基因工程载体的种类大全11篇

绪论：写作既是个人情感的抒发，也是对学术真理的探索，欢迎阅读由发表云整理的11篇基因工程载体的种类范文，希望它们能为您的写作提供参考和启发。

篇（1）

1　试题分析

2008年第32题主要考查了：PCR中使用的DNA聚合酶的最主要特点(耐高温)；PER中退火温度的设定与引物DNA的碱基种类的关系(G-E碱基对多，DNA结构稳定，退火温度高)；DNA连接酶对所连接的DNA两端碱基序列是否有专业性要求(没有)；将目的基因导入植物细胞采用最多的是农杆菌；两种限制性内切酶切割重组质粒得到DN段的种类。

2009年第34题中第(1)(2)小题考查了两种不同的限制性内切酶切割目的基因和质粒后可得重组质粒的种类。第(3)小题考查目的基因导人质粒后对质粒结构和功能的影响(只能在特定位置，不能在质粒复制原点、启动子、终止子及抗生素抗性基因中)。第(4)～(6)小题分别考查了DNA水解酶、毒素蛋白与受体细胞中受体问的特异性结合、转基因植物栽培种降低害虫种群抗性基因频率增长速度的措施等问题。

2010年第27题仍然考查了质粒DNA热稳定性与碱基种类的关系、酶切位点的选择(不能破坏质粒标记基因及目的基因)、DNA连接酶的作用、单酶切载体和目的基因自身环化的问题(这个问题比较新颖，需要一定的实践经验，考生一般是想不到的，要解决这个问题只有选择两种不同的限制性内切酶来切割目的基因和载体)、目的基因表达的检测与鉴定的具体操作方法(这个问题涉及到配制选择性培养基的问题，由于教科书中缺乏这方面的知识，考生一般无法作答)。

2011年第3题考查了利用PCR技术扩增目的基因的原理和用限制酶切割质粒产生的位点问题。这部份内容教材当中虽然有相关知识点但学生回答时必须对书本知识有深入的理解的应用。试题中所提出的PCR技术扩增目的基因时出现的问题，是在PCR技术扩增目的基因实际实际操作中经常发生的问题和必须解决的问题，可以说这个考点来源于实际生产或者实验，对于有实验或实践经验的学生和老师解答起来没有问题，但是有多少学生做了PCR技术扩增目的基因这实验呢，出题者的意图是希望教材中应该做的实验应该让学生动手操作，让学生体会实验教程和解决实验过程中出现的问题。

以上列举了DNA重组工程的易考知识点和已考知识点，从易考知识点来看这类题目考查的方面很集中重复性也很强，但是从2010年的已考知识点来看这类题目的难度已经远远超出了课本的范围，对学生的实践经验要求很强(基因工程实验的学习应该是在大学课程中)，这对没有这方面经验的学生作答题目是很困难得。所以下面列举一些笔者能想到的未考查知识点。

2　对今后高考中考查基因工程内容的思考与展望

2.1　DNA连接酶的种类及作用

E.coli DNA连接酶只能将双链DN段互补的黏性末端之间连接起来，不能将双链DN段平末端之间进行连接。而T4 DNA连接酶既可以连接黏性末端，也可以连接平末端。

2.2　受体细胞选择原核生物(特别是大肠杆菌)的原因

原核生物遗传背景简单、繁殖快、多为单细胞；而真核生物遗传背景复杂繁殖较慢，都是多细胞生物，所以经常选择原核生物作为受体细胞，且大肠杆菌是原核生物中遗传背景最简单的模式生物，自然是受体细胞的首选。

2.3　目的基因进入大肠杆菌的方法(除去Ca2+之外)

重组质粒导入受体细胞最常用的是Ca2+处理受体细胞，使受体细胞在温和的环境下能吸收周围环境中DNA分子。除了Ca2+处理受体细胞外，还可以用电转化的方法在高压环境下使受体细胞细胞膜的通透性增强，重组DNA分子就容易进入细胞。一般情况下电转化的效率要比ca2+转化高100多倍，如果要求获得高效率的重组DNA分子就要采用电转化的方法将目的基因导入受体细胞。

2.4　检验自我复制的质粒导入受体细胞(主要是原核生物)后是否是重组的

2.4.1　如果自我复制的质粒连接的是带有标记基因(该标记基因与质粒上的标记基因不同)的目的基因

比如质粒上带有抗氨苄青霉素基因(ampr)，目的基因带有卡那霉素基因(kanr)，检验自我复制的质粒导入受体细胞后是否是重组的，只要将受体菌株在含有氨苄青霉素和卡那霉素的培养基上培养，能正常生长出来的菌株都是含有重组的质粒，没有重组的质粒在卡那霉素的培养基上是不能生长的。

篇（2）

中图分类号G2 文献标识码A 文章编号2095―6363（2017）03―0013―01

随着科学技术、经济的迅速发展，基因工程技术在农业、工业、医药、能源等领域应用越来越广，用途越来越大，地位日益提高，且作为一门新兴生物学科，通过学习使学生对于基因工程的基本概念以及其探索应用领域等方面都有了一个详细的了解，对于提高学生知识水平、综合素质有着至关重要的作用。

1基因工程概述

1.1基因工程概念及其特征

基因工程又可以称为DNA重组技术，是根据人们各方面的需求意愿，提取出来一种生物的某种基因，并对其进行改造和重新组合，最后将其转移到另外一种生物的细胞里，从而改变了生物原有的遗传性状，创造出了人们所需要的新品种。

基因工程有2个重要特征，第一是广泛性，可以实现人们把任何生物的基因转移到毫无关系的任意其他受体细胞中的愿望，生物的遗传特性被改变并且创造出了新的生物性状；第二就是可复制性，一些DNA可以在受体细胞内进行复制，使大量纯化的DN段准备成为可能，有利于加深对分子生物学的研究领域。

1.2基因操作基本工具

基本工具主要有3N：第1种为基因的剪刀“限制性核酸内切酶”即“分子手术刀”它主要是从原核生物钟分离出来，存在于微生物体内，其具有的特定性表现在只能辨别指定的核苷酸序列并且在指定的地方进行分割DNA分子活动，分割后的末端产生了粘性平端和平末端两种表现形式；第2种是基因的针线“DNA连接酶”即“分子缝合针”，其种类分为粘性末端、粘性末端和平末端。它可以把粘性末端之间的缝隙缝合起来从而形成一个重组的DNA分子；第3种是基因的运输工具“运载体”即“分子运输车”，具备自我复制、多个限制酶切点、有标记基因、对受体细胞无伤害的4个条件，目的就是将基因送入到受体细胞内，常见的种类有质粒、噬菌体等。

1.3基因工程基本操作步骤

基因工程的基本操作步骤主要有以下4步：第一，合理获得目的基因。一般是通过采用CDNA文库法、人工合成法、基因文库法等途径办法来完成编码蛋白质结构基因的获取，并通过PCR技术达到扩增目的基因的效果，其中PCR技术就是指遵循DNA复制原理，在生物体外复制特定DN段的核酸合成技术。第二，基因工程的核心内容即建立基因表达载体。其目的主要是为了使受体细胞中的目的基因的存在保持稳定并良好地遗传给后代，同时保证目的基因的功能得到最有效最大的发挥。目的基因、标记基因、启动子以及终止子四者共同构成了基因表达载体。第三，将目的基因植入进受体细胞内。其通常是指将目的基因导入到受体细胞中，并保持稳定和表达的一个操作过程。一般来说导入动物细胞和植物细胞、微生物方法各异。第四，目的基因的检测和鉴定。该步骤的主要目的就是检查转基因生物的染色体是否合理地插入了目的基因，同时目的基因是否已经翻译成了蛋白质，完成了转录。其检测办法一般有分子杂交技术等。鉴定就是指对生物进行个体水平的鉴定，例如鉴定转基因抗虫植物是否表现抗虫性状。

