爱华网第一章 生物技术
21世纪，世界人口将继续增长。人类面临着人口爆炸的危机，不仅要解决食物短缺问题，而且要解决环境污染、能源短缺等严重问题。要解决这些问题，依靠传统治理手段难以奏效，于是，人们便寄希望于现代先进的生物技术。
第一节 什么是遗传工程
遗传工程又称基因工程，是当今一个新兴的重大技术领域和带头学科。
长期以来，人们习惯种瓜得瓜种豆得豆。原来，生物子代的每一种性状，都是父母遗传下来的，由某些基因来控制的。在生物体内，基因存在于脱氧核糖核酸(简称DNA)分子上,已经发现的基因有3500万种。生物体依靠DNA这个遗传模板合成核糖核酸（简称RNA），再由RNA合成蛋白质。而在这些合成过程中，则需要基因的启动、组合。而基因的启动、组合等活动，又是由一系列的专一酶所控制的。由于这些酶有条不紊的工作，使得基因的剪切、重组并形成新的DNA成为可能。
所谓基因工程，就是采用工程设计的方法，按照人的需要，将特定的目的基因，在离体条件下转入宿主细胞进行大量复制，最终产生新的基因产物的过程。当然，要把剪下来的有用基因或所希望的基因片断引入其它生物体(宿主细胞)内，需要载体的帮助，并利用细菌、酵母或培养的动物细胞进行无性繁殖，遗传工程才能脱颖而出。
练习：
1、 什么是基因工程？
2、 遗传工程产生的条件是什么？
第二节什么是克隆
克隆,作为名词表示通过无性繁殖的方法获得的理由于单一个体的后代,若作为动词则表示用机体的体细胞代替未受精卵的核产生该机体在遗传上同一副本的过程.
按世界卫生组织关于克隆的非正式声明的定义：克隆是遗传上同一机体或细胞系的无性生殖。
根据这样的定义，克隆按性质可分自然克隆和人工克隆俩类：按对象则可分细胞克隆、植物克隆、动物克隆和人克隆四个层次。
无性翻殖本来是一种低级的生殖方法，生物进化的层次越低，越有可能采取无性生殖，进化的层次越高，则越不可能采取无性生殖。如低级生物——微生物，一般是以自行分裂的方式直接分裂产生的子代与亲代的遗传物质完全相同。在这个意义上，微生物没有“个体”的概念，因此也就“死亡”。当然，严格地讲，由于环境条件影响，微生物的亲代与子代会有若干差异，但这种差异太微不足道了。所以，微生物可以为是不“死”的死亡应该是生物进化到较高级阶段的产物。现代生物医学用克隆技术，在体外培养的正常细胞或癌细胞，常称为“永生细胞核”就是这个意思。
在自然条件下，由于许多植物本身就适宜进行无性繁殖，因此它们很容易被克隆。在动物界，无性繁殖方式多见于无脊椎动物。对于高等动物，在自然状态下，它们一般只能进行有性繁殖，所以要使它们进行无性繁殖，科学家必须经过一系列复杂的操作程序。首先，要用外科手术除去受精卵的细胞核，或用辐射等手段使受精卵内的细胞核失去活性，然后再用注射器将另一个个体的细胞核转换到已去除细胞核的受精卵中。20世纪50年代，科学家用上述方法成功地无性繁殖出一种两栖动物——非洲爪蟾，此举揭开了细胞生物学的新篇章。
克隆哺乳动物一直是遗传学家们努力探索的目标，这种不需要精子参与，通过无性翻殖后代的方法，就好象是一种工业产品按一定模型不断复制一样，以这种方式复制出来的动物外形、性能和基因类型等完全一样。该项技术一旦成功地加以应用，不仅可以迅速翻殖良种家畜，为畜牧业的发展提供广阔的前景，也为生物学、遗传学等学科的研究和发展，开辟了一条阳光大道。
练习：
1、 克隆如何分类？
2、怎样进行无性繁殖？
第三节神奇的基因芯片
