中，有些藥品是直接從生物體的組織、細(xì)胞或血液中提取的。由于受原料來源的限制，價(jià)格十分昂貴。用基因工程的方法能夠高效率地生產(chǎn)出各種高質(zhì)量、低成本的藥品，如胰島素、干擾素和乙肝疫苗等。
胰島素是治療糖尿病的特效藥。以往臨床上給病人注射用的胰島素主要從豬、牛等家畜的胰腺中提取，每100kg胰腺只能提取4-5g胰島素。用這種方法生產(chǎn)的胰島素產(chǎn)量低，價(jià)格昂貴，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足需求。1979年， 科學(xué)家將動(dòng)物體內(nèi)能夠產(chǎn)生胰島素的基因與大腸桿菌的DNA分子重組，并且在大腸桿菌內(nèi)獲得成功的表達(dá)。這樣，用2000L大腸桿菌培養(yǎng)液就可以提取100g胰島素，相當(dāng)于從2t豬胰腺中提取的量。1982年，美國(guó)一家基因公司用基因工程方法生產(chǎn)的胰島素開始投入市場(chǎng)。
用基因工程方法生產(chǎn)的藥物還有干擾素、白細(xì)胞介素、溶血栓劑、凝血因子，以及預(yù)防乙肝、霍亂、傷寒、瘧疾的疫苗，等等。
除了上述作用以外，基因工程技術(shù)還可用于環(huán)境保護(hù)，如利用轉(zhuǎn)基因細(xì)菌降解有毒的化合物，吸收環(huán)境中的重金屬，分解泄露的石油，處理工業(yè)廢水等。
轉(zhuǎn)基因生物和轉(zhuǎn)基因食品的安全性
當(dāng)人類擁有了只有大自然才擁有的改造生物、創(chuàng)造生物的能力時(shí)，也感到了不安于困惑。人類是否有權(quán)利按照自己的意愿操縱地球上的生命？人類創(chuàng)造的轉(zhuǎn)基因生物、轉(zhuǎn)基因食品是否會(huì)危害整個(gè)生物圈，包括人類自身？這些問題曾引起了全球范圍的大辯論，而辯論的起因源于對(duì)老鼠的實(shí)驗(yàn)。
1998年，英國(guó)一位生物學(xué)家在電視節(jié)目中宣布：老鼠食用了轉(zhuǎn)基因土豆后，腎、脾和消化道都出現(xiàn)了損傷，體重和器官重量減輕，免疫系統(tǒng)遭到破壞。電視播出后，引起了人們對(duì)轉(zhuǎn)基因食品的極度恐懼。盡管審查表明這一實(shí)驗(yàn)存在明顯的漏洞，結(jié)果不可信，但仍無法消除人們的疑慮。下面的資料包含了對(duì)轉(zhuǎn)基因生物和轉(zhuǎn)基因食品的不同態(tài)度，請(qǐng)?jiān)诖嘶A(chǔ)上，進(jìn)一步搜集資料，并針對(duì)這一問題發(fā)表你的個(gè)人意見。
我國(guó)從一開始進(jìn)行基因工程研究，就十分重視基因工程的安全性問題。2001年5月，國(guó)務(wù)院公布了《農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)基因生物安全管理?xiàng)l例》，對(duì)農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)基因生物的研究和試驗(yàn)，生產(chǎn)和加工、經(jīng)營(yíng)和進(jìn)出口等作了具體規(guī)定?，F(xiàn)在，我國(guó)越來越重視轉(zhuǎn)基因生物及其產(chǎn)品的安全性，并且密切關(guān)注國(guó)際上有關(guān)管理法規(guī)的動(dòng)向。
《基因工程及其應(yīng)用》
