遗传技术，复习笔记

概览

遗传技术运用我们对 DNA 与基因的理解，来解决医学、农业与工业中的实际问题。本章讲授基因工程，有意在生物之间转移基因，以及范围更广的生物技术，在工业规模上利用生物或其产物，连同各自带来的益处与所引发的问题。

你应能详细描述具体例子，而不只是提到名称，例如人类基因如何被插入细菌以生产胰岛素，或抗除草剂基因如何被导入作物。解释某个过程的步骤比只说基因工程‘有助农业’能获得更多分数。

除了两项核心内容标准外，考试题目常延伸到你应认识的相关应用：基因治疗，即插入一份可运作的基因副本以治疗遗传病；DNA 指纹分析，即利用一个人 DNA 中独特的图谱进行身份鉴定；以及克隆，即产生与生物体或特定细胞在遗传上完全相同的副本。

由于本章直接涉及伦理与安全，好的答案会以某个具体益处对照某个具体担忧来权衡，而不是只呈现单方面观点。多练习写简短而平衡的段落，说明一个益处、一个担忧与简要理由，因为这种结构与此类论述题通常的评分方式相符。

基因工程与重组DNA（内容标准 28.1）

内容标准28.1把基因工程定义为在实验室中有意、直接改变生物的基因，最常见的方式是把有用的基因从一种生物转移到另一种，使接受者获得原本没有的新特征。这与选择育种有本质区别，选择育种只能利用族群中已经存在的遗传变异；而基因工程则完全跨越物种界限转移基因，这是一般育种做不到的。

这项技术依赖于重组DNA，即用特定的酶把选定的基因从其来源生物中剪切出来，再拼接到另一种生物的DNA中，最常见的是细菌中一小段环状DNA，称为质粒。质粒充当载体，即把新基因运送到宿主细胞中的运输工具，并确保该基因在宿主细胞每次分裂时都会自动被复制。

重组质粒被送回宿主细胞后，插入的基因便与宿主自身的基因一起被读取和表达，于是宿主开始产生一种它从未制造过的蛋白质。这一通用流程，找出有用的基因、形成重组DNA、将其插入宿主，并让宿主表达它，是本章所述每一种应用的基础。

范例：用细菌生产人类胰岛素

生产人类胰岛素是课程纲要的标准范例，也是最可能被逐步考查，而非只是被简单提及的例子。编码胰岛素的人类基因首先用特定的酶从人类DNA中剪切出来，再用另一种酶插入细菌质粒，形成重组DNA。

这个重组质粒被送回细菌体内，然后让细菌在受控条件下繁殖。随着细菌增殖，每个细菌都携带一份人类胰岛素基因的副本，并读取该基因来生产人类胰岛素，胰岛素不断累积，可被收集并提纯供医疗使用。

这种方法比从动物胰腺中提取胰岛素的旧方法有明显优势：细菌生产的胰岛素在化学结构上与人类激素相同，能以更大、更稳定的产量生产，并且不必依赖动物器官作为原料。

农业中的应用：转基因作物与Bt棉花

转移并表达基因这一相同的基本技术，被用于作物以实现几种不同的目的：对特定害虫的抗性、对某种除草剂的耐受性，或某种营养成分含量的提高。这些结果各自源于插入一个为该目的而选定的特定基因，而不是来自某种能一次性全面改良作物的通用流程。

Bt棉花是抗虫基因工程的标准命名例子：来自土壤细菌的一个基因被插入棉花植株，使植株自身产生一种对特定害虫幼虫有效的天然毒素，从而减少喷洒化学杀虫剂的需要。它是全球种植面积最广的转基因作物之一，这也是它常作为考试例子出现的原因。

转基因作物是作为个别案例接受检测与监管的，依据的是所插入的具体基因及其观察到的效果，而不是仅因属于转基因作物这一更广泛的类别就被自动判定为安全或不安全。

生物技术：更广泛的领域（内容标准 28.2）

内容标准28.2把基因工程置于一个更广泛的领域，生物技术之中，生物技术被定义为出于实际目的而利用生物、细胞或其产物。这一领域包括早已确立的传统工艺，例如利用酵母发酵使面包发起或制作酸奶，这些工艺已被使用了几个世纪，完全不涉及任何基因转移。

现代生物技术增添了在工业规模上使用的技术，例如基因工程与酶技术，比如经改造用于洗涤剂或食品加工的酶。因此，基因工程正确地被描述为生物技术这一更广泛领域内的一个现代分支，而不是与之分离的独立学科，考题有时会通过要求举出一个不涉及基因工程的生物技术例子来直接考查这一关系。

权衡益处与伦理、安全担忧

由于本章直接涉及伦理与安全，好的作答会以某个具体益处对照某个具体担忧来权衡，而不是只呈现单方面观点。公认的益处包括更便宜、更可靠地生产胰岛素与疫苗等药物，产量更高、更具韧性的作物以支持粮食安全，以及针对某些遗传病的新治疗方式。

