第1章 生命的起源和生物技术的发展
自然界是由有生命的物体和无生命的物体组成。有生命的物体叫做生物，无生命的物体叫做非生物。生物是一切具有新陈代谢的物体。例如：动物、植物、微生物、病毒，甚至细胞，一片绿叶，一段枝条，活的心脏，生殖细胞等等。地球上的植物大约有30多万种，动物约有150多万种。现存的动物只有原来地球上的动物的十分之一。多种多样的生物不仅维护了自然界的持续发展，而且是人类赖以生存和发展的基础；国家规定的初高中学科。
生命起源是当代的重大科学课题，然而却又是至今依旧了解甚少的最基本的生物学问题。关于生命的起源，历史上曾经有过种种假说：如“神创说”(认为生命是由上帝或神创造的)、“自然发生说”(认为生命,尤其是简单生命是由无生命物质自然发生的)等。这些假说多出于臆测，已被人们所否定。从近年召开的国际生命起源学术会议提出的研究论文看，当代关于生命起源的假说可归结为两大类：一是“化学进化说”，一是“宇宙胚种说”。细胞的全能性不是动物细胞培养的基础，细胞的全能性是植物细胞培养的理论基础。而动物细胞培养的理论基础是细胞增殖。
化学进化说主张，生命起源于原始地球条件下从无机到有机，由简单到复杂的一系列化学进化过程。宇宙胚种说则认为，地球上最初的生命是来自地球以外的宇宙空间，只是后来才在地球上发展了起来。
1、化学进化说
核酸和蛋白质等生物分子是生命的物质基础，生命的起源关键就在于这些生命物质的起源，即在没有生命的原始地球上，由于自然的原因，非生命物质通过化学作用，产生出多种有机物和生物分子。因此，生命起源问题首先是原始有机物的起源与早期演化。化学进化的作用是造就一类化学材料，这些化学材料构成氨基酸，糖等通用的“结构单元”，核酸和蛋白质等生命物质就来自这结“结构单元”的组合。 1922年，生物化学家奥巴林第一个提出了一种可以验证的假说，认为原始地球上的某些无机物，在来自闪电，太阳光的能量的作用下，变成了第一批有机分子。时隔31年之后的1953年，美国化学家米勒首次实验证了奥巴林的这一假说。他模似原始地球上的大气成分，用氢、甲烷、氨和水蒸气等，通过加热和火花放电，合成了有机分子氨基酸。继米勒之后，许多通过模拟原始地球条件的实验。又合成出了其他组成生命体的重要的生物分子，如嘌呤、嘧定、核糖、脱氧核糖、核苷、核苷酸、脂肪酸、卟啉和脂质等。1965年和1981年，我国又在世界上首次人工合成胰岛素和酵母丙氨酸转移核糖核酸。蛋白质和核酸的形成是由无生命到有生命的转折点。上述两种生物分子的人工合成成功，开始了通过人工合成生命物质去研究生命起源的新时代。一般说来，生命的化学进化过程包括四个阶段：从无机小分子生成有机小分子；从有机小分子形成有机大分子；从有机大分子组成能自我维持稳定和发展的多分子体系；从多分子体系演变为原始生命。
1/12
第一节 基因工程概述
第1课时 基因工程的发展历程和工具
1．简述基因工程的发展历程。
2．掌握限制性核酸内切酶和DNA连接酶的作用、特点。(重、难点)
3．掌握质粒的含义、特性及其在基因工程中的作用。(重、难点)
知识点一| 基因工程的发展历程和概念
1．理论与技术基础的发展
1953年：沃森和克里克建立了DNA分子双螺旋结构模型。
↓
1957年：科恩伯格等首次发现DNA聚合酶。
↓
1958年：梅塞尔森和斯塔尔发现DNA半保留复制的机理。克里克提出中心法则。
↓
1961～1966年：尼伦伯格等破译遗传密码。
↓
1967年：罗思和赫林斯基发现运转工具质粒。同年，科学家在大肠杆菌细胞中发现DNA连接酶。
↓
1970年：特明和巴尔的摩各自在RNA病毒中发现逆转录酶。史密斯等人分离到限制性核酸内切酶。
↓
2/12 1977年：桑格首次完整基因组的测序工作。
2．重组DNA技术的发展
(1)1972年科学家伯格等实验。
①过程：
猿猴病毒SV40的DNA ↑同一种限制性核酸内切酶 ↓λ噬菌体的DNA――――→DNA连接酶重组的杂种DNA分子
②成就：世界上首次DNA分子体外重组。
(2)1973年科学家科恩等实验。
大肠杆菌质粒DNA（含卡那霉素抗性基因） ↑同一种限制性核酸内切酶 ↓大肠杆菌质粒DNA（含四环素抗性基因）
――――――→DNA连接酶重组DNA分子――→转化大肠杆菌―→子代大肠杆菌(双重抗性)
(3)不同物种间DNA重组实验。
①过程：非洲爪蟾核糖体蛋白基因的DNA片段＋大肠杆菌质粒→重组DNA→转入大肠杆菌→转录出相应 mRNA。
②成就：打破了传统的种间遗传物质不能交换的重重壁垒，开创了基因工程。
3．基因工程的概念
方法 在体外通过人工“剪切”和“拼接”等方法
原理 对生物的基因进行改造和重新组合
操作水平 基因水平
第２９卷第４期 ２０１２年８月 生物学杂志
ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＢＩＯＬＯＧＹ ＶｏＩ｜２９ Ｎｏ．４ Ａｕｇ，２０１２
ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．２０９５—１７３６．２０１２．０４．０９２
