【正文】 組成DNA和RNA的核苷酸雖然都各只有4種，但在多核苷酸鏈中，四種核苷酸的組合不同、排列順序不同，使DNA和RNA分子具有極大的多樣性。DNA和RNA分子中核苷酸的排列組合變化幾乎是無(wú)窮的。據(jù)此，生物學(xué)家認(rèn)為，DNA和RNA分子中的核苷酸序列包含著豐富的遺傳信息。由于在DNA或RNA分子中，4種核苷酸在結(jié)構(gòu)上的唯一區(qū)別是堿基不同，因此可以認(rèn)為，遺傳信息是由核酸分子中的堿基序列表示的?！　NA分子上的堿基序列儲(chǔ)存著遺傳信息，前一代細(xì)胞的遺傳信息通過(guò)DNA的自我復(fù)制忠實(shí)地傳給下一代細(xì)胞，從而使一個(gè)物種的遺傳信息保持穩(wěn)定?！　NA分子在細(xì)胞有絲分裂的間期進(jìn)行復(fù)制。首先,在解旋酶的作用下,把兩條扭成螺旋的雙鏈逐步解開(kāi),這個(gè)過(guò)程叫解旋；然后以解開(kāi)的每一段鏈(母鏈)為模板,按照堿基互補(bǔ)配對(duì)原則,在聚合酶催化下各自與周?chē)h(huán)境中互補(bǔ)的核苷酸配對(duì),形成兩段子鏈；同時(shí)新合成的子鏈不斷延伸,與相應(yīng)的母鏈互相盤(pán)繞成雙螺旋結(jié)構(gòu)。這樣一來(lái),一個(gè)DNA分子就復(fù)制成兩個(gè)DNA分子,它們?cè)诮Y(jié)構(gòu)上是完全相同的。由于每個(gè)子代DNA分子中的一條鏈來(lái)自親代DNA分子，另一條鏈則是新合成的，這種復(fù)制方式稱(chēng)為半保留復(fù)制（圖428）。DNA分子通過(guò)半保留復(fù)制的方式把遺傳信息一代一代地傳下去?！　?1．什么是基因表達(dá)？基因表達(dá)的步驟是怎樣的？　　遺傳信息表現(xiàn)為生物性狀的過(guò)程稱(chēng)為基因表達(dá)?；蚴荄NA中有遺傳效應(yīng)的片段，DNA的堿基序列包含著遺傳信息，由DNA的堿基序列決定RNA的堿基序列，再由RNA的堿基序列決定蛋白質(zhì)分子中的氨基酸序列，從而通過(guò)特異性的蛋白質(zhì)決定了生物的性狀?！　』虮磉_(dá)包括轉(zhuǎn)錄和轉(zhuǎn)譯兩個(gè)步驟。轉(zhuǎn)錄是遺傳信息從DNA到RNA的轉(zhuǎn)移。轉(zhuǎn)譯也叫翻譯，是生物按照從DNA轉(zhuǎn)錄得到的mRNA上的遺傳信息合成蛋白質(zhì)的過(guò)程?！　?2．什么是分子遺傳學(xué)“中心法則”？　　生物體內(nèi)遺傳信息的傳遞，主要包括DNA的復(fù)制和蛋白質(zhì)的合成兩種行為，即遺傳信息可以通過(guò)半保留復(fù)制從親代DNA傳遞給子代DNA，還可以通過(guò)基因表達(dá)從DNA傳遞給RNA再傳遞給蛋白質(zhì)。生物學(xué)家把遺傳信息的傳遞歸納為“中心法則”（圖4210），它是分子遺傳學(xué)上的一個(gè)基本規(guī)律?！　?3．什么是生物技術(shù)？　　生物技術(shù)是應(yīng)用自然科學(xué)及工程學(xué)的原理，依靠微生物、動(dòng)物、植物細(xì)胞及其產(chǎn)生的活性物質(zhì)，作為某種化學(xué)反應(yīng)的執(zhí)行者，將原料進(jìn)行加工成某種產(chǎn)品來(lái)為社會(huì)服務(wù)的技術(shù)。通俗地說(shuō)，生物技術(shù)就是利用生物（動(dòng)物、植物或微生物）或其產(chǎn)物，來(lái)生產(chǎn)對(duì)人類(lèi)有用的物質(zhì)或生物?！　