在21世纪，一项新兴的工业产业——基因芯片工业将诞生于世。基因芯片是电子学和生物科学结合产生的广泛关注，它将给传统医学带来一场新的革命。1996年，美国加洲埃菲迈士公司首次在市场上推出的商业化的基因芯片和新片阅读器。人们意识到，基因芯片像不断更新的计算机芯片一样，具有巨大的商业前景，它将诱发一场新的技术革命，给医学领域带来全新的变化。在美国，目前就有6~7家公司开发出了20多种基因芯片已经面世。许多有实力的大公司也将纷纷加盟开发和生产基因芯片。尽管基因芯片的生产技术难度大，成本高，目前尚未有很好的经济效益，但投资者的热情丝毫不减，因为他们相信，基因芯片会像计算机芯片会像计算机新片一样迅速普及到生命科学的各个领域，发展成为一门新兴的工业。
在基因工程中，有一系列复杂的操作，其中之一是外源基因的存和取。存入基因需要给基因见一个库，而从库中取基因则需要一个有“吸力”的探针。说他是针，其实只是一种比喻，事实上，基因控针只是一段人工合成的碱基序列。把连接上标记的基因探针放入众多的基因混合物中，探针很快就会捕获目的基因并与它连接。探针连带它“钩”上的基因由于带有特殊的标记，故科学家们可以很方便地找到它。
基因探针除了可以用于从基因文库中“钩”出目的基因以外，还有一个非常重要的作用，就是在医学上用来诊断疾病。
在基因探针的基础上，科学家们研制出了神奇的基因扫描器——基因芯片。在1厘米见方的玻璃片上竟然装有几十万个基因探针。这种基因芯片可以使医学专家瞬间分析几千个基因，从而对病因及时作出诊断。
基因芯片，它的真正名字是脱氧核糖核酸（DNA）阵，与我们的计算机芯片有着极大的相似性。在不大的芯片上，储存着大量的信息，而传递信息的使者就是DNA。基因芯片由若干基因探针构成，每种基因探针包含着若干个核苷酸对构成的DNA片断。
基因芯片的工作原理与探针相同。在指甲盖大小的芯片上，排列着许多已知碱基顺序的DNA片断，根据碱基互补原则，可迅速与互补序列的单链DNA片断相结合，也就是捕捉相应的DNA，从而确定对方的身份，通过这种方式可准确识别异常蛋白等。包含小小芯片的基因扫描器，可以在很短的时间内观察病变细胞并分析出数十种由于基因异常引发的疾病。比如，已知艾滋病毒酶的基因序列，利用包含相应基因探针的芯片，就可以迅速准确地作出诊断。
基因芯片的制作是一项十分复杂的技术，要在小小的玻璃芯片上加工数十万个子槽，然后在每个孔上精确地放上不同的、特定的DNA片断而不使它们发生任何混淆是十分困难的。更重要的是，要制作基因芯片，首先要分离出数十万种不同的DNA片断，了解它们各自的功能特点。这就要借助于最新的基因研究。
通过包括“人类基因组计划”在内的基因研究，不久的将来，科学家们将掌握人类的全部基因图谱和所有异常突变的情况。在这种情况下，基因芯片更会发挥它神奇的功能。从癌症的病因到使艾滋病毒产生抗药性的基因变异，基因芯片不仅将用于许多创新性的研究，还将代替传统的体格检查和疾病诊断方法，尽早预知疾病。
如果你长期咳嗽发烧，医生会从你的喉部取样，用基因芯片进行测试，从而在很短的时间内就能对致病菌验明正身，不仅了解它属于什么类型的菌，还可知道它是否携带结某些抗生素的抗药基因，从而使医生开出更有针对性的药方，科学进行药物筛选，彻底改变目前在某种程度存在的盲目滥用抗生素的现状。对于肿瘤病人，在刚刚发现时，可从肿瘤组织取下一小块样品，用基因芯片察看蛋白质的基因，很快就可确定肿瘤的种类，以制定相应的对策。
当然，为了诊断单种或几种疾病，用基因芯片不如用基因探针来得实惠，因为基因芯片的价格是很贵的。基因芯片和基因探针相比，最大的好处是可以同时诊断好多种疾病。
练习：
1、 基因芯片的工作原理是什么？
2、 如何制作基因芯片？
3、基因探针和基因芯片用途怎样？
第四节 用细菌清除“白色污染”
现在人们生活的环境中，那些号称“白色污染”的塑料袋，称为环境污染的“癌症”因为在所有垃圾中，废纸，木柴都会自然腐烂，被分解成土壤地的一部分，破铜烂铁会被氧化，锈蚀，惟有塑料难于自行消失.
