時間：2023-06-16 16:05:31
開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇基因工程載體的種類，希望這些內容能成為您創作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進步。
2008－2010年高考生物江蘇卷中連續出現了三道基因工程方面的大題，它們是2008年的第32題(8分)、2009年的第34題(7分)、2010年的第27題(8分)。2011年的第33題(8分)。下面以這幾道題目為例深度分析該類試題易考知識點及幾點思考。
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。
2.4.2 如果自我復制的質粒連接的是沒有標記基因的目的基因
關鍵詞:生物技術;基因工程;細胞工程
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。現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%。現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
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
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[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.
什么是轉基因
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質粒或Ri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。基因槍是通過動力系統將帶有基因的金屬顆粒（金粒或鎢粒）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。抗生素抗性基因與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。
抗除草劑基因工程：抗除草劑轉基因植物的研究在北美很受重視。在新大陸的幾個農業大國中，抗除草劑作物被大面積種植。抗除草劑作物的出現是為了適應大規模機械化農業生產，使生產者能以簡單、高效的方式進行除草作業，并減少除草劑的使用種類和使用量。抗除草劑植物中轉入了抗特定除草劑的基因，理想狀態，生產者在除草作業時只需要用相應的除草劑即可完成除草作業，不需要多種除草劑混合使用，或人工除草，節省了大量的人力。代表性作物為抗除草劑大豆、玉米和油菜。
文/張敏杰
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。
我國轉基因水生生物研究取得了舉世注目的成就，1985年，我國培育出世界首批轉基因魚。此后，培育出比正常生長速度快3倍～4．6倍的轉基因泥鰍。目前，轉生長激素基因鯉、轉大麻哈魚生長激素基因鯉均進入中試階段。此外，我國還開展了藻類、貝類等其他水生生物的轉基因研究。我國轉基因動物研究成績斐然，生長速度快、瘦肉率高、對某些病毒有一定抗性的轉基因豬培育成功，乳腺組織能夠表達人藥用蛋白凝血因子IX、人生長激素、人紅細胞生成素的轉基因羊已進入中試和安全性評價階段，此外，還成功地培育了轉基因牛。
生物育種方法的運用是體現高考生物試題難度、區分度的良好命題素材。近年來高考對該知識點的考查發生了較大的變化。從命題的理念看，由傳統的雜交育種轉向太空育種（誘變育種）和生物工程（基因工程和細胞工程）育種；從命題素材看，由對某種方法的單一考查轉向對多種育種方法的綜合考查；從能力要求看，由理解能力轉向綜合運用和實驗探究能力的考查。現就如何根據育種的目的，選擇不同需求的育種方法及規范作答等作一探討。
一、根據目的，選擇育種方法
育種的根本目的是培育具有優良性狀（抗逆性好、生命力強、產量高、品質優良）的新品種，以便更好地為人類服務。從基因組成上看，目標基因型可能是純合體，可防止后生性狀分離，便于制種和推廣；也可能是雜合體，即利用雜種優勢的原理，如雜交水稻的培育、玉米的制種等。
例1 糧食是人類生存的基本條件，提高單位面積糧食的產量、質量是解決糧食問題的主要途徑之一。
（1）為提高農作物的產量，得到抗倒伏、抗銹病等優良性狀，科學家往往采取多種育種方法來培育符合農業生產要求的新品種。根據下面提供的材料，設計育種方案，以便最快得到所需品種。非生物材料：可自選。生物材料有：
A.水稻的高稈（顯性）抗銹病（顯性）純種
B.水稻的矮稈（隱性）不抗銹病（隱性）純種
C.水稻的高稈（顯性）不抗銹病（隱性）純種
①要得到能直接應用于生產的具有抗倒伏、抗銹病等優良性狀的品種，該品種應是 。
②所選擇的生物材料： （填寫代表生物材料的字母）。
③育種過程中運用的最常見的方法是 。
④預期產生這種結果（所需性狀類型）的概率是 。如果從播種到獲得種子需要一年，則獲得該品種植株至少需要 年。
（2）隨著科技的發展，許多新的育種方法已經出現并投入使用。
①用普通小麥和黑麥培育的八倍體小黑麥的原理是 。
②航天育種是目前的一個熱門話題，如“神七”就搭載了萌發著的植物種子。那么利用這種方法是否一定能獲得人們所期望的理想性狀？為什么？ 。
③螟蟲是危害水稻的主要害蟲之一。科學家為了減少農藥的使用，希望培育出具有抗螟蟲性狀的水稻新品種，最適合的育種方法是 ，其原理是 。
【解析】（1）①能直接應用于生產的品種要保持優良性狀，其自交后代不發生性狀分離，一般為純合子。②雜交育種的原理是基因重組，將兩個品種的優良性狀（抗倒伏、抗銹病）組合到一起，選擇A、B兩個親本可以達到這一目的。③最快的育種方法是單倍體育種，常用技術有雜交、花藥離體培養、人工誘導染色體加倍等。④親本雜交后的子代花藥離體培養、人工誘導染色體加倍后得到4種純合子，比例相同，因此抗倒伏抗銹病性狀的概率為1/4。親本雜交得到種子（子代）需要1年，子代花藥離體培養、人工誘導染色體加倍后，得到純合子需要1年。
（2） ①普通小麥為六倍體，黑麥為二倍體，兩者雜交得到的個體有4個染色體組，人工誘導染色體加倍后為八倍體，屬于染色體變異。②“神七”搭載萌發著的植物種子的主要目的是借助太空的紫外線誘導基因突變，由于基因突變是不定向的，所以不一定能獲得人們所期望的理想性狀。③抗蟲性狀的基因一般來自原核生物，運用轉基因技術將抗蟲基因移接到植物體，屬于基因重組。
【答案】（1）①純合子（純種） ②A、B ③單倍體育種 ④1/4 2
（2）①染色體變異 ②不一定；因為基因突變是不定向的 ③基因工程育種 基因重組
【方法規律】在解答“育種”類試題時，需要根據提供的材料選擇合適的親本及育種方法，分析育種過程中出現的問題，推測育種結果，并得出相關結論。
育種方法的選用要求：一般作物育種可以選用雜交育種和單倍體育種。如果檢測純合子，則用測交或自交；若既要檢測純合子又要分離純合子時，如果優良性狀是顯性性狀則用連續自交，如果優良性狀是隱性性狀則直接分離；已知多對性狀要獲得純合子，首選單倍體育種，然后才是自交。為了得到特殊性狀，可以選擇誘變育種或多倍體育種，如果將不同物種的性狀組合在一起，可以選用基因工程等。方法小結：
（1）若要培育隱性性狀個體，則可用自交或雜交，只要出現該性狀即可。
（2）有些植物如小麥、水稻等，雜交實驗較難操作，則選擇自交方法最簡便。
（3）若要快速獲得純種，則用單倍體育種方法。
（4）若實驗植物為營養繁殖類如土豆、地瓜等，則只要出現所需性狀即可，不需要培育出純種。
（5）若要培育之前沒有的性狀，則可用誘變育種。
（6）提高營養物質含量可運用多倍體育種。
（7）將兩個親本的不同優良性狀集中在一起，可利用雜交育種（含植物細胞的雜交）。
（8）若要定向地改造生物性狀，則可用基因工程育種。
（9）在實際育種過程中，并非單一地運用某種育種方式，而是根據需要選擇多種育種方式綜合運用。
二、掌握策略，設計育種實驗
例2 如圖所示，科研小組用60Co照射棉花種子，誘變當代獲得棕色（纖維顏色）新性狀，誘變1代獲得低酚（棉酚含量）新性狀。已知棉花的纖維顏色由一對基因（A、a）控制，棉酚含量由另一對基因（B、b）控制，兩對基因獨立遺傳。
（1）兩個新性狀中，棕色是 性狀，低酚是 性狀。
（2）誘變當代中，棕色、高酚的棉花植株基因型是 ，白色、高酚的棉花植株基因型是 。
（3）棕色棉抗蟲能力強，低酚棉產量高。為獲得抗蟲高產棉花新品種，研究人員將誘變1代中棕色、高酚植株自交，每株自交后代種植在一個單獨的區域，從 的區域中得到純合棕色、高酚植株。請你利用該純合體作為一個親本，再從誘變1代中選擇另一個親本，設計一方案，盡快選育出抗蟲高產（棕色、低酚）的純合棉花新品種（用遺傳圖解和必要的文字表示）。
【解析】棕色、高酚自交后代是棕色、高酚和白色、高酚，因此棕色是顯性，親代白色、高酚自交后代是白色、低酚和白色、高酚，因此低酚是隱性。誘變當代中，棕色、高酚的棉花植株的基因型是AaBB，白色高酚的棉花植株基因型是aaBb，純合體后代不發生性狀分離，因此應從不發生性狀分離（或全為棕色棉或沒有出現白色棉）的區域中選擇出純合棕色、高酚植株。育種時間短應選擇單倍體育種方案。
【答案】（1）顯性 隱性 （2）AaBB aaBb （3）不發生性狀分離或全為棕色棉或沒有出現白色棉
【思維拓展】設計育種方案時，應該注意是“動物育種”還是“植物育種”。植物育種時，可以用連續自交的方法獲得純合子，這是由于植物中雌雄同體的物種較多。動物只能選相同性狀的個體相互，待性狀分離后篩選，然后用測交方法檢測純合子，這是由于動物大多是雌雄異體，不能“自交”。
育種年限的要求及計算方法：若需要獲得植株，則比獲得種子多一年，因為獲得種子后，第二年才能獲得植株。若需要獲得跨年度的植物（如小麥），則比不跨年度的植物（如豌豆）要多一年。
生物工程技術育種的組合及其遺傳性：
（1）轉基因植物培育：基因工程+植物組織培養，具有兩親本的遺傳性。
（2）轉基因動物培育：基因工程+動物細胞培養+胚胎移植，具有兩親本的遺傳性。
（3）核移植（克隆）動物培育：核移植+動物細胞培養+胚胎移植，具有兩親本的遺傳性。
