高中生物現(xiàn)代生物技術(shù)在育種上的應(yīng)用文字素材1新選修2

1、第二節(jié) 現(xiàn)代生物技術(shù)在育種上的應(yīng)用一、轉(zhuǎn)基因技術(shù)1.基因的結(jié)構(gòu)（1）終止子位于DNA上，確切地說是屬于非編碼區(qū)的核苷酸序列。它特殊的堿基排列順序能夠阻礙RNA聚合酶的移動(dòng)，并使其從DNA模板鏈上脫離下來，從而使轉(zhuǎn)錄工作結(jié)束。終止密碼位于mRNA上，共有三種：UAA、UAG、 UGA。這三種核苷酸不能決定氨基酸為“無字義密碼，也就是終止密碼子。表明一條肽鏈已經(jīng)翻譯完成。（2）關(guān)于非編碼序列 對于原核細(xì)胞基因的結(jié)構(gòu)，非編碼序列包括編碼區(qū)上游和下游的核苷酸序列。而對于真核細(xì)胞基因結(jié)構(gòu)中，不能編碼蛋白質(zhì)的序列不僅包括編碼區(qū)上游和下游的核苷酸序列，還包括編碼區(qū)中內(nèi)含子。（3）關(guān)于內(nèi)含子、外顯子因?yàn)檎婧思?xì)

2、胞基因中的編碼區(qū)是間隔的、斷裂的，所以才有外顯子和內(nèi)含子一說。對于原核細(xì)胞基因來說，編碼區(qū)是連續(xù)的，都能編碼蛋白質(zhì)。所以就根本不存在外顯子和內(nèi)含子這兩個(gè)概念。 2.轉(zhuǎn)基因技術(shù)的幾種工具基因的大小以納米計(jì)算，要對它進(jìn)行剪切、拼接等操作，沒有非常精細(xì)的工具是不行的。進(jìn)行基因操作最少需要以下三種工具：()、基因的剪刀限制性內(nèi)切酶（限制酶）一種限制酶只能識別一種特定的核苷酸序列，并在特定的切割點(diǎn)上將DNA 分子切斷。目前已發(fā)現(xiàn)的限制酶有200多種。()、基因的針線DNA連接酶連接酶的作用是：將互補(bǔ)配對的兩個(gè)黏性末端連接起來，使之成為一個(gè)完整的DNA分子。(3)、基因的運(yùn)輸工具運(yùn)載體運(yùn)載體必須同時(shí)滿足三

3、個(gè)要求：能與目的基因結(jié)合；能進(jìn)入受體生物細(xì)胞并在受體生物細(xì)胞內(nèi)復(fù)制并表達(dá)；比較容易得到二、轉(zhuǎn)基因植物轉(zhuǎn)基因植物，是通過遺傳工程操作由人工合成的光彩奪目的高技術(shù)新成果。在過去十多年來，植物學(xué)家們已成功地把具有各種新性狀的基因轉(zhuǎn)移到了50多種不同的植物上，為農(nóng)作物育種創(chuàng)造了一個(gè)又一個(gè)的新品種。     轉(zhuǎn)基因植物是如何產(chǎn)生的呢?大家知道，“種瓜得瓜，種豆得豆”。遺傳決定著生物的一切。而操縱這個(gè)遺傳性狀的鑰匙，卻是決定遺傳性狀的堆基本單位基 因。每一個(gè)植物都有很多基因。基因的本質(zhì)，就是我們常說的DNA(去氧核糖核酸)。一個(gè)基因，在DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)中占據(jù)著一個(gè)限

4、定長度的片段。所以要想從 供體植物上獲得某個(gè)決定遺傳性狀的基囡，只要我們能從供體植物的DNA結(jié)構(gòu)中取出這個(gè)基因片段鼠可以了。這個(gè)決定遺傳性狀的基因也稱目的基因，將它轉(zhuǎn)化或 轉(zhuǎn)移到受體植物上，使它整合到受體植物的染色體上重新組合并使其(目的基因)在再生植株中表達(dá)出來，這樣就完成了目的基因的傳導(dǎo)操作，達(dá)到了轉(zhuǎn)基因植物的 合成及改造植物性狀的目的。     1983年，植物學(xué)家首次完成了將一個(gè)容易鑒別的抗卡那霉素基因轉(zhuǎn)移到煙草上的試驗(yàn)，其后代也具有抗卡那霉素的特征。這一開創(chuàng)性的研究成果，為開拓轉(zhuǎn)基因 植物的研究與應(yīng)用展示了廣闊的前景。  自此以后，在

