基因工程載體的種類大全11篇

時間：2024-01-30 15:24:56

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基因工程載體的種類

篇（1）

1　試題分析

2008年第32題主要考查了：PCR中使用的DNA聚合酶的最主要特點(耐高溫)；PER中退火溫度的設定與引物DNA的堿基種類的關系(G-E堿基對多，DNA結構穩定，退火溫度高)；DNA連接酶對所連接的DNA兩端堿基序列是否有專業性要求(沒有)；將目的基因導入植物細胞采用最多的是農桿菌；兩種限制性內切酶切割重組質粒得到DN段的種類。

2009年第34題中第(1)(2)小題考查了兩種不同的限制性內切酶切割目的基因和質粒后可得重組質粒的種類。第(3)小題考查目的基因導人質粒后對質粒結構和功能的影響(只能在特定位置，不能在質粒復制原點、啟動子、終止子及抗生素抗性基因中)。第(4)～(6)小題分別考查了DNA水解酶、毒素蛋白與受體細胞中受體問的特異性結合、轉基因植物栽培種降低害蟲種群抗性基因頻率增長速度的措施等問題。

2010年第27題仍然考查了質粒DNA熱穩定性與堿基種類的關系、酶切位點的選擇(不能破壞質粒標記基因及目的基因)、DNA連接酶的作用、單酶切載體和目的基因自身環化的問題(這個問題比較新穎，需要一定的實踐經驗，考生一般是想不到的，要解決這個問題只有選擇兩種不同的限制性內切酶來切割目的基因和載體)、目的基因表達的檢測與鑒定的具體操作方法(這個問題涉及到配制選擇性培養基的問題，由于教科書中缺乏這方面的知識，考生一般無法作答)。

2011年第3題考查了利用PCR技術擴增目的基因的原理和用限制酶切割質粒產生的位點問題。這部份內容教材當中雖然有相關知識點但學生回答時必須對書本知識有深入的理解的應用。試題中所提出的PCR技術擴增目的基因時出現的問題，是在PCR技術擴增目的基因實際實際操作中經常發生的問題和必須解決的問題，可以說這個考點來源于實際生產或者實驗，對于有實驗或實踐經驗的學生和老師解答起來沒有問題，但是有多少學生做了PCR技術擴增目的基因這實驗呢，出題者的意圖是希望教材中應該做的實驗應該讓學生動手操作，讓學生體會實驗教程和解決實驗過程中出現的問題。

以上列舉了DNA重組工程的易考知識點和已考知識點，從易考知識點來看這類題目考查的方面很集中重復性也很強，但是從2010年的已考知識點來看這類題目的難度已經遠遠超出了課本的范圍，對學生的實踐經驗要求很強(基因工程實驗的學習應該是在大學課程中)，這對沒有這方面經驗的學生作答題目是很困難得。所以下面列舉一些筆者能想到的未考查知識點。

2　對今后高考中考查基因工程內容的思考與展望

2.1　DNA連接酶的種類及作用

E.coli DNA連接酶只能將雙鏈DN段互補的黏性末端之間連接起來，不能將雙鏈DN段平末端之間進行連接。而T4 DNA連接酶既可以連接黏性末端，也可以連接平末端。

2.2　受體細胞選擇原核生物(特別是大腸桿菌)的原因

原核生物遺傳背景簡單、繁殖快、多為單細胞；而真核生物遺傳背景復雜繁殖較慢，都是多細胞生物，所以經常選擇原核生物作為受體細胞，且大腸桿菌是原核生物中遺傳背景最簡單的模式生物，自然是受體細胞的首選。

2.3　目的基因進入大腸桿菌的方法(除去Ca2+之外)

重組質粒導入受體細胞最常用的是Ca2+處理受體細胞，使受體細胞在溫和的環境下能吸收周圍環境中DNA分子。除了Ca2+處理受體細胞外，還可以用電轉化的方法在高壓環境下使受體細胞細胞膜的通透性增強，重組DNA分子就容易進入細胞。一般情況下電轉化的效率要比ca2+轉化高100多倍，如果要求獲得高效率的重組DNA分子就要采用電轉化的方法將目的基因導入受體細胞。

2.4　檢驗自我復制的質粒導入受體細胞(主要是原核生物)后是否是重組的

2.4.1　如果自我復制的質粒連接的是帶有標記基因(該標記基因與質粒上的標記基因不同)的目的基因

比如質粒上帶有抗氨芐青霉素基因(ampr)，目的基因帶有卡那霉素基因(kanr)，檢驗自我復制的質粒導入受體細胞后是否是重組的，只要將受體菌株在含有氨芐青霉素和卡那霉素的培養基上培養，能正常生長出來的菌株都是含有重組的質粒，沒有重組的質粒在卡那霉素的培養基上是不能生長的。

篇（2）

中圖分類號G2 文獻標識碼A 文章編號2095―6363（2017）03―0013―01

隨著科學技術、經濟的迅速發展，基因工程技術在農業、工業、醫藥、能源等領域應用越來越廣，用途越來越大，地位日益提高，且作為一門新興生物學科，通過學習使學生對于基因工程的基本概念以及其探索應用領域等方面都有了一個詳細的了解，對于提高學生知識水平、綜合素質有著至關重要的作用。

1基因工程概述

1.1基因工程概念及其特征

基因工程又可以稱為DNA重組技術，是根據人們各方面的需求意愿，提取出來一種生物的某種基因，并對其進行改造和重新組合，最后將其轉移到另外一種生物的細胞里，從而改變了生物原有的遺傳性狀，創造出了人們所需要的新品種。

基因工程有2個重要特征，第一是廣泛性，可以實現人們把任何生物的基因轉移到毫無關系的任意其他受體細胞中的愿望，生物的遺傳特性被改變并且創造出了新的生物性狀；第二就是可復制性，一些DNA可以在受體細胞內進行復制，使大量純化的DN段準備成為可能，有利于加深對分子生物學的研究領域。

1.2基因操作基本工具

基本工具主要有3N：第1種為基因的剪刀“限制性核酸內切酶”即“分子手術刀”它主要是從原核生物鐘分離出來，存在于微生物體內，其具有的特定性表現在只能辨別指定的核苷酸序列并且在指定的地方進行分割DNA分子活動，分割后的末端產生了粘性平端和平末端兩種表現形式；第2種是基因的針線“DNA連接酶”即“分子縫合針”，其種類分為粘性末端、粘性末端和平末端。它可以把粘性末端之間的縫隙縫合起來從而形成一個重組的DNA分子；第3種是基因的運輸工具“運載體”即“分子運輸車”，具備自我復制、多個限制酶切點、有標記基因、對受體細胞無傷害的4個條件，目的就是將基因送入到受體細胞內，常見的種類有質粒、噬菌體等。

1.3基因工程基本操作步驟

基因工程的基本操作步驟主要有以下4步：第一，合理獲得目的基因。一般是通過采用CDNA文庫法、人工合成法、基因文庫法等途徑辦法來完成編碼蛋白質結構基因的獲取，并通過PCR技術達到擴增目的基因的效果，其中PCR技術就是指遵循DNA復制原理，在生物體外復制特定DN段的核酸合成技術。第二，基因工程的核心內容即建立基因表達載體。其目的主要是為了使受體細胞中的目的基因的存在保持穩定并良好地遺傳給后代，同時保證目的基因的功能得到最有效最大的發揮。目的基因、標記基因、啟動子以及終止子四者共同構成了基因表達載體。第三，將目的基因植入進受體細胞內。其通常是指將目的基因導入到受體細胞中，并保持穩定和表達的一個操作過程。一般來說導入動物細胞和植物細胞、微生物方法各異。第四，目的基因的檢測和鑒定。該步驟的主要目的就是檢查轉基因生物的染色體是否合理地插入了目的基因，同時目的基因是否已經翻譯成了蛋白質，完成了轉錄。其檢測辦法一般有分子雜交技術等。鑒定就是指對生物進行個體水平的鑒定，例如鑒定轉基因抗蟲植物是否表現抗蟲性狀。

