【正文】 一的說法，一般認為，細胞工程是根據(jù)細胞生物學和分子生物學原理，采用細胞培養(yǎng)技術(shù)，在細胞水平進行的遺傳操作?！　?〕受體細胞的篩選　　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，需要在眾多的細胞中把成功轉(zhuǎn)入DNA重組體的細胞挑選出來。一般來說，目前獲取目的基因的方法主要有三種：反向轉(zhuǎn)錄法、從細胞基因組直接分離法和人工合成法?！　?976年，5個實驗室的科學家?guī)缀跬瑫r發(fā)現(xiàn)并提取出一種酶，這種酶可以將兩個DNA片段連接起來，修復好DNA鏈的斷裂口，這種酶被叫作DNA連接酶。因此，基因工程中的載體實質(zhì)上是一些特殊的DNA分子?！　NA重組技術(shù)是基因工程的核心技術(shù)。　　根據(jù)操作的對象和技術(shù)，現(xiàn)代生物工程一般包括基因工程、細胞工程、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)。生物學家把遺傳信息的傳遞歸納為“中心法則”（圖4210），它是分子遺傳學上的一個基本規(guī)律。由于每個子代DNA分子中的一條鏈來自親代DNA分子，另一條鏈則是新合成的，這種復制方式稱為半保留復制（圖428）。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。　　RNA的一級結(jié)構(gòu)也是很長的多核苷酸鏈，與DNA一級結(jié)構(gòu)不同的是，其基本組成單位是4種核糖核苷酸?！　‰p螺旋結(jié)構(gòu)有以下主要特點：　?。薄㈦p螺旋由兩條多核苷酸鏈組成，兩條鏈以右旋方式圍繞同一中心軸盤旋，兩條鏈的走向相反。核酸是如何組成的？　　核酸是生物的遺傳物質(zhì)，它和蛋白質(zhì)一樣，是巨大而復雜的生物大分子。他認為，生物學的真正問題是信息傳遞問題：信息如何被編碼？在從一代細胞到另一代細胞的大量傳遞中它如何保持穩(wěn)定？這些思想啟發(fā)了人們用物理學的思想和方法去探討生命物質(zhì)的運動，因而這本書被譽為“從思想上喚起生物學革命的小冊子”。1900年，孟德爾遺傳定律的再發(fā)現(xiàn)，標志著遺傳學的誕生，同時也開辟了現(xiàn)代生物學的新紀元?！　〉概c一般化學催化劑相比，還具有另外一些特性，即高度專一性、高效性和高度敏感性。　　人類對酶的科學認識首先是從19世紀研究酒精發(fā)酵開始的?！　∥覈茖W工作者在蛋白質(zhì)研究中作出了重要貢獻。蛋白質(zhì)約占生物體干物質(zhì)重量的50%，它們的種類很多，功能多樣，在生命活動中起著極其重要的作用。這個結(jié)果證明：動物體中執(zhí)行特殊功能、具有特定形態(tài)的所謂高度分化的細胞與受精卵一樣具有發(fā)育成完整個體的潛在能力。1958年，有科學家成功地將一個胡蘿卜細胞試管培養(yǎng)，長成了一株具有根、莖、葉等器官的完整植株。例如，人有46條（23對）染色體，牛有38條（19對）染色體，水稻有24條（12對）染色體。核仁是合成核糖體RNA和裝配核糖體亞基的場所?，F(xiàn)在，我們知道，除哺乳類動物的紅細胞和高等植物的成熟篩管外，所有真核細胞都有細胞核，細胞核貯存了該種生物的絕大部分遺傳信息，在一定程度上控制著細胞的代謝、分化和繁殖。