（4）胚胎移植：有性生殖+動物細胞培養+胚胎移植，具有兩親本的遺傳性。
（5）植物體細胞雜交：酶工程+體細胞融合+植物組織培養，具有兩親本的遺傳性。
（6）試管嬰兒：體外受精+動物細胞培養+胚胎移植，具有兩親本的遺傳性。
注：異源多倍體具有兩親本的遺傳性；胚胎分割產生的后代遺傳性相同，相當于無性繁殖。
例3 家蠶是二倍體生物，含56條染色體，ZZ為雄性，ZW為雌性。幼蠶體色中的有斑紋和無斑紋性狀分別由Ⅱ號染色體上的A和a基因控制。雄蠶由于吐絲多，絲的質量好，更受蠶農青睞，但在幼蠶階段，雌雄不易區分。于是，科學家采用下圖所示的方法培育出了“限性斑紋雌蠶”來解決這個問題。請回答：
（1）家蠶的一個染色體組含有 條染色體。
（2）圖中變異家蠶的“變異類型”屬于染色體變異中的 。由變異家蠶培育出限性斑紋雌蠶所采用的育種方法是 。圖中的限性斑紋雌蠶的基因型為 。
（3）在生產中，可利用限性斑紋雌蠶和無斑紋雄蠶培育出根據體色辨別幼蠶性別的后代。請用遺傳圖解和適當的文字，描述選育雄蠶的過程。
【解析】（1）家蠶是二倍體生物，其體細胞含56條染色體的二倍體生物，其生殖細胞含有28條染色體，因此一個染色體組有28條染色體。（2）由圖可知，該家蠶的變異屬于非同源染色體之間的易位，應屬于染色體結構變異。由變異家蠶培育出限性斑紋雌蠶所采用的育種方法為雜交育種。限性斑紋雌蠶的Ⅱ號染色體有2個a基因，W性染色體上有1個A基因，故基因型為aaZWA。（3）用限性斑紋雌蠶和無斑紋雄蠶雜交，其后代中無斑紋的都是雄蠶，有斑紋的都是雌蠶。
【答案】（1）28 （2）結構變異 雜交育種 aaZWA （3）如圖所示
（文字說明：后代中有斑紋的均為雌蠶，應淘汰；無斑紋的均為雄蠶，應該保留）
【應對策略】不同的育種方法所依據的原理不同，其適用的條件會有一定的差別。解答此類試題時，一定要認真審題，明確試題要求，結合各種育種方法的特點及其適用條件進行合理選擇。如：
（1）集中不同親本的優良性狀選用雜交育種，集中優良性狀且縮短育種年限選用單倍體育種。
（2）獲得較大果實或大型植株或提高營養物質含量選用多倍體育種。
（3）提高變異頻率，改良或直接改變現有性狀，獲得當前不存在的基因（性狀）選擇誘變育種。
（4）實現定向改變現有性狀選用基因工程育種。
三、規范審題，精準解答育種類試題
例4 假設A、b代表玉米的優良基因，這兩種基因是自由組合的。現有AABB，aabb兩個品種，為培育出優良品種Aabb，可采用的方法如圖所示。有關敘述不正確的是（ ）
A.由品種AABB、aabb經過①、②、③過程培育出新品種的育種方式稱為雜交育種
B.基因型為Aabb的植株經過過程③，子代中AAbb與aabb的數量比是1：1
C.與過程“①②③”的育種方法相比，過程⑤⑥的優勢是明顯縮短了育種年限
D.過程④在完成目的基因和運載體結合時，必須用到的工具酶是限制性核酸內切酶、DNA連接酶和運載體
【解析】首先規范審題，審出關鍵詞或關鍵語句。如本題題干中包含如下信息：兩種基因遺傳遵循自由組合定律；將不同品種優良性狀集中到一個個體上，應用雜交手段，育種方式為雜交育種（①②③過程）；⑤⑥利用花粉培育新品種，為單倍體育種；利用物理因素獲取新品種（⑦過程）為誘變育種；利用轉基因技術獲取新品種（④過程）為基因工程育種。
依據審出的信息，作出精準判斷。選項A，對雜交育種本質不理解會錯選A項。選項B，題干確定親本基因型為Aabb，其自交（③過程）的后代基因型及比例為AAbb∶Aabb∶aabb=1∶2∶1，即AAbb∶aabb=1∶1。選項C，該選項是“⑤⑥”單倍體育種與“①②③”雜交育種相比較，單倍體育種大大縮短了育種年限，若不了解單倍體育種的優勢會錯選C項。選項D，運載體不是酶，而是一種運輸工具，所以D選項敘述錯誤。
【關鍵詞】反向PCR;反轉錄PCR;錨定PCR;基因克隆;方法
據實踐可知，實施基因工程的程序，首先是要取得目的DNA的片段，這是前期必要的步驟。因此，怎么去圓滿地完成這一過程，就成為了基因工程中的首要因素。單從目的DNA的提供方式而言，其只有分離天然動植物DNA及人造DNA兩種方式。而就獲得目的基因的方法而言，其基本上有PCR、化學合成、cDNA和設置基因文庫的方式進行優選等幾種類型。
1.何謂基因工程的PCR
在一九八五年，美國相關公司的數名專家首先設置了快速復制增加特性DN段的工藝技術，具體的化學名稱叫做聚合酶鏈式反應，其英文縮寫即為PCR。基因聚合酶起初是在一九五五年被發現的，而富含較高實用價值的聚合酶是在七十年代初期才被發現的。然而，因為此聚合酶不具有耐高溫性能，其在高溫的情況下就會發生較大的性能改變，所以，不適合高溫的聚合酶鏈式反應。現時被廣為使用的一種聚合酶，是在一九七六年取自于溫泉水里的一種細菌。它是具有相當耐高溫性能且極為完好的一種酶。初始的PCR概念基本是指基因的修復和復制，它具有單一和短暫的性能缺陷。從一九八三年開始，PE公司就率先應用了新的PCR。
因為PCR屬于一類體外快速增加指定DNA或其序列的功能系統，所以還可以取名為DNA的體外擴增法。在當今PCR工藝已經是人類獲取外部基因的一個最佳手段，只要掌握了目的DNA的核苷酸排序，人們即能夠擬定出一段引物，采取PCR工藝，在試管內設置反應過程，經歷若干小時以后，即可以把相當小量的目的DNA或指定的基因片段增加數十萬倍。甚至達到百萬倍。
2.PCR工藝過程機理
由于PCR工藝是一項體外復制特定基因片段的生物技術，所以，其與基因分子的體內復制過程有若干相似的情況，同時也存在著不少的相異地方。細胞里基因的復制過程是首先把雙鏈DNA分解螺旋變成單鏈DNA。爾后，RNA引物與單鏈DNA模板結好對，在有四種核苷酸底物的前提下，基因聚合酶與RNA引物的3’端依據堿基互補配對的規則組合成具有互補性的基因鏈。經過一個復制過程后，單個基因分子變成了雙個基因分子。PCR就是代表試管里進行的基因復制經歷，其余體內基因復制模式相同，都要具備單鏈模板、引物、四種核苷酸底物、基因聚合酶，復制后達到相同的效果。其區別就是PCR所使用的引物是單鏈的基因引物，其聚合酶是屬于耐高溫性能的。在試管中所作的整個復制過程分三個過程：第一步是變性過程，其為PCR反應的第一階段，也就是把模板基因放置在九十五攝氏度左右的高溫之中，將雙鏈基因轉變成單鏈基因;第二步即為退火過程，也就是把反應溫度下調到五十攝氏度左右，促使一隊引物先后與變性后的兩個模板實施配對;第三步為延伸過程，即把反應溫度設置在聚合酶反應的最佳溫度七十二攝氏度，爾后，用目的基因做模板合成新的基因鏈。因為其所用聚合酶的耐高溫品質，在每個復制階段完成后，無需增加任一別的反應組分即能夠重新開始下一階段的復制。
3.PCR方法的基因復制
采用PCR復制DN段系基因工程的一項重要手段。
3.1依托反向PCR復制目的基因片段
由基因組依托PCR復制基因片段過程的重要一環是引物的擬定，通常能夠依據業已公布的基因排列擬定引物，也可以憑借原有的相關基因序列擬定引物。若要依據cDNA排列擬定引物增加基因數目，擬定引物時，必須顧及到cDNA基因沒有內含子，而gDNA存在內含子，擬定引物時，不能夠置于外顯子的拼接點上。擬定引物時，一般可以在引物的末端設置一個酶切位點，從而促進基因片段與載體的連接。
反向PCR系一類依托原有系列增加其旁側序列的模式，憑借此方法，能夠實施染色體步移。其開始的步驟，是把基因組DNA依靠限制性的內切酶給予切割開來，莎草用的限制酶必須在原有序列中不存在切點，而后再依托連接酶把酶切片段連接起來，與此類產物中，其含有原來序列的環形基因會得到大幅度增加。由此獲取原來基因片段的旁側序列。
3.2 cDNA的制備及cDNA文庫的建立
cDNA的制備可以采用RT-PCR方法。亦被稱作反轉錄PCR。其屬于一類酶促進制備方法，就是用mDNA做模板，依靠反轉錄酶的作用，用四種脫氧核甘三磷酸為反應物成分制備DNA，再通過復制以后就可得到雙鏈的基因。
3.3錨定PCR過程及基因的復制
經過RT-PCR過程獲取的大規模雙鏈cDNA以后，欲要精選分離出所需的特定目的基因，若不用cDNA文庫篩選時，尚可運用錨定PCR的方法將其收獲。此種措施的特點，是憑借原已存在的一異性的引物來實現，其尤其適合于擴增那些緊掌握一段序列形態的目的基因，比如一端序列已經知道，而另一段序列未知的基因片段，能夠依托基因末端轉移酶將cDNA第一個末端添上一端多聚dG尾巴，爾后添加一個末端屬于多聚dC的特異引物，由此決定了擴增的特性。錨定PCR是研究遺傳學及醫學的有效方法。
小結
通過上述介紹和分析，我們基本掌握了獲取目的基因的來源和幾種相當實用的基因克隆方法，這幾種很常用的方法，它們都有各自的特性和優點，我們在實際基因工程研究中，還要不斷的總結、完善并加以創新，促使其能夠更好地為我們人類的遺傳、醫學等相關行業服務。
【參考文獻】
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【作者簡介】
從普通留學生到國際醫藥學界的領軍人物
許瑞安教授是福建晉江人，其故鄉既是一個環山面海的漁、農、僑村，山川攬勝，日月鐘華；又是一個文化底蘊十分厚重的中國歷史文化名村一晉江福全。史載唐宋開科取士以來，全村進士，舉人共20多人，出將入相，該村乃是我國最著名的抗倭歷史名城，明代曾在沒有官軍奧援下，孤城三次打敗入侵倭寇；許教授自幼沐浴于海洋文化和中原文化的交匯，其童年就在驚濤拍浪的變質巖礁上外婆家的住屋度過，大自然春風造化孕育著他對萬物之靈有著不盡迷思與眷戀；失學，飽受天風海濤的錘煉，不僅為日后的工作打下了堅實的基礎，而且從科學態度、科學素養到人生目的都得到了良好的洗禮與升華，立志一生從事科研。
1983年許瑞安教授考上國家教育部公派出國留學。到了國外之后，他不僅迅速克服了獨自在異國他鄉求學所必然面臨的種種不適和不便，而且抓緊一切機會刻苦學習，將絕大部分時間都泡在圖書館和實驗室里。正是源于這種嚴謹認真的治學精神和態度，1989年，他順利獲得了Otago大學的博士學位，之后又前往加拿大攻讀博士后。
完成學業后的許瑞安曾在國外多家著名的國際大學、科研機構從事科研教學工作，先后出任過大學載體研究中心、神經載體研究室主任的職務。從那時候起直到2005年年底歸國，他主要從事的工作范疇包括病毒載體、分子醫學、分子藥物學的項目科研和教學，還曾擔任過奧克蘭大學載體研究中心的主任和美國托馬斯?杰弗遜大學的神經載體研究室主任。
