本科选修-生命科学导论—基因与基因工程

学。
• 中国人知道火药的应用已经若干世纪，如果他们用正确的 方法探索其特殊应用的原理，他们就会在获得众多应用的
同时发展出化学，甚至物理学。因为只满足于火药能爆炸 的事实，而没有寻根问底，中国人已经远远落后于世界的
进步。我们现在只是将这个所有民族中最古老、人口最多 的民族当成野蛮人。
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A plea for pure science By H. A. ROWLAND
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• 1883年8月15日，美国著名物理学家、美国 物理学会第一任会长亨利·奥古斯特·罗兰 (1848-1901)在美国科学促进会(AAAS)年会上
做了题为“为纯科学呼吁”的演讲。
• 该演讲的文字后发表在1883年8月24日出版
的Science杂志上，并被誉为“美国科学的 独立宣言”。
• 一百多年后重读罗兰的“为纯科学呼吁”
朝，中国的科学水平从来就没有达到过两 千年前的希腊的水平。
• 这不是因为我们祖先没有智慧，很大程度
上是和文化传统有关，中国人和除了古希
腊人以外的很多民族都是非常实用主义的， 研究科技的原因就是因为它有用。
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• 古希腊人研究科学的主要原因不是因为有
用，而是理性的需要，就是发自内心地想
了解这个世界为什么是这样，而不管这样 的了解是不是可以导致发明创造并造福人 类。
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• 现在流行一个观点，就是中国古代曾经在 科技上长时间领先于世界，产生了包括四 大发明在内的很多伟大发明，只是到近代 落后了。
• 其实这种观点是不严格的。 • 四大发明确实是中国对世界了不起的贡献，
但它们都是属于技术范畴。严格地说应该 是中国古代的技术曾经长时间领先于世界。
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• 中国历史上曾经先进的只是技术，科学从 来没有先进过，到西方科学开始传入的明
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• 然而，我们的国家也正处于同样的状况。因 为我们获得了欧洲世界的科学，并将它们应 用到生活的方方面面。
• 我们就像接受从天空中落下的雨水那样理所 应当地接过这些科学知识，既不问它们究竟 从哪里来，也没有感激为我们提供这些知识 的伟大、无私的人们的恩情。就像天堂之雨 一样，纯科学降临到我们的国家，让我们的 国家更加伟大、富裕和强壮。
那个因子控制性状的发育，即一个因子决定一个性 状。（该因子后来叫基因） • （3）在体细胞中，遗传因子是成对存在的。 • （4）在配子形成中，成对的基因分离，每个配子中只有一 对基因中的一个，这就是分离定律。 • （5）如果有两对以上的基因，则不同对的非等位基因独立 自由地组合到配子中去。这就是不同对的非等位基因 的自由结合，称为自由组合定律。 • （6）成对基因在一般情况下，一个是显性，另一个是隐 性。有两性基因存在时，显性性状表现出来而隐性性 状不能表现，只有两个隐性基因纯合时，隐性性状才 表现出来。这就是遗传的显隐性原理。 #
摩尔根对此现象解释说：“眼睛的颜色基因（R）与性
别决定的基因是结在一起的，即在X染色体上。”或者像
我们现在所说那样是链锁的，那样得到一条既带有白 眼基 因的X染色体，又有一条Y染色体的话，即发育为白眼雄果 蝇。
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• 摩尔根实验证明基因位于染色体上，并呈直线排 列，提出了遗传学是连锁交换规律，建立了遗传 的染色体学说，为细胞遗传学奠定了重要基础。
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• 产生于西欧的近代科学，不是西欧人凭空 想出来的，它是有基础的，这个基础主要 就是古希腊的科学。
• 二千年前的古希腊诞生了阿基米德、欧几 里德、托勒密等一批著名的科学家，他们
每个人都在各自领域建立起一套系统的科 学理论。
• 这些科学理论在西方传教士进入中国以前， 中国人都是不知道的，也没有人建立过类 似的理论。
• 本泽把通过顺反实验而发现的遗传的功能单位 称为顺反子，1个顺反子决定一条多肽链，顺 反子即是基因。
• 1个顺反子内存在着很多突变位点——突变子， 突变子就是改变后可以产生突变型表型的最小 单位。
• 1个顺反子内部存在着很多重组子。重组子就 是不能由重组分开的基本单位。理论上每一核 苷酸对的改变，就可导致一个突变的产生，每 两个核苷酸对之间都可发生交换。这样看来， 一个基因有多少核苷酸对就有多少突变子，就 有多少重组子，突变子就等于重组子。
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（一）基因概念的发展
从遗传学史的角度看，基因概念大致分以下几个阶段：泛基因（或者称 前基因）阶段，孟德尔的遗传因子阶段，#摩尔根的基因阶段，#顺反子 阶段，#操纵子阶段和现代基因阶段。
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孟德尔遗传因子阶段
• 在1865年他根据豌豆七对不同性状的杂交实验，总
结出遗传因子的概念以及在生殖细胞成熟中同对因
• I have often been asked which was the more important to the world, pure or applied science. To have the applications of a science, the science itself must exist.