2基因工程的探索應用

2.1基因工程在農業方面的應用

目前，基因工程在農業領域方面的應用較為廣泛，其主要就是為了提高農作物抗病蟲害的能力，改善農作物的品質，增加產量，在這些領域，基因工程已經取得了引入注目的成績。首先是植物抗病基因工程，其隨著迅速發展的植物病毒分子生物學也得到了全面開展應用，例如：或者中科院通過把抗病毒基因植入到水稻的細胞里的方法，從而使得培育出來的水稻也就有一定的抗病蟲害的能力。其次基因工程技術通過采用特異性啟動子與RNA酶基因構建嵌合基因的途徑，使植物雄系不育性成為了可能，其成功應用于小麥、油菜和果樹等。同時為農業創造了高質高產的新品種。最后隨著人們生活水平的提高以及對農產品的口味、口感的要求也越來越高，改善植物品質的基因工程也慢慢被應用到農產品中，其主要是通過基因轉移來達到改變植物中氨基酸或者脂肪含量等品質特性的目的。例如：將水仙花的2個基因和一種細菌的一個基因共同植入到水稻中，從而形成水稻的一種新品種，這種新水稻富含鐵鋅元素，并將其轉化成維生素A的胡蘿卜素，防止貧血和缺少維生素A，最后大米呈現金黃色，成為了“金米”或者是根據國外的相關研究，為了使普通的小麥富含更多的高分子量的面筋蛋白質，從而將其基因轉移到普通小麥里，從而改善小麥基因，使小麥更具彈性。

2.2基因工程在醫學方面的應用

現今，基因工程在醫學方面的應用最為活躍，其在新藥物研制、疾病診斷以及治療方面都有著不可忽視的作用。以基因工程藥物為主導的基因工程的應用產業在全球發展迅速、前景良好開闊，目前利用基因工程生產的藥物主要包括疫苗、抗體、激素、寡核苷酸藥物等，已經被用來治療和預防各種疾病。例如基因工程乙型肝炎疫苗。基因工程藥物能改善傳統化學藥物供應不足、副作用較大、缺乏安全性等問題。其次基因工程在疾病診斷應用領域也不斷拓寬?；蛟\斷技術是20世紀70年代簡悅威在貧血臨床治療中取得的研究成果，基因診斷常用的方法有DNA分子雜交、檢測基因的缺失等。例如一些遺傳病癥通常就與基因的突變有關，在臨床上，就可以通過基因診斷技術對遺傳病癥或者癌癥等進行檢測。并且隨著多聚酶鏈式反應技術發明，基因診斷方法也越來越簡單方便，不采用DNA分子雜交方法，直接從擴增的DNA分子做酶切分析，甚至有些不需要做酶切分析而直接根據擴增的長度來達到疾病診斷的目的。

2.3基因工程在環保方面的應用

篇（3）

現代生物技術的迅猛發展,成就非凡,推動著科學的進步,促進著經濟的發展,改變著人類的生活與思維,影響著人類社會的發展進程?，F代生物技術的成果越來越廣泛地應用于醫藥、食品、能源、化工、輕工和環境保護等諸多領域。生物技術是21世紀高新技術革命的核心內容,具有巨大的經濟效益及潛在的生產力。專家預測,到2010～2020年,生物技術產業將逐步成為世界經濟體系的支柱產業之一。生物技術是以生命科學為基礎,利用生物機體、生物系統創造新物種,并與工程原理相結合加工生產生物制品的綜合性科學技術?，F代生物技術則包括基因工程、蛋白質工程、細胞工程、酶工程和發酵工程等領域。在我國的食品工業中,生物技術工業化產品占有相當大的比重;近年,酒類和新型發酵產品以及釀造產品的產值占食品工業總產值的17%?，F代生物技術在食品發酵領域中有廣闊市場和發展前景,本文主要闡述現代生物技術在食品發酵生產中的應用。

一、基因工程技術在食品發酵生產中的應用

基因工程技術是現代生物技術的核心內容,采用類似工程設計的方法,按照人類的特殊需要將具有遺傳性的目的基因在離體條件下進行剪切、組合、拼接,再將人工重組的基因通過載體導入受體細胞,進行無性繁殖,并使目的基因在受體細胞中高速表達,產生出人類所需要的產品或組建成新的生物類型。

發酵工業的關鍵是優良菌株的獲取,除選用常用的誘變、雜交和原生質體融合等傳統方法外,還可與基因工程結合,進行改造生產菌種。

(一)改良面包酵母菌的性能

面包酵母是最早采用基因工程改造的食品微生物。將優良酶基因轉入面包酵母菌中后,其含有的麥芽糖透性酶及麥芽糖的含量比普通面包酵母顯著提高,面包加工中產生二氧化碳氣體量提高,應用改良后的酵母菌種可生產出膨潤松軟的面包。

(二)改良釀酒酵母菌的性能

利用基因工程技術培育出新的釀酒酵母菌株,用以改進傳統的釀酒工藝,并使之多樣化。采用基因工程技術將大麥中的淀粉酶基因轉入啤酒酵母中后,即可直接利用淀粉發酵,使生產流程縮短,工序簡化,革新啤酒生產工藝。目前,已成功地選育出分解β-葡聚糖和分解糊精的啤酒酵母菌株、嗜殺啤酒酵母菌株,提高生香物質含量的啤酒酵母菌株。

(三)改良乳酸菌發酵劑的性能

乳酸菌是一類能代謝產生乳酸,降低發酵產品pH值的一類微生物。乳酸菌基因表達系統分為組成型表達和受控表達兩種類型,其中受控表達系統包括糖誘導系統、Nisin誘導系統、pH誘導系統和噬菌體衍生系統。相對于乳酸乳球菌和嗜熱鏈球菌而言,德氏乳桿菌的基因研究比較缺乏,但是已經發現質粒pN42和PJBL2用于構建德氏乳桿菌的克隆載體。有研究發現乳酸菌基因突變有2種方法:第一種方法涉及(同源或異源的)可獨立復制的轉座子,第二種方法是依賴于克隆的基因組DN斷和染色體上的同源部位的重組整合而獲得。通過基因工程得到的乳酸菌發酵劑具有優良的發酵性能,產雙乙酰能力、蛋白水解能力、胞外多糖的穩定形成能力、抗雜菌和病原菌的能力較強。

二、細胞工程技術在食品發酵生產中的應用

細胞工程是生物工程主要組成之一,出現于20世紀70年代末至80年代初,是在細胞水平上改變細胞的遺傳特性或通過大規模細胞培養以獲得人們所需物質的技術過程。細胞工程主要有細胞培養、細胞融合及細胞代謝物的生產等。細胞融合是在外力(誘導劑或促融劑)作用下,使兩個或兩個以上的異源(種、屬間)細胞或原生質體相互接觸,從而發生膜融合、胞質融合和核融合并形成雜種細胞的現象。細胞融合技術是一種改良微生物發酵菌種的有效方法,主要用于改良微生物菌種特性、提高目的產物的產量、使菌種獲得新的性狀、合成新產物等。與基因工程技術結合,使對遺傳物質進一步修飾提供了多樣的可能性。例如日本味之素公司應用細胞融合技術使產生氨基酸的短桿菌雜交,獲得比原產量高3倍的賴氨酸產生菌和蘇氨酸高產新菌株。釀酒酵母和糖化酵母的種間雜交,分離子后代中個別菌株具有糖化和發酵的雙重能力。日本國稅廳釀造試驗所用該技術獲得了優良的高性能謝利酵母來釀制西班牙謝利白葡萄酒獲得了成功。目前,微生物細胞融合的對象已擴展到酵母、霉菌、細菌、放線菌等多種微生物的種間以至屬間,不斷培育出用于各種領域的新菌種。

