人教版高中生物选修3《现代生物科技专题》常见问题解析，本文主要内容关键词为：常见问题论文,人教版论文,生物科技论文,专题论文,高中生物论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
《现代生物科技专题》是高中生物新课程3个选修模块之一，主要面向有志于进一步学习生物类专业的学生，因此本模块着重介绍了现代生物科学和技术中一些重要领域的研究热点，其中涉及了很多新的生物科技概念、原理和技术流程，对教师的教学可谓是一个不小的挑战。教师们在教学实践中，多多少少都会遇到一些困惑，本文撷取了一些有代表性的问题，与教师们一起探讨。
1 有少数限制酶的识别序列由5个核苷酸组成，这样的限制酶是如何切割DNA片段的呢？
限制性核酸内切酶又称限制酶，能够特异性地识别并切割双链DNA分子中的某段特殊序列，该段序列称为识别序列或识别位点，通常呈回文结构。基因工程中常用的是识别4个或6个核苷酸的限制酶，也有少数限制酶的识别序列由5个或8个核苷酸组成。其中识别序列为5个核苷酸的限制酶，识别序列中间的那个核苷酸不可能和与自己相同的核苷酸配对，因此这种识别序列不是严格意义上的回文结构，识别序列中间的那个核苷酸通常并不要求是某种特定的核苷酸，即识别序列常常不止一种。例如，限制酶Hinf I的识别序列为GANTC，中间的核苷酸N可以是A、T、C、G中的任何一个，即该限制酶有4种识别序列；又如Sfi I限制酶的识别序列为GGCCNNNNNCCGG，共13个核苷酸，中间的5个核苷酸NNNNN也没有特定的要求，该酶可以识别并切割多种DNA分子。
2 科学家用基因工程方法在大肠杆菌内获得了干扰素，是不是意味着大肠杆菌能生产糖蛋白？
我们知道，大肠杆菌细胞内没有内质网和高尔基体等细胞器，因此是无法生产糖蛋白的。而根据生物学教科书中的定义，干扰素是哺乳动物细胞在诱导物的诱导下产生的一种特异糖蛋白，上世纪80年代科学家用基因工程的方法在大肠杆菌内获得了干扰素。既然大肠杆菌无法生产糖蛋白，又为何能生产干扰素呢？据科学家研究发现，虽然由哺乳动物细胞分泌的天然干扰素是糖蛋白，但是由基因工程技术生产的重组人干扰素却不是糖蛋白。干扰素在没有糖链的条件下，同样能够抑制病毒在细胞内的增殖，加强巨噬细胞的吞噬作用和对癌细胞的杀伤作用。因此，大肠杆菌能够生产干扰素，但是并不能说明大肠杆菌可以生产糖蛋白。
既然干扰素没有糖链也能发挥作用，那么哺乳动物细胞为何要“多此一举”地给干扰素加上糖链呢？一方面，真核细胞的糖基化体系给蛋白质加上糖链后，能够帮助蛋白质折叠成正确的构象，同时糖蛋白分子表面的极性糖链有助于蛋白质的溶解，防止蛋白质聚集沉淀，从而能使糖蛋白通过转运系统分泌到细胞外。而在大肠杆菌表达系统中，由于缺乏糖基化体系，表达的非糖基化蛋白常常会在细菌体中聚集成不溶性的包涵体(inclusion body)。包涵体中的蛋白质是没有生物活性的，需要通过后续的溶解、纯化、复性等操作帮助变性的包涵体蛋白质折叠成有生物活性的蛋白质。另一方面，糖链对蛋白质的稳定性和半寿期(half life，一种物质其质量的一半被代谢或排出所需的时间)有一定的影响，一些糖蛋白在去除糖链后虽然仍具有一定的生物活性，但是易被蛋白酶降解。因此，真核细胞表达的干扰素需要糖链来稳定结构、帮助溶解，并通过转运系统分泌到细胞外，进入血液循环系统，以发挥其抗病毒、抗肿瘤的生物功效。
3 胰蛋白酶会把细胞消化掉吗？
胰蛋白酶可以消化细胞与细胞、细胞与培养瓶之间的细胞连接物质，使细胞相互分离形成单细胞悬液。具体而言，它除了可以消化细胞间的蛋白质外，长时间作用也会消化细胞膜蛋白，对细胞造成损伤，因此必须控制好胰蛋白酶的浓度、用量和作用时间。实验操作中，用倒置相差显微镜观察到细胞在胰蛋白酶的作用下开始回缩变圆，细胞与细胞之间接触松散、间隙增大时，表明细胞已经开始分离，此时即可倒去含胰蛋白酶的消化液，终止酶的消化作用。如果在酶消化过程中发现细胞大片脱落，表明消化过头，此时不能倒去消化液，以免丢失细胞，可往培养瓶内加入适量含血清(血清对胰蛋白酶有抑制作用)的培养液，终止胰蛋白酶对细胞的消化，减少其对细胞的损伤。
4 现代生物技术如转基因技术、细胞融合技术等可以快速地产生新物种，打破了物种间生殖隔离的限制，其对物种概念有什么样的影响？
生物学中，将能够在自然状态下相互交配并且产生可育后代的生物群体称为物种(species)。但是，物种的概念发展至今遇到了不少的困难。例如，对于单性生殖或无性生殖的生物，这个概念并不适用；植物不同种之间杂交有时会产生有生育能力的杂交后代，此时物种的概念也不适用。但对大多数生物来说，生殖隔离仍是判断新物种的一个重要依据。