5、水稻，玉米，大豆、番茄，馬鈴薯，煙草，油菜等很多重要的農(nóng)作物上又得到了轉(zhuǎn)基因植物。如美國孟山都等公司把殺蠋菌的蘇云金桿菌的毒素蛋白基 因引入到棉花、煙草、番茄和馬鈴薯等植物上，產(chǎn)生了殺死吃這些作物的蠋幼蟲的毒蛋白，培育出了抗蟲的棉花，煙草新品種。將毒殼蛋白基因轉(zhuǎn)入苜蓿、黃瓜，煙 草等作物，它們可對致命的病毒產(chǎn)生抗性，從而獲得了抗花葉病毒感染的抗病植株。     在抗除草劑的轉(zhuǎn)基因植物研究上也取得了很好效果。在大豆上，將一種突變了的32KDa蛋白基固轉(zhuǎn)入大豆植株，大豆即獲得有抗阿特拉淖除草劑的能力。為了改 良作物產(chǎn)品的品質(zhì)，也有將富含硫氨酸的玉米醇溶蛋白的

6、基因轉(zhuǎn)到向日葵植株內(nèi)，結(jié)果也得到部分表達(dá)。其他，象對抗鹽堿、杭干旱、抗凍害，抗環(huán)境污染等抗逆性 基因的轉(zhuǎn)化研究，也已進(jìn)行了廣泛的探索，有些已經(jīng)取得初步成果。     對有些轉(zhuǎn)基因植物的設(shè)想是十分有趣而離奇的。新澤西州DNA植物技術(shù)公司的遺傳學(xué)家們正在設(shè)法把一種合成型的北極魚抗凍蛋白基因轉(zhuǎn)入番茄，使番茄可以冷凍 面解凍時(shí)又不變軟。他們還希望構(gòu)建一種無咖啡因的咖啡豆或防治腸胃氣脹的菜豆。據(jù)說密歇根州立大學(xué)的植物學(xué)家們運(yùn)用遺傳工程技術(shù)已培育出一種油菜的親綠植 物，植株通身可產(chǎn)生細(xì)顆粒的可生物降解塑料。如果這項(xiàng)技術(shù)能改進(jìn)到使植株生產(chǎn)出更多數(shù)量塑料的話，則田間生長

7、的塑料將可用于制造各種塑料容器及包裝用品。     轉(zhuǎn)基因植物是否能真正用于生產(chǎn)呢?這個(gè)多年來爭論的問題，現(xiàn)在已可作出肯定的回答：轉(zhuǎn)基因植物對人類的生產(chǎn)是非常有益的。除了在抗病蟲害作物育補(bǔ)上已合成 出一批新品種以外，一些可能產(chǎn)生的高技術(shù)新產(chǎn)品，如抗NG傷或冷凍后解凍時(shí)不發(fā)軟的番茄；特別富有營養(yǎng)的高淀粉含量的馬鈴薯；含較低飽和脂肪酸的植物油等 遺傳工程水果利蔬菜即將“出臺”。我們相信，在不久的將來，轉(zhuǎn)基因植物在農(nóng)作物育種的技術(shù)革命上將會發(fā)揮越來越大的作用，在高技術(shù)農(nóng)產(chǎn)品的提供上將會產(chǎn)生 巨大的經(jīng)濟(jì)效益。   1. 轉(zhuǎn)基因植物有新品 杜鵑

8、花含青蛙基因美國科研人員最近培育出了一種含有青蛙基因的杜鵑花。表面看來，這種盆栽杜鵑花與普通植物相比沒有什么異樣，但是它的基因中卻能控制合成青蛙體內(nèi)的蛋白 質(zhì)。這種轉(zhuǎn)基因杜鵑花由美國康涅狄格州大學(xué)的科研人員馬克·布蘭德培育。布蘭德利用一家制藥公司兩年前發(fā)現(xiàn)的青蛙蛋白質(zhì)，目的是幫助杜鵑花等植物更好地抵 抗疾病。2. 日克隆出含水母基因的轉(zhuǎn)基因豬日本靜岡縣中小家畜實(shí)驗(yàn)場21日宣布，該實(shí)驗(yàn)場和北里大學(xué)合作，成功克隆出了體內(nèi)含有水母基因的轉(zhuǎn)基因豬。用紫外線照射剛剛誕生的轉(zhuǎn)基因克隆豬，豬蹄等部位都發(fā)出了熒光。3.轉(zhuǎn)基因抗蟲棉4.轉(zhuǎn)基因番茄 5.轉(zhuǎn)基因玉米 6.轉(zhuǎn)基因水果 轉(zhuǎn)基因櫻桃 轉(zhuǎn)基因泥猴