三、酶工程技術在食品發酵生產中的應用

酶是活細胞產生的具有高效催化功能、高度專一性和高度受控性的一類特殊生物催化劑。酶工程是現代生物技術的一個重要組成部分,酶工程又稱酶反應技術,是在一定的生物反應器內,利用生物酶作為催化劑,使某些物質定向轉化的工藝技術,包括酶的研制與生產,酶和細胞或細胞器的固定化技術,酶分子的修飾改造,以及生物傳感器等。酶工程技術在發酵生產中主要用于兩個方面,一是用酶技術處理發酵原料,有利于發酵過程的進行。如啤酒釀制過程,主要原料麥芽的質量欠佳或大麥、大米等輔助原料使用量較大時,會造成淀粉酶、俘一葡聚糖酶、纖維素酶的活力不足,使糖化不充分、蛋白質降解不足,從而減慢發酵速度,影響啤酒的風味和收率。使用微生物淀粉酶、蛋白酶、一葡聚糖酶等制劑,可補充麥芽中酶活力不足的缺陷,提高麥汁的可發酵度和麥汁糖化的組分,縮短糖化時間,減少麥皮中色素、單寧等不良雜質在糖化過程中浸出,從而降低麥汁色澤。二是用酶來處理發酵菌種的代謝產物,縮短發酵過程,促進發酵風味的形成。啤酒中的雙乙酰是影響啤酒風味的主要因素,是判斷啤酒成熟的主要指標。當啤酒中雙乙酰的濃度超過閾值時,就會產生一種不愉快的餿酸味。雙乙酰是由酵母繁殖時生成的α-乙酰乳酸和α-乙酰羥基丁酸氧化脫羧而成的,一般在啤酒發酵后期還原雙乙酰需要約5～10d的時間。崔進梅等報道,發酵罐中加入α-乙酰乳酸脫羧酶能催化α-乙酰乳酸直接形成羧基丁酮,可縮短發酵周期,減少雙乙酰含量。

四、小結

在食品發酵生產中應用生物技術可以提高發酵劑的性能,縮短發酵周期,豐富發酵制品的種類。不僅提高了產品檔次和附加值,生產出符合不同消費者需要的保健制品,而且在有利于加速食品加工業的發展。隨著生化技術的日益發展,相信會開發出更多物美價廉的發酵制品,使生物加工技術在食品發酵工業中的應用更加廣泛。

參考文獻

[1]趙志華,岳田利等.現代生物技術在乳品工業中的應用研究[J].生物技術通報.2006,04:78-80.

[2]王春榮,王興國等.現代生物技術與食品工業[J].山東食品科技.2004,07:31.

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現代生物技術的迅猛發展,成就非凡,推動著科學的進步,促進著經濟的發展,改變著人類的生活與思維,影響著人類社會的發展進程?，F代生物技術的成果越來越廣泛地應用于醫藥、食品、能源、化工、輕工和環境保護等諸多領域。生物技術是21世紀高新技術革命的核心內容,具有巨大的經濟效益及潛在的生產力。專家預測,到2010～2020年,生物技術產業將逐步成為世界經濟體系的支柱產業之一。生物技術是以生命科學為基礎,利用生物機體、生物系統創造新物種,并與工程原理相結合加工生產生物制品的綜合性科學技術。現代生物技術則包括基因工程、蛋白質工程、細胞工程、酶工程和發酵工程等領域。在我國的食品工業中,生物技術工業化產品占有相當大的比重;近年,酒類和新型發酵產品以及釀造產品的產值占食品工業總產值的17%?，F代生物技術在食品發酵領域中有廣闊市場和發展前景,本文主要闡述現代生物技術在食品發酵生產中的應用。

一、基因工程技術在食品發酵生產中的應用

發酵工業的關鍵是優良菌株的獲取,除選用常用的誘變、雜交和原生質體融合等傳統方法外,還可與基因工程結合,進行改造生產菌種。

(一)改良面包酵母菌的性能

(二)改良釀酒酵母菌的性能

(三) 改良乳酸菌發酵劑的性能

乳酸菌是一類能代謝產生乳酸,降低發酵產品pH值的一類微生物。乳酸菌基因表達系統分為組成型表達和受控表達兩種類型,其中受控表達系統包括糖誘導系統、Nisin誘導系統、pH 誘導系統和噬菌體衍生系統。相對于乳酸乳球菌和嗜熱鏈球菌而言,德氏乳桿菌的基因研究比較缺乏,但是已經發現質粒pN42和PJBL2用于構建德氏乳桿菌的克隆載體。有研究發現乳酸菌基因突變有2種方法:第一種方法涉及(同源或異源的)可獨立復制的轉座子,第二種方法是依賴于克隆的基因組DNA 片斷和染色體上的同源部位的重組整合而獲得。通過基因工程得到的乳酸菌發酵劑具有優良的發酵性能,產雙乙酰能力、蛋白水解能力、胞外多糖的穩定形成能力、抗雜菌和病原菌的能力較強。

二、細胞工程技術在食品發酵生產中的應用

細胞工程是生物工程主要組成之一,出現于20世紀70年代末至80 年代初,是在細胞水平上改變細胞的遺傳特性或通過大規模細胞培養以獲得人們所需物質的技術過程。細胞工程主要有細胞培養、細胞融合及細胞代謝物的生產等。細胞融合是在外力(誘導劑或促融劑)作用下,使兩個或兩個以上的異源(種、屬間) 細胞或原生質體相互接觸,從而發生膜融合、胞質融合和核融合并形成雜種細胞的現象。細胞融合技術是一種改良微生物發酵菌種的有效方法,主要用于改良微生物菌種特性、提高目的產物的產量、使菌種獲得新的性狀、合成新產物等。與基因工程技術結合,使對遺傳物質進一步修飾提供了多樣的可能性。例如日本味之素公司應用細胞融合技術使產生氨基酸的短桿菌雜交,獲得比原產量高3倍的賴氨酸產生菌和蘇氨酸高產新菌株。釀酒酵母和糖化酵母的種間雜交,分離子后代中個別菌株具有糖化和發酵的雙重能力。日本國稅廳釀造試驗所用該技術獲得了優良的高性能謝利酵母來釀制西班牙謝利白葡萄酒獲得了成功。目前,微生物細胞融合的對象已擴展到酵母、霉菌、細菌、放線菌等多種微生物的種間以至屬間,不斷培育出用于各種領域的新菌種。

三、酶工程技術在食品發酵生產中的應用

酶是活細胞產生的具有高效催化功能、高度專一性和高度受控性的一類特殊生物催化劑。酶工程是現代生物技術的一個重要組成部分,酶工程又稱酶反應技術,是在一定的生物反應器內,利用生物酶作為催化劑,使某些物質定向轉化的工藝技術,包括酶的研制與生產,酶和細胞或細胞器的固定化技術,酶分子的修飾改造,以及生物傳感器等。酶工程技術在發酵生產中主要用于兩個方面,一是用酶技術處理發酵原料,有利于發酵過程的進行。如啤酒釀制過程,主要原料麥芽的質量欠佳或大麥、大米等輔助原料使用量較大時,會造成淀粉酶、俘一葡聚糖酶、纖維素酶的活力不足,使糖化不充分、蛋白質降解不足,從而減慢發酵速度,影響啤酒的風味和收率。使用微生物淀粉酶、蛋白酶、一葡聚糖酶等制劑,可補充麥芽中酶活力不足的缺陷,提高麥汁的可發酵度和麥汁糖化的組分,縮短糖化時間,減少麥皮中色素、單寧等不良雜質在糖化過程中浸出,從而降低麥汁色澤。二是用酶來處理發酵菌種的代謝產物,縮短發酵過程,促進發酵風味的形成。啤酒中的雙乙酰是影響啤酒風味的主要因素,是判斷啤酒成熟的主要指標。當啤酒中雙乙酰的濃度超過閾值時,就會產生一種不愉快的餿酸味。雙乙酰是由酵母繁殖時生成的α-乙酰乳酸和α-乙酰羥基丁酸氧化脫羧而成的,一般在啤酒發酵后期還原雙乙酰需要約5～10d 的時間。崔進梅等報道,發酵罐中加入α-乙酰乳酸脫羧酶能催化α-乙酰乳酸直接形成羧基丁酮,可縮短發酵周期,減少雙乙酰含量。

四、小結

參考文獻

[1]趙志華,岳田利等.現代生物技術在乳品工業中的應用研究[J].生物技術通報.2006,04:78-80.