达尔文认为，物种形成主要经过“地理隔离→独立进化→生殖隔离”这3个步骤，特别是生殖隔离的形成，使得不同种群的生物不能进行基因交流，因而预示着新物种的形成。现在，随着生物技术的快速发展，人们可以按照自己的意愿，通过体外DNA重组和转基因技术、细胞融合技术等，赋予生物以新的遗传特性，创造出符合人们需要的新品种和新物种。现代生物技术的出现和发展，使得生物进化的决定力量似乎由自然选择变成了人工选择，人类可以保护濒危的动植物，创造出自然界没有的新物种，等等。与传统的物种形成方式相比，现代生物技术创造新物种的速度明显加快，物种之间的界限也开始变得模糊，人们可以很容易地将微生物的基因转移至植物或动物中，不同种间或属间的生物可以通过细胞融合的方式实现杂交，打破了物种间生殖隔离的界限，对传统的物种概念和理论是一个很大的冲击和挑战。
5 体细胞核移植中，为什么注入去核卵母细胞的是供体细胞而不是供体细胞的细胞核？供体细胞的细胞质中的遗传物质是否也能表达出相应性状？
体细胞核移植技术最初是用玻璃微型吸管将供体细胞的细胞核吸出，再注入去核卵母细胞内；后来通过实验的不断摸索发展出了另外一种方法，即直接将供体细胞注入到核卵母细胞透明带内，然后用病毒介导或者电脉冲等方式使两个细胞融合。因为这种方法操作简便，对卵母细胞损伤较小，现在较为常用。但是这种操作方法会将供体细胞线粒体带入受体卵母细胞内，核移植后的细胞质中同时存在着供体细胞和受体细胞的线粒体，这两种来源的线粒体可能的命运有3种：第一种是供体来源的线粒体被降解，只剩下受体来源的线粒体；第二种可能是两种来源的线粒体同时存在，核移植个体的线粒体呈异质性；第三种可能是受体来源的线粒体被选择性降解，供体来源的线粒体占主导。据研究发现，线粒体呈异质性的情况主要存在于核移植个体胚胎发育早期，大部分核移植个体后代中主要存留的是受体来源的线粒体，如“多莉”羊的线粒体DNA就来自于受体卵母细胞，只有少部分保留的是供体来源的线粒体。目前，供体和受体来源的线粒体的命运如何还没有完全一致的规律，有待于进一步的深入研究。
供体细胞的细胞核拥有绝大多数的遗传信息，但并非包含机体全部的遗传信息，细胞质中线粒体DNA也含有少量的遗传基因，其表达的蛋白主要与线粒体自身的功能相关，在机体某些遗传特征方面也起着重要作用。例如，法国某研究中心用体细胞核移植方法得到的克隆鼠，其行为有时和体细胞核供体鼠完全不同，但若将体细胞核供体鼠的线粒体DNA也移入去核卵母细胞，克隆鼠与体细胞核供体鼠的行为就基本一致了，这说明线粒体DNA对动物大脑的发育和行为都有影响。
6 判断卵子受精以观察到两个极体为标志，卵母细胞减数分裂不是应该形成一个卵细胞和3个极体吗？
经典的减数分裂是一个初级卵母细胞经过连续的两次分裂形成一个卵细胞和3个极体。很多哺乳动物在排卵前后，卵泡中的卵母细胞开始恢复减数分裂，一个初级卵母细胞经减数第一次分裂形成一个次级卵母细胞和一个第一极体，然后次级卵母细胞再进入减数第二次分裂并停留在减数第二次分裂中期，直到受精后才完成减数第二次分裂，形成一个受精卵，并排出一个第二极体。在人类以及大部分哺乳动物中，第一极体往往不再进行减数第二次分裂，只有少部分哺乳动物的第一极体才会分裂形成两个第二极体。所以，在实践操作中，卵子受精时往往会只观察到两个极体，即减数第一次分裂形成的第一极体和减数第二次分裂形成的第二极体。
7 为什么要讨论生物技术的安全性和伦理问题？
教材作为知识传承的媒介，应该坚持以科学的理论武装人、以正确的舆论引导人、以高尚的精神塑造人，向学生传播正确的科学知识，造就正确的伦理舆论导向，建立起科学研究的道德规范。在我们这个社会中，不同的群体有不同的生活经历和家庭背景，其情感态度的取向和价值观的判断会存在一定的差异，因此，需要有正确的舆论引导他们逐渐形成科学的价值观，从而为科学技术的发展创造良好的氛围。
学生学习这部分内容的主要目的，一是使学生能够理性地看待生物技术的安全和伦理问题，将来能运用包括这些知识在内的科学知识改善自己的工作和生活；其次，这部分知识采用讨论、辩论等方式进行，就是要让学生积极参与学习的全过程，使他们对相应的社会问题更加关注，培养学生主动参与社会事务和分担社会责任的意识；最后，许多社会问题在不同的条件下，会有不同的解决方法，培养学生要用辩证的眼光来看待复杂的社会问题。
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