9、桃 轉(zhuǎn)基因草莓三、轉(zhuǎn)基因動(dòng)物 轉(zhuǎn)基因綿羊 轉(zhuǎn)基因老鼠轉(zhuǎn)基因動(dòng)物食品正走近人類 轉(zhuǎn)基因動(dòng)物食品也許還沒有人享受過，因?yàn)槟壳案鲊鴮@類產(chǎn)品的審批十分嚴(yán)格。雖然轉(zhuǎn)基因動(dòng)物食品進(jìn)入市場的門檻很高，但研究人員一直沒有放棄過對這類產(chǎn) 品的開發(fā)，而生產(chǎn)商也同樣沒有放棄過對這類產(chǎn)品打入市場的努力，因?yàn)檎l都知道，這是一個(gè)市場潛力巨大的高科技產(chǎn)品，而且是人類無法抗拒的。 比如，當(dāng)今天越來越多的人因?yàn)楹ε路逝侄芙^消費(fèi)肉類。如果有一盤色香味美，看起來油膩膩但吃了不會讓人增長脂肪的肉排或煎雞蛋放在你面前，你能拒絕得了嗎？事實(shí)上，這樣的轉(zhuǎn)基因型肉類產(chǎn)品已經(jīng)在研制了。 波士頓大學(xué)的研究人員開發(fā)了一種增加動(dòng)物-3脂肪酸的方

10、法。他們從土壤中的一種線蟲中提取了脂肪-1基因，然后把它裝載到一種無害的病毒中，后者可以 把這種基因轉(zhuǎn)移給實(shí)驗(yàn)動(dòng)物，如小鼠。最后再給這種轉(zhuǎn)基因小鼠和普通小鼠飼喂含-3脂肪酸較低的食物。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在轉(zhuǎn)基因小鼠體內(nèi)發(fā)現(xiàn)了較多的-3脂肪 酸，而且它們的后代（傳到第三代）也富含-3脂肪酸。但普通小鼠體內(nèi)的-3脂肪酸卻不高。因此，研究人員認(rèn)為，用這樣的方法也可以培育出富含-3脂 肪酸的雞、牛、羊、豬等。而-3脂肪酸早已被證明對人類的身體有很大好處。在鮭魚和其他富含油脂的海魚中就含有大量的-3脂肪酸。如今，美國波士頓麻 省總醫(yī)院的研究人員就正在培育能產(chǎn)下富含-3脂肪酸蛋的雞。這樣，人們吃雞蛋時(shí)也就不會擔(dān)心

11、膽固醇或低密度脂蛋白升高了。 -3脂肪酸可以預(yù)防高血壓病和某些心臟病的發(fā)生，因?yàn)樗茏柚寡苡不?3脂肪酸對于大腦的發(fā)育也十分有益，它可以減少老年性癡呆發(fā)生的危險(xiǎn)。富含-3脂肪酸的雞、牛、羊、豬等食品以及其他人類所需的轉(zhuǎn)基因食品，無疑是今后占領(lǐng)市場的高科技產(chǎn)品。當(dāng)然，它們得經(jīng)過管理機(jī)構(gòu)的嚴(yán)格審查和消費(fèi)者的評價(jià)；而且，即使它們并不危害人體和環(huán)境，也可能要經(jīng)過較長時(shí)間才會被消費(fèi)者接受。 盡管上述轉(zhuǎn)基因動(dòng)物食品看起來是一種健康產(chǎn)品，但上市比較困難。限制其上市的最大問題并非技術(shù)，而是是否對環(huán)境和人類健康產(chǎn)生不利影響。即使在實(shí)驗(yàn)中已 經(jīng)證明這樣的牲畜對人類和環(huán)境沒有什么副作用，但人類目前對轉(zhuǎn)基因食品的