2基因工程的探索应用

2.1基因工程在农业方面的应用

目前，基因工程在农业领域方面的应用较为广泛，其主要就是为了提高农作物抗病虫害的能力，改善农作物的品质，增加产量，在这些领域，基因工程已经取得了引入注目的成绩。首先是植物抗病基因工程，其随着迅速发展的植物病毒分子生物学也得到了全面开展应用，例如：或者中科院通过把抗病毒基因植入到水稻的细胞里的方法，从而使得培育出来的水稻也就有一定的抗病虫害的能力。其次基因工程技术通过采用特异性启动子与RNA酶基因构建嵌合基因的途径，使植物雄系不育性成为了可能，其成功应用于小麦、油菜和果树等。同时为农业创造了高质高产的新品种。最后随着人们生活水平的提高以及对农产品的口味、口感的要求也越来越高，改善植物品质的基因工程也慢慢被应用到农产品中，其主要是通过基因转移来达到改变植物中氨基酸或者脂肪含量等品质特性的目的。例如：将水仙花的2个基因和一种细菌的一个基因共同植入到水稻中，从而形成水稻的一种新品种，这种新水稻富含铁锌元素，并将其转化成维生素A的胡萝卜素，防止贫血和缺少维生素A，最后大米呈现金黄色，成为了“金米”或者是根据国外的相关研究，为了使普通的小麦富含更多的高分子量的面筋蛋白质，从而将其基因转移到普通小麦里，从而改善小麦基因，使小麦更具弹性。

2.2基因工程在医学方面的应用

现今，基因工程在医学方面的应用最为活跃，其在新药物研制、疾病诊断以及治疗方面都有着不可忽视的作用。以基因工程药物为主导的基因工程的应用产业在全球发展迅速、前景良好开阔，目前利用基因工程生产的药物主要包括疫苗、抗体、激素、寡核苷酸药物等，已经被用来治疗和预防各种疾病。例如基因工程乙型肝炎疫苗。基因工程药物能改善传统化学药物供应不足、副作用较大、缺乏安全性等问题。其次基因工程在疾病诊断应用领域也不断拓宽。基因诊断技术是20世纪70年代简悦威在贫血临床治疗中取得的研究成果，基因诊断常用的方法有DNA分子杂交、检测基因的缺失等。例如一些遗传病症通常就与基因的突变有关，在临床上，就可以通过基因诊断技术对遗传病症或者癌症等进行检测。并且随着多聚酶链式反应技术发明，基因诊断方法也越来越简单方便，不采用DNA分子杂交方法，直接从扩增的DNA分子做酶切分析，甚至有些不需要做酶切分析而直接根据扩增的长度来达到疾病诊断的目的。

2.3基因工程在环保方面的应用

篇（3）

现代生物技术的迅猛发展,成就非凡,推动着科学的进步,促进着经济的发展,改变着人类的生活与思维,影响着人类社会的发展进程。现代生物技术的成果越来越广泛地应用于医药、食品、能源、化工、轻工和环境保护等诸多领域。生物技术是21世纪高新技术革命的核心内容,具有巨大的经济效益及潜在的生产力。专家预测,到2010～2020年,生物技术产业将逐步成为世界经济体系的支柱产业之一。生物技术是以生命科学为基础,利用生物机体、生物系统创造新物种,并与工程原理相结合加工生产生物制品的综合性科学技术。现代生物技术则包括基因工程、蛋白质工程、细胞工程、酶工程和发酵工程等领域。在我国的食品工业中,生物技术工业化产品占有相当大的比重;近年,酒类和新型发酵产品以及酿造产品的产值占食品工业总产值的17%。现代生物技术在食品发酵领域中有广阔市场和发展前景,本文主要阐述现代生物技术在食品发酵生产中的应用。

一、基因工程技术在食品发酵生产中的应用

基因工程技术是现代生物技术的核心内容,采用类似工程设计的方法,按照人类的特殊需要将具有遗传性的目的基因在离体条件下进行剪切、组合、拼接,再将人工重组的基因通过载体导入受体细胞,进行无性繁殖,并使目的基因在受体细胞中高速表达,产生出人类所需要的产品或组建成新的生物类型。

发酵工业的关键是优良菌株的获取,除选用常用的诱变、杂交和原生质体融合等传统方法外,还可与基因工程结合,进行改造生产菌种。

(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。将优良酶基因转入面包酵母菌中后,其含有的麦芽糖透性酶及麦芽糖的含量比普通面包酵母显著提高,面包加工中产生二氧化碳气体量提高,应用改良后的酵母菌种可生产出膨润松软的面包。

(二)改良酿酒酵母菌的性能

利用基因工程技术培育出新的酿酒酵母菌株,用以改进传统的酿酒工艺,并使之多样化。采用基因工程技术将大麦中的淀粉酶基因转入啤酒酵母中后,即可直接利用淀粉发酵,使生产流程缩短,工序简化,革新啤酒生产工艺。目前,已成功地选育出分解β-葡聚糖和分解糊精的啤酒酵母菌株、嗜杀啤酒酵母菌株,提高生香物质含量的啤酒酵母菌株。

(三)改良乳酸菌发酵剂的性能

乳酸菌是一类能代谢产生乳酸,降低发酵产品pH值的一类微生物。乳酸菌基因表达系统分为组成型表达和受控表达两种类型,其中受控表达系统包括糖诱导系统、Nisin诱导系统、pH诱导系统和噬菌体衍生系统。相对于乳酸乳球菌和嗜热链球菌而言,德氏乳杆菌的基因研究比较缺乏,但是已经发现质粒pN42和PJBL2用于构建德氏乳杆菌的克隆载体。有研究发现乳酸菌基因突变有2种方法:第一种方法涉及(同源或异源的)可独立复制的转座子,第二种方法是依赖于克隆的基因组DN断和染色体上的同源部位的重组整合而获得。通过基因工程得到的乳酸菌发酵剂具有优良的发酵性能,产双乙酰能力、蛋白水解能力、胞外多糖的稳定形成能力、抗杂菌和病原菌的能力较强。

二、细胞工程技术在食品发酵生产中的应用

细胞工程是生物工程主要组成之一,出现于20世纪70年代末至80年代初,是在细胞水平上改变细胞的遗传特性或通过大规模细胞培养以获得人们所需物质的技术过程。细胞工程主要有细胞培养、细胞融合及细胞代谢物的生产等。细胞融合是在外力(诱导剂或促融剂)作用下,使两个或两个以上的异源(种、属间)细胞或原生质体相互接触,从而发生膜融合、胞质融合和核融合并形成杂种细胞的现象。细胞融合技术是一种改良微生物发酵菌种的有效方法,主要用于改良微生物菌种特性、提高目的产物的产量、使菌种获得新的性状、合成新产物等。与基因工程技术结合,使对遗传物质进一步修饰提供了多样的可能性。例如日本味之素公司应用细胞融合技术使产生氨基酸的短杆菌杂交,获得比原产量高3倍的赖氨酸产生菌和苏氨酸高产新菌株。酿酒酵母和糖化酵母的种间杂交,分离子后代中个别菌株具有糖化和发酵的双重能力。日本国税厅酿造试验所用该技术获得了优良的高性能谢利酵母来酿制西班牙谢利白葡萄酒获得了成功。目前,微生物细胞融合的对象已扩展到酵母、霉菌、细菌、放线菌等多种微生物的种间以至属间,不断培育出用于各种领域的新菌种。