在國外期間，許瑞安從1983年起開始陸續發表專業學術論文，迄今為止已經有超過百篇的重要學術文章發表，其中SCl論文就占到了七成以上，SCl影響影子總分超過400分。他在基因治療研究方面的部分工作發表于NatureMedicine【1998年第5期封面】、Science、PNAS等國際一流學術刊物，2005年發表在美國醫學科學檢測雜志上的“Stabilityof lnfectiOUS rAAV vector stock”一文更是被世界衛生組織選定為分子療法臨床應用的主要參考文獻之一。2006年他在Histopathology雜志發表結腸癌治療一文，2011年入選結腸癌治療領域5年來TOP 10論文，且位居榜首。
許瑞安在學術上獲得的成果不僅在理論研究方面，更包括了技術實踐應用領域。由他創新發明的專利成果達16項，他是國際口服基因療法的主要奠基人和發明人之一，在分子藥物學、癌細胞與基因療法領域取得一系列的科研成果。
憑借著嚴謹的科學態度和堅韌不拔的精神毅力，許瑞安從一名普通的留學生成長為一位國際醫藥學界知名的科學家。
肩負重任，歸國奉獻
2005年，許瑞安回到家鄉，為祖國的藥物研究事業貢獻才華和智慧。同年，他受聘于華僑大學，并出任所長、主任。由于許教授在分子醫學與基因治療研究領域內的突出貢獻和成就，奠定了他在國內外相關領域的學術地位，2007年受命，開始負責組建分子藥物教育部工程研究中心的工作。他在任職國家教育部分子藥物工程研究中心主任、華僑大學分子藥物所所長之外，還兼任了國際癌細胞與基因療法學會常務理事、國家科技部科技發展戰略專家／國際科技合作管理專家、國家教育部學位中心評審專家、福建省生物醫藥工程研究生培養基地負責人、廈門海洋與基因工程重點實驗室主任、廈門市國際科技合作生物醫藥基地負責人、教授、博士生導師、北京協和醫學院榮譽教授、《中國臨床藥理學和治療學》編委、顧問，《中國海洋資源》特邀編委、中國海洋大學海洋藥物客座教授，山東大學兼職教授等職務。在國際上，許教授同時還是瑞典卡羅琳醫學院國際學術刊物lslet編委，美國International Panel of MedicalScience Monitor，我國World JournalOf Gastroenterology PharmacologyandTreatment編委、美、英、德、日、瑞典等國際18家Hepatology，Gene The rapy等SCI學術刊物審稿人、“行政院”臺北榮民總院榮譽教授、愛爾蘭國家自然基金評審專家、新西蘭食品科學技術研究院專業委員。
回到祖國之后，許瑞安教授將全部智慧和畢生對科學事業追求的所有熱忱投入到了我國的分子藥物與基礎醫學研究事業當中。他負責組建了華僑大學分子藥物學研究所，帶領研究所的同仁以新藥研發為主旨，積極開展了一系列工作，也由此揭開了華僑大學藥學學科和生物醫學工程建設的序幕。
自2007年10月分子藥物教育部工程研究中心獲得教育部批準立項、開始建設以來，在許瑞安教授的帶領下，該研究中心依托于華僑大學，得到了迅速地成長。經過了三年的建設時期，到2010年時研究中心已經完善建立起了分子藥物、中藥復方、廈門市海洋與基因工程藥物重點實驗室三大藥物研究與開發平臺。
早在1998年，許瑞安和During就曾經首開人類口服基因療法的先河，在分子藥物領域做出了開拓式的大膽創新并獲得了首創的成果。回國后許教授繼續發揚在這一領域內的優勢，致力于口服基因藥物的研發工作，他負責研究的“rAAV基因藥物的口服吸收機制”獲得了2009年度國家自然科學基金資助。而由許瑞安和肖衛東領軍的團隊，已經建立起成熟的rAAV載體的產業化技術。
時至今日，在許瑞安教授的不懈努力和推動下，占地500平方米的AAV載體中試生產車間已經建成，可為國內外各家生物醫藥研發單位提供各種類型中試級別的AAV病毒載體。
推動創新成果研究，建設人才培養體系
許瑞安教授是我國“863”“十五”肺癌基因療法課題組組長、首席科學家，肝癌基因療法課題組副組長、國家“863”“十一五”肺癌基因療法課題組首席科學家，在我國的癌癥與基因療法研究領域力盡所能。與此同時，許瑞安并未滿足和止步于個人的研究成果創新，他在積極推動產品開發和研究成果轉化、發展學科建設和人才培養等方面依舊付出了極大的心血和努力。由許教授帶領的分子藥物教育部工程研究中心
重視蛋白藥物的臨床應用，迄今已建立多種小量蛋白的真核／原核表達系統，并已有三個蛋白產品(Kallistatin，Cygb，Vasostatin)完成動物實驗并達到中試規模制備并純化成功，保證了較大量蛋白純品可用于藥物學、藥理學的探索，同時亦能滿足基因工程蛋白藥物開發的臨床研究需要；其團隊研發的基因重組FSH，還對婦女不孕具有確切臨床價值。目前已提交得到驗證的抗病毒和抗感染藥物的專利申請，中試、臨床試驗和報批國家新藥的工作正在籌備中，并有望按照歐美標準在國外注冊和銷售。
與此同時，基因藥物平臺申請的“肝纖維逆轉藥物”，利用具有特異的細胞靶向性的基因運載系統攜帶具有抗氧化和抗炎癥雙重功能基因抑制星狀細胞激活達到防止肝硬化目的，顛覆了目前纖維化治療的傳統思路，具有巨大的市場開發潛力。在中藥研發的制備領域，工程中心目前也已經擁有授權或已申請的中藥相關專利項目超過10項；在合成藥物方面，中心開發出了有效的抗癌藥物肉桂酸乙酯衍生物的綠色合成工藝，以成本低、綠色化、操作簡單等特色為市場所看好；在海洋藥物領域，中心以東南沿海、臺灣海峽、東南亞海域有特殊功效的海洋分子藥物為研究對象，建設的海洋藥物研發平臺現如今已發展成為與廈門市政府共建的高校海洋藥物重點實驗室。
學科建設是重中之重，根深才能樹大，許教授牢牢把握學科建設方向。在他的努力下，分子藥物工程研究中心2007年正式開始建設，2008年就開始獨立招收醫學生物工程、分子藥物學、微生物生藥學和藥學方向碩士研究生，2009年福建省唯一的“福建省生物醫藥工程研究生創新培養基地”落戶分子藥物學研究所。如今他們已經擁有了一個二級博士點，3個碩士點1個專業碩士點以及完備的科研、教學團隊還從美國賓州大學、英國牛津大學、香港大學的教授以及曾在輝瑞、默克等國際知名制藥公司承擔開發工作的高級工程師中聘請了多位兼職教授或名譽教授。
作為中心領軍人物的許教授不僅是科技部科技發展戰略專家，還是國際知名的分子藥物學家，在他的主持或策劃下，工程研究中心僅立項建設期間就申請獲得各類國家、省部級、市級課題22項，而且大力加強國際間科技合作與學術交流；與新西蘭皇家科學院合作的“核糖開關及其在基因治療的應用”已獲得新西蘭政府和國家科技部的資助；2011年與美國伊利諾伊大學芝加哥分校藥學院聯合建立培養一本一碩一博體系。從今年起開始招收本科生。全體師生們眾志成城，同心同德，努力把教育部分子藥物工程中心建成了一個分子醫藥基礎研究、產品開發和成果轉化一條龍的基地，涉及分子醫學，分子藥物，醫用口服病毒納米顆粒，藥物合成，轉化醫學，海洋基因藥物，天然藥物等多門學科，同時為國內培養和凝聚了分子藥物領域里的大批技術創新型人才。
與此同時，許教授極力推崇產學研相結合，先后與中僑藥業、福建太平洋藥業，沈陽天一藥業等簽訂項目合作、轉化及技術培訓協議；該團隊2009年研發的硫酸沙丁胺醇口腔崩解片、藥物中間體等項目的研發和成果轉化投放市場，每年產值均超2，000萬。
如今的分子藥物教育部工程研究中心已形成一支囊括多學科、從基礎研究至產業化的完整的產學研研發鏈條。許瑞安教授介紹說：“在這個鏈條上，我們可以獨立設計基因藥物載體、蛋白藥物和靶向基因藥物，可以對病毒載體和基因工程蛋白進行中試規模生產，還可以承擔或獨立進行新產品的開發與市場化，滿足臨床藥物研發和接受企業委托項目的需要。”
關鍵詞：甘薯（Ipomoea batatas）；現代生物技術；育種；誘變育種；細胞工程；分子標記；基因工程
中圖分類號：S531；Q789 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2016）11-2721-06
DOI：10.14088/ki.issn0439-8114.2016.11.001
Application of Modern Biotechnology in Ipomoea batatas Breeding
YANG Han1，CHAI Sha-sha2，SU Wen-jin2，LEI Jian2，WANG Lian-jun2，SONG Zheng2，LIU Yi3，YANG Xin-sun2
（1.College of Plant Science and Technology， Huazhong Agricultural University， Wuhan 430070， China；2. Institute of Food Corps， Hubei Academy of Agricultural Sciences， Wuhan 430064， China；3. Agronomy College， Yangtze University， Jingzhou 434023， Hubei， China）
Abstract：The modern biotechnology has overcome the difficulties which could not be solved in the past in Ipomoea batatas breeding.Mutation breeding， cell engineering， molecular markers，genetic engineering etc.， are playing very important roles in Ipomoea batatas breeding for high yield， good quality，resistance to diseases and pests and other characteristics.The research and utilization of mutation breeding， cell engineering，molecular markers and genetic engineering in Ipomoea batatas breeding are reviewed in this paper.