12、顧慮還很多。因此，它不會像轉(zhuǎn)基因魚之類的轉(zhuǎn)基因?qū)櫸锬菢雍芸飓@得美國FDA的批 準(zhǔn)。 首先，F(xiàn)DA是把轉(zhuǎn)基因食品視為藥品來管理的，因此需要嚴(yán)格的試驗(yàn)證明。正因?yàn)槿绱?，迄今還沒有任何供人類消費(fèi)的動(dòng)物轉(zhuǎn)基因食品獲得FDA的批準(zhǔn)。 其次，即使可以上市，轉(zhuǎn)基因肉類、乳類和其他產(chǎn)品也必須貼上特殊標(biāo)簽，而且會遭到傳統(tǒng)肉類生產(chǎn)者和消費(fèi)者的抗議。因?yàn)樗鼈儠_擊已有的市場，并在商業(yè)利益的整合中會讓傳統(tǒng)產(chǎn)品和市場受到?jīng)_擊。研究人員希望轉(zhuǎn)基因動(dòng)物產(chǎn)品既能在味道上與傳統(tǒng)產(chǎn)品相同，又在健康衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)上比傳統(tǒng)產(chǎn)品更上一層樓，比如富含-3脂肪酸的肉類和蛋類。當(dāng)然，最好是在味道和質(zhì)量上都超過傳統(tǒng)產(chǎn)品。這樣，轉(zhuǎn)基因動(dòng)物食品最終會征

13、服消費(fèi)者和管理者，在市場中占有一席之地。資料來源轉(zhuǎn)基因動(dòng)物將成人類天然藥廠綿羊產(chǎn)出活性蛋白奶奶牛乳汁可降血脂自1982年第一只轉(zhuǎn)基因老鼠降世以來，科學(xué)家似乎在培育轉(zhuǎn)基因動(dòng)物這類在普通人看來稀奇古怪的動(dòng)物方面的興趣越來越大。科學(xué)實(shí)驗(yàn)畢竟不是游戲，那么培育轉(zhuǎn)基因動(dòng)物究竟意欲何為呢？研究人員將巴馬香豬長肉基因轉(zhuǎn)入小白鼠體內(nèi) 長著人類心臟的綿羊、會吐蜘蛛絲的山羊、在夜晚身體會發(fā)光的豬以及尺寸是普通奶牛三倍大的“施瓦辛格”奶牛這并不是科幻電影中虛構(gòu)的場景，而是英國 第四頻道電視臺一個(gè)全新的電視秀節(jié)目在英國一個(gè)轉(zhuǎn)基因農(nóng)場拍攝到的真實(shí)場景。這些稀奇古怪的動(dòng)物都是通過轉(zhuǎn)基因技術(shù)、克隆技術(shù)以及細(xì)胞更改技術(shù)飼養(yǎng)出

14、來 的。轉(zhuǎn)基因動(dòng)物，就是用實(shí)驗(yàn)的方法，有目的地把外源基因，比如來自其它動(dòng)物的基因?qū)雱?dòng)物體內(nèi)。外源基因與動(dòng)物本身基因整合后，它就能隨著動(dòng)物細(xì)胞的分裂而增殖，并穩(wěn)定地轉(zhuǎn)給后代。 無獨(dú)有偶，近日，廣西大學(xué)動(dòng)物科學(xué)研究院博士生導(dǎo)師蔣和生指導(dǎo)的科研小組也成功培育出了一批轉(zhuǎn)基因白鼠，這些小白鼠與同類不一樣，它們體內(nèi)被轉(zhuǎn)入了來自 巴馬香豬的長肉基因。長肉基因顧名思義就是能使動(dòng)物快速長大的基因，被轉(zhuǎn)入長肉基因的小白鼠，它們的生長速度如何？體型是否將和巴馬香豬一樣呢？今年7月，該科研小組開始在小白鼠身上做轉(zhuǎn)基因?qū)嶒?yàn)，研究人員找來20只大腿受損的小白鼠，在其肌肉受傷部分植入長肉基因后，開始飼養(yǎng)并進(jìn)行觀察。3周后

15、，科研人員發(fā)現(xiàn)，小白鼠的體型雖然陸續(xù)都發(fā)生了變化，但體重明顯增加的只有3只?！霸疽詾榧∪馐軅笤偕鷷r(shí)，會對外來基因的吸收能力增強(qiáng)，這樣看來效果并不是很理想。”蔣和生說。斷奶后，轉(zhuǎn)基因小白鼠瘋狂長肉 為了讓長肉基因順利進(jìn)入小白鼠體內(nèi)，科研人員開始嘗試另一種實(shí)驗(yàn)方式讓小白鼠帶著長肉基因出生。為了方便日后檢測，他們將長肉基因與含有綠色熒光 蛋白的基因片斷結(jié)合，植入了5個(gè)公鼠的睪丸中，這些公鼠與4只母鼠交配后，于8月8日和8月13日分別產(chǎn)下兩窩小白鼠，總共60只?？蒲腥藛T從小白鼠尾巴處采集了DNA，放在倒置熒光顯微鏡下檢測后發(fā)現(xiàn)，其中23只小白鼠的細(xì)胞中含有綠色熒光，也就是說，它們從父親身上遺傳獲得