利用现代生物技术,科学家查清具有分解塑料功能的蛋白质遗传密码,然后把这种分解功能的基因转入细菌体内,就可得到能分塑料细菌了.这种科学的设想,现已成为现实。科学家最近发现，当细菌缺氧或缺氮而影响其生活时，会分泌出大分子聚合物来作为它的食品补充，这种聚合物正是天然塑料。对塑料有食欲的这种细菌，必定有分解塑料的基因，把这种细菌直接进入“白色污染并给予缺氧、缺氮环境，塑料将被细菌分而解之；或者把这种细菌，得分界塑料基因转入另一种繁殖快、食欲好的菌体内，其工作效率将大为改进。
清扫白色污染的细菌，还有变废为宝的特殊本领。把细菌体内控制分泌这种天然塑料的基因分离出来。导入大肠杆菌体内，使细菌的肚子里吐出了塑料。现在人们已研制出一种生产效率极高的塑料细菌，其体内塑料含量占总体重的75%。科学家正在设想将能造塑料的基因植入酵母菌、马铃薯、玉米等植物内，让酵母菌也能生产塑料，让庄稼长出的秸秆可作为生产塑料的原料。这种塑料生产工艺简单、干净，当它们成为塑料废品时，把它们分解加工也方便，不会造成环境污染。
练习：
1、“白色污染”指什么？
2、如何治理“白色污染”？
第二章 工农业中的遗传工程
对遗传工程的开发研究，是现代科学发展进步的显著标志，它不仅揭示了生物遗传的本质，而且在现实生活中具有普遍而又重大的实用价值。科学家们指出，再今后20年内，遗传工程将对食品、饲料、化工、能源、医药、眼矿等产生极为深远的影响。
第一节 理想的甜度剂
中国古代的圣人孔夫子曾经指出“食、色、性”也。就连封建时代的开明人士也能深刻地认识“民以食为天”的道理。这些无一例外地说明，吃食对个体而言，是至关重要，而又无可替代的。缺少了粮食，人体生命所需的能量就无从补充，生命将不复存在。如今，世界范围的粮食饥荒虽然不再存在，但局部地区的紧张仍然是不容忽视的事实，随着世界人口的急剧增长，粮食问题越来越引起有关人士的重视，为了解决这一矛盾，让我们不仅在将来吃饱，而且吃得更好，生物遗传工程的研究便显得举重若轻了。
在食品方面，我们的祖先很早就回生产面包、奶酪、酿造啤酒、白酒以及酱油、食醋。生产这些食品和饮料，都需要微生物参加。过去人们只是从自然界中分离微生物，筛选后
，进行发酵、培养。可在今天以遗传工程为代表的时代，人们能在实验中创造出应用于食品工业的新型菌种，采用现代化的发酵工程生产饮料和食品。过去生产果糖的葡萄糖异构
酶几乎都是从自然酶中提取的。现在，采用DNA重组技术，用新型的工程菌生产葡萄糖异构酶，使葡萄糖异构酶的产量大幅度提高，为食品饮料生产找到了理想的甜度剂。
练习：
1、 “民以食为天”的含义是什么？
2、 为什么食品行业能够有理想的甜度剂？
第二节用细菌合成塑料
现代工业发展之神速是我们大家始料不及的，社会化大生产所需的原料正在以超出我们想象的速度递增，原始工业材料的大量使用，特别是一些浪费性的使用，使原有的材料供给途径越来越引起有关人士的关心和注意。寻找、发现和使用替代品，成为相关人士不遗余力去克服的难关。现代生物遗传工程的研究打破了人们的常规思维，在开发新的工业原料替代品方面已经悄然地崭露头角。在化工方面，塑料工业是有机化学的骄傲。因为在今天，上至飞机，下至车船，大至火车，小至螺丝，没有哪个产业能离开塑料。过去和现在塑料化工的原料是由石油提供的，眼下这一状况渴望有所改变。遗传工程正在打开合成塑料的另一条光明之路，美国一家公司最近找到了一个用生物酶合成塑料原料（氧化链烯）的新方法。
