黑龍江翟貴君
當(dāng)今世界生命科學(xué)發(fā)展日新月異,生物高科技正發(fā)揮著巨大的作用,其內(nèi)容亦開始出現(xiàn)在生物教學(xué)及高考試題中,這類試題具有時(shí)代性、探究性、開放性、創(chuàng)新性和綜合性等特點(diǎn),故高考要求層次較高.正確解答這類試題,首先要求考生熟悉試題涉及到的相關(guān)現(xiàn)代生物技術(shù)內(nèi)容,然后聯(lián)系所學(xué)的生物學(xué)知識(shí)進(jìn)行綜合分析、運(yùn)用.
【知識(shí)概要】
Ⅰ．生物技術(shù)
生物技術(shù)也稱為生物工程,是利用生物體或生物體的一部分制造產(chǎn)品,改造動(dòng)植物及創(chuàng)造有特殊用途生物的方法.科學(xué)家們根據(jù)被操作的生物材料的性質(zhì)把生物技術(shù)劃分為基因工程、細(xì)胞工程、發(fā)酵工程和酶工程等.本部分內(nèi)容在高三選修教材中有介紹,這里只對課本中的相關(guān)知識(shí)進(jìn)行歸納整理,具體內(nèi)容可參見課本中的相關(guān)章節(jié).
一、基因工程
（一）定義：基因工程又叫做基因拼接技術(shù)或DNA重組技術(shù).這種技術(shù)是在生物體外,通過對DNA分子進(jìn)行人工“剪切”和“拼接”,對生物的基因進(jìn)行改造和重新組合,然后導(dǎo)入受體細(xì)胞內(nèi)進(jìn)行無性繁殖,使重組基因在受體細(xì)胞內(nèi)表達(dá),產(chǎn)生出人類所需要的基因產(chǎn)物.通俗地說,就是按照人們的意愿,把一種生物的個(gè)別基因復(fù)制出來,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.
（二）基因操作的工具：
1．基因剪刀－限制性內(nèi)切酶
（1）存在：微生物中
（2）特點(diǎn)及作用：一種限制性內(nèi)切酶只能識(shí)別特定的核苷酸序列,并能在特定的切點(diǎn)上切割DNA分子.
（3）種類：目前已發(fā)現(xiàn)了200多種.
2．基因的針線－DNA連接酶：作用是把兩條DNA末端之間的縫隙“縫合”起來.
3．基因的運(yùn)輸工具－運(yùn)載體
（1）作用：將外源基因?qū)胧荏w細(xì)胞
（2）特點(diǎn)：能在宿主細(xì)胞內(nèi)復(fù)制并穩(wěn)定地保存；具有多個(gè)限制酶切點(diǎn),以便與外源基因連接；具有某些標(biāo)記基因,便于進(jìn)行篩選.
（3）舉例：經(jīng)常使用的有質(zhì)粒、噬菌體和動(dòng)植物病毒等.
（三）基因操作的步驟：
1．提取目的基因
（1）目的：取得人們所需要的特定基因.
（2）方法：
①直接分離法：常用方法－鳥槍法（散彈射擊法）
②人工合成法：有兩條途徑,一個(gè)反轉(zhuǎn)錄酶法,二是合成法.
2．目的基因與運(yùn)載體結(jié)合
（1）含義：是不同來源的DNA重新組合的過程.
（2）過程：切割質(zhì)粒；切割目的基因；結(jié)合形成重組DNA分子（重組質(zhì)粒）.
3．將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞
（1）常用的受體細(xì)胞：大腸桿菌、枯草桿菌、土壤農(nóng)桿菌、酵母菌、動(dòng)植物細(xì)胞等.
（2）方法：主要是借鑒細(xì)菌或病毒侵染細(xì)胞的途徑
4．目的基因的檢測和表達(dá)
（四）基因工程的成果與發(fā)展
1．與醫(yī)藥衛(wèi)生
（1）生產(chǎn)基因工程藥品
①優(yōu)點(diǎn)：高質(zhì)量、低成本
②舉例：胰島素、干擾素、乙肝疫苗等60多種
（2）基因診斷
①含義：用放射性同位素、熒光分子等標(biāo)記的DNA分子做探針,利用DNA分子雜交原理,鑒定被檢測標(biāo)本上的遺傳信息,達(dá)到檢測疾病的目的.
②舉例：用DNA探針檢測出肝炎患者的病毒,為診斷提供了一種快速簡便方法.
③成果：已能夠檢測出腸道病毒、單純皰疹病毒等多種病毒；在診斷遺傳病方面發(fā)展尤為迅速；在腫瘤診斷中的應(yīng)用取得重要成果.
（3）基因治療
①含義：把健康的外源基因?qū)胗谢蛉毕莸募?xì)胞中,達(dá)到治療疾病的目的.
②舉例：半乳糖血癥（病因、研究成果）
③發(fā)展前景：許多遺傳病及疑難病癥將被人類征服.
2．與農(nóng)牧業(yè)、食品工業(yè)
（1）農(nóng)業(yè)：培育高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)或具特殊用途的動(dòng)植物新品種.