三、酶工程技术在食品发酵生产中的应用

酶是活细胞产生的具有高效催化功能、高度专一性和高度受控性的一类特殊生物催化剂。酶工程是现代生物技术的一个重要组成部分,酶工程又称酶反应技术,是在一定的生物反应器内,利用生物酶作为催化剂,使某些物质定向转化的工艺技术,包括酶的研制与生产,酶和细胞或细胞器的固定化技术,酶分子的修饰改造,以及生物传感器等。酶工程技术在发酵生产中主要用于两个方面,一是用酶技术处理发酵原料,有利于发酵过程的进行。如啤酒酿制过程,主要原料麦芽的质量欠佳或大麦、大米等辅助原料使用量较大时,会造成淀粉酶、俘一葡聚糖酶、纤维素酶的活力不足,使糖化不充分、蛋白质降解不足,从而减慢发酵速度,影响啤酒的风味和收率。使用微生物淀粉酶、蛋白酶、一葡聚糖酶等制剂,可补充麦芽中酶活力不足的缺陷,提高麦汁的可发酵度和麦汁糖化的组分,缩短糖化时间,减少麦皮中色素、单宁等不良杂质在糖化过程中浸出,从而降低麦汁色泽。二是用酶来处理发酵菌种的代谢产物,缩短发酵过程,促进发酵风味的形成。啤酒中的双乙酰是影响啤酒风味的主要因素,是判断啤酒成熟的主要指标。当啤酒中双乙酰的浓度超过阈值时,就会产生一种不愉快的馊酸味。双乙酰是由酵母繁殖时生成的α-乙酰乳酸和α-乙酰羟基丁酸氧化脱羧而成的,一般在啤酒发酵后期还原双乙酰需要约5～10d的时间。崔进梅等报道,发酵罐中加入α-乙酰乳酸脱羧酶能催化α-乙酰乳酸直接形成羧基丁酮,可缩短发酵周期,减少双乙酰含量。

四、小结

在食品发酵生产中应用生物技术可以提高发酵剂的性能,缩短发酵周期,丰富发酵制品的种类。不仅提高了产品档次和附加值,生产出符合不同消费者需要的保健制品,而且在有利于加速食品加工业的发展。随着生化技术的日益发展,相信会开发出更多物美价廉的发酵制品,使生物加工技术在食品发酵工业中的应用更加广泛。

参考文献

[1]赵志华,岳田利等.现代生物技术在乳品工业中的应用研究[J].生物技术通报.2006,04:78-80.

[2]王春荣,王兴国等.现代生物技术与食品工业[J].山东食品科技.2004,07:31.

篇（4）

现代生物技术的迅猛发展,成就非凡,推动着科学的进步,促进着经济的发展,改变着人类的生活与思维,影响着人类社会的发展进程。现代生物技术的成果越来越广泛地应用于医药、食品、能源、化工、轻工和环境保护等诸多领域。生物技术是21世纪高新技术革命的核心内容,具有巨大的经济效益及潜在的生产力。专家预测,到2010～2020年,生物技术产业将逐步成为世界经济体系的支柱产业之一。生物技术是以生命科学为基础,利用生物机体、生物系统创造新物种,并与工程原理相结合加工生产生物制品的综合性科学技术。现代生物技术则包括基因工程、蛋白质工程、细胞工程、酶工程和发酵工程等领域。在我国的食品工业中,生物技术工业化产品占有相当大的比重;近年,酒类和新型发酵产品以及酿造产品的产值占食品工业总产值的17%。现代生物技术在食品发酵领域中有广阔市场和发展前景,本文主要阐述现代生物技术在食品发酵生产中的应用。

一、基因工程技术在食品发酵生产中的应用

基因工程技术是现代生物技术的核心内容,采用类似工程设计的方法,按照人类的特殊需要将具有遗传性的目的基因在离体条件下进行剪切、组合、拼接,再将人工重组的基因通过载体导入受体细胞,进行无性繁殖,并使目的基因在受体细胞中高速表达,产生出人类所需要的产品或组建成新的生物类型。

发酵工业的关键是优良菌株的获取,除选用常用的诱变、杂交和原生质体融合等传统方法外,还可与基因工程结合,进行改造生产菌种。

(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。将优良酶基因转入面包酵母菌中后,其含有的麦芽糖透性酶及麦芽糖的含量比普通面包酵母显著提高,面包加工中产生二氧化碳气体量提高,应用改良后的酵母菌种可生产出膨润松软的面包。

(二)改良酿酒酵母菌的性能

利用基因工程技术培育出新的酿酒酵母菌株,用以改进传统的酿酒工艺,并使之多样化。采用基因工程技术将大麦中的淀粉酶基因转入啤酒酵母中后,即可直接利用淀粉发酵,使生产流程缩短,工序简化,革新啤酒生产工艺。目前,已成功地选育出分解β-葡聚糖和分解糊精的啤酒酵母菌株、嗜杀啤酒酵母菌株,提高生香物质含量的啤酒酵母菌株。

(三) 改良乳酸菌发酵剂的性能

乳酸菌是一类能代谢产生乳酸,降低发酵产品pH值的一类微生物。乳酸菌基因表达系统分为组成型表达和受控表达两种类型,其中受控表达系统包括糖诱导系统、Nisin诱导系统、pH 诱导系统和噬菌体衍生系统。相对于乳酸乳球菌和嗜热链球菌而言,德氏乳杆菌的基因研究比较缺乏,但是已经发现质粒pN42和PJBL2用于构建德氏乳杆菌的克隆载体。有研究发现乳酸菌基因突变有2种方法:第一种方法涉及(同源或异源的)可独立复制的转座子,第二种方法是依赖于克隆的基因组DNA 片断和染色体上的同源部位的重组整合而获得。通过基因工程得到的乳酸菌发酵剂具有优良的发酵性能,产双乙酰能力、蛋白水解能力、胞外多糖的稳定形成能力、抗杂菌和病原菌的能力较强。

二、细胞工程技术在食品发酵生产中的应用

细胞工程是生物工程主要组成之一,出现于20世纪70年代末至80 年代初,是在细胞水平上改变细胞的遗传特性或通过大规模细胞培养以获得人们所需物质的技术过程。细胞工程主要有细胞培养、细胞融合及细胞代谢物的生产等。细胞融合是在外力(诱导剂或促融剂)作用下,使两个或两个以上的异源(种、属间) 细胞或原生质体相互接触,从而发生膜融合、胞质融合和核融合并形成杂种细胞的现象。细胞融合技术是一种改良微生物发酵菌种的有效方法,主要用于改良微生物菌种特性、提高目的产物的产量、使菌种获得新的性状、合成新产物等。与基因工程技术结合,使对遗传物质进一步修饰提供了多样的可能性。例如日本味之素公司应用细胞融合技术使产生氨基酸的短杆菌杂交,获得比原产量高3倍的赖氨酸产生菌和苏氨酸高产新菌株。酿酒酵母和糖化酵母的种间杂交,分离子后代中个别菌株具有糖化和发酵的双重能力。日本国税厅酿造试验所用该技术获得了优良的高性能谢利酵母来酿制西班牙谢利白葡萄酒获得了成功。目前,微生物细胞融合的对象已扩展到酵母、霉菌、细菌、放线菌等多种微生物的种间以至属间,不断培育出用于各种领域的新菌种。