∩锛夹g(shù)并不完全是一門(mén)完全新興的技術(shù)，按歷史發(fā)展和使用方法的不同，生物技術(shù)可分為傳統(tǒng)生物技術(shù)和現(xiàn)代生物技術(shù)兩大類(lèi)?！　鹘y(tǒng)生物技術(shù)是應(yīng)用發(fā)酵、雜交育種等傳統(tǒng)的方法來(lái)獲得需要的產(chǎn)品?！　‖F(xiàn)代生物技術(shù)是以生物化學(xué)或分子生物學(xué)方法改變細(xì)胞或分子的性質(zhì)而獲得需要的產(chǎn)品。這也是我們一般所認(rèn)為的生物技術(shù)。隨著顯微鏡的發(fā)明和微生物的發(fā)現(xiàn)，二戰(zhàn)期間抗生素的特殊需求，DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)代生物技術(shù)的雛形逐步形成，20世紀(jì)70年代DNA體外重組的成功，標(biāo)志著現(xiàn)代生物技術(shù)的正式誕生?！　「鶕?jù)操作的對(duì)象和技術(shù)，現(xiàn)代生物工程一般包括基因工程、細(xì)胞工程、酶工程、發(fā)酵工程和蛋白質(zhì)工程，其中，基因工程技術(shù)是現(xiàn)代生物技術(shù)的核心技術(shù)。　　14．什么是基因工程？　　基因工程是指在基因水平上，采用與工程設(shè)計(jì)十分類(lèi)似的方法，按照人類(lèi)的需要進(jìn)行設(shè)計(jì)，然后按設(shè)計(jì)方案創(chuàng)建出具有某種新的性狀的生物新品系，并能使之穩(wěn)定地遺傳給后代?！　‰S著ＤＮＡ的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和遺傳機(jī)制的秘密一點(diǎn)一滴地呈現(xiàn)在人們眼前，特別是了解到遺傳密碼是由信使ＲＮＡ轉(zhuǎn)錄表達(dá)以后，生物學(xué)家不再僅僅滿足于探索、揭示生物遺傳的秘密，而開(kāi)始躍躍欲試，想從分子的水平去干預(yù)生物的遺傳。1973年，美國(guó)斯坦福大學(xué)的科恩（）教授，從大腸桿菌里取出了兩種不同的質(zhì)粒，它們各自具有一個(gè)抗藥的基因?？贫靼褍煞N質(zhì)粒上不同的抗藥基因裁剪下來(lái)，再把這兩種基因拼接在同一個(gè)質(zhì)粒中。當(dāng)這種雜合質(zhì)粒進(jìn)入大腸桿菌體后，這些大腸桿菌就能抵抗兩種藥物，而且這種大腸桿菌的后代都具備雙重抗菌性。科恩的重組實(shí)驗(yàn)拉開(kāi)了基因工程的大幕?？贫鞅救艘惨訢NA重組技術(shù)發(fā)明人的身份向美國(guó)專(zhuān)利局申報(bào)了世界上第一個(gè)基因工程的技術(shù)專(zhuān)利?！　NA重組技術(shù)是基因工程的核心技術(shù)。重組，顧名思義，就是重新組合，即利用供體生物的遺傳物質(zhì)，或人工合成的基因，經(jīng)過(guò)體外切割后與適當(dāng)?shù)妮d體連接起來(lái)形成重組DNA分子，然后將重組DNA分子導(dǎo)入到受體細(xì)胞或受體生物構(gòu)建轉(zhuǎn)基因生物，該種生物就可以按人類(lèi)事先設(shè)計(jì)好的藍(lán)圖表現(xiàn)出另外一種生物的某種性狀?！　?2．DNA重組技術(shù)的物質(zhì)基礎(chǔ)有哪幾類(lèi)？　　有以下三類(lèi)：　　1〕目的基因　　基因工程的原料就是目的基因。所謂目的基因，是指通過(guò)人工方法獲得的符合設(shè)計(jì)者要求的DNA片段，在適當(dāng)條件下，目的基因?qū)?huì)以蛋白質(zhì)的形式表達(dá)，從而實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)者改造生物性狀的目標(biāo)?！　