大量研究工作表明，把細胞與外界環(huán)境分隔開來的細胞膜的功能十分復雜，具有物質(zhì)轉(zhuǎn)運、能量轉(zhuǎn)換、信息傳遞、細胞和分子識別等多項重要功能。在宏觀方面，生態(tài)學的發(fā)展已經(jīng)成為綜合探討全球問題的環(huán)境科學的主要組成部分。前者是后者的理論基礎(chǔ)，應(yīng)該有意識地將前后的相關(guān)內(nèi)容聯(lián)系起來學習?，F(xiàn)在的生物學常被稱為“生命科學”，不僅因為它更深入到生命本質(zhì)問題，還因為它是多學科的共同產(chǎn)物。這種膜的模型有相當普遍性，故稱單位膜。附著核糖體，主要合成外輸性蛋白質(zhì)；游離核糖體，合成細胞本身生長所需的蛋白質(zhì)。　　核仁是細胞核內(nèi)周期性出現(xiàn)的致密區(qū)，一般呈球形或卵圓形。DNA是遺傳物質(zhì)，有遺傳效應(yīng)的DNA片段就是基因。何謂細胞的全能性？　　細胞的全能性指已經(jīng)分化的細胞，仍然具有發(fā)育的潛能。他們把芬蘭多塞特母綿羊乳腺細胞的細胞核移植進蘇格蘭黑面母綿羊的去核卵細胞中，形成融合細胞，融合細胞也能象受精卵一樣進行細胞分裂、分化，從而形成胚胎細胞；將胚胎細胞轉(zhuǎn)移到另一只蘇格蘭黑面母綿羊的子宮內(nèi)，胚胎細胞進一步分化和發(fā)育，最后形成一只小綿羊。1955年，英國生物化學家桑格等測定了第一個蛋白質(zhì)——牛胰島素的一級結(jié)構(gòu)，為此桑格于1958年獲得諾貝爾化學獎；1960年英國生物化學家肯德魯?shù)仁状螠y定了肌紅蛋白的晶體結(jié)構(gòu)，揭示了蛋白質(zhì)的三維空間結(jié)構(gòu),為此肯德魯于1962年獲得諾貝爾化學獎。多肽鏈中氨基酸的排列順序稱作蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)。酶催化的反應(yīng)物質(zhì)叫底物。從此，酶是蛋白質(zhì)的概念才被肯定。這一年美國洛克菲勒基金會的韋弗，在他的一份“自然科學”的報告中說：“基金會支持了一系列相當新的，可以被稱為分子生物學的領(lǐng)域。　　20世紀40年代至50年代初被認為是分子生物學的孕育時期。20世紀50年代以來，幾乎每年的諾貝爾生理學或醫(yī)學獎以及若干諾貝爾化學獎都頒給了從事生物化學與分子生物學的科學家?！　『塑账崾墙M成核酸的基本單位，把DNA和RNA放在酸或堿的環(huán)境中，或在酶的作用下水解，都各可以得到4種核苷酸?！　∧壳埃瑥囊恍┎《?、線粒體、葉綠體分離出的DNA，發(fā)現(xiàn)它們的雙螺旋二級結(jié)構(gòu)還可以進一步緊縮或纏繞形成超螺旋，這就是DNA的三級結(jié)構(gòu)。研究表明，基因是含特定遺傳信息的核苷酸序列，是遺傳物質(zhì)的最小功能單位。　　DNA分子在細胞有絲分裂的間期進行復制。轉(zhuǎn)錄是遺傳信息從DNA到RNA的轉(zhuǎn)移?！　‖F(xiàn)代生物技術(shù)是以生物化學或分子生物學方法改變細胞或分子的性質(zhì)而獲得需要的產(chǎn)品。當這種雜合質(zhì)粒進入大腸桿菌體后，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。目前常用的載體有質(zhì)粒、噬菌體和病毒。