三、酶工程技术在食品发酵生产中的应用

酶是活细胞产生的具有高效催化功能、高度专一性和高度受控性的一类特殊生物催化剂。酶工程是现代生物技术的一个重要组成部分,酶工程又称酶反应技术,是在一定的生物反应器内,利用生物酶作为催化剂,使某些物质定向转化的工艺技术,包括酶的研制与生产,酶和细胞或细胞器的固定化技术,酶分子的修饰改造,以及生物传感器等。酶工程技术在发酵生产中主要用于两个方面,一是用酶技术处理发酵原料,有利于发酵过程的进行。如啤酒酿制过程,主要原料麦芽的质量欠佳或大麦、大米等辅助原料使用量较大时,会造成淀粉酶、俘一葡聚糖酶、纤维素酶的活力不足,使糖化不充分、蛋白质降解不足,从而减慢发酵速度,影响啤酒的风味和收率。使用微生物淀粉酶、蛋白酶、一葡聚糖酶等制剂,可补充麦芽中酶活力不足的缺陷,提高麦汁的可发酵度和麦汁糖化的组分,缩短糖化时间,减少麦皮中色素、单宁等不良杂质在糖化过程中浸出,从而降低麦汁色泽。二是用酶来处理发酵菌种的代谢产物,缩短发酵过程,促进发酵风味的形成。啤酒中的双乙酰是影响啤酒风味的主要因素,是判断啤酒成熟的主要指标。当啤酒中双乙酰的浓度超过阈值时,就会产生一种不愉快的馊酸味。双乙酰是由酵母繁殖时生成的α-乙酰乳酸和α-乙酰羟基丁酸氧化脱羧而成的,一般在啤酒发酵后期还原双乙酰需要约5～10d 的时间。崔进梅等报道,发酵罐中加入α-乙酰乳酸脱羧酶能催化α-乙酰乳酸直接形成羧基丁酮,可缩短发酵周期,减少双乙酰含量。

四、小结

在食品发酵生产中应用生物技术可以提高发酵剂的性能,缩短发酵周期,丰富发酵制品的种类。不仅提高了产品档次和附加值,生产出符合不同消费者需要的保健制品,而且在有利于加速食品加工业的发展。随着生化技术的日益发展,相信会开发出更多物美价廉的发酵制品,使生物加工技术在食品发酵工业中的应用更加广泛。

参考文献

[1]赵志华,岳田利等.现代生物技术在乳品工业中的应用研究[J].生物技术通报.2006,04:78-80.

篇（5）

建构主义者认为学习环境是开放的、充满着意义解释和建构的情境，该学习环境由情境、协作、会话和意义建构四大要素构成，其中情境是意义建构的基本条件，教师与学生之间、学生与学生之间协作和会话是意义建构的过程，本节课紧扣基因工程药物胰岛素的生产过程创设学习情境进行教学，充分发挥学生的主观能动性，让学生主动地参与到教学的全过程，教师适当的点拔，形成一个师生互动的教学氛围，让学生们心驰神往地投入到本节课的学习中来。

2课堂实录

2.1情境导入

多媒体展示：一般临床上给病人注射用的胰岛素主要从猪、牛等胰腺中提取，每100kg胰腺只能提取出4～5 g胰岛素，产量低，价格昂贵。

学生思考并回答：胰腺中胰岛素是如何产生的?

教师总结：胰岛B细胞中胰岛素基因特异性表达产生胰岛素。

引申：人类能不能改造基因呢?能不能使本身没有某个性状的生物具有某个特定性状呢?如：让微生物生产出人的胰岛素。这样既节省了人力，又简化了生产，同时还不会对环境造成污染。回答是可以的。通过科学家们的不断努力，在20世纪70年代终于创立了一种能定向改造生物的新技术5因工程，现在通过基因工程生产的胰岛素已经投入临床使用。

意图：根据具体实例引入情境，提出假设，引导学生思考，激发学生求知、探究的欲望，同时引出本节课题。

2.2学习基因工程工具

2.2.1

限制性内切酶的学习

师：动画展示胰岛素生产过程中限制性内切酶切割胰岛素基因和质粒产生黏性末端的过程。

生：思考动画中限制性内切酶的作用位点是哪里?回答。

师：点拨限制性内切酶作用、黏性末端概念。

师：如何把两种不同的DNA分子粘合成一个DNA分子?

教师分发写有核苷酸序列的纸片(黑色纸片代表目的基因、红色代表质粒)。

生：二人一组，模拟剪切和拼接的过程，观察切口处有没有连接。

意图：学生带着问题观看动画，进行讨论，思考，获得知识。通过模拟实验，加深学生对黏性末端的理解，同时提出问题，引出DNA连接酶。

需要改进：由于动画画面变换太快，同学观察不细，更不能记笔记，因而动画展示应再慢一些，关键的步骤应提醒学生观察。

2.2.2 DNA连接酶的学习

师：多媒体动画演示胰岛素基因与质粒的连接过程。提问：不同生物的DNA分子可以成功连接的结构基础是什么?

生：思考、在教师的指导下归纳出：连接的部位是磷酸二酯键(梯子的扶手)，不是氢键(梯子的踏板)。

意图：多媒体动画演示连接酶的连接部位，利用形象的比喻使学生更容易接受和理解。教师仅仅起到指导者的作用，充分发挥学生的主观能动性。

2.2.3运载体的学习

师：多媒体演示基因工程生产胰岛素过程。运载体有何作用?

生：根据多媒体演示讨论运载体的作用。

师：点拨运载体的作用。提问作为运载体必须具备哪些条件?常用的运载体有哪些种类?为什么大肠杆菌的质粒是最常用的运载体?

生：看书讨论、回答。

师：引导学生根据质粒的特点理解其常用作运载体的原因。点拨运载体应具备条件，质粒的特点。

意图：通过一连串的问题层层引导，让学生自己看书，建构运载体的相关知识。培养学生快速阅读，并及时截取信息的能力。

需要改进：教师的点拨有些嗦，应简洁、一针见血。

2.3学习基因工程基本步骤

2.3.1

目的基因获取的学习

生：阅读教材完成讲义上目的基因及其获取方面的填空题。

学生回答后教师纠正。

师：点拨目的基因的概念及获取方法。在胰岛素的生产中，目的基因即为胰岛素基因。

意图：目的基因获取需要记忆的知识点较多，而需理解的较少，采用复习课的知识梳理模式教学，让学生自学建构相关知识，教师适当点拨，达到事半功倍的效果。

2.3.2

目的基因与运载体结合的学习

师：动画演示同种限制性酶切割胰岛素基因和质粒形成相同的黏性末端，再用DNA连接酶连接黏性末端，形成重组DNA分子。

生：讨论如何将目的基因与运载体结合?

师：追问在实际操作过程，得到的DNA一定是重组DNA吗?为什么还要筛选重组DNA?

生：分小组讨论

师：点拨相同黏性末端结合时的随机性，可能的形成三种DNA分子。

生：动手拼接胰岛素基因与运载体的三种连接方式。

设计意图：结合胰岛素的生产教学激发了学生的学习兴趣，让学生通过讨论、思考建构新知识。

问题：有的小组部分同学不参与讨论。

改进：应培养这部分学生的交流能力。

3教学评价与反思

结合胰岛素的生产创设学习情境，激发了学生的学习兴趣，课堂气氛活跃，学生从探究活动中发现问题，通过观察、实验、讨论、交流，主动建构新知识，充分体现学生的主体地位。实现知识、能力、情感态度与价值观三维目标的和谐统一。教师不再是知识的传授者与灌输者，而是意义建构的帮助者、促进者，是学生学习的辅导者、学习环境的设计者，是学生学习过程的理解者和学生学习的合作者。

篇（6）

质粒是基因工程的常用载体，质粒结构和功能也是高考热点问题之一，2016年全国卷理综第40题再一次以质粒图谱为基础，考查了质粒作为载体应具备的条件，重组质粒导入受体细胞的筛选与鉴定问题，而这一方面的知识在教材中讲解较少，理解起来较抽象，难以透彻的掌握这个知识点，给解题带来困难。本文特针对质粒结构及重组质粒筛选与鉴定问题进行补充，以期能对老师教学和学生解题带来帮助。