?〕載體　　目的基因一般都不能直接進(jìn)入另一種生物細(xì)胞，即使人工注入，也將受到受體細(xì)胞內(nèi)核酸酶的分解而被消滅掉，目的基因需要與特定的載體結(jié)合,才能安全地進(jìn)入到受體細(xì)胞中。目前常用的載體有質(zhì)粒、噬菌體和病毒。　　質(zhì)粒、噬菌體和病毒的相似之處在于，它們都能把自己的DNA分子注入到宿主細(xì)胞中并保持DNA分子的完整，因而它們成為運(yùn)載目的基因的合適載體。作為目的基因的DNA片段可以鑲嵌在質(zhì)粒、噬菌體和病毒的DNA分子中，被一同注入到受體細(xì)胞中。因此，基因工程中的載體實(shí)質(zhì)上是一些特殊的DNA分子。　　?工具酶　　基因工程需要有一套工具，以便從生物體中分離目的基因，然后選擇適合的載體，將目的基因與載體連接起來(lái)。DNA分子很小，其直徑只有20埃（1010米），約相當(dāng)于五百萬(wàn)分之一厘米，在它們身上進(jìn)行“手術(shù)”是非常困難的，因此基因工程實(shí)際上是一種“超級(jí)顯微工程”，對(duì)DNA的切割、縫合與轉(zhuǎn)運(yùn)，必須有特殊的工具?！　?968年，科學(xué)家第一次從大腸桿菌中提取出了限制性內(nèi)切酶。限制性內(nèi)切酶最大的特點(diǎn)是專(zhuān)一性強(qiáng)，能夠在DNA上識(shí)別特定的核苷酸序列，并在特定切點(diǎn)上切割DNA分子，人們把這種限制性內(nèi)切酶稱(chēng)為“分子剪刀”。這種“分子剪刀”可以完整地切下個(gè)別基因。自70年代以來(lái)，人們已經(jīng)分離提取了400多種限制性內(nèi)切酶，有了形形色色的“分子剪刀”，人們就可以隨心所欲地進(jìn)行DNA分子長(zhǎng)鏈的切割了。　　1976年，5個(gè)實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家?guī)缀跬瑫r(shí)發(fā)現(xiàn)并提取出一種酶，這種酶可以將兩個(gè)DNA片段連接起來(lái)，修復(fù)好DNA鏈的斷裂口，這種酶被叫作DNA連接酶。從此，DNA連接酶就成了“粘合”基因的“分子粘合劑”?！　?2．DNA重組技術(shù)的一般操作步驟　　一個(gè)典型的DNA重組技術(shù)主要包括五個(gè)步驟：目的基因的獲取；DNA分子的體外重組；DNA重組體的導(dǎo)入；受體細(xì)胞的篩選；基因表達(dá)?！　?〕目的基因的獲取　　我們知道，DNA是十分龐大的生物分子。病毒含有幾千到幾十萬(wàn)個(gè)核苷酸，原核生物的DNA分子平均為106個(gè)堿基對(duì)，真核生物的DNA分子可達(dá)l09個(gè)堿基對(duì)。我們熟知的一些目的基因，例如乙型肝炎病毒抗原基因、生長(zhǎng)激素基因和干擾素基因等等，都是僅有幾千個(gè)、幾百個(gè)甚至更少堿基對(duì)的DNA片段，人生長(zhǎng)激素釋放抑制素基因只有42個(gè)堿基對(duì)。要從數(shù)以萬(wàn)計(jì)的核苷酸序列中選出這樣小的目的基因，真可謂是大海撈針。經(jīng)過(guò)科學(xué)家艱苦細(xì)致的探索研究，人們現(xiàn)在已經(jīng)掌握了分離和制造目的基因的一些有效方法。一般來(lái)說(shuō)，目前獲取目的基因的方法主要有三種：反向轉(zhuǎn)錄法、從細(xì)胞基因組直接分離法和人工合成法?！　?〕DNA分子的體外重組　　體外重組是把載體與目的基因進(jìn)行連接。