实验证明，用生物酶法生成塑料原料的发现，使用细菌合成塑料的遗传工程技术的实现不在是幻想。而且，细菌生产塑料没有污染。我们只要把控制合成氧化链烯的基因进行重组，就可让大肠杆菌在发酵罐中生产塑料。通过DNA重组技术，还可以进一步提高产量，改善环境。
练习：
1、塑料有何用途？
2、了解细菌怎样合成塑料。
第三节杂交玉米
杂交玉米是美国许多遗传学者在遗传学原理的指导下，大约用了20年的时间才研究成功的。杂交玉米在20世纪30年代开始应用，产量不断地提高。
在第二次世界大战后期，中、苏、英、美等同盟国的军队打败了法西斯侵略者，依靠了多方面的力量，其中杂交玉米在提供丰富的粮食方面做出了巨大贡献。
杂交玉米是用不同品种的玉米通过杂交而得到的，具有强盛的杂种优势。什么是杂种优势呢？就是指不同物种或不同品种之间进行杂交所产生的后代，比亲本双方表现出较强的生命力，并且有较高的产量。例如，马和驴是不同的物种，它们杂交所产
生的骡子有较强的生命力，无论是形体，还是载物能力均超越先代，它们对环境也有较强的适应性，这就是杂种优势。如果让同一物种的玉米品种A和品种B杂交，它们的后代（A*B）在生活力和产量方面，都超过亲本（A和B）。要是这两个杂种玉米再杂交，杂种优势就更强了。
中国在海带的杂交实验中也收到了理想的效果，这两个研究中心在许多专家的合作下，都选育出许多优良品种的小麦和水稻，大大地提高了粮食产量。小麦和水稻原来都有许多高产的品种，但是这些品种都是高杆的。在高产的年景里，果实累累，沉甸甸的压着植株，大风一吹，就容易把植株吹倒了。结果是丰产不丰收，人们
还是得不到粮食。 如果这些作物的茎杆短一些，坚韧一些，那些丰产时就可
以抗倒伏了。那么，怎样取得矮杆基因呢？又怎样传给高产品中呢？利用杂交的方法，就可以把矮杆基因和高产基因综合在一起了。育种的基本方法就是从矮杆品种（它们一般是低产品中）中取得矮杆基因，把它传给高产品种。
玉米有多种用途。它可以作为人类的食物，也可以用来喂牲口，转化为动物蛋白质。它还可以用来制造淀粉、酒精，等等。
中国农业科学工作者，应用相同的遗传学原理，在20世纪70年代后期最先研究成功了杂交水稻，也得到了很高的产量。
练习：
1、什么是杂种优势呢？
2、怎样取得矮杆基因呢？
第三章生物芯片
第六代计算机革命
计算机为人类生存提供了更广阔的空间。办公室自动化，可免去我们早出晚归的上班路途奔波。快捷的传导信息网络，使我们耳更聪目更明。巨大的信息储存量，为我们省
出许多生活空闲。文字、图象处理技术，使我们的业余生活更加丰富多彩。多媒体、光盘、电子游戏、教学软件，成为培养后代的家庭教师。各种计算机化的医疗设备，使我们生存质量更高。计算机已成为人类生存必不可少的伙伴。
