因此用“基因工程”这个词更形象地表达了在微观细胞结构中设计并进行操作的过程。

3.请给出基因克隆的定义。如何理解分子生物学家常说的“把某个基因克隆岛某种生物中去”？克隆是名词，动词，还是既可做名词又可做动词？

基因克隆是指通过基因重组操作，把特定的基因连接到载体，在细菌等宿主细胞中增殖，而得到均一放入基因群。“把某个基因克隆到某种生物中去”，就是指通过基因重组的方法，将该基因与载体连接形成重组DNA分子，再转化受体细胞，使重组DNA分子进入到宿主细胞中，通过培养宿主细胞，使该基因形成大量的拷贝（即克隆），并可能进一步进行表达。“克隆”来自英文“clone”，既可以作名词也可做动词，做名词时是指从一个共同的祖先无性繁殖下来的一群遗传上同一的细胞、DNA分子或个体群体的操作。

4.用反转录方法从mRNA合成互补的目的基因片段有什么独到的好处？

真核生物基因中含有不编码肽链的内含子，而通过反转录方法从mRNA合成互补的目的基因片段中没有内含子。

5.在PCR反应中，为什么科学家常合成20个左右碱基的核苷酸片段作为引物，而不用更多或更少碱基的核苷酸片段？

经验表明，引物设计的正确与否是关系PCR扩增成败的关键因素。引物太短，就有可能同非靶序列杂交，得到非预期的扩增产物。例如在人类基因组中克隆基因，如果用8核苷酸

89引物，那么平均每隔4＝65536个碱基就会有—个结合位点，在全长3×10个碱基的基因组

午大约会有43000个可能的结合位点；而如果使用20个核苷酸的引物，它的预期频率是平

2012均每隔4＝1.1×10个碱基才会有一个结合位点，远超出人类基因组长度，可以获得单一

的扩增产物。但如果引物过长，那么引物同模板DNA的杂交速率下降，导致在反应循环周期内无法完成同模板的完全杂交，从而降低了PCR反应的杂交率。

6.一位神经生理学家对编码人脑细胞中一种神经递质蛋白的基因发生了兴趣。他已经知道这种蛋白质的氨基酸序列。请问，他如何识别只在某种特定脑细胞中表达的基因?他如何识别编码神经递质的基因?他如何得到大量基因的拷贝？他如何生产这种神经递质?

识别特定的基因，通常采用分子杂交的方法，也就是合成一小段与该基因部分序列互补并被放射性同位素标记的单链DNA探针对克隆的基因文库进行杂交实验，使该基因被同位素标记而被识别，因此还具备相应的基因文库。

根据已知的该神经递质氨基酸序列由遗传密码推测出它的一段DNA序列，合成探针，再进行分子杂交。

要得到大量目的基因的拷贝，可以采用基因克隆的方法，即将该目的基因与合适的载体连接形成重组DNA分子，转化进入细菌等宿主细胞，并通过培育宿主细胞，使该基因随宿主的繁殖而大量复制。生产这种神经递质，可以通过重组DNA技术将目的基因导人大肠杆菌等便于培养的宿主，对大肠杆菌进行大量培养使该目的基因在大肠杆菌中大量表达与积累，通过对表达产物的分离纯化，得到这种神经递质产品。

7．请简单说明电泳的原理和Southern杂交的操作步骤。

电泳就是带电离子在直流电场中向所带电荷相反的电场移动。DNA片段上常带有负电荷，所带电荷的多少，相对分子质量的大小和形状的不同可表现出不同的迁移率，因而将其分离。

Southern杂交的主要步骤：①从转化子提取总DNA；②酶切；③凝胶电泳形成DNA条带；④转移条带印迹到滤膜上：⑤碱液处理使DNA解链；⑥DNA探针杂交；⑦洗去多余探针分子；⑥放射自显影：⑨与野生型Southern杂交结果作对照。