（2）畜牧養(yǎng)殖業(yè)：培育體型巨大（如超級(jí)小鼠、超級(jí)綿羊、超級(jí)魚等）、品質(zhì)優(yōu)良（如具有抗病能力、高產(chǎn)仔率、高產(chǎn)奶率和高質(zhì)量的皮毛等）的轉(zhuǎn)基因動(dòng)物；利用外源基因在哺乳動(dòng)物體內(nèi)的表達(dá)獲得人類所需要的各種物質(zhì),如激素、抗體及酶類等.
（3）食品工業(yè)：為人類開辟新的食物來源.
3．與環(huán)境保護(hù)
（1）用于環(huán)境監(jiān)測：用DNA探針可檢測飲水中病毒的含量
①方法：使用一個(gè)特定的DNA片段制成探針,與被檢測的病毒DNA雜交,從而把病毒檢測出來.
②特點(diǎn)：快速、靈敏
（2）用于被污染環(huán)境的凈化：分解石油的“超級(jí)細(xì)菌”；“吞噬”汞和降解土壤中DDT的細(xì)菌；能夠凈化鎘污染的植物；構(gòu)建新的殺蟲劑；回收、利用工業(yè)廢物等.
二、細(xì)胞工程
（一）定義：應(yīng)用細(xì)胞生物學(xué)和分子生物學(xué)的原理和方法,通過某種工程學(xué)手段,在細(xì)胞整體水平或細(xì)胞器水平上,按照人們的意愿來改變細(xì)胞內(nèi)遺傳物質(zhì)或獲得細(xì)胞產(chǎn)品的一門綜合科學(xué)技術(shù).
（二）種類：
1．植物細(xì)胞工程
（1）理論基礎(chǔ)：植物細(xì)胞的全能性
①定義：生物體的細(xì)胞具有使后代細(xì)胞形成完整個(gè)體的潛能,細(xì)胞的這種特性,叫做細(xì)胞的全能性.
②原理：生物體的每一個(gè)細(xì)胞都包含有該物種所特有的全套遺傳物質(zhì),都有發(fā)育成完整個(gè)體所必需的全部基因.
③未表現(xiàn)而分化的原因：基因在特定的時(shí)間和空間條件下選擇性表達(dá)的結(jié)果.
④實(shí)現(xiàn)條件：離體狀態(tài)、一定的營養(yǎng)物質(zhì)、激素和其他外界條件.
（2）技術(shù)手段：
①植物組織培養(yǎng)：
a．過程：取材、去分化（或脫分化）形成愈傷組織、再分化形成試管苗、移栽發(fā)育成完整植物體.
b．應(yīng)用：快速繁殖,培育無病毒植物（參見必修教材第一冊）；生產(chǎn)藥物、食品添加劑、香料、色素和殺蟲劑等；制作人工種子；轉(zhuǎn)基因植物的培育.
②植物體細(xì)胞雜交：
a．定義：是用來自兩個(gè)不同植物的體細(xì)胞融合成一個(gè)雜種細(xì)胞,并且把雜種細(xì)胞培育成新的植物體的方法.
b．操作步驟：用酶解法（纖維素酶、果膠酶）去掉細(xì)胞壁（目的是獲得原生質(zhì)體）、誘導(dǎo)原生質(zhì)體融合（物理法：離心、振動(dòng)、電刺激等；化學(xué)法：聚乙二醇等試劑作誘導(dǎo)劑誘導(dǎo)融合）、將雜種細(xì)胞進(jìn)行組織培養(yǎng)等.
c. 特點(diǎn)：可克服遠(yuǎn)緣雜交不親合的障礙,大大擴(kuò)展了可用于雜交的親本組合范圍.
2．動(dòng)物細(xì)胞工程：
技術(shù)手段包括：
（1）動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)：
①培養(yǎng)液成分：葡萄糖、氨基酸、無機(jī)鹽、維生素等（與植物不同）
②過程：參見高三選修教材中的相關(guān)內(nèi)容.
③應(yīng)用：大規(guī)模生產(chǎn)蛋白質(zhì)生物制品,如病毒疫苗、干擾素、單克隆抗體等；燒傷病人的皮膚移植；檢測有毒物質(zhì)；生理、病理、藥理方面的研究等.
（2）動(dòng)物細(xì)胞融合：
①原理：與植物原生質(zhì)體融合的原理基本相同
②誘導(dǎo)方法：與植物原生質(zhì)體誘導(dǎo)融合方法類似,還常用滅活的病毒做誘導(dǎo)劑.
（3）單克隆抗體：
①定義：化學(xué)性質(zhì)單一、特異性強(qiáng)的抗體
②應(yīng)用：生物學(xué)基礎(chǔ)理論的研究；疾病診斷、治療、預(yù)防；單克隆抗體的商品化； 正在研究單克隆抗體治療癌癥
4．胚胎移植技術(shù)：略
5．核移植：略
三、發(fā)酵工程
定義：采用現(xiàn)代工程技術(shù)手段,利用微生物的某些特定功能,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)過程的一種新技術(shù).
四、酶工程：略