基因工程概论

一、简述基因研究所取得主要成就，及其与基因工程创立与发展的关系。

1、基因学说的创立

孟德尔提出遗传因子学说到后来的摩尔根染色体理论，揭示了在染色体上基因的线性排列。

2、DNA是遗传物质

从Avery的细菌转化实验到沃森和克里克揭示了DNA的双螺旋模型及半保留复制机理，表明DNA是遗传物质。

3、DNA是基因的载体

4、基因是细胞中RNA及蛋白质的“蓝图”。

5、随着中心法则的提出和64种密码子的破译，基因碱基顺序与蛋白质氨基酸顺序得到对应。

6、随着基因克隆和DNA序列分析技术的发展，人们对基因的分子结构有了进一步的认识。

7、随着操纵子模型的提出，人们对基因的表达调控有了进一步的认识。

8、随着基因分离与克隆技术的不断改良与发展，基因组文库、cDNA文库、分子探针、PCR 等技术不断被人们运用。

9、目前，不仅能够分离天然基因，还能结合化学合成等方法，在实验室内进行基因的合成、构建，并进行相应的表达分析。

基因工程是在分子生物学和分子遗传学等学科综合发展的基础上诞生的一门新兴学科，它的创立和发展，直接依赖于基因及其分子生物学研究的进步，基因及其研究为基因工程的创立奠定了坚实的理论基础。

二、基因工程建立的三大理论基础和技术条件是什么？并简述其在基因工程中的应用。

1、三大理论基础：

（1）1940年艾弗里（O.Avery）等人通过肺炎球菌的转化试验证明了生物的遗传物质是DNA，而且证明了通过DNA可以把一个细菌的性状转移给另一个细菌；

（2）1950年沃森（J.D.Watson）和克里克(F.Crick)发现了DNA分子的双螺旋结构及DNA 半保留复制机理；

（3）1960年关于遗传信息中心法则的确立。

2、三大技术条件：

（1）限制性内切核酸酶和DNA连接酶的发现；

（2）基因工程载体；

（3）大肠杆菌转化体系的建立。

3、应用：

通过限制性内切核酸酶和DNA连接酶，可以将切割得到的目的基因与载体连接在一起，经由大肠杆菌转化体系增值复制，为基因工程的后续研究提供基础材料。

三、什么是植物基因工程？什么是转基因植物？两者的关系如何？转基因作物对社会和经济发展的意义主要有哪些？

1、植物基因工程：用人工的方法，从不同生物中提取外源基因片段及载体DNA，经过体外切割、拼接和重组，然后采取某种方法，把重组后的带有外源基因的载体DNA引入植物细胞，并使其在植物细胞内进行复制和表达，以达到预期的改变受体植物细胞遗传特性的目的，此种过程即称为植物基因工程。

2、转基因植物：转基因植物是拥有来自其他物种基因的植物。该基因变化过程可以来自不同物种之间的杂交，但今天该名词更多的特指那些在实验室里通过重组DNA技术人工插入其他物种基因以创造出拥有新特性的植物。通过植物基因工程中的重组DNA技术可以获得多种类型的转基因植物。

3、利用现代基因工程培育的转基因作物不仅克服了传统育种技术的种种局限性，大大提高了转基因的效率，加快了种质改良进程，而且打破了物种间的遗传壁垒，拓展了新品种研发可选择的特征范围，同时人工设计加工基因的应用则更进一步扩大了可利用的种质资源。转基因作物是人类按自己的主观意愿有目的、有计划、有根据、有预见地进行遗传修饰过的生物体，是现代生命科学发展的结晶，是人类从认识自然到改造自然的跃迁，标志着人类社会已经步入定向驾驭生物遗传改良的新时代。转基因作物将在彻底解决资源匮乏、环境恶化、顽症肆虐、粮食短缺等诸