作为计算机储存信息的关键构件——芯片，已和生物学联系在一起，这就是第六代计算机革命带来的产物——生物芯片。
生物芯片的无穷魅力
用生物分子DNA蛋白质代替通常硅芯片上的电子元件，排列成集成电路，这就是生物芯片。在生物芯片中，信息以波的形式传播，当波沿着蛋白质分子或DNA分子链传播时，会引起它们的结构顺序变化，当一列波传播到分子链的某一部位时，它们就像硅芯片集成电路中的载流子那样传递信息。由于蛋白质、DNA分子比硅芯片上的电子元件要小得多，所以生物芯片的密度可达每平方厘米1015～１０16个，比硅芯片集成电路高３～５个数量级。
生物芯片首先被计算机专家看中。现代计算机工业正处在芯片革命的十字路口，传统的以硅为材料大规模集成电路的集成度有一定的限度，而且集成度提高后，电路密集散热的问题又难于解决，于是科学家的目光转向了以生物材料制作芯片的目标。计算机芯片必须具有存储记忆、逻辑运算等功能，而作为蛋白质组成人体大脑、内脏器官等高度智能器官的基本物质无疑是具备这些功能的，关键是怎样去调动组织蛋白质这样的功能。科学家正精心试验各种蛋白质，以及以及各种蛋白质之间的合理搭配，以选择制作生物芯片，将这些生物芯片安装到计算机上，计算机便可模拟人脑的思维功能，其运算速度将由一般硅芯片计算机的109次/秒提高到1015次/秒。虽然真正要造出一台生物计算机还有许多工作要做，面临的难题也很多，但其诱人的前景已吸引了前百名生物学家、计算机学家和物理学家，相信不远的将来，第六代计算机——生物计算机将会问世。
医学家的选择
生物芯片也被医学专家看好。医用生物芯片被设计成用DNA分子排列成密集的分子镊。每个芯片约指甲大小，每片装约40万个DNA小片段，可以通过这些DNA小片段，探查出这个DNA的结构。之所以又叫它为分子镊，是因为这些DNA可以捕捉相应的DNA。通过这种用DNA分子制成的生物芯片——基因芯片，医生能及早诊断疾病。如肿瘤病人
当刚刚发现肿瘤时，从肿瘤组织中取出一块样品，用基因芯片查看样品蛋白质的基因，
几分钟之内芯片就可确定肿瘤的种类，若是恶性肿瘤，即可查出引起癌变的那些
有“毛病”的基因。有一种叫P53的基因，这种基因被认为是一种抑癌基因，一般正常人
正是依靠P53基因来抑制癌细胞的生长，从而免受癌细胞侵袭。但是，一旦人体中
P53基因失常，结构发生变化，就会失去抑癌功能，人体就易受癌细胞侵袭，患上
癌症。科学家正在设计一种专用以探查P53基因失常的基因芯片，医生用这种基因芯片
能够迅速探清人体内P53基因的状态，为某些带有变异P53基因，特别是发现P53基因早期变异的病人确定最佳治疗方案。
运用同样原理，科学家还可研制出许多常见病人的诱发基因的探查芯片，如心脏病、老年性痴呆病、艾滋病的诱发基因，用基因芯片扫描一下，便可迅速得出结果。
生物芯片除了在计算机、医学上的应用前程似锦外，在通信、工业自动化、家电、
国防等领域也将是前途无量，在我们的通信设备、生产自动流水线，我们的音响、
电视里，在国防的导弹、火箭中，都将会出现生物芯片。生物芯片将会从各个方面
渗入我们生活的各个角落，彻底改变我们的生活面貌。