Key words：Ipomoea batatas； modern biotechnology； breeding； mutation breeding； cell engineering； molecular marker； genetic engineering
甘薯（Ipomoea batatas）屬旋花科甘薯屬，為一年生或多年生蔓生草本，是中國的重要糧食作物、飼料作物和新型生物能源作物，具有極高的經濟價值。甘薯含有60%～80%的水分，10%～30%的淀粉（支鏈淀粉含量高，易被人體消化吸收），5%左右的糖分，還富含人體必需的多種維生素（VA、VE、VB1、VB2、VC等）、氨基酸（賴氨酸含量較高）、蛋白質、脂肪、膳食纖維以及鈣和鐵等多種礦物質。甘薯中的活性化學物質（脫氫表雄酮）可以抑制癌癥和預防癌細胞增殖[1]。因此，培育出高產、穩產、優質的品種及各類不同用途和種類的品種如食用、加工用、飼料用、莖尖菜用等[2]具有非常重要的現實意義。但是由于甘薯的高度雜合性、雜交不親和性、遺傳資源匱乏、遺傳基礎狹窄、優異近緣野生種利用困難和病蟲害、病毒病危害嚴重[3]，極大地制約了甘薯的生產和發展。但傳統育種模式周期長，品種改良進度緩慢，難以滿足發展需求。生物育種是目前應用推廣最為迅速的技術，它突破了傳統育種的局限性，有利于加速培育高產、優質、抗逆、廣適的新品種。本文重點介紹近年來幾種主要生物技術，包括誘變育種、細胞工程、分子標記輔助選擇育種和基因工程在甘薯育種中的發展與應用。
1 誘變育種
甘薯是一種無性繁殖作物，其自然變異和人工誘變產生的變異，是甘薯育種重要的變異來源，因此誘變育種一直是甘薯育種的一條重要途徑，也是發展比較早的一種技術。
在自然條件下，由于外界環境的變化和遺傳結構的不穩定性，植物本身會發生自發突變，但是這類突變發生的頻率較低。自然變異突變體的選擇、鑒定是甘薯種質創新的主要途徑。張連順等[4]從抗薯瘟病的閩抗329中選育出了兼抗蔓割病、藤蔓旺盛的閩抗330，張永濤等[5]、李培習等[6]分別從高抗根腐病的徐薯18芽變體中選育出了兼抗莖線蟲病的臨選1號和富貴1號。
輻射誘變的方式包括χ射線、60Co處理、80 Gy γ射線處理、搭載返回式衛星進行空間誘變處理等。但誘發突變的方向難以控制，有利突變頻率不夠高。通過輻射誘變育種加以多年篩選獲得了比較好的品種如較徐薯18高抗黑斑病的品系農大601[7]和抗線蟲擴展、薯皮色同質、干物率高、食味優、高胡蘿卜素突變體及淀粉類型和紫色素類型育種材料[8]。
化學誘變具有專一性強、突變頻率高，突變范圍大的特點，為多基因點突變，誘變后代的穩定過程較短，可以縮短育種年限。Luan等[9]用EMS處理魯薯8號愈傷組織，并通過離體篩選，獲得3個耐鹽突變體株系（ML1，ML2，ML3）。王鳳保等[10]用0.05%秋水仙素和2%二甲基亞砜混合水溶液處理秦薯1號甘薯種子，選育出高產、高淀粉、低β-淀粉酶活性、高蛋白質、高鐵、早熟的短蔓型甘薯新品種短蔓3號。王芳等[11]用0.5% NaN3處理澳大利亞Au1990sp紫甘薯的胚性細胞團，選育出品種適應性廣、產量高、品質佳、抗性強的甬紫薯1號。
2 細胞工程
甘薯細胞工程主要有體細胞胚發生、原生質培養、細胞懸浮培養、莖尖分生組織培養等，在種質資源創新、新品種選育和脫毒苗工廠化生產等方面具有廣闊的應用前景。目前主要通過莖尖誘導體細胞胚胎的植株再生。利用甘薯莖尖培養誘導得到胚性愈傷后，通過液體振蕩懸浮培養可以迅速增殖，利用農桿菌介導、基因槍、電激等方法研究甘薯的遺傳轉化。在此過程中，常常會出現自發變異，通過對這些突變體進行篩選，也可以用于甘薯新品種選育[12]。
甘薯容易侵染的病毒和類病毒種類較多，加上甘薯屬于無性繁殖作物，病毒能夠在植株體內不斷增殖積累，使甘薯病毒病的危害逐年加重，造成了大幅度的減產。利用甘薯莖尖病毒含量低或不帶病毒的特點，通過莖尖分生組織培養可以生產甘薯無毒苗。脫毒甘薯增產效果顯著，根莖葉生長旺盛，光合效率高，抗逆能力強[13]。經檢測確定為不帶病毒的組培苗可以進行快繁和原種生產。
3 分子標記輔助選擇育種
分子標記在甘薯遺傳育種中的應用是利用標記將不同甘薯品種DNA序列上的多態性體現出來，可利用其進行種質鑒定、基因定位、遺傳圖譜構建和輔助育種等并最終應用到生產實踐中。在作物遺傳改良過程中，形態標記、細胞學標記和同工酶標記等已很難滿足對它們的基因組進行更詳細研究的需要。隨著分子生物學的發展，產生了多種基于DNA多態性的分子標記技術，在甘薯育種中應用較多的是RAPD、AFLP、ISSR、SCAR和SNP等。
3.1 構建甘薯分子遺傳圖譜
由于甘薯的遺傳背景較復雜，對甘薯基因組的研究較滯后，分子標記的數量和種類相對匱乏，分子遺傳圖譜的構建要落后于水稻、玉米等作物。Kriegner等[14]在2003年用AFLP技術構建了首張甘薯遺傳連鎖圖，632個母本標記和435個父本標記分別排列在Tanzania的90個連鎖群和Bikilamaliya的80個連鎖群上，共定位了1 100個AFLP標記，平均遺傳距離為5.9 cM。隨著甘薯栽培種轉錄組測序的完成和分子標記技術的發展，李愛賢等[15]在2010年利用SRAP標記構建了漯徐薯8號和鄭薯20連鎖圖譜，漯徐薯8號的81個連鎖群由473個SRAP標記組成，總圖距為5 802.46 cM，標記間距為10.16 cM，鄭薯20的66個連鎖群由328個SRAP標記組成，總圖距為3 967.90 cM， 標記間距為12.02 cM。Zhao等[16]在2013年利用AFLP和SSR標記構建了徐781（高抗莖線蟲病）和徐薯18（高抗莖線蟲病）的連鎖圖，徐薯18的90個連鎖群含有1 936個AFLP和141個SSR標記，總圖距為8 184.5 cM，標記間距為3.9 cM；徐781的90個連鎖群含有1 824個AFLP和130個SSR標記，總圖距8 151.7 cM，標記間距為4.2 cM。這也是到目前為止標記密度最高、基因組覆蓋率最廣的甘薯栽培品種分子標記遺傳圖譜。
3.2 繪制指紋圖譜，鑒定甘薯品種
甘薯是一種無性繁殖作物，其品種數量多、同種異名、同名異種的情況比較普遍，在甘薯的生產過程中容易出現品種間混淆的情況，使得品種鑒定困難，影響品種的改良和育種。隨著分子生物學的快速發展，DNA分子標記技術已成為指紋圖譜構建和品種鑒定的主要方法。指紋圖譜能夠在分子水平上鑒別生物個體之間的差異，可以有效克服形態和生化上的局限性，是甘薯品種鑒別的重要工具，在生產實踐上具有重要意義。
目前用來作DNA指紋圖譜的標記主要有RAPD、SSR、ISSR、AFLP、SRAP等。Arthur等[17]應用RAPD標記分析在美國8個州種植的甘薯品種“Jewel”的無性系，發現其中5個的多態性譜帶在7.1%～35.7%之間，表明RAPD標記可以檢測無性系中的變異。王紅意等[18]研究表明通過RAPD標記產生的指紋圖譜可以將30個中國甘薯主栽品種分為3類。羅忠霞等[19]采用EST-SSR標記，利用2對引物將52份甘薯品種區分開，建立了52份甘薯品種的指紋圖譜。季志仙等[20]利用ISSR技術對不同引物獲得的指紋圖譜進行了分析，發現利用2對引物即可將供試的17份甘薯品種區分為4類。蒲志剛等[21]利用AFLP技術通過五對引物構建出47個品種南瑞苕的指紋圖譜，將其分為5類。張安世等[22]利用SRAP技術通過2對引物構建出22種甘薯品種的DNA指紋圖譜，將其分為7類，隨后又利用ISSR技術通過3對引物將22種甘薯品種分為4類[23]。
3.3 甘薯基因定位和DNA分子標記輔助選擇育種
甘薯許多重要的農藝性狀如塊根產量、品質（淀粉含量、胡蘿卜素含量）、抗病性（莖線蟲病、根腐病和黑斑病）等都屬于多基因控制的數量性狀，在甘薯分子連鎖圖譜的基礎上，對重要農藝性狀進行QTL定位，進而克隆相關性狀的主效基因，是甘薯育種研究的重要方向。DNA分子標記輔助選擇育種具有方便、快捷、準確等特點，且較少受季節、發病條件、發育條件、鑒定方法等因素的限制，可以在低世代進行早期選擇，更適合目前育種的需要。目前該技術已廣泛應用于甘薯的育種研究中。
Ukoskit等[24]利用甘薯易感根線蟲病品種與抗根線蟲病品種雜交，用760個RAPD引物對2親本和F1分離群體進行分析，篩選出1個抗根線蟲病的基因。柳哲勝[25]用RAPG法和改進的SSAP技術對農大603和徐薯18的基因組進行抗莖線蟲病相關基因的分析，結果顯示由片段54設計的引物在抗病和感病品種之間擴增出多態性帶，推測片段54是與甘薯抗莖線蟲病有關的RGA（Resistance gene analog），并得出甘薯MIPS基因可能與甘薯抗莖線蟲病有關。周忠等[26]對高抗莖線蟲病的徐781和高感莖線蟲病的徐薯18的后代進行抗病性鑒定和RAPD分析，得到與抗莖線蟲病基因相連鎖的RAPD標記OPD0l-700，經證明，該標記可作為甘薯抗莖線蟲病輔助育種的分子標記，并在甘薯育種尤其是抗病品種選育中發揮較大的作用。王欣等[27]利用對高抗親本徐781和高感親本徐薯18的F1分離群體的161個品系進行OPD01-700的克隆和測序，成功地將OPD689標記轉化為SCAR標記，初步驗證結果與田間鑒定結果基本一致，初步建立了甘薯抗莖線蟲病育種分子標記輔助選擇技術。袁照年等[28]以金山57×金山630的雜交F1分離群體為材料，按F1單株抗性分群，建立薯瘟病抗病池和易感池，分別以其為模板進行RAPD分析，結果顯示其中S213-500在抗感池和易感池間顯示多態性，可以作為抗Ⅰ型薯瘟基因的連鎖標記，在鑒定甘薯抗I型薯瘟病方面具有應用價值。蘇文瑾等[29]在已有的高抗根腐病品種徐薯18與高感品種勝利百號F1分離群體抗性鑒定的基礎上，采用分離群體混合分析法（BSA）與AFLP技術相結合，發現顯性標記Eco（45）-Mse（45）與感病基因連鎖，對甘薯抗根腐病的遺傳改良具有指導意義。蒲志剛等[30]以南薯88等12個抗感黑斑病品種為材料，建立了甘薯黑斑病的AFLP分子標記體系，并用該體系找到了與甘薯抗黑斑病緊密相關的特異性DN段，為甘薯抗黑斑病分子標記輔助育種奠定了基礎。
吳潔等[31]利用甘薯高淀粉品種綿粉1號和甘薯低淀粉品種紅旗4號雜交F1代分離群體采用SRAP分子標記，將1個與淀粉含量相關的QTL定位到綿粉1號遺傳圖的第三連鎖群上。蒲志剛等[32]利用甘薯高淀粉品種綿粉1號與甘薯低淀粉品種紅旗4號雜交F1代分離群體，在綿粉1號遺傳圖的第二連鎖群上檢測到E1M7-2可作為淀粉的臨近QTL。李愛賢等[33，34]以高淀粉、低胡蘿卜素含量的甘薯品種漯徐薯8號和低淀粉、高胡蘿卜素含量的甘薯品種鄭薯20雜交得到的F1分離群體，采用SRAP分子標記的方法在父本鄭薯20的Z31連鎖群上檢測到1個與淀粉含量相關的QTL，并檢測到17個與甘薯β-胡蘿卜素含量相關的QTLs，其中10個定位在鄭薯20圖譜上，7個定位在漯徐薯8號圖譜上。
3.4 甘薯轉錄組測序和分子標記的開發
轉錄組測序（RNA-seq）操作簡單，不局限于已知的基因組序列信息，可獲得低豐度表達基因，具有通量高、靈敏度高、成本低及應用領域廣等優點。轉錄組研究是基因功能與結構研究的基礎和出發點，利用新一代高通量測序，能夠快速全面地獲得某一物種目標細胞在某一特定狀態下的全部RNA序列的信息，例如發現新轉錄本、了解基因的表達量、挖掘單核苷酸多態性（SNP）、結構性變異等[35]。目前，測序技術已成為分子生物學研究中最常用的技術。相比于其他作物，甘薯的基因數據資源極少，這給甘薯的分子生物學研究帶來極大的不便。Gu等[36]應用Illumina的RNA-Seq技術對不同的甘薯組織與發育階段進行高通量的轉錄組測序，通過對甘薯的轉錄組從頭組裝、基因注釋和代謝通路分析，得到了大量重要的轉錄本信息，如淀粉合成、抗鹽、抗旱、轉座子和病毒等相關基因。Tao等[37]利用Illumina數字基因表達（DGE）標簽分析甘薯的7個組織的轉錄組的差異，鑒定出大量的差異和特異表達的轉錄本，主要涉及病毒基因組的基因表達方式、淀粉代謝、潛在耐逆性和抗蟲性等方面。
