现代自然科学技术概论

姓名：李佳 班级：小教134班 学号：2013212090

现代自然科学技术概论第二次作业

一、谈谈转基因植物、动物的研究现状

㈠转基因动物

转基因植物是指利用重组DNA技术将克隆的优良目的基因整合到植物的基因组中并使其得以表达而获得的具有新的遗传性状的植物。这一技术克服了植 物有性杂交的限制, 使基因交流的范围无限扩大, 可将从细菌、病毒、动物、远缘植物及人类的基因, 甚至人工合成的基因导入植物, 应用前景十分广阔. ⑴ 转基因植物的类型

获得有用的目的基因是基因工程的基本前提。近几年来, 应用于植物的外源基因已包括抗病毒、抗虫、抗除草剂、改变蛋白质成分或含量、雄性不育、改变花色和花形、延长保鲜期等基因种类, 其中的相关基因已经用于培育转基因烟草、马铃薯、棉花、番茄、大豆、玉米、油菜、苜蓿及矮牵牛等。迄今为止, 全世界已分离出100余个用于植物基因工程的目的基因, 获得转基因植物近200种。已有近1000例转基因植物被批准进入田间试验, 涉及的植物物种有50余个, 已批准了48个转基因植物品种进行商业化生产, 转基因植物主要有以下几大类型:

① 抗除草剂转基因植物

该类植物由于转入了抗除草剂基因, 表现出抗不同类型除草剂的性状。目前已获得了一些抗除草剂作物, 如抗草丁膦( glufosinate)转基因作物冬油菜 , 抗草甘膦(农达)转基因作物大豆、玉米、棉花、油菜、向日葵、甜菜等。 ② 抗虫转基因植物

比利时植物遗传公司的科学家于1987 年首次将苏云金杆菌( Bacillus thunringiensis)毒蛋白基因导入烟草中得以表达, 表现出对一龄

烟草夜蛾幼虫的抗性。利用转基因动植物生产其他生物药 转基因植

物可表达多种蛋白如脑啡呔、干扰素、人血清蛋白以及两种最昂贵药物即葡糖脑苷脂酶和粒细胞- 巨噬细胞群刺激因子等。单就干扰素而言, 目前已有49 个国家批准销售。年销售额达3亿美元, 它可以用治疗14种疾病, 包括肝炎、卡波济肉瘤、肾癌以及基底细胞癌等。

③ 抗病转基因植物

1986年, 美国Beachy研究小组首次将烟草花叶病毒(TMV )外壳蛋白基因( CP )导入烟草, 培育出抗TMV 的烟草植株, 开创了抗病毒

育种的新途径。

④ 抗逆境转基因植物

目前已分离出大量与抗逆代谢相关的基因, 包括与抗(耐)寒有关的脯氨酸合 成酶基因、鱼抗冻蛋白(AFP)基因、拟南芥叶绿体3-磷酸甘油酰基转移酶基因, 与抗旱有关的茧蜜糖合成酶基因及一些植物去饱和酶基因等。我国在抗逆基因 的分离、克隆和转化等方面的研究已取得一定进展, 克隆了耐盐碱相关基因, 通过遗传转化已获得了耐1%NaCl的苜蓿, 耐0. 8% NaC l的草莓, 耐2% NaC l的烟草, 抗逆基因工程作物已进入田间试验阶段。

⑤ 品质改良转基因植物

品质改良主要涉及蛋白质的含量、氨基酸的组成、淀粉和其他多糖化合物以 及脂类化合物的组成。富含蛋氨酸的转基因烟草、直链淀粉含量降低的转基因水稻、月桂酸含量高达40%的转基因油菜都相继成功,