例如，以質(zhì)粒作為載體時(shí)，首先要選擇出合適的限制性內(nèi)切酶，對(duì)目的基因和載體進(jìn)行切割，由于切割質(zhì)粒和切割目的基因使用相同的限制性內(nèi)切酶，因此，它們各自的首尾兩端均帶有互補(bǔ)的堿基單鏈，能對(duì)應(yīng)配合連接，然后再以DNA連接酶使切口兩端的脫氧核苷酸連接，于是目的基因被鑲嵌進(jìn)質(zhì)粒DNA，重組形成了一個(gè)新的環(huán)狀DNA分子（雜種DNA分子）。　　3〕DNA重組體的導(dǎo)入　　把目的基因裝在載體上后，就需要把它引入到受體細(xì)胞中。一般情況下，導(dǎo)入成功率為百分之一。這樣低的成功率實(shí)在難以滿足要求。為此，科學(xué)家們創(chuàng)造了一些化學(xué)和物理方法來(lái)提高導(dǎo)入率。導(dǎo)入的方式有多種，主要包括轉(zhuǎn)化、轉(zhuǎn)導(dǎo)、顯微注射、微粒轟擊和電擊穿孔等方式?！　?〕受體細(xì)胞的篩選　　即使采用了提高轉(zhuǎn)化率的一些方法，DNA重組體的轉(zhuǎn)化成功率仍然不是太高，因此，需要在眾多的細(xì)胞中把成功轉(zhuǎn)入DNA重組體的細(xì)胞挑選出來(lái)。導(dǎo)入過(guò)程是我們?nèi)庋劭床坏降?，因此，要知道?dǎo)入是否成功，事先應(yīng)找到特定的標(biāo)志。例如我們用一種經(jīng)過(guò)改造的抗四環(huán)素質(zhì)粒PSC１００作載體，將DNA重組體導(dǎo)入自身無(wú)抗性的大腸桿菌時(shí)，如果重組體導(dǎo)入后，大腸桿菌不能被四環(huán)素殺死，就說(shuō)明導(dǎo)入成功了?！　?）基因表達(dá)　　目的基因在成功導(dǎo)入受體細(xì)胞后，它所攜帶的遺傳信息必須要通過(guò)合成新的蛋白質(zhì)才能表現(xiàn)出來(lái)，從而改變受體細(xì)胞的遺傳性狀。目的基因在受體細(xì)胞中要表達(dá)，需要滿足一些條件。例如，目的基因是利用受體細(xì)胞的核糖體來(lái)合成蛋白質(zhì)，因此目的基因上必須含有能啟動(dòng)受體細(xì)胞核糖體工作的功能片段?！　∫陨衔鍌€(gè)步驟代表了基因工程的一般操作流程（圖435）。圖435基因工程的操作流程　　?何謂細(xì)胞工程？　　關(guān)于細(xì)胞工程的定義和范圍還沒(méi)有一個(gè)統(tǒng)一的說(shuō)法，一般認(rèn)為，細(xì)胞工程是根據(jù)細(xì)胞生物學(xué)和分子生物學(xué)原理，采用細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)，在細(xì)胞水平進(jìn)行的遺傳操作?！　?4．細(xì)胞工程包括哪幾種技術(shù)？　　對(duì)細(xì)胞的遺傳操作可以在細(xì)胞結(jié)構(gòu)的不同層次上進(jìn)行，將體外重組的基因?qū)爰?xì)胞，實(shí)際上是和基因工程交叉的領(lǐng)域，除此以外，按遺傳操作對(duì)象的結(jié)構(gòu)層次，細(xì)胞工程大體可分染色體工程、細(xì)胞質(zhì)工程和細(xì)胞融合工程。　?。?）細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)　　細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)是細(xì)胞工程的基礎(chǔ)技術(shù)。