轉錄組測序的高通量特點使分子標記的大規模發掘得以實現。基于轉錄組測序開發的分子標記主要為SSR和SNP。Wang等[38]采用同樣的方法獲得56 516個unigenes，基于與已知的蛋白序列的相似性搜索，總共鑒定發掘出114個cDNA的潛在的SSRs。Xie等[39]通過對紫薯轉錄組的高通量測序，獲得58 800個unigenes，發掘出851個潛在的SSRs。SNP是基因組中最普遍的遺傳變異，有著分布廣、數量多、遺傳穩定性高、密度高、易于實現分析自動化等諸多優點，是構建遺傳圖譜、完成分子標記輔助育種的一種非常重要的遺傳標記，新一代的高通量測序平臺為SNP位點的檢測提供了強有力的技術支持。許家磊[35]在淀粉含量、薯干產量和莖線蟲病抗性差異明顯的徐781和徐薯18的Illumina RNA-seq測序結果中已獲得1 386個SNP候選位點的基礎上，發現Tetra-primer ARMS-PCR可以檢測出SNP分子標記，可以用于甘薯SNP分子標記的開發。蘇文瑾等[40]利用簡化基因組測序技術（SLAF-seq）對300份甘薯種質資源的大群體測序，通過生物信息學分析進行系統設計，篩選特異長度的DN斷，構建SLAF-seq文庫后高通量測序，通過軟件分析比對，獲得260 000個多態性SLAF標簽，在多態性SLAF標簽上共開發得到795 794個群體SNP位點。
4 甘薯基因工程
1983年世界首例轉基因植物培育成功，標志著人類用轉基因技術改良植物的開始，至今已有120多種植物轉基因獲得成功。近年來基因工程技術在農業作物育種領域已經取得成功并逐步推廣，基因工程技術已成為普及應用最快的先進農作物改良技術之一。基因工程技術是提高作物產量和改良作物品質的有效途徑，給人類帶來巨大的社會和經濟效益。相對于其他作物，甘薯基因工程的研究起步較晚。自1987年以來，許多學者陸續報道把抗性基因nptII和標記基因Gus轉入甘薯，成功地獲得了轉基因的愈傷組織、芽或再生植株，為進一步轉化目的基因改良甘薯積累了經驗[41]。近年來，在應用基因工程提高甘薯蛋白質或淀粉含量、改善蛋白質氨基酸組成或淀粉組成、提高甘薯抗蟲及抗逆性等方面取得了較大進展。
4.1 甘薯品質改良的基因工程
甘薯品質改良主要集中在淀粉、蛋白質和胡蘿卜素方面。Shimada等[42]構建了編碼甘薯淀粉分支酶的IbSBEII基因的dsRNA干擾載體并通過農桿菌轉化進入甘薯基因組，轉基因植株的淀粉具有較高的直鏈淀粉含量。Otani等[43]通過RNA干擾技術抑制甘薯淀粉粒附著性淀粉合成酶I（GBSSI）基因的表達，培育出不含直鏈淀粉的轉基因甘薯植株。Takahata等[44]通過抑制淀粉合成酶Ⅱ（SS Ⅱ）的表達改變支鏈淀粉的結構降低甘薯淀粉的糊化溫度。Santa-Maria等[45]從海棲熱袍菌中克隆了一個編碼極端嗜熱α-淀粉酶的基因，通過根癌農桿菌介導的轉化獲得的轉基因植株在80 ℃具有自發處理淀粉為可發酵糖的能力。
羅紅蓉等[46]用根癌農桿菌介導獲得了含人乳鐵蛋白基因（hLFc）的甘薯抗性愈傷組織，為獲得具有轉人乳鐵蛋白基因的甘薯材料奠定了基礎。高峰等[47]獲得了轉玉米醇溶蛋白的轉基因甘薯植株。脂聯素（Adiponectin）具有抗炎、增加機體對胰島素敏感性和降糖、抗動脈粥樣硬化的作用。Berberich等[48]利用根癌農桿菌介導的轉化獲得表達Adiponectin cDNA的轉基因甘薯植株。Kim等[49]利用RNAi沉默CHY-β基因，可以增加甘薯中的β-胡蘿卜素的含量和類胡蘿卜素含量。
4.2 甘薯抗病蟲的基因工程
甘薯病毒、病蟲害嚴重影響產量。Kreuze等[50]研究利用靶向編碼SPCSV（甘薯褪綠矮化病毒）和SPFM（甘薯羽狀斑駁病毒）序列復制酶的內含子剪接的發夾結構的RNAi策略通過根癌農桿菌轉化甘薯，轉基因植株對SPCSV和SPFMV的抗性顯著增強。Muramoto等[51]的研究表明，轉大麥αHT基因的甘薯植株的葉片和塊根表現出對黑斑病菌的抗性。蔣盛軍等[52]用根癌農桿菌介導法將OCI（水稻巰基蛋白酶抑制劑基因）導入甘薯品種栗子香中獲得了轉基因植株，對轉基因甘薯植株對甘薯線蟲病的抗性進行了初步研究。
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[關鍵詞]人體基因；法律意義；客體性質
[中圖分類號]D920.4 [文獻標識碼]A [文章編號]1671-5918（2015）12-0094-02
一、人體基因的基本認識
（一）基因的概念
基因是指DNA分子上具有遺傳信息的特定核苷酸序列。人體基因是人體特定的DNA分子片段，它攜帶者人類生老病死的全部遺傳信息。DNA分子上有的片段帶有遺傳信息，有的片段不帶有遺傳信息，而帶有遺傳訊息的DN段就被稱為基因，而那些不帶有遺傳訊息的片段就不是基因。
（二）人體基因的生物學認識
首先，它是一段核苷酸序列。DNA是堿基構成的雙螺旋結構的長鏈，這些堿基統稱核苷酸。人體基因實際上是DNA分子上的一個片段，因此也是一段核苷酸序列。其次，它具備固定的排列順序。核苷酸要排成一定的次序，才能決定一種蛋白質的分子結構。所以，人體基因的排列也是有固定的順序的。第三，人體基因里必須包含遺傳信息。不是任意一段連續的DNA都具有“基因”的功能，只有攜帶有遺傳信息控制和編碼的相對保守性標志的DNA序列才能成為基因。就人體基因而言，它必須包含著人體的遺傳信息。
（三）人體基因的生物學作用
人體基因可以決定人的生命種類，孕育人的生命形態。不同種類的基因將孕育出不同種類的物種，人體基因將孕育出“人”這種物種。同時，它可以決定人體的性狀。它不僅可以通過復制把遺傳信息傳遞給下一代，還可以使遺傳信息得到表達，使后代表現出與親代相似的性狀。基因不同，人的高矮胖瘦，黑白美丑等也不同。此外，“許多非傳染性疾病直接與一個人的基因有關。正常基因在自身復制過程中或在外界條件發生改變的情況下，有可能發生基因突變而形成缺陷基因。缺陷基因的最大危害在于使人患上遺傳病。”可見，人類所有疾病或健康狀態與基因都有直接或間接的關系，人體基因與人的健康密切相關。
二、人體基因研究的法律意義
無論從宏觀上還是從微觀上來說，對人體基因進行研究，尤其是對其客體地位進行研究都具有十分重要的法律意義。本文主要從其微觀的角度對其法律意義做一個簡單的分析。
（一）有利于促進人體基因生物科學技術研究的良性發展
這主要表現在有利于規范基因工程行為和基因治療行為。基因工程也叫遺傳工程，是非常先進的技術，但對于該行為如何定性和規范，人體基因到底屬于誰等問題都只有在明確了人體基因的客體性質后得到解答，從而規范基因工程的實施行為，進而為生物科學家們在生物技術領域的工作開展提供法律依據。而現已擁有用正常基因彌補缺陷基因治療某些遺傳性疾病的方法。對人體基因客體性質進行研究，將可以保障基因治療活動的順利開展。
（二）為預防和懲治人體基因犯罪行為作前期法學研究
學界對基因犯罪的概念探討不多，但基因犯罪行為確有存在的可能性。現實中可能出現功能性犯罪行為，即利用基因技術進行犯罪；也可能出現濫用基因技術，從而形成犯罪的行為。無論是哪一種基因犯罪行為都會帶來十分嚴重的危害性。我們需要加強對人體基因客體性質的研究，為預防和懲治行為人利用人體基因進行犯罪的行為提供前期的法學基礎。
（三）規范“基因識別卡”的制作，防止基因信息泄漏和基因歧視
“基因識別卡”，即“基因身份證”，是發展起來的一項新技術。它與普通身份證大小一樣，但不具法律意義。其中的信息表述了一個人生活方面的全部秘密，如果違背了個人的主觀意愿，利用或公開個人有關的信息就很容易地對其人格利益造成重大的損失，而可能發生由基因差別產生的歧視。“基因歧視”自提出至今，已經被廣泛使用。人體基因的巨大作用也決定了基因歧視會給人造成最深層次的傷害。因此我們應該規范“基因識別卡”的制作，防止因建立“基因識別卡”而帶來的基因信息的泄漏以及“基因歧視”行為的出現。
三、人體基因的法律客體性質
（一）我國現有法律客體的反思
民事權利客體又被稱為民事法律關系客體。我國通說認為民事權利客體有物、行為、智力成果和人身利益等。隨著時代的發展“信息”被廣泛關注。傳統民事權利客體體系中卻沒有“信息”的存在。不可否認的是信息已然出現，并且無法被現有的法律客體范圍所涵蓋的，它必須單列出來。信息的含義是廣泛的，民法中也沒有必要對所有的信息都加以保護，但是對部分必需的、無法被現有法律客體的范圍所涵蓋的信息則應當被確認保護。因此可以同對其他民事權利客體的內涵規范一樣，設定一定的標準來進行有限的并且是積極有效的保護。
（二）人體基因的法律客體屬性的學說觀點
人體基因的法律客體屬性與人體基因的權利屬性密切相關。人體基因權利屬性的確定直接關系到人體基因權利保護的體系和內容。關于人體基因的權利屬性，學界主要有以下觀點：
（1）人格權說。身體是人格權中“身體權”的客體，尚未與身體分離的基因，可直接適用身體的法律地位；同時基因具有“人身專屬性”，基因就是這個人本身，是人格權的客體，具有人格性。該說看到了人體基因的“身體之一部分”和“人身專屬性”的特點，但它忽視了基因的生物學作用和基因對一個人的影響力；（2）財產權說。此學說認為基因信息具備許多財產的特征，形成“財產說”。它側重于人體基因運用中的巨大“經濟價值”，但實際上它并沒有看到人體基因與人身之間的關系；（3）知識產權說。該說認為基因不僅是單純的物質，還具有“人身專屬性”。它強調了人體基因不僅是一種物質，還存在人身利益，這也是不對的，因為法律上的物是指有體物、特定物、獨立物，而人體基因事實上是一段按一定順序排列的一個序列，并不具有物的特征；（4）人格權、財產權并存說。該說認為當基因在身體內時就對基因以人格權的客體進行保護；當基因離開身體的時候就以財產利益進行保護。基因是DNA分子上具有遺傳信息的特定核苷酸序列，不會因為位置的改變而改變，因此該說混淆了基因與人體器官的概念；（5）人類共同財富說。該學說認為每一個人的基因都不完全是自己的，而是祖先經無數年的演化發展，一代一代遺傳下來的，人體基因是全人類的共同資源財富。該說主要強調了人體基因“世代遺傳”的特性，這是對的，但是我們這里強調的是對個人基因的法律性質進行研究，而不是強調宏觀上的一個體系。
（三）人體基因的法律客體性質
1.人體基因是一種民事信息。民法上的信息即民事信息，是指受民法調整的以聲音、語言（包括計算機語言）、文字、圖像、動畫等符號方式對事物進行表現的、關于平等主體之間的人身關系與財產關系的非物質內容。基因是DNA分子上具有遺傳信息的一段序列。“序列”的意思是按次序排好的行列，不是一個物，物只是它的載體。它也是確定的，可以被人類所控制的，獨立的存在的。同時，人體基因對人巨大作用就說明了它是有價值的。因此，人體基因滿足民事信息的所有屬性，它是一種民事信息。
2.人體基因是一種人身性質的信息。民事信息客體可以分為財產性質的信息與人身性質的信息。人身性質的信息第一屬性便是與人身相關，它與民事主體自身的主體資格密不可分。人體基因不僅可以通過復制把遺傳信息傳遞給下一代，還可以使遺傳信息得到表達。它包含著決定人類生、老、病、死以及精神、行為等活動的全部遺傳信息，具有“人身專屬性”。因此人體基因是一種人身性質的信息，而不是一種財產性質的信息。
3.人體基因是自然人最機密、最根本的人格信息。人身性質的信息可以分為身份信息和人格信息。人格是指人作為權利、義務主體的資格。人體基因是人生而具備的，不是因為后天被“賦予”的，因此它是一種人格信息而不是一種身份信息。
人體基因具有隱私屬性，但不是一般的隱私信息，僅僅歸納入隱私權進行調整是不夠的。人格信息有很多種，例如人的身高、體重、身體機能的各項指標等。這些信息也是一種隱私信息，如果被竊取可能會對人產生不利影響，但是一般不會危害到人最寶貴的生命和健康。而如果一個人的基因信息被不法獲取之后可能會被不法利用，給人的生命健康造成影響。這種影響無疑是巨大的、無法挽回的。因此可以說人體基因是自然人最機密、最根本的人格信息，它應當被特殊保護而不是僅僅規定在一般的隱私信息中。
參考文獻：
[1]孫明.基因工程[M].北京：高等教育出版社，2006.