限制性內(nèi)切酶最大的特點是專一性強，能夠在DNA上識別特定的核苷酸序列，并在特定切點上切割DNA分子，人們把這種限制性內(nèi)切酶稱為“分子剪刀”。我們熟知的一些目的基因，例如乙型肝炎病毒抗原基因、生長激素基因和干擾素基因等等，都是僅有幾千個、幾百個甚至更少堿基對的DNA片段，人生長激素釋放抑制素基因只有42個堿基對。這樣低的成功率實在難以滿足要求。例如，目的基因是利用受體細胞的核糖體來合成蛋白質(zhì)，因此目的基因上必須含有能啟動受體細胞核糖體工作的功能片段。分散成單個游離的細胞，并放置在人工配制的培養(yǎng)基中進行培養(yǎng)，使之生長、分裂的技術(shù)。細胞融合技術(shù)是一種新的獲得雜交細胞以改變細胞性能的技術(shù)，它是指在離體條件下，利用融合誘導劑，把同種或不同物種的體細胞人為地融合，形成雜合細胞的過程。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，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)過程?！　∈紫龋锛夹g(shù)被用來提高生產(chǎn)效率，從而提高食品產(chǎn)量。目前世界上每年淀粉糖的用量與日俱增，其中70％是高果糖漿，而砂糖用量逐年下降。以發(fā)酵工程來生產(chǎn)單細胞蛋白是不太復雜的事，關(guān)鍵是選育出性能優(yōu)良的酵母菌或細菌?！　∈紫?，生物技術(shù)使一些廢棄的生物材料變廢為寶。因此，用這種“活體生物反應(yīng)器”同樣有可能大量生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的“蛛絲蛋白”。能源分為不可再生能源（如石油、天然氣、煤）和可再生能源（如太陽能、風能、生物質(zhì)能等），生物技術(shù)一方面能提高不可再生能源的開采率，另一方面能開發(fā)更多可再生能源，因而生物技術(shù)與能源的研究及開發(fā)備受世界各國的重視。完成這一使命的是發(fā)酵工程?，F(xiàn)代生物技術(shù)越來越多地運用于農(nóng)業(yè)中，使農(nóng)業(yè)經(jīng)濟達到高產(chǎn)、高質(zhì)、高效的目的。利用組織培養(yǎng)技術(shù)，由蘭花的一個不到1毫米長的莖尖開始，在一年內(nèi)可以產(chǎn)生幾百萬個植株。例如，植物收獲后往往在轉(zhuǎn)運和貯藏過程中造成損失，過軟的水果和蔬菜容易破損，并且過熟后失去原味。20世紀50年代，科學家發(fā)現(xiàn)蘇云金桿菌能產(chǎn)生一種毒蛋白，特異性地殺死鱗翅目昆蟲，這種毒蛋白由Bt基因編碼。胚胎分割和移植技術(shù)為大量繁殖優(yōu)良牲畜品種提供了有力的技術(shù)手段。利用轉(zhuǎn)基因的方法，可以培育出抗病動物，這就可以大大減少牲畜瘟疫的發(fā)生，保證牲畜健康，也保證人類健康。目前已經(jīng)在轉(zhuǎn)基因煙草中表達出了乙型肝炎疫苗，轉(zhuǎn)基因馬鈴薯、番茄等也都已用來進行生產(chǎn)疫苗的研究。據(jù)美國紅十字會和美國遺傳學會預測，到2005年僅美國的乳腺生物反應(yīng)器生產(chǎn)的藥物年銷售額可達到350億美元，到2010年，所有基因工程藥物中利用乳腺生物反應(yīng)器生產(chǎn)的份額可達到95%。基因工程疫苗是將病原體的某種蛋白基因重組到細菌或真核細胞內(nèi)，利用細菌或真核細胞來大量生產(chǎn)病原體的蛋白，把這種蛋白作為疫苗?！　