8．请讨论重组DNA技术的实践意义。

不同的物种基因千差万别，它们都拥有各自的优势和不足，DNA重组技术合理运用它们各自的特点，取优去劣，能更好地改善自然，造福人类。重组DNA技术一举打开了基因工程的大门，在生命科学领域掀起了一场影响深远的技术革命，在农业、医药卫生、食品和其他

工业方面获得了广泛的应用。DNA重组技术最大的应用领域在医药方面，包括活性多肽、蛋白质和疫苗的生产，疾病发生机理、诊断和治疗，新基因的分离以及环境监测与净化。此外利用重组DNA技术还可以提高食品的营养价值，去除天然食物中的有害成分，通过对农作物品种改良，大大减少种植过程中农药、化肥等化学品的使用量。

9．什么是生物芯片，你能说出生物芯片的工作原理与应用例证吗？

生物芯片又称DNA芯片或基因芯片，是DNA杂交探针技术与半导体工业技术结合的结晶，将大量的探针分子固定子支持物上后与带荧光标记的DNA样品分子进行杂交，通过检测每个探针分子的杂交信号强度进而获取样品分子的数量与序列信息的技术。

其原理是采用光导原价合成或微量点样等方法，将大量生物大分子有序地固化在支持物表面，组成密集二维分子排列，然后与已标记的待测生物样品中靶分子杂交，通过特定的仪器对杂交信号的强度进行快速、并行、高效的检测分所，从而判断样品中靶分子的数量，该技术常用玻片、硅片做为支持物，由于在制作过程中模拟了芯片技术的高集成．因而被称为生物芯片。

生物芯片可用于大规模筛查由基因突变引起的疾病，同时在寻找新基因、基因表达检测、突变检测、基因组多态性分析、基因作图、杂交测序、新药开发和司法鉴定中都有重要的应用。如有研究者用DNA芯片检测遗传性乳腺癌和卵巢癌患者BRCAI基因第11外显子与全长

3.45Kb序列的突变，检测了15例病人样品，发现14例有变化，为遗传性乳腺癌和卵巢癌

的早期诊断提供了有效的手段。

10．请讨论分子诊断和基因治疗在防治疾病方面的应用前景。

基因诊断技术就是利用基因探针，经过核酸分子杂交，检测有无异常基因．以进行疾病诊断和病因研究的方法。通过分子诊断可以快速找出病变或缺陷基因，利用多拷贝RNA探针，各种非放射性探针能更有效地标记缺陷基因，而不对人体产生危害。基因诊断技术的广泛应用将对传染病和遗传病的准确诊断，对优生学、移植等领域产生巨大的推动作用。

基因治疗被认为是最根本治疗遗传疾病的方法，是在现代生物学和分子医学基础上发展起来的，最初仅被用于治疗一些先天的遗传疾病，但现在发现很多疾病，包括肿瘤和一些目前尚无有效治疗方法的慢性疾病，利用基因治疗可以使疾病得到缓解和治疗。目前主要应用于下面一些情况：由单一基因异常引起的疾病；基因表达不会造成人体损害：便于操作，不需调控；病情严重，其他方法无法治疗的。基因治疗的前景广阔，但是其发展不但要依赖于生物学、医学的进步，也要求社会舆论环境的进一步完善。基因诊断和治疗给人类大幅度提高自身的健康状况带来了新的曙光。

11．你认为目前若实施人类克隆，在技术上还存在哪些难题?会引起哪些社会问题?你认为克隆人最终会出现在我们身边吗？

目前，克隆人的存在的技术难度仍然很大，克隆过程的怀孕成功率很低，容易发生危险的流产和死产；成功出生的婴儿可能会在很短的时间内因为器官功能异常而夭折；成长中的克隆人即使表面正常，但大脑是否正常，细胞分裂是否恰当，是否潜在有早衰和得癌症的危险等等，都是目前尚不清楚的。因而动物的克隆技术还远未成熟。