1K．marxianus生產酶類
K．marxianus在產酶方面的應用是其在現代工業生物技術應用過程中的最重要的組成部分之一。實驗結果表明，K．marxianus可以分泌產生十余種工業生物技術領域的水解酶(表1)。K．marxianus在生產酶類方面具有的優勢，除去本身的耐高溫、生長快等特點，還可以利用較為廉價的底物或者誘導物，如乳清和玉米漿［4］等發酵生產酶類，是工業生產過程中獲得更為廉價、更多種類酶類的重要保證。同時，一些熱穩定酶類如脂肪酶、葡萄糖苷酶等均可以從K．marxianus的培養過程中獲得。β-半乳糖苷酶(β-galactosidase)或者乳糖酶可以水解奶制品中的乳糖供許多乳糖不耐癥患者食用，可以解決乳清的處理問題，而且還能生成一種功能性食品 添加劑———低聚半乳糖，促進人體內雙歧桿菌等益生菌增殖，在食品和醫藥工業中具有重要應用。目前的商業用半乳糖酶一般來自于乳酸克魯維等菌株，但其分泌效率太低。K．marxianus是近年來備受關注的產酶菌株，其產生的半乳糖苷酶是一種誘導酶，在葡萄糖培養基中表達量不高，在含有乳糖的培養基中能夠得到較高產量的半乳糖苷酶。但也有研究表明一些其他的廉價底物也可以作為誘導物用于K．marxianus半乳糖苷酶的生產，如玉米漿。以100g/L的玉米漿為底物，K．marxianus所產半乳糖苷酶比用乳糖為培養基時高20%。此外，溶氧對半乳糖苷酶的生產至關重要，當攪拌轉速/通氣速率為700r/min/0．66vvm時，半乳糖苷酶的產量比在500r/min/2vvm時高50%。采用γ-射線對K．marxianus進行誘變后，提高了β-半乳糖苷酶的產量及對熱的耐受性，敲除轉錄抑制因子Mig1的突變株K．marxianusKM實現了β-半乳糖苷酶的過表達，達到121．0U/ml。同時，由于半乳糖苷酶是胞內酶，為了提高其水解乳糖的效果，純酶的使用更能滿足產業化需求。因此，研究半乳糖苷酶分離純化方法，是滿足其工業化使用的必要前提。
菊粉酶是一類能夠水解β-2，1果糖糖苷鍵的水解酶，按其作用方式，可分為內切型菊粉酶(o-inulinase)和外切型菊粉酶(ex-inulinase)。目前，菊粉酶廣泛應用于低聚果糖和高果糖漿生產、以及菊芋乙醇生產等多個領域。但到目前為止，國內外學者關于菊粉酶的研究大多注重產酶菌株的篩選、發酵條件優化及酶基因克隆等方面，涉及菊粉酶分泌表達調控的報道極少。菊粉酶的表達調控機制十分復雜，而且表現為明顯的菌種依賴特性。目前還沒有完整的調控體系了解其合成過程，嚴重阻礙了菊粉酶在工業化中的應用。菊粉酶的分泌除受底物誘導、分解物阻遏外，還與發酵體系中的溶氧和氮源等因素密切相關。克魯維酵母菊粉酶的表達受到分解產物的阻遏，該阻遏是發生在轉錄水平，但對于其中的調控機制仍不清楚。碳源代謝抑制因子CreA和糖代謝激活因子InuR在菊粉酶表達調控中具有重要作用。Silva-Santisteban等發現在葡萄糖、果糖和蔗糖中，菊粉酶分泌的細胞外動力學相似，但是蔗糖濃度對菊粉酶活力影響很大，而且富含O2的空氣，既不能提高菊粉酶的產量也不能抑制乙醇的生產。菊粉酶的活性是采用集成生物加工策略(CBP)發酵菊芋生產乙醇的最關鍵因素。因此，研究和了解菊粉酶的相關調控機制，對于菊粉基原料的CBP技術的發展至關重要。我們實驗室研究了K．marxianusYX01菊粉酶的表達調控的相關影響因素，結果表明菊粉對菊粉酶的產生具有一定的誘導作用，而葡萄糖對產酶過程有一定程度的抑制作用;碳源濃度對K．marxinausYX01產酶具有較為顯著的抑制作用，當菊粉濃度為60g/L時，菊粉酶的活性僅有20g/L時的50%。通氣量對菊粉酶分泌有較大影響，當通氣量超過0．5vvm時，菊粉酶活力可達到不通氣時的4倍。外加高濃度乙醇對細胞生長有明顯的抑制作用，但并沒有影響菊粉酶分泌，而且對于分泌到胞外的菊粉酶，其活性基本不受外加乙醇的影響。菊粉酶的產生與乙醇發酵條件是矛盾的兩個方面，闡明乙醇發酵條件下菊粉酶分泌及相關代謝調控機制，是提高菊粉酶活性進而提高生產效率的關鍵。
多聚半乳糖醛酸酶(ploygalacturonase，PG)能夠隨機地水解兩個非甲基化的半乳糖醛酸間的α-1，4-糖苷鍵，在水果和蔬菜加工領域具有重要應用。PG除在高等植物、霉菌和細菌中存在，也存在于蝸牛的消化液中。但商業化應用的半乳糖醛酸酶除含PG活性外，還存在不需要的甲酯酶(PE)和淀粉酶。K．marxianus能夠分泌PG而無PE活性，是生產多聚半乳糖醛酸酶的理想菌株。目前影響K．marxianusPG合成因素的研究主要集中在碳源和溶氧兩個方面。溶氧是PG合成過程中的限制因素，無氧條件有利于PG的積累，而隨著溶氧濃度的增加，PG合成明顯受到抑制，甚至停止分泌。同時碳源對于PG的合成也具有不同程度的影響。研究結果表明，果膠的添加有助于PG的合成分泌，而半乳糖醛酸、多聚半乳糖醛酸或乳糖抑制了PG的合成，甚至使其無法表達。因此，合適的微氧環境(同時滿足單細胞生長及PG生產的必須)及碳源誘導物的添加將是K．marxianusPG合成研究的重要方向。脂肪酶廣泛應用于有機化學合成、醫藥、食品、皮革、生物轉化等多個領域。K．marxianus分泌的脂肪酶由于具有明顯的熱穩定性而受到廣泛關注。而且以K．marxianus作為宿主異源表達酯酶(或脂肪酶)為酯酶的研究提供了新的方向。K．marxianus能夠分泌β-葡萄糖苷酶、木糖酶等纖維素水解所需的酶類，在纖維素降解過程中起重要作用。過氧化物歧化酶(SOD)［34-35］、氨肽酶等也均見于K．marxianus分泌產物中，它們也都是因其較高的熱穩定性而被人們所關注。但是對于這些低產量酶來說，濃縮以及分離純化技術的研究顯得尤為重要。110綜上所述，K．marxianus所產不同種類的水解酶在生產過程中具有不同的優勢與缺點，但就總體而言仍停留在實驗室階段，并未真正實現工業化，主要的問題就是如何盡可能提高其產酶水平來達到工業化的要求。據文獻報道，克魯維酵母與釀酒酵母不同，屬于Crabtree-negative，因此其生長發酵的調控機制存在差異。最基礎的方式可以采用培養條件的優化在一定程度上提高酶活力;進一步研究產酶過程對于氧氣傳遞的響應，全面理解氧氣在產酶過程中的重要作用;最后可以采取突變育種或者基因工程改造的方式，獲得較為高產的菌株。另外，對于酶的分離純化工藝的研究，也將是推進其工業化進程的重要方面。
2K．marxianus乙醇發酵
生物乙醇是目前為止研究最早、技術最為成熟的生物質能源產品，是公認的最有可能替代化石能源的生物質能源之一。而K．marxianus因其較為廣泛的碳源譜，是現今利用廉價原料生產乙醇的理想菌株。K．marxianus能夠在較高溫度的條件下發酵乙醇，為工業生產過程大大節約了成本，并減小了污染的可能性。表2給出了K．marxianus利用菊芋、糖蜜、乳清、纖維素等不同底物產乙醇的情況。菊芋(Jerusalemartichoke，JA)以其耐瘠薄、耐鹽堿、抗干旱和生物質產量高等優點被國家列為重點發展的非糧能源植物，其塊莖中的主要成分是菊粉，占干重的60%～70%，由果糖殘基經β-2，1糖苷鍵脫水聚合而成，末端為一個葡萄糖分子，可以通過酸解和酶解等途徑轉化為易于發酵的果糖。以菊芋作為燃料乙醇的底物已進行了廣泛的研究，其中利用同時具有產菊粉酶和乙醇發酵能力的克魯維酵母進行乙醇發酵(CBP技術)是最有希望實現工業化生產的技術路線，但仍然存在發酵時間長、終點乙醇濃度低及剩余殘糖高等缺點。最近，有學者報道了綜合利用菊芋秸稈和塊莖，進行全生物質的發酵過程，也為菊芋乙醇的工業化提供了更為全面的保證。我們實驗室對于利用菊芋生產乙醇進行了大量的工作。篩選得到的K．marxianusYX01，以菊粉為底物，發酵終點乙醇濃度92．2g/L，達到理論值的85．5%;同時開發了批式補料工藝，菊芋干粉生料發酵的終點乙醇濃度達到94．2g/L。通過添加輔助酶制劑及換用不同的攪拌槳，進一步降低發酵過程中醪液黏度大的問題，使乙醇的終濃度及收率得到提升，為其工業化生產奠定了基礎。但是，我們實驗發現在相對無氧條件下乙醇得率高于有氧條件，而發酵時間卻大大延長，這嚴重制約了菊芋乙醇的工業化進程。因此，今后的工作將從提高限氧發酵過程中菊粉酶活力或調控發酵過程的通氣量來達到在較短發酵時間下實現更高的乙醇得率。K．marxianus可以直接利用乳清中的乳糖生產乙醇。乳清是干酪和干酪素生產過程中的一種副產品，主要成分為乳糖(74%)，其次還有一些蛋白質、礦物質和脂肪等，是一種理想的生產乙醇的廉價原料。發酵乳清生產乙醇還可以解決乳制品生產中廢水排放的問題。但是，一般來說乳清中的乳糖含量較低，使得發酵終點的乙醇濃度較低，增加了后續蒸餾成本。但是，通過培養條件的不斷優化，利用乳清中的乳糖直接生產乙醇的規模化生產也將越來越具有競爭力。