篇（5）

建構主義者認為學習環境是開放的、充滿著意義解釋和建構的情境，該學習環境由情境、協作、會話和意義建構四大要素構成，其中情境是意義建構的基本條件，教師與學生之間、學生與學生之間協作和會話是意義建構的過程，本節課緊扣基因工程藥物胰島素的生產過程創設學習情境進行教學，充分發揮學生的主觀能動性，讓學生主動地參與到教學的全過程，教師適當的點拔，形成一個師生互動的教學氛圍，讓學生們心馳神往地投入到本節課的學習中來。

2課堂實錄

2.1情境導入

多媒體展示：一般臨床上給病人注射用的胰島素主要從豬、牛等胰腺中提取，每100kg胰腺只能提取出4～5 g胰島素，產量低，價格昂貴。

學生思考并回答：胰腺中胰島素是如何產生的?

教師總結：胰島B細胞中胰島素基因特異性表達產生胰島素。

引申：人類能不能改造基因呢?能不能使本身沒有某個性狀的生物具有某個特定性狀呢?如：讓微生物生產出人的胰島素。這樣既節省了人力，又簡化了生產，同時還不會對環境造成污染?；卮鹗强梢缘摹Ｍㄟ^科學家們的不斷努力，在20世紀70年代終于創立了一種能定向改造生物的新技術5因工程，現在通過基因工程生產的胰島素已經投入臨床使用。

意圖：根據具體實例引入情境，提出假設，引導學生思考，激發學生求知、探究的欲望，同時引出本節課題。

2.2學習基因工程工具

2.2.1

限制性內切酶的學習

師：動畫展示胰島素生產過程中限制性內切酶切割胰島素基因和質粒產生黏性末端的過程。

生：思考動畫中限制性內切酶的作用位點是哪里?回答。

師：點撥限制性內切酶作用、黏性末端概念。

師：如何把兩種不同的DNA分子粘合成一個DNA分子?

教師分發寫有核苷酸序列的紙片(黑色紙片代表目的基因、紅色代表質粒)。

生：二人一組，模擬剪切和拼接的過程，觀察切口處有沒有連接。

意圖：學生帶著問題觀看動畫，進行討論，思考，獲得知識。通過模擬實驗，加深學生對黏性末端的理解，同時提出問題，引出DNA連接酶。

需要改進：由于動畫畫面變換太快，同學觀察不細，更不能記筆記，因而動畫展示應再慢一些，關鍵的步驟應提醒學生觀察。

2.2.2 DNA連接酶的學習

師：多媒體動畫演示胰島素基因與質粒的連接過程。提問：不同生物的DNA分子可以成功連接的結構基礎是什么?

生：思考、在教師的指導下歸納出：連接的部位是磷酸二酯鍵(梯子的扶手)，不是氫鍵(梯子的踏板)。

意圖：多媒體動畫演示連接酶的連接部位，利用形象的比喻使學生更容易接受和理解。教師僅僅起到指導者的作用，充分發揮學生的主觀能動性。

2.2.3運載體的學習

師：多媒體演示基因工程生產胰島素過程。運載體有何作用?

生：根據多媒體演示討論運載體的作用。

師：點撥運載體的作用。提問作為運載體必須具備哪些條件?常用的運載體有哪些種類?為什么大腸桿菌的質粒是最常用的運載體?

生：看書討論、回答。

師：引導學生根據質粒的特點理解其常用作運載體的原因。點撥運載體應具備條件，質粒的特點。

意圖：通過一連串的問題層層引導，讓學生自己看書，建構運載體的相關知識。培養學生快速閱讀，并及時截取信息的能力。

需要改進：教師的點撥有些嗦，應簡潔、一針見血。

2.3學習基因工程基本步驟

2.3.1

目的基因獲取的學習

生：閱讀教材完成講義上目的基因及其獲取方面的填空題。

學生回答后教師糾正。

師：點撥目的基因的概念及獲取方法。在胰島素的生產中，目的基因即為胰島素基因。

意圖：目的基因獲取需要記憶的知識點較多，而需理解的較少，采用復習課的知識梳理模式教學，讓學生自學建構相關知識，教師適當點撥，達到事半功倍的效果。

2.3.2

目的基因與運載體結合的學習

師：動畫演示同種限制性酶切割胰島素基因和質粒形成相同的黏性末端，再用DNA連接酶連接黏性末端，形成重組DNA分子。

生：討論如何將目的基因與運載體結合?

師：追問在實際操作過程，得到的DNA一定是重組DNA嗎?為什么還要篩選重組DNA?

生：分小組討論

師：點撥相同黏性末端結合時的隨機性，可能的形成三種DNA分子。

生：動手拼接胰島素基因與運載體的三種連接方式。

設計意圖：結合胰島素的生產教學激發了學生的學習興趣，讓學生通過討論、思考建構新知識。

問題：有的小組部分同學不參與討論。

改進：應培養這部分學生的交流能力。

3教學評價與反思

結合胰島素的生產創設學習情境，激發了學生的學習興趣，課堂氣氛活躍，學生從探究活動中發現問題，通過觀察、實驗、討論、交流，主動建構新知識，充分體現學生的主體地位。實現知識、能力、情感態度與價值觀三維目標的和諧統一。教師不再是知識的傳授者與灌輸者，而是意義建構的幫助者、促進者，是學生學習的輔導者、學習環境的設計者，是學生學習過程的理解者和學生學習的合作者。

篇（6）

質粒是基因工程的常用載體，質粒結構和功能也是高考熱點問題之一，2016年全國卷理綜第40題再一次以質粒圖譜為基礎，考查了質粒作為載體應具備的條件，重組質粒導入受體細胞的篩選與鑒定問題，而這一方面的知識在教材中講解較少，理解起來較抽象，難以透徹的掌握這個知識點，給解題帶來困難。本文特針對質粒結構及重組質粒篩選與鑒定問題進行補充，以期能對老師教學和學生解題帶來幫助。

載體是一種可將外源DN段送入宿主細胞進行擴增和表達的運載工具。目前已構建成的載體主要有質粒載體、噬菌體載體、病毒載體和人工染色體等多種類型。其中最常使用的是質粒載體。

一、質粒載體

質粒是一種獨立于細菌擬核DNA之外，具有自我復制能力的小型環狀DNA分子。由于天然質粒作為載體存在著不同的局限性，科研人員對其進行了修飾改造。作為高質量的克隆載體的質粒必須具有如下特征：1.有復制原點，這是質粒在宿主細胞內能自主復制的基本條件。2.有多種限制酶的單一識別位點，以供外源基因的插入。3.有標記基因，理想的質粒載體應具有兩種抗菌素抗性基因，以便從平板中直接篩選陽性重組子。4.相對分子質量較小。5.有安全性，作為克隆載體應當只存在有限范圍內的宿主；在體內不進行重組；不會發生轉移；不產生有害性狀；不會離開宿主而自由擴散，因而是相對安全的。