。?）疾病診斷　　生物技術(shù)的開發(fā)應(yīng)用，提供了新的診斷技術(shù)，特別是單克隆抗體診斷試劑和DNA診斷技術(shù)的應(yīng)用，使許多疾病特別是腫瘤、傳染病在早期就能得到準確診斷。由單個雜交瘤細胞培養(yǎng)增殖而形成的細胞純系，產(chǎn)生的抗體具有高度的專一性（只針對一個抗原決定簇）和均一性（其血清型完全一致），這就是單克隆抗體（圖443）?！　。?）疾病治療　　生物技術(shù)在疾病治療方面主要包括提供藥物、基因治療和器官移植等方面。50具尸體的垂體提取的人生長激素，只夠治一個侏儒癥患者?；蛑脫Q是指用正常的基因整個地替代病變基因，從而使病變基因永久地得到糾正。截至1997年6月，全世界已批準的臨床基因治療方案有218項，接受基因治療和基因轉(zhuǎn)移的患者總數(shù)呈直線上升，1994年底尚不足500例，到1998年5月15日，共計2557名患者接受了基因治療。目前，科學家們希望豬能成為人體器官移植的最大供主，因為無論從體積大小還是其功能參數(shù)來看，豬的臟器均與人的臟器十分相似，只要克服移植過程中出現(xiàn)的排異現(xiàn)象，這一愿望就可變成現(xiàn)實。通過監(jiān)測發(fā)光細菌的發(fā)光強度，便能對環(huán)境質(zhì)量作出評價。例如，對環(huán)境中致癌與致突變物檢測，通過檢測固定有不同菌株的電極上的電流變化以判定是否存在致突變物。即使在DDT被禁用以后，這個問題仍未解決?！　?5．試簡述生物技術(shù)的安全性與倫理問題。天然物種的基因不容污染，這一點是無可爭議的?！　榱朔乐罐D(zhuǎn)基因擴散到自然環(huán)境，科學家正在積極研究對策，一批新技術(shù)正在研究中?！　榱吮Ｗo人類的健康，目前國際上對待轉(zhuǎn)基因食品的通行辦法為限定轉(zhuǎn)基因食品的含量，當超出這一含量時，則對這些食品強制性的貼加標簽，讓消費者知道并自主選擇。免疫排斥是人體免疫系統(tǒng)攻擊外來物質(zhì)的自我保護反應(yīng)。動物體內(nèi)往往存在一種內(nèi)生逆轉(zhuǎn)錄病毒，移植動物器官后，這種病毒會從動物器官出來插入人類細胞的遺傳物質(zhì)中，這種插入可引起人類遺傳物質(zhì)的改變，增加患癌癥的危險。DNA重組技術(shù)的應(yīng)用，一方面更有利于強殺傷力的生物戰(zhàn)劑的研制和大量生產(chǎn)，另一方面為研制新型和多樣性生物武器創(chuàng)造潛在的可能性，因此，傳統(tǒng)的生物武器發(fā)展到了“基因武器”的新階段。70年代初，隨著基因工程的興起，一批有見識的哲學家開始被吸引到生物科學領(lǐng)域，“生物倫理學”這一新術(shù)語就此誕生。首先克隆人將徹底搞亂世代的概念?！翱寺∪恕钡纳Ｊ絼t完全不同，它不一定非要男性不可，也不需要精子，只要有體細胞核和卵子胞漿（即去核卵子）即可。這樣做，那就離納粹的優(yōu)生不遠了。二、重點與難點　　本章的重點是恒星、太陽系的特征，地球外部圈層結(jié)構(gòu)，空間技術(shù)的應(yīng)用；難點是宇宙大爆炸理論。宇宙是普遍永恒的物質(zhì)世界，在空間和時間上都是無限的?！　√煳膶W上通常將天文觀測所及的整個時空范圍稱為“可觀測宇宙”，有時又叫“我們的宇宙”，或簡稱“宇宙”。