對于K．marxianus發酵糖蜜生產乙醇的報道也比較廣泛。糖蜜是制糖工業的一種副產品，也是一種較為理想的廉價材料。糖蜜種類較多，包括甘蔗糖蜜、甜菜糖蜜、葡萄糖蜜等，不同種類的糖蜜糖含量、糖種類具有差異。以甘蔗糖蜜為例，其還原糖總量可以達到50%～60%(w/v)，其中蔗糖占60%左右。此外，糖蜜中還含有一些氮源、生物素等促進細胞生長的物質，但同時也含有一些對細胞有毒害作用的物質。在使用糖蜜為碳源時，由于糖濃度較高，要求細胞耐滲透壓的能力好，對乙醇的耐性也要求較高。利用秸稈等纖維素原料生產乙醇一直都是人們關注的重點，廉價的原材料可以更大程度地降低燃料乙醇的生產成本，使其在燃料市場上具有更強的競爭力。秸稈中主要含有40%左右的纖維素，還含有半纖維素、木質素和灰分等組分，水解后得到的葡萄糖、木糖等可以被微生物利用生產乙醇。同步糖化發酵工藝(SSF)由于能降低分解產物對纖維素酶的抑制作用，是纖維素乙醇生產最有前途的工藝路線。從目前的研究來看，纖維素酶的最適溫度為50℃左右，與大多數微生物生長的最適溫度30℃或者37℃不一致，使得SSF發酵過程效率很低。K．marxianus具有在高溫條件下生長并產生乙醇的特性，所以利用K．marxianus實現纖維素乙醇的同步糖解共發酵，是未來纖維素乙醇的重要研究方向。來源于Aspergillusniger的內切β-1，4葡聚糖酶(o-β-1，4-glucanase，EG)基因和來源于Thermoascusaurantiacus的β-葡糖苷酶(β-glucosidase，BGL)基因、纖維二糖水解酶(cellobiohydrolase，CBH)基因已成功地整合于K．marxianusNBRC1777基因組，在45～50℃條件下，實現了纖維素酶的功能表達，為今后更好地實現同步糖化發酵纖維素類原料生產乙醇奠定了基礎;此外，纖維素降解后含有35%左右的五碳糖，很難被常規的乙醇發酵微生物如釀酒酵母所利用。K．marxianus可以利用木糖等生產乙醇，在五碳糖的利用方面具有較為明顯的優勢。但是，K．marxianus利用木糖的速率方面及乙醇的產率還需要進一步提高。以K．marxianus為宿主，利用表面展示的方法，將纖維素降解所需的各種酶類如EG、BGL、CBH及木聚糖利用的酶類如木糖苷酶、木糖轉運酶等表達，構建聯合加工菌株(CBP菌株)，可能是未來解決纖維素乙醇生產的途徑。
3K．marxianus作為宿主表達外源蛋白
酵母細胞用于外源蛋白的分泌表達一直受到人們的廣泛關注，S．cerevisiae、P．pastoris等研究相對成熟的表達系統以其適于大規模生產、翻譯后修飾系統較為完善以及無內毒素污染等優點而被研究人員廣泛應用。但同樣酵母細胞也具有信號肽加工不完全、誘導周期長等缺點。近年來，K．marxianus作為宿主細胞用于表達外源蛋白方面的應用越來越多。三種表達系統的優勢和不足見表3。正是由于K．marxianus在表達外源蛋白方面所特有的優勢，對其進一步的研究以及開發利用顯得更為重要，而且隨著研究和應用的深入，K．marxianus作為宿主表達外源蛋白將能更好地彌補另兩種酵母的不足，取長補短，更加深化酵母宿主表達外源蛋白的應用。
3．1K．marxianus表達載體、啟動子以及轉化方法的研究進展表達載體是基因外源表達的關鍵。最早應用于K．marxianus轉化的表達載體，pGL2，出現在1984年。但是，真正使得K．marxianus作為表達宿主而受到人們關注是由于pKD1質粒的發現，pKD1質粒全長4．8kb，目前以其為基礎而獲得的多種雜交質粒已廣泛應用于外源蛋白表達的研究中。啟動子的選擇決定了外源基因表達的成敗。目前應用于K．marxianus表達系統的啟動子分為三類:(1)其自身啟動子，如PCLP，INU1［68-69］等，而且有實驗表明，比起S．cerevisiae啟動子，K．marxianus自身啟動子會明顯提高異源基因在其中的表達量。Bergkamp等使用INU1成功地實現了β-半乳糖苷酶的異源表達;(2)來源于S．cerevisiae啟動子，如TDH3，GAL1等。目前針對它們的研究也較為廣泛，許多S．cerevisiae中較為成熟、功能明確的啟動子均可直接用于K．marxianus外源基因表達。Nonklang等以ScTDH3為啟動子使得曲霉α-淀粉酶基因得到表達;Lee等測試了四種在S．cerevisiae較為常見的啟動子應用于K．marxianus異源表達的情況，4種啟動子表達強弱為PGPD＞PADH～PTEF＞＞PCYC，為今后異源基因在K．marxianus不同程度的表達奠定了基礎;(3)非酵母啟動子，如利用Tet-off［70］啟動子構建的pTetGus載體成功地實現了β-葡萄糖醛酸酶基因的異源表達。適當的轉化方法也在整個重組過程中發揮重要作用。一套由LiAc介導的K．marxianus細胞轉化方法可以簡單、快捷地用于K．marxianus的轉化過程。而且DMSO對于轉化過程具有抑制作用，而DTT具有促進作用，10mmol/L的DTT最適于轉化過程的進行。多基因同時整合入K．marxianus染色體技術［73］的實現不但大大節省了人力與時間，也說明了K．marxianus作為宿主正在研究中逐步趨于成熟。
3．2典型外源蛋白在K．marxianus表達系統中的分泌表達K．marxianus作為宿主表達異源蛋白具有更高的分泌效率，這為后續的分離純化以及工業化生產降低成本奠定了基礎。研究表明，K．marxianus所表達的一種熱穩定酯酶，50%左右分泌到了胞外，而相應的在K．lactis和S．cerevisiae中只有12%左右，而且在K．marxianus中，只有17%的酶存在于周質空間，但在K．lactis中達到了25%，在S．cerevisiae中，甚至超過了80%。負責酵母菌絮凝性狀的絮凝基因成功地在K．marxianus中得到表達［71］，使其具有絮凝性狀，可能會提高其對纖維素預處理過程中生成的有毒物質的耐性及乙醇耐性，為今后其在纖維素乙醇發酵中的應用提供了保證。對于K．marxianus外源基因的表達研究在很大程度上受制于其基因工程操作方面理論的不足，很多在S．cerevisiae和K．lactis中比較成熟的轉化系統、啟動子等都很難用于K．marxianus的表達過程，而且成功表達的基因在其蛋白產量、酶活力或者優良性狀的獲得方面還有待于進一步改善，蛋白或者酶的進一步分離提純方法以及產量的進一步提高也有待于更多的研究。
4展望
關鍵詞:高三生物復習 精心備課 提高課堂效率
生物學科具有知識點多,相互聯系緊密、層次分明,頗有形散而神不散的特點。高三生物教學的主要目標就是讓學生理順眾多知識點,理清知識點之間的相互聯系,使知識網絡間層次分明,解題時能再現相應知識點,經過加工、分析、判斷得出合理的結論,從而提高高三學生的記憶能力、整理能力、分析能力、解題能力、聯系發散的思維能力等。自江蘇省實施新課改始,面對減時不減量這一矛盾,生物教師最迫切的問題就是如何提高四十五分鐘的課堂教學教育的效率,盡量在有限的時間里,出色地完成高三生物教學任務,提高課堂效率。而要做到這一點,充分的課前準備必不可少。筆者認為課前準備的總體思路是:凡是能不在課堂上完成的事情,都不放在課堂上完成。
一、備學生
高三學習過程中,學習的壓力很大,學生不可避免地會發生這樣和那樣的問題。性格外向的學生肯能會主動和老師交流,來解決學習、生活和心態上的問題,但性格內向的學生卻不會。這就需要教師細心觀察,主動和一些可能存在困難的學生進行探討、交流和鼓勵。對學生取得的進步加以肯定和表揚,對學生存在的困難給以建議和幫助,對學生發生的錯誤給予善意的批評和指正。情感上的交流,不僅能解決學生的很多問題和困難,還能大大拉近學生和老師的心理距離,使班級出現健康、積極的學習氣氛。
筆者此前帶的一個高三物理生物班,接手時問題很多,如作業不能及時完成,作業存在一定抄襲現象,課堂上有學生不注意聽講看課外書、玩手機,有的學生嚴重偏科,語數外在班上名列前茅,而物理和生物遠遠落后等。接手后,發現有問題及時找學生交流,從高三學習的緊迫感、高校學習生活的美好前景和一定的懲罰等措施,耐心分析討論問題產生的原因、造成的后果、解決的方法,在班主任和各科任教師的一起努力下,班級學習面貌和風氣大為轉變,優秀生偏科得到有效改善,學困生的學習動力大大增強,班級各科成績也顯著提高。
二、備知識點
一輪復習,強調知識點的覆蓋面要廣,學生對知識點的記憶要牢。例:《生物的變異》中,對基因突變的實例、定義、突變原因、發生時期、突變性狀能否遺傳、突變的類型、特點、意義、誘變育種等知識點,都要復習到,要求學生做好記憶理解。并通過默寫、老師抽查、學生相互檢查等方式,了解學生對知識點的掌握牢固程度。
二輪復習要深挖,打破書本原有框架的束縛,進行橫向和縱向的聯系。例:《生物的變異》中,基因突變與生物進化的關系,對種群基因頻率的影響,與基因重組和染色體變異的區別,誘變育種與雜交育種、基因工程育種的區別和聯系等,都要串聯起來,把眾多知識點組成網絡。《光合作用和呼吸作用》中,筆者結合近幾年全國各地高考題,特別是2009年高考生物試題及其命題思路和考查的知識范圍、能力要求等可以看出,新陳代謝是復習的重點;關于光合作用和呼吸作用的試題綜合性強、靈活性很大、與農業生產聯系緊密,是高考命題的重點、熱點。因此在2010年的復習備考中,關于本專題的復習,應該從以下幾個方面加以訓練:第一、夯實基礎,突出主干。在復習本節內容時,要對光合作用和呼吸作用的過程有個徹底的全面的掌握,要以光反應和暗反應的物質變化和能力變化為主線,影響光合作用的外界因素、葉綠體中色素的種類及吸收光譜等為主要內容,特別注意光合作用與呼吸作用等的聯系。第二、強化高考熱點題型的訓練,提升解題能力。高考熱點題型有:⑴實驗設計類題型、⑵曲線圖題型、⑶表格類題型等。在平時的訓練中,應注重選擇一些關于光合作用和呼吸作用方面的典型題目進行訓練分析,掌握解題方法、技巧,培養理解能力、獲取信息的能力、實驗設計的能力和綜合應用能力。第三、建構解題模型,精選變式習題。研究高考試題對生物復習具有指導作用,分析2009年高考試題,可以得出解題的思路,平時復習題應以追求質量為先,要在過去的高考試題中去尋找規律,這樣才能精選出貼近高考試題的變式習題或模擬題,以提高復習效率。