二、插入失活

將外源DN段插入到載體的標記基因中使此基因失活，喪失其原有的表性特征，稱為插入失活。pBR332是研究最多，應用最廣泛的質粒載體之一，該質粒有兩個標記基因，四環素抗性基因（Tetr）和氨芐青霉素抗性基因（Ampr），有8種限制酶識別位點位于Tetr內部，另外有2種限制酶的識別位點是存在于該基因的啟動區內，在這10個限制位點上插入外源DNA都會導致Tetr的失活，這時含有DNA插入片段的pBR322將使宿主菌抗氨芐青霉素，但對四環素敏感。3種限制酶的識別位點位于Ampr內，在這些位點插入外源DNA則會導致Ampr的失活，這時含有DNA插入片段的pBR322將使宿主菌抗四環素，但對氨芐青霉素敏感。插入失活是檢測重組質粒的一種十分有效的方法。

三、實例應用

2016年全國卷理綜第40題是一道很好的考查質粒結構和插入失活效應的題目：

某一質粒載體如圖所示，外源DNA插入到Ampr或Tetr中會導致相應的基因失活（Ampr表示氨芐青霉素抗性基因，Tetr表示四環素抗性基因）。有人將此質粒載體用BamHI酶切后，與用BamHI酶切獲得的目的基因混合，加入DNA連接酶進行連接反應，用得到的混合物直接轉化大腸桿菌，結果大腸桿菌有的未被轉化，有的被轉化。被轉化的大腸桿菌有三種，分別是含有環狀目的基因、含有質粒載體、含有插入了目的基因的重組質粒的大腸桿菌?；卮鹣铝袉栴}：

（1）質粒載體作為基因工程的工具，應具備的基本條件有______（答出兩點即可），而作為基因表達載體，除滿足上述基本條件外，還需具有啟動子和終止子。

（2）如果用含有氨芐青霉素的培養基進行篩選，在上述四種大腸桿菌細胞中，未被轉化的和僅含有環狀目的基因的細胞是不能區分的，其原因是______；并且______和_____的細胞也是不能區分的，其原因是______。在上述篩選的基礎上，若要篩選含有插入了目的基因的重組質粒的大腸桿菌的單菌落，還需使用含有______的固體培養基。

（3）基因工程中，某些噬菌體經改造后可以作為載體，其DNA復制所需的原料來自______。

分析題目可知，本題考查了基因工程質粒載體特點、插入失活效應在重組質粒篩選中的應用及噬菌體侵染細菌后，合成子代噬菌體一切的原料來源于宿主細胞。分別解析如下：

（1）小題考查了質粒作為基因工程的載體應具備的基本條件，參考答案：具有復制原點；具有標記基因；具有限制酶的單一識別位點。

（2）小題考查插入失活及重組質粒的篩選問題，將此質粒載體用BamHI酶切后，與用BamHI酶切獲得的目的基因混合，加入DNA連接酶進行連接反應，用得到的混合物直接轉化大腸桿菌，得到的大腸桿菌表型有四種：未被轉化大腸桿菌，對四環素和氨芐青霉素都敏感，即AmpsTets表型；含有環裝的目的基因的大腸桿菌，即AmpsTets表型，含有質粒載體的大腸桿菌，即AmprTetr表型；含有插入了目的基因重組質粒的大腸桿菌，即AmprTets。若用含有氨芐青霉素的培養基進行篩選，在上述四種大腸桿菌細胞中，未被轉化的大腸桿菌和僅含有環狀目的基因的細胞是不能區分的，其原因是都對氨芐青霉素敏感，都不能存活，都無菌落產生。含有質粒載體的大腸桿菌（AmprTetr）和含有插入了目的基因重組質粒的大腸桿菌（AmprTets）因都能抗氨芐青霉素，都能存活，產生菌落；但因為目的基因重組質粒因插入失活破壞了四環素抗性基因導致四環素抗性基因失活，因此可用含有四環素的固體培養基加以篩選。若是在含有氨芐青霉素的培養基上能形成菌落而在含四環素的固體培養基上不能形成菌落，就是我們所要的含有插入了目的基因重組質粒的大腸桿菌。

【參考文獻】

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基因是染色體上的DN段。DNA又稱脫氧核糖核酸，形狀像兩股螺旋的樓梯，它是生物體遺傳信息的載體，決定著生物體的性狀，并把遺傳信息傳遞給下一代。

基因轉移在自然界中廣泛存在，植物界的異花授粉是物種內基因轉移的典型現象。這種種內基因交流現象便是雜交育種的生物學基礎，人們通過干預植物的授粉活動，將需要的性狀的基因組合到一起，并通過一代代的人工選擇，使雜交得到的性狀組合得以穩定遺傳，形成新的品種。

除了種內的基因轉移外，自然界還存在一種特殊的物種間的基因轉移。這種基因轉移多由病毒或者細菌感染產生。病毒可以插入宿主細胞的DNA鏈中，并正常表達，一些細菌的質粒也具有類似病毒的功能。農桿菌侵染植物傷口的過程就是物種間基因轉移的典型案例。

轉基因技術便模仿這種自然界的物種間基因轉移，利用基因工程的手段，人為的把外源基因（可以是同種不同植株中的基因，也可以是種外基因）整合到目標生物體中，使后者獲得新的性狀，并能把這些性狀遺傳下去。例如，轉基因抗蟲棉，是把微生物體內的抗蟲基因轉移到普通棉花中，使棉花可以產生一種針對棉鈴蟲的蛋白質，避免植株葉片被蟲子啃噬，從而達到抗蟲的效果。

與常規育種技術相比，轉基因育種在技術上較為復雜，要求也很高，但是具有常規育種所不具備的優勢：拓寬可利用的基因資源，為培育高產、優質、高抗優良品種提供了嶄新的育種途徑，可以對植物的目標性狀進行定向變異和定向選擇，可以大大提高選擇效率，加快育種進程，此外，還可將植物作為生物反應器生產藥物等生物制品。

如何實現轉基因

一個轉基因作物的誕生一般要經過以下流程：

首先要選擇需要的性狀，并找到相關性狀的基因編碼。然后將需要的基因分離出來，建構到合適的載體上。然后通過中間介質或物理方式導入目標體，進行轉化，形成轉化體。再通過用作標記的抗性性狀篩選，選出成功表達外源基因的植株。

載體介導轉移系統是最常見的轉基因方法：將外源基因重組到合適的載體系統，通過載體將攜帶的外源基因導入植物細胞，整合在核染色體組中并隨核染色體復制和表達。農桿菌Ti質?；騌i質粒介導法是迄今為止植物基因工程中應用最多、機理最清晰、最理想的載體轉移方法。農桿菌細胞Ti質粒上有段T-DNA，農桿菌侵染植物傷口進入細胞后，可將T-DNA插入植物基因中。人們將目的基因放入經過改造的T-DNA區，借助農桿菌的感染實現外源基因向植物細胞的轉移與整合。除了使用中介外，外源基因還可以通過物理方法直接進入植物細胞?；驑屖峭ㄟ^動力系統將帶有基因的金屬顆粒（金?；蜴u粒）射進植物細胞，獲得轉基因植株。

利用植物開花、授精過程中形成的花粉管通道，在授粉后向子房注射目的基因的DNA溶液，也可將外源DNA導入受精卵細胞。

在將外源基因導入目標植物細胞后，還需要確定細胞是否能正確表達外源基因并將其穩定遺傳。只有少部分細胞能將外源基因整合到核基因組，而整合后能夠成功表達的細胞更是少數。因此在轉基因操作中，常使用特異性選擇標記基因進行標記，以便有效地選擇出真正的轉化體?？股乜剐曰蚺c除草劑抗性基因常用作選擇標記基因，與目標基因在同一載體上標記轉化體。標記基因在受體細胞表達，使轉化細胞具有抵抗相應抗生素或除草劑的能力而存活下來，非轉化細胞則被抑制，殺死。