⑵ 中国转基因植物的研究与应用

我国转基因植物研究始于20世纪80年代。1986年启动的863计划

起了关键性的导向、带动和辐射作用。自1997 年至2003年12月, 我国农业部批准安全评价申请环境释放243项, 生产性试验108项, 生产用安全证书79个; 已进入环境释放阶段的转基因植物有: 水稻、玉米、小麦、马铃薯、河套密瓜、番木瓜、大豆、油菜、杨树、烟草、高羊茅及黑麦草; 已商业化的转基因作物有: 棉花( 46项)、线辣椒( 1项)、甜椒( 4项)、矮牵牛( 1项)及番茄( 6项), 共计58项。同期, 美国、加拿大和欧盟共计有14485个通过环境释放、118个通过商品化许可。在应用方面, 我国转基因抗虫棉的研究和开发得到迅猛发展, 是继美国之后具有自主知识产权的第二个国家, 是国内基因工程用于农业生产的第一个成功范例。1998年至2003年6年累计推广种植超过800万公顷, 占国内棉花总种植面积的比例逐年上升; 2002年, B t棉种植面积已达210万公顷, 已占棉花总面积410万公顷的51%, 首次突破50%的比例。转基因抗虫棉的种植应用可减少农药使用量40% ~ 70%, 大大减少农药中毒事故, 产生了巨大的社会、经济和生态效益。同时带动了抗虫转基因水稻、玉米、杨树等生物技术产品的研究开发。我国转基因产业正在悄然形成。

㈡转基因动物

转基因动物( transgenic animal) 是指通过显微注射、电穿孔、粒子轰击、细胞转化、病毒导入等基因操作技术，将外源片段导入受体或定向改造受体基因得到的用于农业生产或者农产品加工的动物及其产品，包括畜禽、水生动物和节肢动物等。转基因动物研究的基本特征是有目的、有计划、有根据、有预见地改变动物遗传结构，从而改变动物遗传组成，赋予转基因动物新的表型特征，是最有发展前途的生物技术研究领域之一。

⑴ 我国转基因动物研究的进展

我国转基因动物的研究起步于19 84 年, 最早是中国科学院发育所陆德裕等将人p一珠蛋白基因注入小鼠受精卵, 得到了转基因小鼠, 以后北京、上海、兰州、长春等许多实验室陆续开展了小鼠和家畜的转基因研究. 目前, 我国在转基因动物的研究领域, 己获得了转基因小鼠、转基因鱼、转基因猪以及转基因羊、转基因鸡等.通过表2 展现国内转基因动物研究首创记录.

⑵ 转基因动物存在的主要问题

① 转基因动物成功率很低

目前通过转基因技术生产的转基因动物, 在小鼠成功率仅为2.6%、大鼠

4.4%、兔1.5%、羊0.9%、猪0.7%、牛0.7%.表明啮齿类高于大家蓄, 但总的成功率还是不高.

② 外源基因随机整合在宿主基因组中的整合率很低外源基因(目的基因)在宿主基因组中的插入并整合在宿主基因组中成功率很低, 大家畜的成功率并未超过小鼠.外源基因的整合位点不可控, 随机整合, 而且己经整合的外源基因很容易从宿主基因组型中消失, 遗传给后代的概率也较低.

③ 难以控制转基因在宿主基因组中的行为转基因在宿主基因组中的插入, 可能造成内源基因的破坏, 还可激活正常情况下处于关闭的基因进行表达, 导致阳

性个体不育, 胚胎的早期死亡, 四肢畸形, 如h G H 小鼠, 排卵虽多, 但因黄体不正常引起胚胎死亡;如和h G H 转基因猪衰弱多病, 常见嗜睡、跋行、肺炎等疾病, 且繁殖率低.

④ 一些基因表达效率高, 另一些基因表达效率低不但外源基因的表达和表达水平需一定的机遇, 并且同一个体的不同组织和不同个体的同一组织, 表达水都 不一致.例如, 将旧H 和pGH 基因导入猪基因组内, 可使其生长速度; 而导入hG H 和bG H 基因的猪却无此作用. 有时为了改变小鼠的某个或某些形状, 虽然其基因组也按预定的计划作了改变, 却得不到所预期的表型效应, 即“无表型” .外源基因随机整合进入宿主细胞染色体, 因整合位点效应, 可以导致定位表达的异源蛋白质的功能丧失。

二、阐述疾病诊断、治疗新技术

㈠ 基因诊断及治疗

基因诊断又称DNA诊断或分子诊断，通过分子生物学和分子遗传学的技术，直接检测出分子结构水平和表达水平是否异常，从而对疾病做出判断。 ⑴ 基因诊断可分为两类：

① 基因直接诊断

直接检查致病基因本身的异常。它通常使用基因本身或紧邻的DNA序列作为探针，或通过PCR扩增产物，以探查基因无突变、缺失等异常及其性质，这称为直接基因诊断，它适用已知基因异常的疾病；