练习：
1、 为什么生物芯片具有无穷的魅力 ？
2、生物芯片在医学上有何作用？
第四章 盐腌食物为何可以久放
人类用食盐来防腐已经有悠久的历史了。古代人早就用盐水来洗刷伤口，用盐来腌肉，腌菜，腌鱼等。据考古学研究，中国人民在几千年前就知道用食盐来防腐了。
防腐说到底是防止细菌污染，也就是说食盐是细菌的对头，绝大部分细菌遇到高浓度的食盐，就会“土崩瓦解，束手投降”。
那么，食盐为什么有防止细菌污染的本领呢？
过去的解释是这样的：由于蛋白质是构成生命体的重要组成部分，它又是食物的重要组成部分。蛋白质遇到高浓度的食盐，会发生盐析、变性等反应，导致蛋白质凝固。这一方面使细菌体内蛋白质凝固，而抑制其繁殖，甚至使细菌死亡；另外一方面，食物中蛋白质凝固也可抵抗细菌侵蚀。在此双管齐下，保证了食物不致腐败。
但是，美国食品研究所的生物化学家们，在电子显微镜下对食盐防腐机理作长期观察，得出新结论是，食盐防止细菌污染是因为食盐是由氯离子与纳离子组成的离子化合物，在腌制过程中，纳离子和氯离子分别覆盖在食物分子的表面，使细菌不能吸取食品营养，从而活活地饿死，这是食品防腐的主要原因。其它盐类同样也有防腐作用，只是它们常常会使食物改变味道，或产生某些毒性，而食盐是人体必需的化合物，而且价格便宜，用来腌制食品既安全又合算。
美国生物化学家还指出，过去简单地认为食盐防腐只是由于盐析、变性、渗透等原因是不完整的，需要补充和充实。
名画《最后的晚餐》中，在出卖耶稣的门徒犹大面前，画着一只翻倒的盐罐。在古代西方，盐的地位相当崇高，如果在进餐时把盐罐打翻，便被看作是不祥之兆或邪恶。达.芬奇这样画，正是为了隐喻犹大的邪恶。
其实，在中国人心目中，盐的地位也不低，“开下门来七件事，柴、米、油、盐、酱、醋、茶。”盐，是不可缺少的。
人类如此重视盐，是有道理的。因为它可以维持血液中适当的酸碱度，产生消化液，帮助消化，促进食欲等。由于人每天要从粪尿和汗液中排出一定量的盐分，因此给予补充，以求得平衡。据分析，在通常情况下，正常人每天摄取5克食盐，便可维持生理需要了。但事实上出于调味的需要，远远超过这个数字，一般人要用到12克左右，这便“物极必反”了。
若长期食盐过度，人体各部分组织细胞里的盐分过高，根据渗透原理就会把细胞外的水分吸进来，使体内水分增多，这也就是医生说的水肿。
如人体内食盐过多，还会引起心血管疾病特别是高血压症。因为人体中的钠盐，在某些分泌作用下，促使血管对各种升血压物质敏感性增加，使血压增高。有调查证明，多吃盐与高压发病率高有密切关系，如北京人高血压发病率达9、53%，而广东人仅为2、44%；因北京每天人均吃盐16~18克，广东人仅为6~7克。
此外，过量的碘盐还影响人的容貌。因为盐多了会使体内的碘难以发挥作用，从而破坏皮肤的胶质，使皮肤变得粗糙、发黑。
那么，每天吃盐多少为宜呢？科学试验证明，每人每天以8克为宜，这既考虑了调味的需要，又不会对健康造成大的危害。
为了身体健康，请少吃点盐吧！
练习：
1、食盐为什么有防止细菌污染的本领呢？
2、人体内食盐过多有什么后果？