公认的担忧包括转基因生物对人类健康或周围环境中其他物种的未知长期影响、富裕国家与贫困国家之间获取昂贵新技术的机会不均，以及在多大程度上改变生物才算恰当的更广泛伦理问题。好的作答会说出一个具体担忧，例如插入的基因从作物扩散到其野生近缘种，而不是只笼统描述这种忧虑。

在论述题中能获得高分的结构，是用一个简短段落说明一个益处、一个担忧以及把两者联系起来的简要理由，因为这种平衡的结构与该主题通常的评分方式相符。

相关应用：基因治疗与DNA指纹分析

基因治疗通过把一份可运作的基因副本插入患者细胞，以替代或支持有缺陷基因的功能来治疗遗传病。它针对特定细胞或组织而非整个身体，因此并不会自动改变患者的每一个细胞，也不会遗传给患者的子女；这一领域的研究仍在积极进行，相较于传统医学，获广泛批准的基因治疗方法数量仍然有限。

DNA指纹分析的原理完全不同：它比较每个人（同卵双胞胎除外）DNA中独一无二的重复序列图谱，全程不改变任何基因。DNA样本在特定位点被切割，所得图谱与参照样本进行比较；两个图谱高度吻合，强烈提示它们来自同一个人或关系密切的血亲，因为血亲共享的这类图谱比无关的人更多，这正是该技术被用于身份鉴定与亲子鉴定的原因。

生殖性克隆与治疗性克隆的比较

克隆产生与生物体或特定细胞在遗传上完全相同的副本，课程纲要要求把这两种命名用途分开。把它们并列在一张表格中，是清楚呈现各自目的、结果与例子的可靠方法。

须掌握的关键概念

• 基因工程, 基因工程是在实验室中有意、直接改变生物的基因，最常见的方式是把有用的基因从一种生物转移到另一种，使接受者获得原本没有的新特征。这不同于选择育种，后者只能利用族群中已经存在的遗传变异。被转移的基因可以来自细菌、植物或动物，并为特定目的跨越物种界限被移植。
• 重组 DNA, 重组 DNA 是通过特定的酶把来自一个来源的基因剪切下来，再拼接到来自另一个来源（常是细菌质粒）的 DNA 中而形成的。插入宿主细胞后，重组 DNA 会与宿主自身的基因一起被复制和读取。
• 应用, 实际应用包括改造细菌以生产人类胰岛素与生长激素、改造作物以获得抗虫性、耐除草剂性或更好的营养成分，以及改造酶用于洗涤剂与食品生产等工业流程。每种应用都始于相同的基本技术：先找出有用的基因，再把它转移并在新宿主中表达。例如，Bt 棉花经改造能产生对抗特定害虫幼虫的天然毒素，使其成为全球种植面积最广的转基因作物之一。
• 生物技术, 生物技术是更广泛地利用生物、细胞或其产物来达成实际目的，既包括发酵制作面包与酸奶等传统工艺，也包括基因工程与酶技术等在工业规模上使用的现代技术。
• 益处, 益处包括更便宜、更可靠地生产胰岛素与疫苗等药物，产量更高、更具韧性的作物以支持粮食安全，以及通过基因治疗等方法为某些遗传病带来新的治疗方式。生物技术生产的工业用酶也能使制造流程更快、耗能更少。
• 伦理与安全问题, 担忧包括转基因生物对健康或环境中其他物种的未知长期影响、富裕国家与贫困国家之间获取昂贵新技术的机会不均，以及在多大程度上改变生物才算恰当的更广泛问题。
• 基因治疗, 基因治疗通过把一份可运作的基因副本插入患者细胞，以替代或支持有缺陷的基因来治疗遗传病。它针对特定细胞或组织而非整个身体，因此并不会自动改变患者的每一个细胞，也不会遗传给患者的子女。这一领域的研究仍在积极进行中，相较于传统医学，获广泛批准的基因治疗方法数量仍然有限。
• 转基因（GM）作物, 转基因作物被插入了有用的基因，例如对特定害虫的抗性、对除草剂的耐受性，或更高的某种营养成分含量。每种转基因作物都会分别接受检测与监管，而不是作为一个类别被笼统判定为安全或不安全。
• DNA 指纹分析, DNA 指纹分析比较每个人（同卵双胞胎除外）DNA 中独一无二的重复序列图谱，以鉴定身份或确定生物学关系。它不涉及改变任何基因，只是读取并比较已经存在的图谱。
• 克隆, 克隆产生与生物体或特定细胞在遗传上完全相同的副本。生殖性克隆产生一个全新的个体，如绵羊多莉；治疗性克隆则旨在产生用于医学治疗的匹配细胞或组织，而非一个新的生物体。

快速回想清单

1. 你能定义并解释基因工程吗？
2. 你能定义并解释重组 DNA吗？
3. 你能定义并解释应用吗？
4. 你能定义并解释生物技术吗？
5. 你能定义并解释益处吗？
6. 你能定义并解释伦理与安全问题吗？
7. 你能定义并解释基因治疗吗？
8. 你能定义并解释转基因（GM）作物吗？
9. 你能定义并解释DNA 指纹分析吗？
10. 你能定义并解释克隆吗？

常见问题

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来源:SRC-DSKP-EN