② 基因间接诊断

当致病基因虽然已知但其异常尚属未知时，或致病基因本身尚属未知时，也可以通过对受检者及其家系进行连锁分析，以推断前者是否获得了带有致病基因的染色体。连锁分析是基于紧密连锁的基因或遗传标记通常一起传给子代，因而考察相邻DNA是否传递给了子代，可以间接地判断致病基因是否传递给子代。连锁分析多使用基因组中广泛存在的各种DNA多态性位，特别是基因突变部位或紧邻的多态性位点作为标记。RFLP、VNTR、SSCP、AMP－FLP等技术均可用于连锁分析。

⑵ 基因治疗

基因治疗是指将外源正常基因导入靶细胞，以纠正或补偿因基因缺陷和异常引起的疾病，以达到治疗目的。也就是将外源基因通过基因转移技术将其插入病人的适当的受体细胞中，使外源基因制造的产物能治疗某种疾病。从广义说，基因治疗还可包括从DNA水平采取的治疗某些疾病的措施和新技术。

㈡、激光诊断及治疗

⑴ 激光技术用于医学诊断

通过激光诱发的荧光，可以发现癌细胞，测量血液中的血糖、血氧、胆固醇及尿酸的含量，以此来诊断疾病。

⑵ 激光技术用于治疗疾病

激光的热效应、光效应、压力效应和电磁效应。

㈢课本中所讲到的疾病诊断新技术

① X射线成像技术

② 超声成像技术（USG）

③ 计算机体层成像技术（CT）

④ 正电子发射计算机断层成像（PET） ⑤ 分子影像技术

⑥ 基因芯片技术

㈣课本所讲到的疾病治疗新技术

① 人工组织

人工皮肤、人工心脏、人工肝、人工胰腺、 ② 介入放射疗法技术

③ 基因治疗技术

姓名：李佳 班级：小教134班 学号：2013212090

现代自然科学技术概论第二次作业

一、谈谈转基因植物、动物的研究现状

㈠转基因动物

转基因植物是指利用重组DNA技术将克隆的优良目的基因整合到植物的基因组中并使其得以表达而获得的具有新的遗传性状的植物。这一技术克服了植 物有性杂交的限制, 使基因交流的范围无限扩大, 可将从细菌、病毒、动物、远缘植物及人类的基因, 甚至人工合成的基因导入植物, 应用前景十分广阔. ⑴ 转基因植物的类型

获得有用的目的基因是基因工程的基本前提。近几年来, 应用于植物的外源基因已包括抗病毒、抗虫、抗除草剂、改变蛋白质成分或含量、雄性不育、改变花色和花形、延长保鲜期等基因种类, 其中的相关基因已经用于培育转基因烟草、马铃薯、棉花、番茄、大豆、玉米、油菜、苜蓿及矮牵牛等。迄今为止, 全世界已分离出100余个用于植物基因工程的目的基因, 获得转基因植物近200种。已有近1000例转基因植物被批准进入田间试验, 涉及的植物物种有50余个, 已批准了48个转基因植物品种进行商业化生产, 转基因植物主要有以下几大类型:

① 抗除草剂转基因植物

该类植物由于转入了抗除草剂基因, 表现出抗不同类型除草剂的性状。目前已获得了一些抗除草剂作物, 如抗草丁膦( glufosinate)转基因作物冬油菜 , 抗草甘膦(农达)转基因作物大豆、玉米、棉花、油菜、向日葵、甜菜等。 ② 抗虫转基因植物

比利时植物遗传公司的科学家于1987 年首次将苏云金杆菌( Bacillus thunringiensis)毒蛋白基因导入烟草中得以表达, 表现出对一龄

烟草夜蛾幼虫的抗性。利用转基因动植物生产其他生物药 转基因植

物可表达多种蛋白如脑啡呔、干扰素、人血清蛋白以及两种最昂贵药物即葡糖脑苷脂酶和粒细胞- 巨噬细胞群刺激因子等。单就干扰素而言, 目前已有49 个国家批准销售。年销售额达3亿美元, 它可以用治疗14种疾病, 包括肝炎、卡波济肉瘤、肾癌以及基底细胞癌等。