所謂細(xì)胞培養(yǎng)，就是將生物有機(jī)體的某一部分組織取出一小塊，在體外經(jīng)過(guò)表面消毒處理后，使其由于生物體的一種組織，往往包含有兩種或兩種以上的細(xì)胞，在培養(yǎng)過(guò)程中不易分開(kāi)，所以細(xì)胞培養(yǎng)有時(shí)又叫組織培養(yǎng)，或統(tǒng)稱(chēng)為細(xì)胞與組織培養(yǎng)。近二十年來(lái)細(xì)胞生物學(xué)的一些重要理論研究的進(jìn)展，例如細(xì)胞全能性的揭示，細(xì)胞周期及其調(diào)控，癌變機(jī)理與細(xì)胞衰老的研究，基因表達(dá)與調(diào)控等，都是與細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)分不開(kāi)的。分散成單個(gè)游離的細(xì)胞，并放置在人工配制的培養(yǎng)基中進(jìn)行培養(yǎng)，使之生長(zhǎng)、分裂的技術(shù)?！　。?）細(xì)胞核移植技術(shù)　　細(xì)胞核移植技術(shù)屬于細(xì)胞質(zhì)工程。所謂細(xì)胞核移植技術(shù)，是指用機(jī)械的辦法把一個(gè)被稱(chēng)為“供體細(xì)胞”的細(xì)胞核（含遺傳物質(zhì)）移入另一個(gè)被稱(chēng)為“受體”的除去了細(xì)胞核的細(xì)胞中，然后這一重組細(xì)胞進(jìn)一步發(fā)育、分化。核移植的原理是基于動(dòng)物細(xì)胞的細(xì)胞核的全能性?！　?996年，英國(guó)愛(ài)丁堡羅斯林研究所伊恩維爾穆特研究小組成功地利用細(xì)胞核移植的方法培養(yǎng)出一只克隆羊——多利，這是世界上首次利用成年哺乳動(dòng)物的體細(xì)胞進(jìn)行細(xì)胞核移植而培養(yǎng)出的克隆動(dòng)物。這些研究證明了動(dòng)物已分化的體細(xì)胞的細(xì)胞核可被逆轉(zhuǎn)，而回復(fù)到全能性。　?。?）細(xì)胞融合技術(shù)　　細(xì)胞融合技術(shù)屬于細(xì)胞融合工程。細(xì)胞融合技術(shù)是一種新的獲得雜交細(xì)胞以改變細(xì)胞性能的技術(shù)，它是指在離體條件下，利用融合誘導(dǎo)劑，把同種或不同物種的體細(xì)胞人為地融合，形成雜合細(xì)胞的過(guò)程?！　?0世紀(jì)70年代開(kāi)始，已經(jīng)有許多種細(xì)胞融合成功，有植物間、動(dòng)物間、動(dòng)植物間甚至人體細(xì)胞與動(dòng)植物間的成功融合，特別是植物間的體細(xì)胞融合所得到的雜交細(xì)胞，有些已達(dá)到了完整的植株水平，獲得了新的雜交植物（圖4312），如“西紅柿馬鈴薯”、“擬南芥油菜”和“蘑菇白菜”等。從目前的技術(shù)水平來(lái)看，人們還不能把許多遠(yuǎn)緣的細(xì)胞融合后培養(yǎng)成雜種個(gè)體，尤其是動(dòng)物細(xì)胞難度更大。圖4312利用細(xì)胞融合培育雜交植物　　細(xì)胞工程突破了只有同種生物才能進(jìn)行雜交的限制，為改良生物品種或創(chuàng)造新品種開(kāi)創(chuàng)了寬廣的前景。一般來(lái)說(shuō)，用細(xì)胞工程的技術(shù)來(lái)改造和創(chuàng)造新生物，比起用基因工程技術(shù)來(lái)稍為容易些，它畢竟是細(xì)胞水平的技術(shù)（基因工程是分子水平的技術(shù)）?！　?5．何謂酶工程？　　酶工程是指利用酶、細(xì)胞或細(xì)胞器等具有的特異催化功能，借助生物反應(yīng)裝置和通過(guò)一定的工藝手段生產(chǎn)出人類(lèi)所需要的產(chǎn)品。