恒星是由熾熱氣態(tài)物質(zhì)組成，能自行發(fā)熱發(fā)光的球形或接近球形的天體。地球就處在由1000多億顆恒星以及銀河星云組成銀河系中?！　〗祟悓τ钪嬲J識的轉(zhuǎn)變始于16世紀，哥白尼倡導了日心說，他在《天體運行論》一書中提出“太陽是宇宙的中心”?！　?．。到17世紀，牛頓開辟了以力學方法研究宇宙學的途徑，建立了經(jīng)典宇宙學。離銀河系最近的星系——大麥哲倫星云和小麥哲倫星云，距離為十幾萬光年。星云是由極其稀薄的氣體和塵埃組成的，形狀很不規(guī)則，似云霧狀的天體。據(jù)現(xiàn)代宇宙學說估算，宇宙年齡是極其漫長的，約為150億歲；可觀測的全部宇宙空間是極為龐大的，已觀測到的最遠的星系距離我們大約150億光年。　　但具體事物的有限性也不能否認。學習中要抓住重點，例如“科學”的“結(jié)構(gòu)”和“理論”兩大部分中以前者為主；在“結(jié)構(gòu)”中又以學習“特征”為主，“起源和演化”為輔；在“理論”中又以學習“基本觀點”為主，“理論依據(jù)”為輔；在學習各級天體系統(tǒng)時以恒星和地球圈層為主，其它天體系統(tǒng)為輔。　　生物技術(shù)伴生的倫理道德問題還有許多。這種“自己生自己”的生育模式在許多方面給倫理學提出了許多解決不了的難題。他們類似于“一卵多胎同胞”，但又存在代間年齡差。人類基因組計劃的實施和克隆技術(shù)的完善，更使其伴生的倫理道德問題成為討論的熱點。1972年，一些國家發(fā)起締結(jié)了《禁止生物武器公約》，我國于1994年也加入了這一公約。現(xiàn)在人們已經(jīng)知道，豬身上存在至少兩種逆轉(zhuǎn)錄病毒，它們對豬無害，但對人如何，目前還不清楚。現(xiàn)在預防人體器官移植的免疫排斥反應(yīng)是利用壓制免疫藥物，但帶來的副作用是導致機體免疫能力的降低，而這些壓制免疫藥物能否解決異種動物器官引起的免疫問題，現(xiàn)在還是未知數(shù)?！　。?）基因治療的不確定性　　截止到2001年，全世界約有300余項基因治療方案，3000余病人已經(jīng)或正在接受基因治療，少數(shù)病人療效很好，個別病人死于基因治療，多數(shù)療效不顯著，可見，以目前的技術(shù)水平，基因治療有較大的不確定性。　?。?）轉(zhuǎn)基因食品的安全性　　近幾年來，對轉(zhuǎn)基因食品的安全性爭論非常熱烈，爭論源于蘇格蘭科學家普斯陶（ArpadPusztai）。例如，國外已有報道，基因工程玉米的抗除草劑基因已漂散到附近地區(qū)的野生植物上，造成“超級雜草”的出現(xiàn)?！　。ㄒ唬┥锛夹g(shù)的安全性問題　　生物技術(shù)的安全性問題主要體現(xiàn)在以下幾個方面：　?。?）基因污染　　基因污染是指在天然的生物物種基因中摻進了人工重組的基因，并且這些外來的基因可隨被污染的生物的繁殖而得到增殖，再隨被污染生物的傳播而發(fā)生擴散，因此，基因污染是一種非常特殊又危險的環(huán)境污染。這些DDT仍在不斷地侵蝕人們的肝臟，醫(yī)生們認為這是各類肝病，包括肝癌，發(fā)病率持續(xù)上升的原因之一?！　。?）污染治理　　傳統(tǒng)的生物治理方法是利用微生物的分解作用，將自然生長的微生物群體加以馴化、繁殖后來降解污染物，但處理過程比較緩慢，現(xiàn)代生物治理多采用純培養(yǎng)的微生物菌株，因此，選取高效的菌株非常重要。如果對一段特