③ 抗病转基因植物

1986年, 美国Beachy研究小组首次将烟草花叶病毒(TMV )外壳蛋白基因( CP )导入烟草, 培育出抗TMV 的烟草植株, 开创了抗病毒

育种的新途径。

④ 抗逆境转基因植物

目前已分离出大量与抗逆代谢相关的基因, 包括与抗(耐)寒有关的脯氨酸合 成酶基因、鱼抗冻蛋白(AFP)基因、拟南芥叶绿体3-磷酸甘油酰基转移酶基因, 与抗旱有关的茧蜜糖合成酶基因及一些植物去饱和酶基因等。我国在抗逆基因 的分离、克隆和转化等方面的研究已取得一定进展, 克隆了耐盐碱相关基因, 通过遗传转化已获得了耐1%NaCl的苜蓿, 耐0. 8% NaC l的草莓, 耐2% NaC l的烟草, 抗逆基因工程作物已进入田间试验阶段。

⑤ 品质改良转基因植物

品质改良主要涉及蛋白质的含量、氨基酸的组成、淀粉和其他多糖化合物以 及脂类化合物的组成。富含蛋氨酸的转基因烟草、直链淀粉含量降低的转基因水稻、月桂酸含量高达40%的转基因油菜都相继成功,

⑵ 中国转基因植物的研究与应用

我国转基因植物研究始于20世纪80年代。1986年启动的863计划

起了关键性的导向、带动和辐射作用。自1997 年至2003年12月, 我国农业部批准安全评价申请环境释放243项, 生产性试验108项, 生产用安全证书79个; 已进入环境释放阶段的转基因植物有: 水稻、玉米、小麦、马铃薯、河套密瓜、番木瓜、大豆、油菜、杨树、烟草、高羊茅及黑麦草; 已商业化的转基因作物有: 棉花( 46项)、线辣椒( 1项)、甜椒( 4项)、矮牵牛( 1项)及番茄( 6项), 共计58项。同期, 美国、加拿大和欧盟共计有14485个通过环境释放、118个通过商品化许可。在应用方面, 我国转基因抗虫棉的研究和开发得到迅猛发展, 是继美国之后具有自主知识产权的第二个国家, 是国内基因工程用于农业生产的第一个成功范例。1998年至2003年6年累计推广种植超过800万公顷, 占国内棉花总种植面积的比例逐年上升; 2002年, B t棉种植面积已达210万公顷, 已占棉花总面积410万公顷的51%, 首次突破50%的比例。转基因抗虫棉的种植应用可减少农药使用量40% ~ 70%, 大大减少农药中毒事故, 产生了巨大的社会、经济和生态效益。同时带动了抗虫转基因水稻、玉米、杨树等生物技术产品的研究开发。我国转基因产业正在悄然形成。

㈡转基因动物

转基因动物( transgenic animal) 是指通过显微注射、电穿孔、粒子轰击、细胞转化、病毒导入等基因操作技术，将外源片段导入受体或定向改造受体基因得到的用于农业生产或者农产品加工的动物及其产品，包括畜禽、水生动物和节肢动物等。转基因动物研究的基本特征是有目的、有计划、有根据、有预见地改变动物遗传结构，从而改变动物遗传组成，赋予转基因动物新的表型特征，是最有发展前途的生物技术研究领域之一。

⑴ 我国转基因动物研究的进展

我国转基因动物的研究起步于19 84 年, 最早是中国科学院发育所陆德裕等将人p一珠蛋白基因注入小鼠受精卵, 得到了转基因小鼠, 以后北京、上海、兰州、长春等许多实验室陆续开展了小鼠和家畜的转基因研究. 目前, 我国在转基因动物的研究领域, 己获得了转基因小鼠、转基因鱼、转基因猪以及转基因羊、转基因鸡等.通过表2 展现国内转基因动物研究首创记录.