载体是一种可将外源DN段送入宿主细胞进行扩增和表达的运载工具。目前已构建成的载体主要有质粒载体、噬菌体载体、病毒载体和人工染色体等多种类型。其中最常使用的是质粒载体。

一、质粒载体

质粒是一种独立于细菌拟核DNA之外，具有自我复制能力的小型环状DNA分子。由于天然质粒作为载体存在着不同的局限性，科研人员对其进行了修饰改造。作为高质量的克隆载体的质粒必须具有如下特征：1.有复制原点，这是质粒在宿主细胞内能自主复制的基本条件。2.有多种限制酶的单一识别位点，以供外源基因的插入。3.有标记基因，理想的质粒载体应具有两种抗菌素抗性基因，以便从平板中直接筛选阳性重组子。4.相对分子质量较小。5.有安全性，作为克隆载体应当只存在有限范围内的宿主；在体内不进行重组；不会发生转移；不产生有害性状；不会离开宿主而自由扩散，因而是相对安全的。

二、插入失活

将外源DN段插入到载体的标记基因中使此基因失活，丧失其原有的表性特征，称为插入失活。pBR332是研究最多，应用最广泛的质粒载体之一，该质粒有两个标记基因， 四环素抗性基因（Tetr）和氨苄青霉素抗性基因（Ampr），有8种限制酶识别位点位于Tetr内部，另外有2种限制酶的识别位点是存在于该基因的启动区内，在这10个限制位点上插入外源DNA都会导致Tetr的失活，这时含有DNA插入片段的pBR322将使宿主菌抗氨苄青霉素，但对四环素敏感。3种限制酶的识别位点位于Ampr内，在这些位点插入外源DNA则会导致Ampr的失活，这时含有DNA插入片段的pBR322将使宿主菌抗四环素，但对氨苄青霉素敏感。插入失活是检测重组质粒的一种十分有效的方法。

三、实例应用

2016年全国卷理综第40题是一道很好的考查质粒结构和插入失活效应的题目：

某一质粒载体如图所示，外源DNA插入到Ampr或Tetr中会导致相应的基因失活（Ampr表示氨苄青霉素抗性基因，Tetr表示四环素抗性基因）。有人将此质粒载体用BamHI酶切后，与用BamHI酶切获得的目的基因混合，加入DNA连接酶进行连接反应，用得到的混合物直接转化大肠杆菌，结果大肠杆菌有的未被转化，有的被转化。被转化的大肠杆菌有三种，分别是含有环状目的基因、含有质粒载体、含有插入了目的基因的重组质粒的大肠杆菌。回答下列问题：

（1）质粒载体作为基因工程的工具，应具备的基本条件有______（答出两点即可），而作为基因表达载体，除满足上述基本条件外，还需具有启动子和终止子。

（2）如果用含有氨苄青霉素的培养基进行筛选，在上述四种大肠杆菌细胞中，未被转化的和仅含有环状目的基因的细胞是不能区分的，其原因是______；并且______和_____的细胞也是不能区分的，其原因是______。在上述筛选的基础上，若要筛选含有插入了目的基因的重组质粒的大肠杆菌的单菌落，还需使用含有______的固体培养基。

（3）基因工程中，某些噬菌体经改造后可以作为载体，其DNA复制所需的原料来自______。

分析题目可知，本题考查了基因工程质粒载体特点、插入失活效应在重组质粒筛选中的应用及噬菌体侵染细菌后，合成子代噬菌体一切的原料来源于宿主细胞。分别解析如下：

（1）小题考查了质粒作为基因工程的载体应具备的基本条件，参考答案：具有复制原点；具有标记基因；具有限制酶的单一识别位点。

（2）小题考查插入失活及重组质粒的筛选问题，将此质粒载体用BamHI酶切后，与用BamHI酶切获得的目的基因混合，加入DNA连接酶进行连接反应，用得到的混合物直接转化大肠杆菌，得到的大肠杆菌表型有四种：未被转化大肠杆菌，对四环素和氨苄青霉素都敏感，即AmpsTets表型；含有环装的目的基因的大肠杆菌，即AmpsTets表型，含有质粒载体的大肠杆菌，即AmprTetr表型；含有插入了目的基因重组质粒的大肠杆菌，即AmprTets。若用含有氨苄青霉素的培养基进行筛选，在上述四种大肠杆菌细胞中，未被转化的大肠杆菌和仅含有环状目的基因的细胞是不能区分的，其原因是都对氨苄青霉素敏感，都不能存活，都无菌落产生。含有质粒载体的大肠杆菌（AmprTetr）和含有插入了目的基因重组质粒的大肠杆菌（AmprTets）因都能抗氨苄青霉素，都能存活，产生菌落；但因为目的基因重组质粒因插入失活破坏了四环素抗性基因导致四环素抗性基因失活，因此可用含有四环素的固体培养基加以筛选。若是在含有氨苄青霉素的培养基上能形成菌落而在含四环素的固体培养基上不能形成菌落，就是我们所要的含有插入了目的基因重组质粒的大肠杆菌。

【参考文献】

篇（7）

基因是染色体上的DN段。DNA又称脱氧核糖核酸，形状像两股螺旋的楼梯，它是生物体遗传信息的载体，决定着生物体的性状，并把遗传信息传递给下一代。

基因转移在自然界中广泛存在，植物界的异花授粉是物种内基因转移的典型现象。这种种内基因交流现象便是杂交育种的生物学基础，人们通过干预植物的授粉活动，将需要的性状的基因组合到一起，并通过一代代的人工选择，使杂交得到的性状组合得以稳定遗传，形成新的品种。

除了种内的基因转移外，自然界还存在一种特殊的物种间的基因转移。这种基因转移多由病毒或者细菌感染产生。病毒可以插入宿主细胞的DNA链中，并正常表达，一些细菌的质粒也具有类似病毒的功能。农杆菌侵染植物伤口的过程就是物种间基因转移的典型案例。

转基因技术便模仿这种自然界的物种间基因转移，利用基因工程的手段，人为的把外源基因（可以是同种不同植株中的基因，也可以是种外基因）整合到目标生物体中，使后者获得新的性状，并能把这些性状遗传下去。例如，转基因抗虫棉，是把微生物体内的抗虫基因转移到普通棉花中，使棉花可以产生一种针对棉铃虫的蛋白质，避免植株叶片被虫子啃噬，从而达到抗虫的效果。

与常规育种技术相比，转基因育种在技术上较为复杂，要求也很高，但是具有常规育种所不具备的优势：拓宽可利用的基因资源，为培育高产、优质、高抗优良品种提供了崭新的育种途径，可以对植物的目标性状进行定向变异和定向选择，可以大大提高选择效率，加快育种进程，此外，还可将植物作为生物反应器生产药物等生物制品。

如何实现转基因

一个转基因作物的诞生一般要经过以下流程：

首先要选择需要的性状，并找到相关性状的基因编码。然后将需要的基因分离出来，建构到合适的载体上。然后通过中间介质或物理方式导入目标体，进行转化，形成转化体。再通过用作标记的抗性性状筛选，选出成功表达外源基因的植株。

载体介导转移系统是最常见的转基因方法：将外源基因重组到合适的载体系统，通过载体将携带的外源基因导入植物细胞，整合在核染色体组中并随核染色体复制和表达。农杆菌Ti质粒或Ri质粒介导法是迄今为止植物基因工程中应用最多、机理最清晰、最理想的载体转移方法。农杆菌细胞Ti质粒上有段T-DNA，农杆菌侵染植物伤口进入细胞后，可将T-DNA插入植物基因中。人们将目的基因放入经过改造的T-DNA区，借助农杆菌的感染实现外源基因向植物细胞的转移与整合。除了使用中介外，外源基因还可以通过物理方法直接进入植物细胞。基因枪是通过动力系统将带有基因的金属颗粒（金粒或钨粒）射进植物细胞，获得转基因植株。