有了合適的轉化體，就可以進入安全性評估和育種試驗。通過轉基因的方法往往難以直接獲得理想的品種，轉基因個體面臨著外源基因失活、純合致死、花粉致死、其他性狀變化等問題。因此人們往往結合雜交等常規育種手段進一步篩選，最終選出綜合性狀優良的轉基因品種。

轉入的外源基因有何功能

2000年，已獲得轉基因植株的物種達上百種，其中包括重要的糧食作物如水稻、小麥、玉米、大豆和馬鈴薯等；經濟作物如棉花、油菜、向日葵和亞麻等；另外還有重要的蔬菜、牧草、花卉和部分木本植物（2000年數據）。在建立轉化體系的基礎上，人們已將許多具有重要價值的目的基因轉入植物。以下是轉基因植物育種的幾個主要方面。

抗病毒基因工程：抗病毒是植物基因工程早期比較成功的研究領域之一。20世紀90年代末起，轉基因抗病毒產品西葫蘆和番木瓜等多種作物被培育出來，并獲得商品化生產許可，其中抗病毒型番木瓜在美國廣泛種植。

抗蟲性基因工程：1996年，轉Bt基因（一種源自蘇云桿菌，被廣泛使用的生物殺蟲劑）的棉花、玉米和馬鈴薯已在美國獲得批準進行商品化生產，抗蟲玉米和抗蟲棉是推廣面積僅次于抗除草劑大豆的兩種轉基因作物。

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中圖分類號：G633.91 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2013）46-0251-02

高效課堂，顧名思義是指教學效果較好，有較高教學目標達成的課堂，具體而言是指在有效課堂的基礎上，通過教師的引領和學生的主動參與，在單位時間內高效率、高質量地完成教學任務和達成教學目標并取得教育教學的較高影響力和社會效益的課堂。生物學科該如何充分發揮教師的引領作用、促進學生主動積極的思維？以下是我個人的嘗試和反思。

一、設計合理、具體教學目標

高效是課堂教學的目標，務實是課堂教學的手段。要做到務實高效，設計合理的教學的目標是非常必要的。而教師教學的依據是新課程標準和教材，教師只有認真學習課程標準和吃透教材，才能準確把握課堂的教學目標，才能在教學中做到有的放矢。因此，要體現課堂教學的有效性，教學目標的設置顯得尤為重要。這就要求教師在設計教學目標時，要具體化、合理化，具有可操作性，還要考慮到學生的個體差異。具體到認知、技能、情感等領域，避免過分強調知識性目標；還應該充分了解到學生實際能力，合理確定重難點，集中力量講清重點，通過各種途徑突破難點，從而提高教學效率。比如人教版必修2《基因工程及其應用》第1課時，設置了以下教學目標：知識與技能——描述基因工程的概念；說出限制酶和DNA連接酶的作用特點；能列出運載體的種類，描述質粒的特點；能描述基因工程的基本步驟。過程與方法——通過制作模型、觀察動畫圖片和習題訓練，說出限制酶和連接酶的特點；歸納基因工程的步驟。情感態度與價值觀——通過基因工程的學習，再現人類利用和改造生物的歷程，體驗科學與技術和社會的發展有著相互影響、相互制約的關系。把教學目標具體化，學生一目了然。

二、創設輕松的問題情境引入教學

陶行知說過：“惟獨從心里發出來的，才能達到心的深處?！弊鳛榻處煈撛熳杂伞捤?、樂學、心情愉悅的課堂氛圍，這樣更有利于知識的生成，給學生提供機會，發表各自不同的見解，引導、鼓勵學生表達自己的生活體驗與感受，變“要我學”為“我要學”，積極主動地學習[1]?？梢郧稍O情境，也可以結合生活常識、社會現象、有趣的故事或者科研上的新成就。比如在講到孟德爾自由組合定律時，講了這樣一則幽默故事：英國有位美貌風流的女演員，寫信向大文豪肖伯納求婚：“因為你是個天才，我不嫌你年邁丑陋。如我和你結合，咱們的后代有你的智慧和我的美貌，那一定是十全十美了?！毙げ{給她回信說：“你的想象是美妙的，可是，假如生下的孩子外貌像我，而智慧又像你，那又該怎么辦呢？”激起學生的興趣。再如講《基因工程》時，介紹治療糖尿病的胰島素時，可以提出問題：用什么樣的生產方法去替代從動物胰腺中提取，從而降低成本，提高產量？激發學生探究的欲望，實現由被動到主動的學習。

三、進行探究式學習

探究性學習能有效激發學生學習的欲望，引導學生進行積極的思考，幫助學生加深對知識的理解和掌握?！疤骄康暮诵氖歉哔|量的思考”，高質量的思考來自于高質量的提問，有效的探究，很大程度上取決于問題的有效設置[2]，教師需要根據教學目的、內容和學情，提出難度、邏輯合理的問題。在探究教學中，教師是引導者，重在啟發誘導；學生是探究者，其主要任務是通過自己的探究，發現新事物。因此，必須正處理教師的“引”和學生的“探”的關系，做到既不放任自流，讓學生漫無邊際去探究，也不能過多牽引。比如在講基因工程的三種操作工具時，設置了以下問題：①基因工程是在DNA分子水平上施工的。而基因是有遺傳效應的DN段，如何獲取目的基因呢？②切割后的目的基因如何被送入另一種生物呢？③目的基因怎樣被運載體運輸？目的基因被限制酶切開后，有突出的核苷酸序列即黏性末端，而運載體需要經過怎樣處理才能更好地與目的基因的兩端結合呢？④怎樣才能將有切口的目的基因與即運載體縫合在一起得到重組DNA分子呢？通過問題串，啟迪學生發現問題，培養學生主動思考問題、解決問題的能力。

四、以學生為主體

課堂是老師的講課的地方，更是學生發展的平臺，要讓學生更多的參與到課堂，從接受者變為操作者，通過教學設計，把一些乏味難懂的知識變成有趣簡單的操作，增強他們的求知欲望，培養學生的思維能力，加深對事物的理解。如《分子與細胞》、《遺傳與進化》模塊，介紹的內容相對微觀又難以理解，如果能夠用實驗、模型輔助教學，將會加深學生對科學知識的理解，提高生物科學素養，增強學生的探究能力，如觀察DNA、RNA在細胞中的分布，檢測生物組織中的有機物，葉綠體色素的提取和分離，探究酵母菌的呼吸方式等。還可以讓學生制作模型或者繪圖，比如在講細胞結構時，繪各種細胞器圖片或制作細胞三維結構模型，講DNA分子結構時，制作DNA分子結構模型，再比如講基因工程時，依照限制酶EcoRⅠ的特異性設計制作重組DNA分子模型，用這些直觀、易于操作的實驗、模型，取得了很好的效果，提高了學生對知識的理解和感悟，增強了學習興趣，且能夠在試驗中提出問題，對這些問題的處理，一般讓學生自己查閱資料或討論解決，解決有困難的由老師指導。

五、知識鞏固與檢測

針對教學目標，合理設計題目，進行當堂檢測，題目的設置要和本節課的重點、難點和易錯點相吻合，要有所側重，難度適中，題量不宜太大，學生做完后，對學生的反饋及時評價[3]，根據反饋結果，做到因材施教，不同的學生給予不同的任務，布置適量的作業，以進一步鞏固知識。教師可以據此調整教學節奏，及時矯正教學等方式。給每個學生留有充分發展的余地。

總之，課堂是我們教學的主陣地，課堂教學的有效性是廣大教師共同追求的，要提高課堂教學質量，每位教師的做法可能有所不同，但大多殊途同歸，學生一定要學有所得，讓學生作為學習的主體，變被動為主動，變學會為會學，更有利于學生品質的培養。只要我們教師鼓足信心，大膽創新，堅定不移地把高效課堂改革推行下去，一定會創造出有效教學的奇跡。