盡管作物和家畜的育種自史前開始一直延續(xù)至今，但是，傳統(tǒng)育種的方法一般只能在同種生物中進(jìn)行，很難將一種生物的優(yōu)良性狀，移植到另一種生物身上?；蚬こ痰某霈F(xiàn)使人類有可能按照自己的意愿直接定向地改變生物，培育出新品種。
基因工程的原理
基因工程又叫做基因拼接技術(shù)或DNA重組技術(shù)。通俗地說，就是按照人們的意愿，把一種生物的某種基因提取出來，加以修飾改造，然后放到另一種生物的細(xì)胞里，定向地改造生物的遺傳性狀?；蚬こ淌窃贒NA上進(jìn)行的分子水平的設(shè)計(jì)施工，需要有專門的工具?！盎蚣舻丁?、“基因針線”和“基因的運(yùn)載體”是基因工程最基本的工具。
基因的“剪刀”
基因的“剪刀”指的是限制性核酸內(nèi)切酶（以下簡(jiǎn)稱限制酶）。一種限制酶只能識(shí)別一種特定的核苷酸序列，并在特定的切點(diǎn)上切割DNA分子。例如，大腸桿菌中的一種叫做EcoRI的限制酶，能夠?qū)Ｒ蛔R(shí)別GAATTC的序列，并在G和A之間將這段序列切開。
基因的“針線”
兩種來源不同的DNA用同種限制酶切割后，末端可以相互黏合，但是，這種黏合只能使互補(bǔ)的堿基連接起來，脫氧核糖和磷酸交替連接而構(gòu)成的DNA骨架上的缺口，需要靠DNA連接酶來“縫合”。
基因的運(yùn)載體
要將外源基因送入受體細(xì)胞，還需要有專門的運(yùn)輸工具，這就是運(yùn)載體。目前常用的運(yùn)載體有質(zhì)粒、噬菌體和動(dòng)植物病毒等。質(zhì)粒存在于許多細(xì)菌以及酵母菌等生物中，是細(xì)胞染色體外能夠自主復(fù)制的很小的環(huán)狀DNA分子。
基因工程的操作一般要經(jīng)歷如下圖所示的四個(gè)步驟：提取目的基因、目的基因與運(yùn)載體結(jié)合、將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞和目的基因的表達(dá)和檢測(cè)。
基因工程的應(yīng)用
基因工程自20世紀(jì)70年代興起以來，取得了突飛猛進(jìn)的發(fā)展。基因轉(zhuǎn)移、基因擴(kuò)增等技術(shù)的應(yīng)用不僅使生命科學(xué)的研究發(fā)生了前所未有的變化，而且在實(shí)際應(yīng)用領(lǐng)域，如醫(yī)藥衛(wèi)生、農(nóng)牧業(yè)、食品工業(yè)、環(huán)境保護(hù)等方面也展示出美好的應(yīng)用前景。
基因工程與作物育種
近幾年來，人們利用基因工程的方法，獲得了高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)和具有優(yōu)良品質(zhì)的農(nóng)作物，培育出具有各種抗逆性的作物新品種。
1993年，中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院的科學(xué)家成功地培育出了抗棉鈴蟲的轉(zhuǎn)基因抗蟲棉，抗蟲的基因來自蘇云金桿菌。蘇云金桿菌形成的伴孢晶體是一種毒性很強(qiáng)的蛋白質(zhì)晶體，能使棉鈴蟲等鱗翅目害蟲癱瘓致死?？茖W(xué)家將編碼這個(gè)蛋白質(zhì)的基因?qū)胱魑?，使作物自身具有抵御蟲害的能力。如今，科學(xué)家已利用這一基因成功地培育出了抗蟲的煙草、玉米、水稻和棉花等多種作物?？瓜x基因作物的使用，不僅減少了農(nóng)藥的用量，大大降低了生產(chǎn)成本，而且還減少了農(nóng)藥對(duì)環(huán)境的污染。此外，人們還培育出了耐貯存的番茄、耐鹽堿的棉花、抗除草劑的玉米、油菜、大豆等多種轉(zhuǎn)基因作物。在畜牧養(yǎng)殖業(yè)上，科學(xué)家利用基因工程的方法培育出了轉(zhuǎn)基因奶牛、超級(jí)綿羊等多種轉(zhuǎn)基因動(dòng)物。