利用植物开花、授精过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，也可将外源DNA导入受精卵细胞。

在将外源基因导入目标植物细胞后，还需要确定细胞是否能正确表达外源基因并将其稳定遗传。只有少部分细胞能将外源基因整合到核基因组，而整合后能够成功表达的细胞更是少数。因此在转基因操作中，常使用特异性选择标记基因进行标记，以便有效地选择出真正的转化体。抗生素抗性基因与除草剂抗性基因常用作选择标记基因，与目标基因在同一载体上标记转化体。标记基因在受体细胞表达，使转化细胞具有抵抗相应抗生素或除草剂的能力而存活下来，非转化细胞则被抑制，杀死。

有了合适的转化体，就可以进入安全性评估和育种试验。通过转基因的方法往往难以直接获得理想的品种，转基因个体面临着外源基因失活、纯合致死、花粉致死、其他性状变化等问题。因此人们往往结合杂交等常规育种手段进一步筛选，最终选出综合性状优良的转基因品种。

转入的外源基因有何功能

2000年，已获得转基因植株的物种达上百种，其中包括重要的粮食作物如水稻、小麦、玉米、大豆和马铃薯等；经济作物如棉花、油菜、向日葵和亚麻等；另外还有重要的蔬菜、牧草、花卉和部分木本植物（2000年数据）。在建立转化体系的基础上，人们已将许多具有重要价值的目的基因转入植物。以下是转基因植物育种的几个主要方面。

抗病毒基因工程：抗病毒是植物基因工程早期比较成功的研究领域之一。20世纪90年代末起，转基因抗病毒产品西葫芦和番木瓜等多种作物被培育出来，并获得商品化生产许可，其中抗病毒型番木瓜在美国广泛种植。

抗虫性基因工程：1996年，转Bt基因（一种源自苏云杆菌，被广泛使用的生物杀虫剂）的棉花、玉米和马铃薯已在美国获得批准进行商品化生产，抗虫玉米和抗虫棉是推广面积仅次于抗除草剂大豆的两种转基因作物。

篇（8）

中图分类号：G633.91 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2013）46-0251-02

高效课堂，顾名思义是指教学效果较好，有较高教学目标达成的课堂，具体而言是指在有效课堂的基础上，通过教师的引领和学生的主动参与，在单位时间内高效率、高质量地完成教学任务和达成教学目标并取得教育教学的较高影响力和社会效益的课堂。生物学科该如何充分发挥教师的引领作用、促进学生主动积极的思维？以下是我个人的尝试和反思。

一、设计合理、具体教学目标

高效是课堂教学的目标，务实是课堂教学的手段。要做到务实高效，设计合理的教学的目标是非常必要的。而教师教学的依据是新课程标准和教材，教师只有认真学习课程标准和吃透教材，才能准确把握课堂的教学目标，才能在教学中做到有的放矢。因此，要体现课堂教学的有效性，教学目标的设置显得尤为重要。这就要求教师在设计教学目标时，要具体化、合理化，具有可操作性，还要考虑到学生的个体差异。具体到认知、技能、情感等领域，避免过分强调知识性目标；还应该充分了解到学生实际能力，合理确定重难点，集中力量讲清重点，通过各种途径突破难点，从而提高教学效率。比如人教版必修2《基因工程及其应用》第1课时，设置了以下教学目标：知识与技能——描述基因工程的概念；说出限制酶和DNA连接酶的作用特点；能列出运载体的种类，描述质粒的特点；能描述基因工程的基本步骤。过程与方法——通过制作模型、观察动画图片和习题训练，说出限制酶和连接酶的特点；归纳基因工程的步骤。情感态度与价值观——通过基因工程的学习，再现人类利用和改造生物的历程，体验科学与技术和社会的发展有着相互影响、相互制约的关系。把教学目标具体化，学生一目了然。

二、创设轻松的问题情境引入教学

陶行知说过：“惟独从心里发出来的，才能达到心的深处。”作为教师应努力创造自由、宽松、乐学、心情愉悦的课堂氛围，这样更有利于知识的生成，给学生提供机会，发表各自不同的见解，引导、鼓励学生表达自己的生活体验与感受，变“要我学”为“我要学”，积极主动地学习[1]。可以巧设情境，也可以结合生活常识、社会现象、有趣的故事或者科研上的新成就。比如在讲到孟德尔自由组合定律时，讲了这样一则幽默故事：英国有位美貌风流的女演员，写信向大文豪肖伯纳求婚：“因为你是个天才，我不嫌你年迈丑陋。如我和你结合，咱们的后代有你的智慧和我的美貌，那一定是十全十美了。”肖伯纳给她回信说：“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，那又该怎么办呢？”激起学生的兴趣。再如讲《基因工程》时，介绍治疗糖尿病的胰岛素时，可以提出问题：用什么样的生产方法去替代从动物胰腺中提取，从而降低成本，提高产量？激发学生探究的欲望，实现由被动到主动的学习。

三、进行探究式学习

探究性学习能有效激发学生学习的欲望，引导学生进行积极的思考，帮助学生加深对知识的理解和掌握。“探究的核心是高质量的思考”，高质量的思考来自于高质量的提问，有效的探究，很大程度上取决于问题的有效设置[2]，教师需要根据教学目的、内容和学情，提出难度、逻辑合理的问题。在探究教学中，教师是引导者，重在启发诱导；学生是探究者，其主要任务是通过自己的探究，发现新事物。因此，必须正处理教师的“引”和学生的“探”的关系，做到既不放任自流，让学生漫无边际去探究，也不能过多牵引。比如在讲基因工程的三种操作工具时，设置了以下问题：①基因工程是在DNA分子水平上施工的。而基因是有遗传效应的DN段，如何获取目的基因呢？②切割后的目的基因如何被送入另一种生物呢？③目的基因怎样被运载体运输？目的基因被限制酶切开后，有突出的核苷酸序列即黏性末端，而运载体需要经过怎样处理才能更好地与目的基因的两端结合呢？④怎样才能将有切口的目的基因与即运载体缝合在一起得到重组DNA分子呢？通过问题串，启迪学生发现问题，培养学生主动思考问题、解决问题的能力。

四、以学生为主体

课堂是老师的讲课的地方，更是学生发展的平台，要让学生更多的参与到课堂，从接受者变为操作者，通过教学设计，把一些乏味难懂的知识变成有趣简单的操作，增强他们的求知欲望，培养学生的思维能力，加深对事物的理解。如《分子与细胞》、《遗传与进化》模块，介绍的内容相对微观又难以理解，如果能够用实验、模型辅助教学，将会加深学生对科学知识的理解，提高生物科学素养，增强学生的探究能力，如观察DNA、RNA在细胞中的分布，检测生物组织中的有机物，叶绿体色素的提取和分离，探究酵母菌的呼吸方式等。还可以让学生制作模型或者绘图，比如在讲细胞结构时，绘各种细胞器图片或制作细胞三维结构模型，讲DNA分子结构时，制作DNA分子结构模型，再比如讲基因工程时，依照限制酶EcoRⅠ的特异性设计制作重组DNA分子模型，用这些直观、易于操作的实验、模型，取得了很好的效果，提高了学生对知识的理解和感悟，增强了学习兴趣，且能够在试验中提出问题，对这些问题的处理，一般让学生自己查阅资料或讨论解决，解决有困难的由老师指导。

五、知识巩固与检测

针对教学目标，合理设计题目，进行当堂检测，题目的设置要和本节课的重点、难点和易错点相吻合，要有所侧重，难度适中，题量不宜太大，学生做完后，对学生的反馈及时评价[3]，根据反馈结果，做到因材施教，不同的学生给予不同的任务，布置适量的作业，以进一步巩固知识。教师可以据此调整教学节奏，及时矫正教学等方式。给每个学生留有充分发展的余地。