參考文獻：

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外源凝集素可與昆蟲腸道上皮細胞的糖蛋白相結合，影響營養物質的正常吸收，同時，還可促進昆蟲消化道內細菌的繁殖，對消化道造成損傷，從而達到殺蟲的目的。研究表明，轉外源凝集素基因水稻對稻飛虱有抗殺作用。

白葉枯病是水稻三大病害之一。迄今，國際上已鑒定出25個抗白葉枯病基因，其中由國際水稻研究所Khush從印度長雄蕊野生稻中發現的抗白葉枯病基因—Xa-21，對印度、菲律賓和中國的所有白葉枯病小種均表現高抗。國內中國農業科學院章琦等也發現并定位了廣譜高抗白葉枯病基因Xa-23。1995年Song等克隆了Xa-21基因，研究表明，轉Xa-21基因水稻表現對白葉枯病的高度抗性和廣譜抗性。目前，我國雜交水稻大多數組合不抗白葉枯病，大力開展Xa-21抗白葉枯病基因工程育種具有重要意義。

稻瘟病是水稻三大病害之首。國內外已發現30多個抗稻瘟病基因，其中Pi-b和Pi-ta已被克隆。國內已有多個實驗室在進行抗稻瘟病基因的分離克隆，預計不久將會有克隆的基因用于我國水稻抗稻瘟病基因工程育種。

除此之外，抗病基因的轉化研究已經逐步向綜合性、多元性、廣譜性和間抗性的方向擴展，即同時轉化多個抗性基因以獲得對多種病原菌的抗性，如將Bt、Cptl、Chi 基因相連接一起轉化受體作物品種，或者轉化具有水平抗性的基因以獲得對多種病源菌的廣譜抗性，例如，轉化RIPs 基因可以同時獲得抗病毒、抗真菌、抗蟲的轉化體材料。

水稻分子育種研究主要包括基因工程育種和分子標記輔助選擇，利用這一技術在超高產育種中主要進行以下研究：

株型改良：利用這一技術，進行株型改良育種，如利用水稻分蘗控制基因MOCl，通過構建載體將正義、反義MOCl基因轉入到一些當家品種中，改良水稻株型，增加有效分蘗，形成理想株型的“分蘗梯度”。

提高水稻光合效率：為進一步提高水稻產量潛力，科學家們正在試圖用現代植物基因工程技術，提高光合效率。其途徑主要包括調節氣孔關閉、提高Rubisco的效率和引入C4基因等。

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轉基因技術通常也稱為基因工程技術，是指利用載體系統的重組DNA技術以及通過物理、化學和生物學等方法，將重組DNA導入有機體的技術。轉基因技術是首先在體外進行基因操作，然后轉入受體細胞表達。外源基因在受體細胞中的表達可進行人為調控，克服了生物物種之間生殖隔離的自然屏障，可按照人們的意志創造出自然界中原來并不存在的新的生物功能和類型。

1　轉基因植物

轉基因作物的研究規模已達到了空前的水平。自1983年世界上第一例轉基因抗病毒植物誕生以來，轉基因作物的研制、中間試驗、田間釋放和商業化種植得到了迅速的發展，到1997年底，轉基因植物已達幾百種；轉基因作物于1986年在美國和法國首次進入大田試驗，到1997年底全世界轉基因作物的田間試驗已達25000多例；1994年，美國批準了轉基因延熟番茄的商業化生產，到1997年底，全世界共有51種轉基因植物產品被正式投入商品化生產。

轉基因作物的種植面積正在迅速擴大。全世界轉基因作物的種植面積在1995年僅為1．2×106hm2，1996年為2．84×106hm2，1997年為1．25×107hm2，1998年為2．78×107hm2，1999年增至3．99×107hm2。2000年進一步增至4．42×107hm2，2001年已達5．26×107hm2。2001年全球轉基因作物按作物種類統計為：大豆占46%，棉花占20%，油菜占11%，玉米占7%；按國家統計：美國占70%（面積，下同）、阿根廷占22%、加拿大占6%、中國占1%～3％，上述4國占全球轉基因作物種植面積的99%；按目標性狀分類：抗除草劑轉基因作物占77%，抗蟲轉基因作物占15%。據統計，1999年美國轉基因大豆、棉花和玉米的種植面積，分別占該國相應作物種植面積的55%、50%和30%。

轉基因作物具有巨大的經濟效益，1997年美國轉基因抗蟲棉種植面積為1×106hm2，平均增產70%，每公頃抗蟲棉可增加凈收益83美元，直接經濟效益近1億美元；1998年美國種植轉基因抗蟲玉米達5×106hm2，平均增產9%，其凈收益為68．1美元／hm2，可產生直接經濟效益3．4億美元。1995年全球轉基因作物的銷售額僅為0．75億美元，1998年達到12億美元～15億美元，2000年已達30億美元，5年間增加了40倍。預計2005年將達60億美元，2010年將達到200億美元。

2　植物用轉基因微生物

自上世紀80年代以來，重組農業微生物工程研究取得了突破性進展，其中新型重組固氮微生物研究已進入田間試驗，一些殺蟲、防病遺傳工程微生物進入田間試驗或商業化生產。防凍害基因工程菌株已于1987年進入田間試驗，防治果樹根癌病工程菌株也于1991年和1992年先后在澳大利亞和美國獲準登記，目前已在澳大利亞、美國、加拿大和西歐一些國家銷售，這是世界上首例商品化生產的植病生防基因工程細菌制劑。具有殺蟲活性的轉B．t基因工程細菌，自1991年起已有多個產品進入市場。在高銨條件下仍保持良好固氮能力的耐銨工程菌株，也進入田間試驗。

3　轉基因動物

轉基因動物主要應用于以下幾個方面：改良動物品種和生產性能；生產人藥用蛋白和營養保健蛋白；生產人用器官移植的異種供體；建立疾病和藥物篩選模型；生產新型生物材料等。1998年全球動物生物技術產品總銷售額約為6．2億美元，預計2010年總銷售額將達到110億美元，其中75億美元是轉基因動物產品。

4　獸用基因工程生物制品

獸用基因工程生物制品是指利用重組DNA技術生產的獸用免疫制劑。主要包括：單克隆抗體等診斷試劑，目前國內外正在研究、開發或已應用的單克隆抗體診斷試劑已達1000多種；基因工程疫苗，已有44例獲準進行商品化生產，其中重組亞單位疫苗30例，基因缺失活疫苗12例，基因重組活疫苗2例。此外，還有DNA疫苗和獸用基因植物源生物制品等。

5　轉基因水生生物

迄今為止，全世界研究的轉基因水生生物達20余種，已有8種進入中間試驗，其中我國有一種兩例，僅有大西洋鮭1種可能已開始小規模商品化生產。

6　我國農業轉基因生物研發現狀與產業化概況

我國轉基因植物的研究開發始于20世紀80年代，1986年啟動的863高新技術計劃起到了關鍵性的導向、帶動和輻射作用。據1996年統計，國內正在研究和開發的轉基因植物約47種，涉及各類基因103種。1997年～1999年，有26例轉基因植物獲準進行商業化生產。按轉基因性狀分：抗蟲16例，抗病毒9例，改良品質1例。按作物劃分：棉16例，番茄5例，甜椒4例，矮牽牛1例。

轉基因抗蟲棉是國內植物基因工程應用于農業生產的第一個成功范例，使我國成為繼美國之后獨立研制成抗蟲棉，并具有自主知識產權的第二個國家。1998年～2001年4年累計種植逾1．3×106hm2，減少農藥使用量70%以上，產生了巨大的社會、經濟和生態效益。由于其傘形輻射的帶動作用，抗蟲轉基因水稻、玉米、楊樹等一批后繼轉基因產品正在進行田間試驗，蓄勢待發。轉基因技術將使農業產業發生深刻的結構變化，向農業與醫藥、農業與食品、農業與加工結合的方向發展。