遗传实验中，进一步证实了孟德尔因子的存在，证实了
孟德尔已经发现过的遗传的分离定律和自由组合定律，
摩尔根 （Thomas Hunt Morgan 1866―1945），美国遗 传学家
而且还作出了另外两大重要发现：一是发现基因是在染 色体上，二是发现了遗传的基因链锁和互换定律。在果 蝇遗传实验的基础上，摩尔根还建立了作为摩尔根理论
• 并由此提出基因既是一个功能单位，是一个突变 单位，也是一个交换单位的“三位一体”概念。
• 所以经典遗传学认为：基因是一个最小的单位， 不能分割；既是结构eymour Benzer
基因的顺反子阶段
1955年，美国分子生物学家本兹尔(Benzer)提出 了比传统基因概念更小的基本功能单位即顺反 子的概念。
演讲，可以感觉到今日中国的科学发展与 美国当年颇有相似之处。
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• 我时常被问及这样的问题：纯科学与应用科学究竟哪个对
世界更重要。为了应用科学，科学本身必须存在。
• 假如我们停止科学的进步而只留意科学的应用，我们很快 就会退化成中国人那样，多少代人以来他们(在科学上)都
没有什么进步，因为他们只满足于科学的应用，却从来没 有追问过他们所做事情中的原理。这些原理就构成了纯科
生命科学导论—基因与基因工程
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一.生物的遗传因子—基因 二.人类基因组计划 三.基因工程的产生及应用#
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一.生物的遗传因子—基因 1.基因概念的发展;# 2.染色体与基因; 3.基因的化学本质—DNA; 4.基因的语言—遗传密码; 5.基因的结构;＃ 6.遗传信息的传递—中心法则; 7.基因表达的调控; 8.基因突变;
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• 中国的技术在近代也落后于西方国家，就是因为当 技术进步到一定程度时，纯粹来自于经验的技术开 始让位于根据科学发展起来的技术。
• 从经验上发展技术是有很大盲目性的，是比有理论 指导需要更多次“试错”才能成功的。当一个技术 需要很多步骤，每个步骤都有很多可能性需要“试 错”的话，总的需要“试错”的次数就是所有每一 步骤次数的积。所以当步骤数增加，“试错”次数 就要按指数增加，很快就是个天文数字。这种情况 下简单的“试错”成功的可能性就基本上接近零了。
•
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• 不均等交换表明功能 性基因并不一定是重 组单位。突变分析（尤其是在微生物中）
已经证明在单个功能性基 因中可能有几个 不同的突变座位。
• 位置效应（顺式与反式差别）表明基因不 一定是突变单位。原来认为基因同时是重 组单位、突变单位和功能单位的朴素观点 必须放弃。
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• 由于 这些矛盾，Benzer（1957）提出了一种过激 的建议，主张干脆不用“基因”这个词而代 之以 三个不同的词：“突变子”（muton），作为突 变单位；“重组子”（recon），作 为重组单位 （按交换地点确定）；“顺反子”（cistron）， 作为基因功能单位（按位 置效应的顺式反式差 别）。在这三个词中，顺反子最接近传统的基因 概念，因为在一般 情况下基因的特征是由其效应 决定的。但是“基因”这个词最终仍然按Benzer 为顺反子 下的定义被普遍采用，而“突变子”和 “重组子”这两个词则一直未流行。
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• 对于今天已经文明化的一个国家来说，科学的应 用是必需的。迄今为止，我们的国家在这条路上 走得很成功，因为纯科学在世界上的某些国家中 存在并得到培养，对自然的科学研究在这些国家 中被尊敬为高贵的追求。但这样的国家实在稀少， 在我国，希望从事纯科学研究的人必须以更多的 道德勇气来面对公众的舆论。他们必须接受被每 一位成功的发明家所轻视的可能，在他们肤浅的 思想中，这些人以为人类唯一的追求就是财富， 那些拥有最多财富的人就是世界上最成功的人。
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• 多少代人来，只有少数学习科学的学生将 对自然的研究珍视为最崇高的追求。无论 富裕或者贫穷，他们都有一个共同点：对 自然及其规律充满热爱。
• 世界因科学的应用而带来的进步应归功于 这少数人，但他们中只有极少数曾从世人 那里得到他们应有的回报。
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摩尔根的基因阶段
从1910年到30年代托马斯·亨特·摩尔根及其助手在果蝇
子分离、异对因子自由组合两条遗传规律，也就是
孟德尔 (1822-1884) “遗
传学之父”，奥地利原天 主
教神父
人们称为的孟德尔因子和孟德尔定律。他发现了遗 传基因原理，总结出分离规律和自由组合规律，为 遗传学提供了数学基础，创立了孟德尔学派。
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孟德尔定律的要点是：
• （1）生物体的每一个性状是独立遗传的。 • （2）每一个性状的生殖细胞中由一个决定的因子所代表，
主要基础的基因学说。
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摩尔根的连锁与交换律的要点是：
• 每对染色体上有许多基因，各对基因在染色体上
有一定位置，这一定的位置叫做位点。
• 在同一条染色体上的基因是不能分离的，这种现