总之，课堂是我们教学的主阵地，课堂教学的有效性是广大教师共同追求的，要提高课堂教学质量，每位教师的做法可能有所不同，但大多殊途同归，学生一定要学有所得，让学生作为学习的主体，变被动为主动，变学会为会学，更有利于学生品质的培养。只要我们教师鼓足信心，大胆创新，坚定不移地把高效课堂改革推行下去，一定会创造出有效教学的奇迹。

参考文献：

篇（9）

外源凝集素可与昆虫肠道上皮细胞的糖蛋白相结合，影响营养物质的正常吸收，同时，还可促进昆虫消化道内细菌的繁殖，对消化道造成损伤，从而达到杀虫的目的。研究表明，转外源凝集素基因水稻对稻飞虱有抗杀作用。

白叶枯病是水稻三大病害之一。迄今，国际上已鉴定出25个抗白叶枯病基因，其中由国际水稻研究所Khush从印度长雄蕊野生稻中发现的抗白叶枯病基因—Xa-21，对印度、菲律宾和中国的所有白叶枯病小种均表现高抗。国内中国农业科学院章琦等也发现并定位了广谱高抗白叶枯病基因Xa-23。1995年Song等克隆了Xa-21基因，研究表明，转Xa-21基因水稻表现对白叶枯病的高度抗性和广谱抗性。目前，我国杂交水稻大多数组合不抗白叶枯病，大力开展Xa-21抗白叶枯病基因工程育种具有重要意义。

稻瘟病是水稻三大病害之首。国内外已发现30多个抗稻瘟病基因，其中Pi-b和Pi-ta已被克隆。国内已有多个实验室在进行抗稻瘟病基因的分离克隆，预计不久将会有克隆的基因用于我国水稻抗稻瘟病基因工程育种。

除此之外，抗病基因的转化研究已经逐步向综合性、多元性、广谱性和间抗性的方向扩展，即同时转化多个抗性基因以获得对多种病原菌的抗性，如将Bt、Cptl、Chi 基因相连接一起转化受体作物品种，或者转化具有水平抗性的基因以获得对多种病源菌的广谱抗性，例如，转化RIPs 基因可以同时获得抗病毒、抗真菌、抗虫的转化体材料。

水稻分子育种研究主要包括基因工程育种和分子标记辅助选择，利用这一技术在超高产育种中主要进行以下研究：

株型改良：利用这一技术，进行株型改良育种，如利用水稻分蘖控制基因MOCl，通过构建载体将正义、反义MOCl基因转入到一些当家品种中，改良水稻株型，增加有效分蘖，形成理想株型的“分蘖梯度”。

提高水稻光合效率：为进一步提高水稻产量潜力，科学家们正在试图用现代植物基因工程技术，提高光合效率。其途径主要包括调节气孔关闭、提高Rubisco的效率和引入C4基因等。

篇（10）

转基因技术通常也称为基因工程技术，是指利用载体系统的重组DNA技术以及通过物理、化学和生物学等方法，将重组DNA导入有机体的技术。转基因技术是首先在体外进行基因操作，然后转入受体细胞表达。外源基因在受体细胞中的表达可进行人为调控，克服了生物物种之间生殖隔离的自然屏障，可按照人们的意志创造出自然界中原来并不存在的新的生物功能和类型。

1　转基因植物

转基因作物的研究规模已达到了空前的水平。自1983年世界上第一例转基因抗病毒植物诞生以来，转基因作物的研制、中间试验、田间释放和商业化种植得到了迅速的发展，到1997年底，转基因植物已达几百种；转基因作物于1986年在美国和法国首次进入大田试验，到1997年底全世界转基因作物的田间试验已达25000多例；1994年，美国批准了转基因延熟番茄的商业化生产，到1997年底，全世界共有51种转基因植物产品被正式投入商品化生产。

转基因作物的种植面积正在迅速扩大。全世界转基因作物的种植面积在1995年仅为1．2×106hm2，1996年为2．84×106hm2，1997年为1．25×107hm2，1998年为2．78×107hm2，1999年增至3．99×107hm2。2000年进一步增至4．42×107hm2，2001年已达5．26×107hm2。2001年全球转基因作物按作物种类统计为：大豆占46%，棉花占20%，油菜占11%，玉米占7%；按国家统计：美国占70%（面积，下同）、阿根廷占22%、加拿大占6%、中国占1%～3％，上述4国占全球转基因作物种植面积的99%；按目标性状分类：抗除草剂转基因作物占77%，抗虫转基因作物占15%。据统计，1999年美国转基因大豆、棉花和玉米的种植面积，分别占该国相应作物种植面积的55%、50%和30%。

转基因作物具有巨大的经济效益，1997年美国转基因抗虫棉种植面积为1×106hm2，平均增产70%，每公顷抗虫棉可增加净收益83美元，直接经济效益近1亿美元；1998年美国种植转基因抗虫玉米达5×106hm2，平均增产9%，其净收益为68．1美元／hm2，可产生直接经济效益3．4亿美元。1995年全球转基因作物的销售额仅为0．75亿美元，1998年达到12亿美元～15亿美元，2000年已达30亿美元，5年间增加了40倍。预计2005年将达60亿美元，2010年将达到200亿美元。

2　植物用转基因微生物

自上世纪80年代以来，重组农业微生物工程研究取得了突破性进展，其中新型重组固氮微生物研究已进入田间试验，一些杀虫、防病遗传工程微生物进入田间试验或商业化生产。防冻害基因工程菌株已于1987年进入田间试验，防治果树根癌病工程菌株也于1991年和1992年先后在澳大利亚和美国获准登记，目前已在澳大利亚、美国、加拿大和西欧一些国家销售，这是世界上首例商品化生产的植病生防基因工程细菌制剂。具有杀虫活性的转B．t基因工程细菌，自1991年起已有多个产品进入市场。在高铵条件下仍保持良好固氮能力的耐铵工程菌株，也进入田间试验。

3　转基因动物

转基因动物主要应用于以下几个方面：改良动物品种和生产性能；生产人药用蛋白和营养保健蛋白；生产人用器官移植的异种供体；建立疾病和药物筛选模型；生产新型生物材料等。1998年全球动物生物技术产品总销售额约为6．2亿美元，预计2010年总销售额将达到110亿美元，其中75亿美元是转基因动物产品。

4　兽用基因工程生物制品

兽用基因工程生物制品是指利用重组DNA技术生产的兽用免疫制剂。主要包括：单克隆抗体等诊断试剂，目前国内外正在研究、开发或已应用的单克隆抗体诊断试剂已达1000多种；基因工程疫苗，已有44例获准进行商品化生产，其中重组亚单位疫苗30例，基因缺失活疫苗12例，基因重组活疫苗2例。此外，还有DNA疫苗和兽用基因植物源生物制品等。

5　转基因水生生物

迄今为止，全世界研究的转基因水生生物达20余种，已有8种进入中间试验，其中我国有一种两例，仅有大西洋鲑1种可能已开始小规模商品化生产。

6　我国农业转基因生物研发现状与产业化概况

我国转基因植物的研究开发始于20世纪80年代，1986年启动的863高新技术计划起到了关键性的导向、带动和辐射作用。据1996年统计，国内正在研究和开发的转基因植物约47种，涉及各类基因103种。1997年～1999年，有26例转基因植物获准进行商业化生产。按转基因性状分：抗虫16例，抗病毒9例，改良品质1例。按作物划分：棉16例，番茄5例，甜椒4例，矮牵牛1例。