人类克降面临的更为严峻的问题是克隆引发的社会伦理问题，克隆人技术打破了传统的生育观念和生育模式，造成人伦关系的模糊、混乱乃至颠倒，其至破坏最基本的父子、夫妻等社会人伦关系。克隆人和核供体之间既不是亲子关系，也不是兄弟姐妹关系，应该是类似于“同卵多胎”关系，但是又存在代间年龄差，这在伦理道德和法律关系上都很难定位，很可能造成社会的混乱，这也是很多国家用法律禁止克隆人研究的原因。此外，克隆人还可能造成性别比例失调，克隆优生的“纳粹”思想等问题。

克隆人可能会出现，但不会多，也不会长期发展，因为克隆人很难解决其出现存在的人性伦理问题。

12．有人惊呼：生物经济，人类技术革命的第四次浪潮，惊涛拍岸，汹涌而至!请讨论：培养生命科学与生物技术复合型人才对于应对生物技术与生物经济的竞争和挑战的重要性。 (略)

第一章 练习题

1. 名词解释

生命：生命就是具有以下主要特征、开放有序的物质存在形式：细胞是生物的基本组成单位；新陈代谢、生长和运动是生命的本能；生命通过繁殖而延续，DNA是生物遗传的基本物质：生物具有个体发育的经历和系统进化的历史，生物对外界刺激可产生应激反应并对环境具有适应性。

细胞：一切生物体(病毒除外)的微观结构与功能的基本单位，是生命存在的最基本形式，是生命活动的基础；一般由细胞核、细胞质和保持界限的细脑膜组成，被称为生命的“单位”；新的细胞必须经过已存在的细胞分裂而产生。

病毒：广大类直径在10—250 nm的感染因子，由核酸和包围核酸的蛋白质外壳组成其新陈代谢为宿主依赖性的。根据其侵染宿主的不同，分为动物病毒、植物病毒和噬菌体。

新陈代谢：是生物体中进行的所有化学反应的总称，包括物质的合成与分解(物质代谢)及能量转换(能量代谢)；合成代谢与分解代谢构成了新陈代谢的两个方而；新陈代谢被认为是生命与非生命的根本差异所在。

遗传：遗传是生物特征之一，使生物特性得以延续，表现为子代与亲代相似的现象与变异一起构成了生物进化的基础，形成了生物延续性和多样性。

变异：生物子代与亲代之间、子代与子代之间性状的变化；分为可遗传变异和不可遗传变异，其中可遗传的变异在生物进化中起着重要的作用。

基因组：指生物所具有的携带遗传信息的遗传物质总和。

发育：生物体的一生，通常从生殖细胞形成受精卵开始，受精卵分裂并经过一系列形态、结构和功能的变化形成一个新的个体，新个体通过增加细胞体积和由于细胞分裂增加细胞数目而生长．再经过性成熟、繁殖后代、衰老后最终死亡，生物这一总的转变过程称为发育 进化：是遗传、变异和自然选择的长期作用导致的生物由低等到高等、由简单到复杂的逐渐演变过程。在进化的过程中．形成了生物的适应性和多种多样的类型．因此，进化还是生物多样性的来源。

生态系统：—定时间、空间内，生物及其所在的非生物环境在相互影响、相互依存过程中形成的、通过物质循环和能量流动相互联系的统一的复合体；根据其物质和能量交换形式的不同，分为开放生态系统(与外界能进行能量与物质交换)、封闭生态系统(与外界能进行能量交换，不能进行物质交换)和隔离生态系统(与外界不能进行能量与物质交换)。

生物多样性：生物多样性指的是生命形式存在的多样性；各种生命形式间及其与环境之间的多种相互作用，以及各种生物群落、生态系统及其生境与生态过程的复杂性，反映了地球上一切生命都有各不相同的持征及生存环境；包括遗传多样件物种多样性和生态系统多样性。 进化流：生物在地球上。已经有35亿年的历史，生物进化是一个漫长而又生动的过程利用进化的观念把包括人在内的所有生命形式以及相关现象串连起来。

信息流：所有生物都需要获得精确的信息指令来指导和控制其生长、运动、代谢、分化和繁殖等过程，因此发生在分子水平[的信息传递或信息流动是一切生命活动必不可少的过程。