多威胁人类生存的难题上成为关键技术和支柱产业。

四、植物基因工程的主要环节有哪些？每个环节的主要任务是什么？

1、从供体生物分离克隆目标基因

（1）目标基因的遗传学研究、分子标记定位，或目标基因编码蛋白的纯化与测序；

（2）构建基因组或cDNA文库；

（3）获得目标基因的探针或引物信息；

（4）标记探针，筛选文库获得目标基因，或直接通过PCR扩增目标基因；

（5）目标基因克隆到质粒载体，转化大肠杆菌，目标基因的测序和分析；

（6）目标基因及其编码蛋白的进一步功能验证和分子鉴定。

2、构建工程载体

（1）采用特定的限制酶切割，从克隆载体上切下并回收目标基因；

（2）选取合适的转基因载体，并完成启动子、终止子等元件的亚克隆装载；

（3）采用相同的限制酶切割载体，使其末端与目标基因的末端相匹配；

（4）将目标基因与载体进行连接，形成重组表达载体。

3、转化大肠杆菌和重组载体的分子鉴定

（1）制备大肠杆菌感受态细胞；

（2）将重组载体转化大肠杆菌；

（3）通过抗生素筛选获得大肠杆菌阳性菌落；

（4）通过PCR、限制酶切图谱分析、测序验证等，确认重组载体。

4、植物转化

一般采用农杆菌介导的二元载体转化法，将含有目标基因的T-DNA片段导入受体植物细胞中，并整合到其染色体上；或采用基因枪法，直接将含有目标基因的DNA转化受体植物的器官；或采用病毒接种侵染方式，将目标基因转化受体植物的活体植株。针对标记基因进行筛选，通过

组织培养获得再生植株，或收获活体转化母株上的种子。

5、鉴定和筛选转基因植株

（1）对再生植株进行分子鉴定，如PCR扩增、GUS染色或GFP荧光检测和Southern杂交检测，得到确认外源基因转入并整合的阳性植株；

（2）对阳性植株进行RT-PCR、Northern杂交、Western杂交等检测，得到外源基因高水平表达的转基因植株；

（3）对转基因植株进行生物学鉴定与检测，确认背景性状是否改变和目标性状的改良程度，选择和保留最符合要求的转基因植株；

（4）繁殖转基因植株，并跟踪进行分子检测和生物学检测，获得目标性状和背景性状均稳定遗传的株系。

6、转基因植物的安全性评价和产业化

（1）中间试验：向国家申请，在控制系统内或者控制条件下进行小规模试验，并取得合格。

（2）环境释放：向国家申请，在自然条件下采取相应安全措施进行中规模的试验，并取得合格。

（3）生产性试验：向国家申请，在生产和应用前进行较大规模的试验，最终取得安全证书。（4）大规模推广种植转基因植物。

五、结合植物基因工程的实际应用，谈谈发展植物基因工程的潜力，及植物基因工程发展中应注意的问题。

1、21世纪植物基因工程的发展前景将是非常美好和令人鼓舞的。从研究进展和发展趋势来看，其热点将突出表现在以下几个方面：

（1）对基因功能的认识

目前，许多国家纷纷投入巨资针对主要的农作物(如水稻)构建其突变体库，然后利用转座子标签(Transposon tagging)、T—DNA标签(T DNA tagging)或图位克隆(map based cloning)技术分离和克隆基园，完成对基因功能的认识，从而全面获得功能性新基因并占有新基因的知识

产权。现在，谁先了解基因的功能，谁就拥有了该基因的知识产权。因此，世界各国对基因的争夺日趋白热化。

（2）单基因抗性向多基因抗性转化

分子标记辅助选择育种可以实现多种基因的累加，将不同的抗性基因组合到同一品种中，培育出多抗或广谱的种质或品种。

（3）品质性状改良

包括：水果蔬菜的延熟保鲜；有益于健康的植物油(如不饱和脂肪酸)；增加营养价值(如维生素)；富含抗癌蛋白质的大豆；高营养的饲料(如高赖氨酸、表达植酸酶的玉米)；作物加工品质、外观、蒸煮食味品质和营养品质等方面。

（4）由质量性状向数量性状的转移

目前，科学家们正在通过分子标记等技术寻找与重要数量性状(如产量、品质等)相关的数量性状基因座（QTL），最终有可能通过育种程序将这些QTL集中起来加以利用。作物大多数重要的农艺性状均表现为数量遗传的特点，如产量、熟性和品质等。数量性状是传统育种的难点，是育种效率的重要制约因素。近年来，由于分子标记技术的迅速发展特别是完整遗传连锁图谱的建立，人们能够将数量性状分解成易为遗传育种工作者操作的单个位点即QTL进行研究。

（5）转基因技术的改进与提高

目前，在植物基因工程研究中还存在许多技术问题，如受体系统中普通存在的转基因沉默、转化频率低、转化植株后代遗传不稳定、转基因工程作物的生态风险性以及操作简便，费用低廉的转化系统的研制等，这将是今后基因工程研究中的热点问题。

2、植物基因工程发展中应注意以下问题：

（1）安全性问题，即转入的某一特性对最终产品使用的影响，特别是作为食品，对人体有无不良影响。

（2）转基因DNA的移动性，即这种DNA是否会转至其他作物或杂草，因而引起环境及生态问题。

（3）对其他农业措施的后效应，对发展中国家农业及农产品出口的影响等。

（4）公众的接受性，即心理因素。

高考是我们人生中重要的阶段，我们要学会给高三的自己加油打气