16、了長肉基因，是轉(zhuǎn)基因白鼠，而另外的37只則不含轉(zhuǎn)基因成分。通過對兩組小白鼠進(jìn)行飼養(yǎng)觀察科研人員發(fā)現(xiàn)，21天斷奶后，轉(zhuǎn)基因小白鼠便開始瘋狂長肉，28天后，轉(zhuǎn)基因小白鼠開始性成熟，生長速度放慢，但其中的公鼠，體重和個(gè)頭仍在小幅度增長?？茖W(xué)家大膽設(shè)想，將轉(zhuǎn)基因動(dòng)物變成天然的“動(dòng)物藥廠”科學(xué)家競相培育轉(zhuǎn)基因動(dòng)物究竟意欲何為呢？蔣和生說，他們進(jìn)行轉(zhuǎn)基因小白鼠實(shí)驗(yàn)是為以后在豬牛等大型動(dòng)物身上的實(shí)驗(yàn)做準(zhǔn)備。如果豬?？焖匍L肉，提前出欄，將會快速提高經(jīng)濟(jì)效益。實(shí)際上，培育轉(zhuǎn)基因動(dòng)物的設(shè)想始于上個(gè)世紀(jì)70年代。當(dāng)時(shí)，基因藥物發(fā)展起來，但成本太高。如果用其他生物技術(shù)生產(chǎn)1克藥用蛋白質(zhì)，費(fèi)用高達(dá)800美元，最多者可達(dá)

17、5000美元。而用轉(zhuǎn)基因家畜生產(chǎn)1克藥物蛋白質(zhì)，所需成本僅為0.2-0.5美元。于是科學(xué)家大膽設(shè)想：將所需要基因轉(zhuǎn)入乳量高的牛、羊等家畜體內(nèi)，從動(dòng)物的乳汁中獲取、提煉珍貴的蛋白質(zhì)藥物。如此一來，轉(zhuǎn)基因動(dòng)物就變成了一個(gè)天然的“動(dòng)物藥廠”。 1998年，上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)遺傳研究所的曾溢滔院士就成功培育出了乳汁中含有人凝血因子IX活性蛋白的轉(zhuǎn)基因羊，這種活性蛋白是血友病人的救星。 1999年曾溢滔院士又培育出身上攜帶著人血清白蛋白基因的轉(zhuǎn)基因牛，這兩項(xiàng)成果贏得世界一片掌聲，并連續(xù)兩年被列入“中國十大科技進(jìn)展”中。為此，政府 還專門出資在上海奉賢縣奉新鎮(zhèn)，為他們建立了一個(gè)200多畝的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)場，里面飼

18、養(yǎng)著轉(zhuǎn)基因羊和牛。 轉(zhuǎn)基因動(dòng)物身價(jià)不菲，一頭羊30萬美元由于轉(zhuǎn)基因動(dòng)物的藥用價(jià)值，一些外表看似非常普通的牛和羊，其身價(jià)比一般的牛羊增值數(shù)百倍，在國外就有6000美元1磅的羊奶，身價(jià)30萬美元一頭的羊。 據(jù)中國農(nóng)業(yè)大學(xué)教授李寧介紹，目前轉(zhuǎn)基因動(dòng)物的藥用主要還是在利用轉(zhuǎn)基因動(dòng)物的奶方面，科研人員正在對口服、注射和保健這三大方面進(jìn)行研發(fā)?？诜饕?針對的是胃腸道疾病，如可以預(yù)防乙型肝炎，還可以降血脂；注射方面可抗貧血，抗肺氣腫，還有很多種治療癌癥的藥物開發(fā)；另外保健功能性的食品也是研發(fā)的一 個(gè)重點(diǎn)。四、 植物體細(xì)胞雜交概念：（1）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（植物細(xì)胞融合）（2）把雜種細(xì)胞培育成植株 （植物組織培養(yǎng)）