基因工程與藥物研制
在藥品生產(chǎn)中，有些藥品是直接從生物體的組織、細(xì)胞或血液中提取的。由于受原料來源的限制，價(jià)格十分昂貴。用基因工程的方法能夠高效率地生產(chǎn)出各種高質(zhì)量、低成本的藥品，如胰島素、干擾素和乙肝疫苗等。
胰島素是治療糖尿病的特效藥。以往臨床上給病人注射用的胰島素主要從豬、牛等家畜的胰腺中提取，每100kg胰腺只能提取4-5g胰島素。用這種方法生產(chǎn)的胰島素產(chǎn)量低，價(jià)格昂貴，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足需求。1979年， 科學(xué)家將動(dòng)物體內(nèi)能夠產(chǎn)生胰島素的基因與大腸桿菌的DNA分子重組，并且在大腸桿菌內(nèi)獲得成功的表達(dá)。這樣，用2000L大腸桿菌培養(yǎng)液就可以提取100g胰島素，相當(dāng)于從2t豬胰腺中提取的量。1982年，美國(guó)一家基因公司用基因工程方法生產(chǎn)的胰島素開始投入市場(chǎng)。
用基因工程方法生產(chǎn)的藥物還有干擾素、白細(xì)胞介素、溶血栓劑、凝血因子，以及預(yù)防乙肝、霍亂、傷寒、瘧疾的疫苗，等等。
除了上述作用以外，基因工程技術(shù)還可用于環(huán)境保護(hù)，如利用轉(zhuǎn)基因細(xì)菌降解有毒的化合物，吸收環(huán)境中的重金屬，分解泄露的石油，處理工業(yè)廢水等。
轉(zhuǎn)基因生物和轉(zhuǎn)基因食品的安全性
當(dāng)人類擁有了只有大自然才擁有的改造生物、創(chuàng)造生物的能力時(shí)，也感到了不安于困惑。人類是否有權(quán)利按照自己的意愿操縱地球上的生命？人類創(chuàng)造的轉(zhuǎn)基因生物、轉(zhuǎn)基因食品是否會(huì)危害整個(gè)生物圈，包括人類自身？這些問題曾引起了全球范圍的大辯論，而辯論的起因源于對(duì)老鼠的實(shí)驗(yàn)。
1998年，英國(guó)一位生物學(xué)家在電視節(jié)目中宣布：老鼠食用了轉(zhuǎn)基因土豆后，腎、脾和消化道都出現(xiàn)了損傷，體重和器官重量減輕，免疫系統(tǒng)遭到破壞。電視播出后，引起了人們對(duì)轉(zhuǎn)基因食品的極度恐懼。盡管審查表明這一實(shí)驗(yàn)存在明顯的漏洞，結(jié)果不可信，但仍無法消除人們的疑慮。下面的資料包含了對(duì)轉(zhuǎn)基因生物和轉(zhuǎn)基因食品的不同態(tài)度，請(qǐng)?jiān)诖嘶A(chǔ)上，進(jìn)一步搜集資料，并針對(duì)這一問題發(fā)表你的個(gè)人意見。
我國(guó)從一開始進(jìn)行基因工程研究，就十分重視基因工程的安全性問題。2001年5月，國(guó)務(wù)院公布了《農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)基因生物安全管理?xiàng)l例》，對(duì)農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)基因生物的研究和試驗(yàn)，生產(chǎn)和加工、經(jīng)營(yíng)和進(jìn)出口等作了具體規(guī)定?，F(xiàn)在，我國(guó)越來越重視轉(zhuǎn)基因生物及其產(chǎn)品的安全性，并且密切關(guān)注國(guó)際上有關(guān)管理法規(guī)的動(dòng)向。