转基因抗虫棉是国内植物基因工程应用于农业生产的第一个成功范例，使我国成为继美国之后独立研制成抗虫棉，并具有自主知识产权的第二个国家。1998年～2001年4年累计种植逾1．3×106hm2，减少农药使用量70%以上，产生了巨大的社会、经济和生态效益。由于其伞形辐射的带动作用，抗虫转基因水稻、玉米、杨树等一批后继转基因产品正在进行田间试验，蓄势待发。转基因技术将使农业产业发生深刻的结构变化，向农业与医药、农业与食品、农业与加工结合的方向发展。

我国植物用转基因微生物研究已取得长足进展，正在研发的防病杀虫微生物13种，涉及基因16种；固氮微生物8种，涉及基因12种，大多已进入中间试验和环境释放试验。我国兽用基因工程生物制品研究与产业化进展迅速，已有近70种单克隆抗体等诊断试剂投放市场，2例基因工程疫苗获准进行商品化生产，其中重组亚单位疫苗1例，基因重组活疫苗1例。

篇（11）

“基因工程”在现代生物科技专题模块中占有举足轻重的地位，是学习的重点，也是高考命题的热点之一。各地高考每年都会考到相关知识点，而且有逐年增多和加深的趋势。如要学好本模块必须系统地掌握这部分内容中的基本概念，而生物学概念构成了当代生物学科结构的主干，对生物学概念的学习是学生进一步探究深层的生物学现象与规律的基础，具有很强的客观性、概括性和抽象性。因此，对概念的掌握和运用是生物学教学过程的核心问题。下面对基因工程中学生常易混淆的几组基本概念作一辨析。

1.基因工程

基因工程又叫做基因拼接技术或DNA重组技术，这种技术是在生物体外，通过对DNA分子人工“剪切”和“拼接”，对生物的基因进行改造和重新组合，然后导入受体细胞内进行无性繁殖，使重组基因在受体细胞内表达，产生出人类所需要的基因产物，或者让它获得新的遗传性状。

2.限制性核酸内切酶；DNA连接酶；DNA聚合酶；反转录酶；解旋酶

2.1限制性内切酶。在微生物体内存在的一类能识别并水解外源DNA限制性内切酶，限制酶能识别双链DNA分子的某种特定核苷酸序列，并且准确地在每一条定部位的两个核苷酸之间切割，形成黏性末端或平末端。发现于原核生物体内，现已分离出100多种，几乎所有的原核生物都含有这种酶。是重组DNA技术和基因诊断中重要的一类工具酶。例如，从大肠杆菌中发现的一种限制酶只能识别GAATTC序列，并在G和A之间将这段序列切开。

2.2DNA连接酶。DNA连接酶催化DNA中相邻的5'磷酸基与3'羟基间形成磷酸二酯键，使DNA切口封合，连接DN段。即它可以将限制性核酸内切酶切割下来的基因（DN段）与另外被切割开的DNA分子（如载体）连接到一起，形成重组DNA分子（见下图）。

2.3DNA聚合酶。主要是连接DN段与单个脱氧核苷酸之间的磷酸二酯键，在DNA复制中起作用。

区别与联系：DNA聚合酶只能将单个核苷酸加到已有的核酸片段的3'末端的羟基上，形成磷酸二酯键，需要模板；而DNA连接酶是在两个DN段之间形成磷酸二酯键，不是在单个核苷酸与DN段之间形成磷酸二酯键。而是将DNA双链上的两个缺口同时连接起来。因此DNA连接酶不需要模板。

2.4RNA聚合酶（又称RNA复制酶、RNA合成酶）一种催化从反义DNA分子链转录RNA的酶。现在知道的有两类在原核生物中，一类产生DAN复制的RNA引物，另一类转录其他三种类型RNA分子（MRNA、TRAN、rRNA）。

2.5反转录酶：反转录酶是一种多功能酶，具有三种酶活性，即RNA指导的DNA聚合酶活力，DNA指导的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，专门水解RNA-DNA杂合分子中的RNA。在分子生物学技术中，其作为重要的工具酶被广泛用于建立基因文库、获得目的基因等工作，在基因工程中起重要作用。

2.6DNA解旋酶：在DNA不连续复制过程中，结合于复制叉前面，并能催化螺旋双链结构解旋的酶。该酶具有ATP酶活性。在DNA复制及转录时起作用。

以上几种酶中DNA限制酶、DNA连接酶、DNA聚合酶均作用于磷酸二酯键，DNA解旋酶作用于氢键。

3.启动子与起始密码子，终止子与终止密码子

启动子和终止子都是一段特殊的DNA序列，属于基因的非编码区，分别位于编码区的上游和下游，负责调控基因的转录。而起始密码子和终止密码子都是mRNA上的三联体碱基序列，分别决定翻译的起始和终止。

3.1启动子与起始密码子。启动子可与RNA聚合酶特异性结合而使转录开始的一段DNA序列。但启动子本身并不被转录，属于基因上游对转录起调控作用的5'端非编码区。而起始密码子位于信使核糖核酸分子中规定编码多肽链第一个氨基酸的密码子。

3.2终止子与终止密码子。终止子位于DNA上，确切地说是属于非编码区的核苷酸序列。它特殊的碱基序列能够阻碍RAN聚合酶的移动，并使其从DNA模板链上脱离下来，从而使转录工作结束。终止密码子位于MRNA上，共有三种：UAA、UAG、UGA。三种核苷酸不能决定氨基酸，为“无义密码”，终止密码表明一条肽链已经翻译完成。

4.非编码区与非编码序列

在原核基因中，能够编码蛋白质的区段，叫编码区；不能编码蛋白质的区段，叫非编码区。编码区上游和编码区下游的DNA序列组成的非编码区，对遗传信息的表达有重要的调控作用。

真核基因结构也由编码区和非编码区两部分组成，编码区是间隔的、不连续的，其中能编码蛋白质的序列叫外显子，不能编码蛋白质的序列叫做内含子。在编码区中，外显子被内含子分开，成为一种断裂的形式。由此可见，原核基因的非编码序列就是非编码区，而真核基因的非编码序列则包括非编码区和编码区的内含子。

5.DNA复制与PCR技术

DNA复制（细胞内复制）：是指以亲代DNA分子为模板合成子代DNA分子的过程。

PCR技术（体外DNA复制技术）：PCR技术是一项在生物体外复制特定DN段的核酸合成技术。

主要区别：DNA复制（细胞内复制）场所为细胞核、线粒体、叶绿体；PCR技术场所为体外；酶不同前者为解旋酶、DNA聚合酶等，后者为耐热DNA聚合酶（Taq酶）结果不同前者形成两个完整的DNA分子后者短时间内形成大量的目的基因。

6.基因组文库与部分基因文库

6.1基因组文库：某种生物全部基因组DNA序列的随机片段重组DNA克隆的群体。该文库以DN段的形式贮存着某种生物全部基因组的信息，可以用来选取任何一段感兴趣的序列进行复制和研究。材料来自生物体基因组是RNA（如RNA病毒）所构建的核酸片段克隆群体，也是该生物的基因组文库。

6.2部分基因文库：如cDNA（互补DNA）。是由生物的某一特定器官或特定发育时期细胞内的mRNA经体外反转录后形成的互补DN段，与载体连接后储存在一个受体菌群中，这个受体菌群就叫做这种生物的cDNA文库，只包含了一种生物的部分基因。

区别：基因组文库较大，部分基因文库较小。部分基因文库，如cDNA不含内含子、启动子和终止子的核苷酸序列，而基因组文库含有这些核苷酸序列。对于基因间的交流基因组文库部分可以进行交流，cDNA可以进行交流。

参考文献：

［1］王镜岩，朱圣庚，徐长法主编.生物化学下册.高等教育出版社，2005，12.