基因是什么？分子遗传学教学中的体会和理解
莫日根，邢万金，哈斯阿古拉
（内蒙古大学生命科学学院，呼和浩特０１００２１）
摘要：随着分子遗传学的飞速发展，基因概念也在不断更新。笔者从事分子遗传学、分子生物学、遗传学教学以及 基因与基因表达调控方面研究多年，对基因的本质和概念有较深的理解和认识。回顾了经典基因概念的形成和发 展过程，并讨论了真核生物中的ＲＮＡ遗传和朊病毒复制现象，提出了新的基因概念。认为基因是携带遗传信息的、 可遗传的核酸片段或者多肽分子，它们可以编码具功能的ＲＮＡ分子或多肽分子。 关键词：基因；ＲＮＡ基因；教学． 中图分类号：Ｑ３４１；Ｇ６４２ 文献标识码：Ｃ 文章编号：２０９５—１７３６（２０１２）０４—００９２—０４
Ｗｈａｔ ｉｓ ａ ｇｅｎｅ ｕｎｄｅｒｓｔａｎｄｉｎｇ ｏｆ ｔｈｅ ｇｅｎｅ ｃｏｎｃｅｐｔ
ｉｎ ｔｅａｃｈｉｎｇ ｏｆ ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｇｅｎｅｔｉｃｓ
Ｍｏｒｉｇｅｎ，ＸＩＮＧ Ｗａｎ－ｊｉｎ，Ｈａｓｉ Ａｇｕｌａ
（Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｌｉｆｅ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ，Ｉｎｎｅｒ Ｍｏｎｇｏｌｉａ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｈｏｈｈｏｔ ０１００２１，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｇｅｎｅ ｃｏｎｃｅｐｔ ｈａｓ ｂｅｅｎ ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ ａｎｄ ｃｈａｌｌｅｎｇｅｄ ｂｙ ｎｅｗ ｆｉｎｄｉｎｇｓ．Ｈｅｒｅ ｔｈｅ ａｂｓｔｒａｃｔ ｃｏｎｃｅｐｔ ｏｆ ｇｅｎｅ ｆｒｏｍ Ｍｅｎｄｅｌ，Ｈａ－ ｔｕｒｅ ｏｆ ｇｅｎｅ ａｎｄ ｃｈａｌｌｅｎｇｉｎｇ ｄｉｓｃｏｖｅｒｉｅｓ ｆｏｒ ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ ｇｅｎｅ ｃｏｎｃｅｐｔ ａｎｄ ｏｕｒ ｏｗｎ ｕｎｄｅｒｓｔａｎｄｉｎｇ ｏｆ ｔｈｅ ｇｅｎｅ ｃｏｎｃｅｐｔ ｗａｓ ｒｅｖｉｅｗｅｄ．Ｒｅ— ｓｕｉｔ ｐｒｏｐｏｓｅｄ ｔｈａｔ ａ ｇｅｎｅ ｉｓ ａ ｈｅｒｉｔａｂｌｅ ｎｕｃｌｅｉｃ ａｃｉｄ ｏｒ ｐｒｏｔｅｉｎ，ｗｈｉｃｈ ｃｏｎｓｔｉｔｕｔｅｓ ａ ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ ｍｏｌｅｃｕｌｅ ｏｆ ＲＮＡ ｏｒ ｐｒｏｔｅｉｎ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｇｅｎｅ；ＲＮＡ ｇｅｎｅ；ｔｅａｃｈｉｎｇ
第1课时 基因工程的发展历程和工具学习导航明目标、知重点难点了解基因工程的概念、诞生及发展。○1
掌握限制酶及DNA连接酶的作用。（重、难点）○2
理解载体需具备的条件。（难点）○3一、阅读教材P7～9第三段完成基因工程发展历程的相关问题
1．理论与技术基础(1)沃森和克里克建立了DNA分子双螺旋结构模型。
(2)科恩伯格及其合作者首次在大肠杆菌中发现了DNA聚合酶。
(3)梅塞尔森和斯塔尔发现了DNA半保留复制的机理。
(4)克里克提出了描述遗传信息流向的中心法则。
(5)尼伦伯格和霍拉纳等破译了全部64种遗传密码。
(6)罗思和赫林斯基发现细菌拟核外的质粒具有自我复制能力，并能在细菌细胞之间转
移。
(7)在大肠杆菌细胞中发现了DNA连接酶。(8)特明和巴尔的摩发现了逆转录酶，证明遗传信息也可以从RNA反向传递到DNA。
(9)史密斯等人分离到第一种特异性很强的限制性核酸内切酶。
2．基因工程
(1)概念：在体外通过人工“剪切”和“拼接”等方法，对生物的基因进行改造和重新
组合，然后导入受体细胞，并使重组基因在受体细胞中表达，产生人类需要的基因产物的
技术，又称为DNA重组技术。
(2)诞生事件：1973年，斯坦福大学科学家科恩等将两种不同来源的DNA分子进行体
外重组，并首次实现了重组DNA分子在大肠杆菌中的表达。
(3)发展阶段：1973～1976年为开始期；1977年生产出生长抑制素释放因子，到1981
年为发展期； 1983年通过农杆菌转化法培育出世界上首例转基因植物——转基因烟草，
以后为迅猛发展期。二、阅读教材P9第四段～P12分析基因工程的工具——酶与载体
1．“分子手术刀”——限制性核酸内切酶
(1)能识别DNA分子上特定的脱氧核苷酸序列。
(2)在合适的反应条件下使每条链中特定部位的两个脱氧核苷酸之间的磷酸二酯键断开。
(3)切割出黏性或平口末端。
2．“分子针线”——DNA连接酶
连接两个DNA片段形成两个磷酸二酯键成为一个重组DNA。
