现代生物科学发展的成就

黑龙江翟贵君
当今世界生命科学发展日新月异,生物高科技正发挥着巨大的作用,其内容亦开始出现在生物教学及高考试题中,这类试题具有时代性、探究性、开放性、创新性和综合性等特点,故高考要求层次较高.正确解答这类试题,首先要求考生熟悉试题涉及到的相关现代生物技术内容,然后联系所学的生物学知识进行综合分析、运用.
【知识概要】
Ⅰ．生物技术
生物技术也称为生物工程,是利用生物体或生物体的一部分制造产品,改造动植物及创造有特殊用途生物的方法.科学家们根据被操作的生物材料的性质把生物技术划分为基因工程、细胞工程、发酵工程和酶工程等.本部分内容在高三选修教材中有介绍,这里只对课本中的相关知识进行归纳整理,具体内容可参见课本中的相关章节.
一、基因工程
（一）定义：基因工程又叫做基因拼接技术或DNA重组技术.这种技术是在生物体外,通过对DNA分子进行人工“剪切”和“拼接”,对生物的基因进行改造和重新组合,然后导入受体细胞内进行无性繁殖,使重组基因在受体细胞内表达,产生出人类所需要的基因产物.通俗地说,就是按照人们的意愿,把一种生物的个别基因复制出来,加以修饰改造,然后放到另一种生物的细胞里,定向地改造生物的遗传性状.
（二）基因操作的工具：
1．基因剪刀－限制性内切酶
（1）存在：微生物中
（2）特点及作用：一种限制性内切酶只能识别特定的核苷酸序列,并能在特定的切点上切割DNA分子.
（3）种类：目前已发现了200多种.
2．基因的针线－DNA连接酶：作用是把两条DNA末端之间的缝隙“缝合”起来.
3．基因的运输工具－运载体
（1）作用：将外源基因导入受体细胞
（2）特点：能在宿主细胞内复制并稳定地保存；具有多个限制酶切点,以便与外源基因连接；具有某些标记基因,便于进行筛选.
（3）举例：经常使用的有质粒、噬菌体和动植物病毒等.
（三）基因操作的步骤：
1．提取目的基因
（1）目的：取得人们所需要的特定基因.
（2）方法：
①直接分离法：常用方法－鸟枪法（散弹射击法）
②人工合成法：有两条途径,一个反转录酶法,二是合成法.
2．目的基因与运载体结合
（1）含义：是不同来源的DNA重新组合的过程.
（2）过程：切割质粒；切割目的基因；结合形成重组DNA分子（重组质粒）.
3．将目的基因导入受体细胞
（1）常用的受体细胞：大肠杆菌、枯草杆菌、土壤农杆菌、酵母菌、动植物细胞等.
（2）方法：主要是借鉴细菌或病毒侵染细胞的途径
4．目的基因的检测和表达
（四）基因工程的成果与发展
1．与医药卫生
（1）生产基因工程药品
①优点：高质量、低成本
②举例：胰岛素、干扰素、乙肝疫苗等60多种
（2）基因诊断
①含义：用放射性同位素、荧光分子等标记的DNA分子做探针,利用DNA分子杂交原理,鉴定被检测标本上的遗传信息,达到检测疾病的目的.
②举例：用DNA探针检测出肝炎患者的病毒,为诊断提供了一种快速简便方法.
③成果：已能够检测出肠道病毒、单纯疱疹病毒等多种病毒；在诊断遗传病方面发展尤为迅速；在肿瘤诊断中的应用取得重要成果.
（3）基因治疗
①含义：把健康的外源基因导入有基因缺陷的细胞中,达到治疗疾病的目的.
②举例：半乳糖血症（病因、研究成果）
③发展前景：许多遗传病及疑难病症将被人类征服.
2．与农牧业、食品工业
（1）农业：培育高产、优质或具特殊用途的动植物新品种.
（2）畜牧养殖业：培育体型巨大（如超级小鼠、超级绵羊、超级鱼等）、品质优良（如具有抗病能力、高产仔率、高产奶率和高质量的皮毛等）的转基因动物；利用外源基因在哺乳动物体内的表达获得人类所需要的各种物质,如激素、抗体及酶类等.
（3）食品工业：为人类开辟新的食物来源.
3．与环境保护
（1）用于环境监测：用DNA探针可检测饮水中病毒的含量
①方法：使用一个特定的DNA片段制成探针,与被检测的病毒DNA杂交,从而把病毒检测出来.
②特点：快速、灵敏
（2）用于被污染环境的净化：分解石油的“超级细菌”；“吞噬”汞和降解土壤中DDT的细菌；能够净化镉污染的植物；构建新的杀虫剂；回收、利用工业废物等.
二、细胞工程
（一）定义：应用细胞生物学和分子生物学的原理和方法,通过某种工程学手段,在细胞整体水平或细胞器水平上,按照人们的意愿来改变细胞内遗传物质或获得细胞产品的一门综合科学技术.
（二）种类：
1．植物细胞工程
（1）理论基础：植物细胞的全能性
①定义：生物体的细胞具有使后代细胞形成完整个体的潜能,细胞的这种特性,叫做细胞的全能性.
②原理：生物体的每一个细胞都包含有该物种所特有的全套遗传物质,都有发育成完整个体所必需的全部基因.
③未表现而分化的原因：基因在特定的时间和空间条件下选择性表达的结果.
④实现条件：离体状态、一定的营养物质、激素和其他外界条件.
（2）技术手段：
①植物组织培养：
a．过程：取材、去分化（或脱分化）形成愈伤组织、再分化形成试管苗、移栽发育成完整植物体.
b．应用：快速繁殖,培育无病毒植物（参见必修教材第一册）；生产药物、食品添加剂、香料、色素和杀虫剂等；制作人工种子；转基因植物的培育.
②植物体细胞杂交：
a．定义：是用来自两个不同植物的体细胞融合成一个杂种细胞,并且把杂种细胞培育成新的植物体的方法.
b．操作步骤：用酶解法（纤维素酶、果胶酶）去掉细胞壁（目的是获得原生质体）、诱导原生质体融合（物理法：离心、振动、电刺激等；化学法：聚乙二醇等试剂作诱导剂诱导融合）、将杂种细胞进行组织培养等.
c. 特点：可克服远缘杂交不亲合的障碍,大大扩展了可用于杂交的亲本组合范围.
2．动物细胞工程：
技术手段包括：
（1）动物细胞培养：
①培养液成分：葡萄糖、氨基酸、无机盐、维生素等（与植物不同）
②过程：参见高三选修教材中的相关内容.
③应用：大规模生产蛋白质生物制品,如病毒疫苗、干扰素、单克隆抗体等；烧伤病人的皮肤移植；检测有毒物质；生理、病理、药理方面的研究等.
（2）动物细胞融合：
①原理：与植物原生质体融合的原理基本相同
②诱导方法：与植物原生质体诱导融合方法类似,还常用灭活的病毒做诱导剂.
（3）单克隆抗体：
①定义：化学性质单一、特异性强的抗体
②应用：生物学基础理论的研究；疾病诊断、治疗、预防；单克隆抗体的商品化； 正在研究单克隆抗体治疗癌症
4．胚胎移植技术：略
5．核移植：略
三、发酵工程
定义：采用现代工程技术手段,利用微生物的某些特定功能,为人类生产有用的产品,或直接把微生物应用于工业生产过程的一种新技术.
四、酶工程：略