我國植物用轉基因微生物研究已取得長足進展，正在研發的防病殺蟲微生物13種，涉及基因16種；固氮微生物8種，涉及基因12種，大多已進入中間試驗和環境釋放試驗。我國獸用基因工程生物制品研究與產業化進展迅速，已有近70種單克隆抗體等診斷試劑投放市場，2例基因工程疫苗獲準進行商品化生產，其中重組亞單位疫苗1例，基因重組活疫苗1例。

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“基因工程”在現代生物科技專題模塊中占有舉足輕重的地位，是學習的重點，也是高考命題的熱點之一。各地高考每年都會考到相關知識點，而且有逐年增多和加深的趨勢。如要學好本模塊必須系統地掌握這部分內容中的基本概念，而生物學概念構成了當代生物學科結構的主干，對生物學概念的學習是學生進一步探究深層的生物學現象與規律的基礎，具有很強的客觀性、概括性和抽象性。因此，對概念的掌握和運用是生物學教學過程的核心問題。下面對基因工程中學生常易混淆的幾組基本概念作一辨析。

1.基因工程

基因工程又叫做基因拼接技術或DNA重組技術，這種技術是在生物體外，通過對DNA分子人工“剪切”和“拼接”，對生物的基因進行改造和重新組合，然后導入受體細胞內進行無性繁殖，使重組基因在受體細胞內表達，產生出人類所需要的基因產物，或者讓它獲得新的遺傳性狀。

2.限制性核酸內切酶；DNA連接酶；DNA聚合酶；反轉錄酶；解旋酶

2.1限制性內切酶。在微生物體內存在的一類能識別并水解外源DNA限制性內切酶，限制酶能識別雙鏈DNA分子的某種特定核苷酸序列，并且準確地在每一條定部位的兩個核苷酸之間切割，形成黏性末端或平末端。發現于原核生物體內，現已分離出100多種，幾乎所有的原核生物都含有這種酶。是重組DNA技術和基因診斷中重要的一類工具酶。例如，從大腸桿菌中發現的一種限制酶只能識別GAATTC序列，并在G和A之間將這段序列切開。

2.2DNA連接酶。DNA連接酶催化DNA中相鄰的5'磷酸基與3'羥基間形成磷酸二酯鍵，使DNA切口封合，連接DN段。即它可以將限制性核酸內切酶切割下來的基因（DN段）與另外被切割開的DNA分子（如載體）連接到一起，形成重組DNA分子（見下圖）。

2.3DNA聚合酶。主要是連接DN段與單個脫氧核苷酸之間的磷酸二酯鍵，在DNA復制中起作用。

區別與聯系：DNA聚合酶只能將單個核苷酸加到已有的核酸片段的3'末端的羥基上，形成磷酸二酯鍵，需要模板；而DNA連接酶是在兩個DN段之間形成磷酸二酯鍵，不是在單個核苷酸與DN段之間形成磷酸二酯鍵。而是將DNA雙鏈上的兩個缺口同時連接起來。因此DNA連接酶不需要模板。

2.4RNA聚合酶（又稱RNA復制酶、RNA合成酶）一種催化從反義DNA分子鏈轉錄RNA的酶。現在知道的有兩類在原核生物中，一類產生DAN復制的RNA引物，另一類轉錄其他三種類型RNA分子（MRNA、TRAN、rRNA）。

2.5反轉錄酶：反轉錄酶是一種多功能酶，具有三種酶活性，即RNA指導的DNA聚合酶活力，DNA指導的DNA聚合酶活力。除了聚合酶活力外，它尚有核糖核酸酶H的活力，專門水解RNA-DNA雜合分子中的RNA。在分子生物學技術中，其作為重要的工具酶被廣泛用于建立基因文庫、獲得目的基因等工作，在基因工程中起重要作用。

2.6DNA解旋酶：在DNA不連續復制過程中，結合于復制叉前面，并能催化螺旋雙鏈結構解旋的酶。該酶具有ATP酶活性。在DNA復制及轉錄時起作用。

以上幾種酶中DNA限制酶、DNA連接酶、DNA聚合酶均作用于磷酸二酯鍵，DNA解旋酶作用于氫鍵。

3.啟動子與起始密碼子，終止子與終止密碼子

啟動子和終止子都是一段特殊的DNA序列，屬于基因的非編碼區，分別位于編碼區的上游和下游，負責調控基因的轉錄。而起始密碼子和終止密碼子都是mRNA上的三聯體堿基序列，分別決定翻譯的起始和終止。

3.1啟動子與起始密碼子。啟動子可與RNA聚合酶特異性結合而使轉錄開始的一段DNA序列。但啟動子本身并不被轉錄，屬于基因上游對轉錄起調控作用的5'端非編碼區。而起始密碼子位于信使核糖核酸分子中規定編碼多肽鏈第一個氨基酸的密碼子。

3.2終止子與終止密碼子。終止子位于DNA上，確切地說是屬于非編碼區的核苷酸序列。它特殊的堿基序列能夠阻礙RAN聚合酶的移動，并使其從DNA模板鏈上脫離下來，從而使轉錄工作結束。終止密碼子位于MRNA上，共有三種：UAA、UAG、UGA。三種核苷酸不能決定氨基酸，為“無義密碼”，終止密碼表明一條肽鏈已經翻譯完成。

4.非編碼區與非編碼序列

在原核基因中，能夠編碼蛋白質的區段，叫編碼區；不能編碼蛋白質的區段，叫非編碼區。編碼區上游和編碼區下游的DNA序列組成的非編碼區，對遺傳信息的表達有重要的調控作用。

真核基因結構也由編碼區和非編碼區兩部分組成，編碼區是間隔的、不連續的，其中能編碼蛋白質的序列叫外顯子，不能編碼蛋白質的序列叫做內含子。在編碼區中，外顯子被內含子分開，成為一種斷裂的形式。由此可見，原核基因的非編碼序列就是非編碼區，而真核基因的非編碼序列則包括非編碼區和編碼區的內含子。

5.DNA復制與PCR技術

DNA復制（細胞內復制）：是指以親代DNA分子為模板合成子代DNA分子的過程。

PCR技術（體外DNA復制技術）：PCR技術是一項在生物體外復制特定DN段的核酸合成技術。

主要區別：DNA復制（細胞內復制）場所為細胞核、線粒體、葉綠體；PCR技術場所為體外；酶不同前者為解旋酶、DNA聚合酶等，后者為耐熱DNA聚合酶（Taq酶）結果不同前者形成兩個完整的DNA分子后者短時間內形成大量的目的基因。

6.基因組文庫與部分基因文庫

6.1基因組文庫：某種生物全部基因組DNA序列的隨機片段重組DNA克隆的群體。該文庫以DN段的形式貯存著某種生物全部基因組的信息，可以用來選取任何一段感興趣的序列進行復制和研究。材料來自生物體基因組是RNA（如RNA病毒）所構建的核酸片段克隆群體，也是該生物的基因組文庫。

6.2部分基因文庫：如cDNA（互補DNA）。是由生物的某一特定器官或特定發育時期細胞內的mRNA經體外反轉錄后形成的互補DN段，與載體連接后儲存在一個受體菌群中，這個受體菌群就叫做這種生物的cDNA文庫，只包含了一種生物的部分基因。

區別：基因組文庫較大，部分基因文庫較小。部分基因文庫，如cDNA不含內含子、啟動子和終止子的核苷酸序列，而基因組文庫含有這些核苷酸序列。對于基因間的交流基因組文庫部分可以進行交流，cDNA可以進行交流。