三輪復習要強調熱點和高頻考點。例:近來2年江蘇高考,對基因工程的考查一直都有,屬于高頻考點,則在復習中,對基因工程和蛋白質工程的復習更要重視和深化,在訓練中作一定的題目量傾斜;現在的世界,環境問題日益突出,基因工程對環境問題的困擾和解決上,都要作正面和反面的分析。這兩年,地震災害非常頻繁,對與地震中被困人體的調節過程、人體調節的極限和被困不同階段人的應對原理,也要有一定的準備和應對。
三、備講義
講義是知識體系的載體。講義應包括知識整理、典型例析、課堂訓練、課后作業四個部分。知識整理,主要針對本課要復習的內容,以填空題、問答題的形式呈現,以幫助學生喚醒記憶,并找出記憶的遺漏和模糊的地方,加以鞏固。典型例析,以近幾年高考原題為例題,剖析題目的題眼、切入點、相關知識、組織答案的過程,力爭充分暴露思維過程,讓學生有法可依。并設計幾條關于該題的變式訓練,以加強對此類題目的理解應用。課堂訓練,以本課復習內容為主,5條單選、1條多選和1條簡答題,在10到15分鐘內限時完成,以考查學生能力情況并發現其中的問題。課后作業,以綜合題目為主,設計7條單選、2條多選、3條簡答題,時間控制在30分鐘左右。其目的是保持和加強學生對生物整體知識的敏感性。
四、備課件
高三復習課上使用的課件,不要求如比賽中的課件那樣精雕細琢,只要以powerpoint簡單寫出文字和圖形就行,強調的是實用性和快捷性。一般課件以知識整理、典型例析和變式訓練為主,筆者準備一節課的課件完成時間在0.5小時左右,主要時間花在設計變式訓練上。課件的使用目的是輔助講義的使用,加強題目的直觀性。上課時可以靈活應用,可以多講,可以選講,也可以不講。總之是為課堂需要而服務,而不能因為順應課件中知識的順序和內容而改變課堂正常內容和節奏。
五、備作業
轉移植物基因的兩種方法
一種或多種外源性基因是如何轉入另一種植物（作物）體內的呢？可以用一種通俗的比喻來解釋。
例如，人類社會是由無數個家庭組成的，每個家庭都有固定的家庭成員，除了血緣的緊密紐帶關系外，還有經濟和其他的關系把家庭成員固定在一起，家庭成員不會輕易分離，同時一個家庭也不會讓陌生人進入。一旦有另一名成員進入一個穩定的家庭，除非是特別親近的親屬關系或收養關系，都會受到這個家庭成員的排斥，不可能被這個家庭接受，所以被稱為“第三者”。
一種植物體內的染色體（DNA）中的基因也是固定的，輕易不能分開和分解，一個或幾個外源性基因就是第三者，一般是不會被一種受體植物所接受的，如果受體植物發現了外源性基因，就會用自身的武器，如DNA酶來降解（殺滅）外來基因。因此，為了有效轉移外源性基因，如將外源性的抗蟲基因――蘇云金桿菌殺蟲晶體蛋白基因（Bt基因）轉移到棉花中，就得采取兩種辦法。一種是載體轉移（包裝法或間接法）；另一種是直接轉移，或強行轉移。
用載體作為媒介進行基因轉移就是將目標基因連接或包裹于某一載體DNA中，載體通常是微生物，然后通過載體感染受體植物，將外源性基因轉入植物細胞。直接轉移是利用植物細胞生物學特性，通過物理、化學和生物學方法將外源性基因轉入植物細胞。
所以，前一種方法是包裝法，也是一種蒙蔽或欺騙方法；后一種方法是強硬的，有一點像陌生人或強盜強行闖入別人的家庭，并登堂入室，占據主要位置，或者說反客為主。
載體轉移
載體轉移又稱為農桿菌載體轉移。20世紀70年代末80年代初，研究人員發現，野生型Ri（根誘導）和Ti（瘤誘導）質粒可以轉化煙草和馬鈴薯細胞獲得再生植株，此后，以Ti質粒為載體的植物轉基因技術逐漸得到應用。今天，農桿菌介導的轉基因法是最主要的一種載體轉移方法。利用經過改造的農桿菌Ti和Ri質粒為載體可以高效地轉移外源性基因。
農桿菌是一種在土壤中生活的微生物，分為根癌農桿菌和發根農桿菌，它們的細胞中分別含有Ti質粒和Ri質粒。根癌農桿菌中的Ti質粒可以轉化植物細胞而產生冠梁瘤，發根農桿菌的Ri質粒可以侵染雙子葉植物而產生大量的不定根（或稱之為毛狀根）。
無論是Ti質粒還是Ri質粒，其上有一段轉移DNA（T-DNA），農桿菌通過侵染植物傷口進入細胞后，可將轉移DNA插入到植物基因組中，并且可以通過減數分裂穩定地遺傳給后代，這就讓農桿菌可以把一種或多種外源性基因轉移到某種受體植物中。
最初研究人員發現，當植物受到損傷時，傷口處的細胞會分泌大量的酚類化合物，因而吸引農桿菌移向這些細胞，這時農桿菌中Ti質粒上的轉移DNA轉移到受傷的植物細胞（受體細胞），并且整合到受體細胞染色體的DNA中。在自然條件下農桿菌只是感染雙子葉植物和裸子植物，對大多數單子葉植物沒有感染能力。
因此，如果將一段目標基因（外源性基因）插入到Ti質粒的轉移DNA上，通過農桿菌的轉化作用，就可以使目標基因進入受體植物細胞，并將其插入到受體植物細胞的染色體中，使目標基因的遺傳特性得以穩定維持和表達。抗蟲的Bt基因就是這樣被轉移到棉花或玉米中的。當然，農桿菌介導法起初只用于雙子葉植物的基因轉移，但是，近年來隨著基因工程技術的發展，農桿菌介導的轉基因也在一些單子葉植物，尤其是水稻中得到廣泛應用。
利用載體對植物進行外源性基因的具體轉移過程如下：
一是獲取目標基因，即在目標基因被克隆后，用限制性核酸內切酶切割下目標基因。
二是把目標基因與載體相連（構建載體），即用DNA連接酶將目標基因與載體（大多數選用質粒）連接起來。
三是將目標基因導入載體細胞，即把含目標基因的重組質粒導入農桿菌細胞。
四是對目標基因進行檢測與鑒定，用DNA分子雜交技術和抗原-抗體雜交技術進行個體生物學水平鑒定，以確定農桿菌細胞中是否包含目標基因。
五是將成功表達外源性基因的農桿菌細胞導入受體植物（如棉花）內，然后再對受體植物進行目標基因的生物學鑒定，如果受體植物中有目標基因的表達，說明轉基因獲得成功。
目前，利用農桿菌載體進行外源性基因的轉移是采用得最多的植物轉基因方法。當然，除了Ti質粒和Ri質粒為載體的基因轉移外，還可以用脂質體為載體進行基因轉移。脂質體是由磷脂組成的膜狀結構，因此可將目標基因包裝在脂質體內以避免受體植物細胞中的DNA酶將目標基因降解，從而保證目標基因轉入到受體植物的細胞中。
所以，無論是利用農桿菌載體進行轉基因，還是利用脂質體為載體進行轉基因，都是通過包裝的方法進行基因的轉移，也能避免受體植物中的DNA酶排斥外源性基因。
直接轉移
把外源性基因直接轉移到另一種植物中也是一種強行轉移。這正如陌生人要進入一戶人家，沒有鑰匙進不了門，沒有經過主人允許和開門也進不了門。但是，還有一種方法能進門，即強行入門，強行的方法就包括，撬掉門鎖、敲碎窗戶以及翻墻進入等。外源性基因的直接轉移就是如此。
直接轉移一種外源性基因到受體植物中也有多種方法，包括電穿孔法、基因槍法和微注射法（子房注射法）等。
1.電穿孔法
電穿孔法指的是，細胞在外加高壓電脈沖電場的作用下，細胞膜表面產生疏水或親水的105～115微米微小通道，這種通道能維持幾毫秒到幾秒，然后自行恢復。在此期間生物大分子如基因片段可通過這種微小的通道進入細胞，因此能把外源性基因轉入受體植物體內。
現在，這種方法已較廣泛地應用于單子葉和雙子葉植物的基因轉移，同時也應用于動物的基因轉移。早在1995年，美國農業部研究所就用這種方法把兩種著色劑――錐蟲藍和熒光素二乙酸鹽直接轉入到大豆、紫花苜蓿、煙草3種植物的細胞中，并獲得高水平的基因表達。到了20世紀80年代末，研究人員也用電穿孔法將新霉素磷酸轉移酶基因轉入玉米自交系的原生質體，從而生成植株。此后，抗草甘膦除草劑的轉基因大豆、棉花、玉米和油菜等也相繼問世并獲得廣泛種植，方法也是采用電穿孔法。
現在，抗草甘膦除草劑的轉基因作物已成為全球播種面積最大的轉基因作物。草甘膦殺死雜草的原理在于競爭性抑制植物葉綠體或者質體中的5-烯醇丙酮莽草酸-3-磷酸合成酶（EPSPS），這種酶是多種植物和雜草所共同擁有的。通過轉基因的方法，讓受體作物如棉花、玉米、大豆產生更多的EPSPS，就能抵抗草甘膦，從而讓作物不被草甘膦除草劑殺死。有了這樣的轉基因棉花、玉米和大豆，農民就不必使用多種除草劑，只需使用草甘膦一種除草劑就能殺死多種雜草。
2.基因槍法
基因槍法又稱粒子轟擊技術，是用粒子槍把表面吸附有外源性基因的金屬微粒高速地射進植物細胞或組織。由于根癌農桿菌僅對某些雙子葉植物敏感，而對多數單子葉植物不敏感，從而限制了根癌農桿菌Ti質粒介導法（農桿菌載體）轉移基因。但基因槍法不受宿主限制，宿主既可以是雙子葉植物，也可以是單子葉植物，它們也即受體植物。
基因槍法可控度高，同時不需要去除受體植物細胞的細胞壁，被轉化的細胞或組織容易再生成植株。基因槍轟擊過程中可根據需要將射彈射入特定層次（位置）的細胞，有利于提高轉化效率。基因槍法操作簡單、迅速，但費用較高。基因槍法主要用于轉移植物基因，也可用于對動物、微生物等的基因轉移。
現在利用基因槍法轉基因技術獲得的轉基因園藝植物較少，只有楊樹、云杉等，而獲得的轉基因水稻、玉米、煙草、大豆、木薯等作物較多。基因槍法現在還存在轉化效率低、外源性基因向植物中插入不夠精確和穩定性不高等缺點。
3.子房注射法
子房注射法也稱微注射法。子房是被子植物生長種子的器官，位于花的雌蕊下面，一般略為膨大。子房里面有胚珠，胚珠受精后可以發育為種子。子房由子房壁和胚珠組成。當傳粉受精后，子房發育成果實。子房壁最后發育成果皮，包裹種子，有的種類形成果肉，如桃、蘋果等。
子房注射法就是使用微注射針或顯微注射儀將外源性基因注入處于減數分裂期的受體植物的子房中，借助子房產生的壓力和卵細胞產生的吸收力，外源性基因可進入受精的卵細胞中，借助合子胚旺盛分裂過程中基因組的復制、重組、缺失或易位等現象，外源性基因被隨機整合到受體作物的染色體上。
20世紀90年代，一些Bt轉基因玉米就是用子房注射法進行轉基因的，這種轉基因玉米可以抗御玉米螟的啃食。目前，子房注射法成功用于玉米、甜瓜和黃瓜等農作物的轉基因育種。