⑵ 转基因动物存在的主要问题

① 转基因动物成功率很低

目前通过转基因技术生产的转基因动物, 在小鼠成功率仅为2.6%、大鼠

4.4%、兔1.5%、羊0.9%、猪0.7%、牛0.7%.表明啮齿类高于大家蓄, 但总的成功率还是不高.

② 外源基因随机整合在宿主基因组中的整合率很低外源基因(目的基因)在宿主基因组中的插入并整合在宿主基因组中成功率很低, 大家畜的成功率并未超过小鼠.外源基因的整合位点不可控, 随机整合, 而且己经整合的外源基因很容易从宿主基因组型中消失, 遗传给后代的概率也较低.

③ 难以控制转基因在宿主基因组中的行为转基因在宿主基因组中的插入, 可能造成内源基因的破坏, 还可激活正常情况下处于关闭的基因进行表达, 导致阳

性个体不育, 胚胎的早期死亡, 四肢畸形, 如h G H 小鼠, 排卵虽多, 但因黄体不正常引起胚胎死亡;如和h G H 转基因猪衰弱多病, 常见嗜睡、跋行、肺炎等疾病, 且繁殖率低.

④ 一些基因表达效率高, 另一些基因表达效率低不但外源基因的表达和表达水平需一定的机遇, 并且同一个体的不同组织和不同个体的同一组织, 表达水都 不一致.例如, 将旧H 和pGH 基因导入猪基因组内, 可使其生长速度; 而导入hG H 和bG H 基因的猪却无此作用. 有时为了改变小鼠的某个或某些形状, 虽然其基因组也按预定的计划作了改变, 却得不到所预期的表型效应, 即“无表型” .外源基因随机整合进入宿主细胞染色体, 因整合位点效应, 可以导致定位表达的异源蛋白质的功能丧失。

二、阐述疾病诊断、治疗新技术

㈠ 基因诊断及治疗

基因诊断又称DNA诊断或分子诊断，通过分子生物学和分子遗传学的技术，直接检测出分子结构水平和表达水平是否异常，从而对疾病做出判断。 ⑴ 基因诊断可分为两类：

① 基因直接诊断

直接检查致病基因本身的异常。它通常使用基因本身或紧邻的DNA序列作为探针，或通过PCR扩增产物，以探查基因无突变、缺失等异常及其性质，这称为直接基因诊断，它适用已知基因异常的疾病；

② 基因间接诊断

当致病基因虽然已知但其异常尚属未知时，或致病基因本身尚属未知时，也可以通过对受检者及其家系进行连锁分析，以推断前者是否获得了带有致病基因的染色体。连锁分析是基于紧密连锁的基因或遗传标记通常一起传给子代，因而考察相邻DNA是否传递给了子代，可以间接地判断致病基因是否传递给子代。连锁分析多使用基因组中广泛存在的各种DNA多态性位，特别是基因突变部位或紧邻的多态性位点作为标记。RFLP、VNTR、SSCP、AMP－FLP等技术均可用于连锁分析。

⑵ 基因治疗

基因治疗是指将外源正常基因导入靶细胞，以纠正或补偿因基因缺陷和异常引起的疾病，以达到治疗目的。也就是将外源基因通过基因转移技术将其插入病人的适当的受体细胞中，使外源基因制造的产物能治疗某种疾病。从广义说，基因治疗还可包括从DNA水平采取的治疗某些疾病的措施和新技术。

㈡、激光诊断及治疗

⑴ 激光技术用于医学诊断

通过激光诱发的荧光，可以发现癌细胞，测量血液中的血糖、血氧、胆固醇及尿酸的含量，以此来诊断疾病。

⑵ 激光技术用于治疗疾病

激光的热效应、光效应、压力效应和电磁效应。

㈢课本中所讲到的疾病诊断新技术

① X射线成像技术

② 超声成像技术（USG）

③ 计算机体层成像技术（CT）

④ 正电子发射计算机断层成像（PET） ⑤ 分子影像技术

⑥ 基因芯片技术

㈣课本所讲到的疾病治疗新技术

① 人工组织

人工皮肤、人工心脏、人工肝、人工胰腺、 ② 介入放射疗法技术

③ 基因治疗技术