它是酶學(xué)理論與化工技術(shù)相結(jié)合而形成的一種新技術(shù)。　　16．何謂發(fā)酵工程？　　生物技術(shù)起源于傳統(tǒng)的食品發(fā)酵，而傳統(tǒng)的發(fā)酵技術(shù)已發(fā)展為現(xiàn)代的發(fā)酵工程。發(fā)酵工程又叫微生物工程，是大規(guī)模發(fā)酵生產(chǎn)工藝的總稱(chēng)，指采用現(xiàn)代生物工程技術(shù)手段，利用微生物的某些特定的功能，為人類(lèi)生產(chǎn)有用的產(chǎn)品，或直接把微生物應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程。發(fā)酵工程是在發(fā)酵工藝基礎(chǔ)上吸收基因工程、細(xì)胞工程和酶工程以及其他技術(shù)的成果而形成的?！　?7．何謂蛋白質(zhì)工程？　　在現(xiàn)代生物技術(shù)中，蛋白質(zhì)工程出現(xiàn)得最晚，是在20世紀(jì)80年代初期出現(xiàn)的。1983年“蛋白質(zhì)工程”這個(gè)名詞出現(xiàn)后，隨即被廣泛接受和采用。蛋白質(zhì)工程是指在深入了解蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)以及結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系，并在掌握基因操作技術(shù)的基礎(chǔ)上，用人工合成生產(chǎn)自然界原來(lái)沒(méi)有的、具有新的結(jié)構(gòu)與功能的、對(duì)人類(lèi)生活有用的蛋白質(zhì)分子。　　18．目前生物技術(shù)的應(yīng)用主要在哪幾個(gè)方面？　　伴隨著生命科學(xué)的新突破，現(xiàn)代生物技術(shù)已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)牧業(yè)、醫(yī)藥、環(huán)保等眾多領(lǐng)域，產(chǎn)生了巨大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益?！　?9．生物技術(shù)在工業(yè)方面的應(yīng)用　　生物技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用非常廣泛，下面選取一些有代表性的方面作簡(jiǎn)要介紹?！　。?）食品方面　　食品生產(chǎn)是世界上最大的工業(yè)之一，食品生物技術(shù)包含的內(nèi)容很廣，如提高食品產(chǎn)量和質(zhì)量、開(kāi)拓食品種類(lèi)等?！　∈紫龋锛夹g(shù)被用來(lái)提高生產(chǎn)效率，從而提高食品產(chǎn)量。例如，現(xiàn)代發(fā)酵工程可以認(rèn)為是從傳統(tǒng)的釀造業(yè)脫胎而來(lái)，然而，現(xiàn)代發(fā)酵工程與傳統(tǒng)的釀造業(yè)已經(jīng)是不可同日而語(yǔ)的兩回事了。作為人們的重要調(diào)味品之一的醬油，世界上不少地方至今仍用傳統(tǒng)的釀造工藝進(jìn)行生產(chǎn)，但那可是一個(gè)很繁瑣、很費(fèi)時(shí)的過(guò)程，從發(fā)酵、曬醬、泡醬，直到取得成品醬油，需要半年到一年的時(shí)間。在20世紀(jì)80年代，日本的一家公司用現(xiàn)代的發(fā)酵工程取而代之。他們的做法是將一種耐乳酸細(xì)菌和一種酵母菌一起固定在海藻酸鈣凝膠上，再裝入制造醬油的發(fā)酵罐。從原料到成品的周期還不滿