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附：

21世纪，高科技发展的热点之一是现代生物技术中的遗传工程
。遗传工程有狭义和广义之分：狭义遗传工程就是基因工程；广义的遗传工程是指所有能改变生物体遗传性状的技术。遗传工程起始于70年代 ，首先是分子生物学家研究并掌握了分割和拼接遗传物质脱氧核糖核酸（DNA）的技术
，其后应用到各个方面 。通过这种技术，已经可以使细菌产生胰岛素和人类生长激素 ，提高乳牛产奶量
，还能将抗御病虫害的特殊基因注入到马铃薯
、玉米、棉花等农作物中
。近年来医务界已治愈了几种可能致人于死地的酶缺乏症（几种遗传病），并且几乎每周都能发现引发某种疾病的基因……生物技术正在以另人目不暇接的速度和不可思议的方式改变着这个世界。1996年诺贝尔奖获得者 、莱斯大学的化学家罗伯特·柯尔说：“本世纪是物理学和化学的世纪 ，但下个世纪显然将是生物学的世纪 。”

认识基因

将外源遗传物质人工地转移到受体生物中
，使受体生物获得新的遗传属性，这一工序叫做遗传工程
。基因工程是分子水平上的遗传工程 ，是专指来自不同生物的基因（称目的基因）同有自主复制能力的载体DNA在体外人为地连接
，建成新的重组DNA，然后送入受体生物去繁殖和表达 ，从而达到遗传物质和性状的转移和重新组合。为区别于一般遗传工程，现在常用基因工程一词
，也称为基因操作
、基因克隆增殖、重组DNA技术 。基因工程的主要程序包括目的基因的取得，载体的选择 ，限制酶等酶系的选用
，体外重组体的构建 、转化，以及目的基因在受体细胞里的增殖与表达
。

“基因 ”到底是什么呢？

现在我们通用的“基因
”一词 ，是由“GENE”音译而来的。基因原称遗传因子
，这一概念由来已久，例如斯宾塞的“生理单位 ” ，达尔文的“微芽
”
，魏斯曼的“定子”等都是为了企图说明世代之间性状遗传机理的早期遗传因子的假说 。

1865年，奥地利原天主教神父
、遗传学家约翰·格雷戈尔·孟德尔（1822―1884年）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子分离、异对因子自由组合两条遗传规律
，也就是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
，由此成为“遗传学之父 ”
。

“基因”是丹麦的植物学家和遗传学家威·约翰逊1909年首先提出来用以表达孟德尔的“遗传因子
”这一概念的。从1910年到30年代美国人托马斯·亨特·摩尔根（1866―1945年）等通过数百种果蝇性状的杂交实验，结合细胞学的观察 ，不仅证明了孟德尔定律的正确性
，而且还发现了基因连锁和交换显象及其染色体机理，同时还证实了长期存在的一种猜测 ，即借助于显微镜能看到的在细胞核里呈小棍形状结构的染色体就是基因的所在地 。他阐明了基因变异和遗传的染色体机理
，总结为基因学说
。

但是，当时人们还没有弄清楚基因到底是什么。40年代以来遗传学研究逐步提高到分子水平 ，40－60年代
，经过许多科学家的实验研究，肯定了基因的化学成分主要为DNA ，阐明了DNA的双螺旋结构以及双股DNA之间碱基互补配对原则
，人们才在以后的研究中，越来越清楚地认识了“基因”及其在遗传中的作用 。

基因是具有遗传效应的DNA分子片段 ，它存在于染色体上，并在染色体上呈线性排列
。基因不仅可以通过复制把遗传信息传递给下一代
，还可以使遗传信息得到表达，也就是使遗传信息以一定方式反映到蛋白质的分子结构上 ，从而使后代表现出与亲代相似的性状。

根据遗传学研究
，一般都认为一条染色体只含有一条DNA双螺旋；如果染色体已分裂为两个染色单体，那么每一个单体含有一条DNA双螺旋 。但是染色体的宽度要比DNA双链大得多 ，而染色体的长度又比DNA双链短得多
。据统计
，人的染色体总长不到半毫米，而DNA分子的总长却可达数米 ，所以在染色体中的DNA双链总是缠绕又缠绕
，呈高度地盘曲的状态。

在染色体中高度盘曲着的DNA分子是一条很长的双链，最短的DNA分子中大约也含有4000个核苷酸对 ，最长的大约含有40亿个 。一个DNA分子可以看作是很多区段的集合
，这些区段一般不互相重叠，大约各有500－6000个核苷酸对 ，这样的一个区段就是一个基因
。

那么，基因的内部结构是什么样的
，科学家又是如何确定它的呢？

实际上，在遗传学发展的早期阶段“基因 ”仅仅是一个逻辑推理概念 ，而并非一种已经得到证实了的物质和结构。在本世纪30年代
，由于证明了基因是以直线的形式排列在染色体上，因此人们认为基因是染色体上的遗传单位 。随着分子遗传学的发展 ，1953年在沃森和克里克提出DNA的双螺旋结构以后
，人们普遍认为基因是DNA的片段，确定了基因化学本质。大多数生物的基因是由DNA组成 ，而DNA则是染色体的主要化学成分
。大多数真核生物细胞内的DNA是由双股多核苷酸单链结合而成。每股DNA链又是由许多个单核苷酸借磷酸二酯键互相连接而成；而两股之间则是依靠两者的碱基成分按互补规律分别配对结合
，即腺嘌呤（A）与胸腺嘧啶（T）借两个氢键连接，鸟嘌呤（G）与胞嘧啶（C）借三个氢键连接 ，形成一条双螺旋梯形结构
，故称为DNA双螺旋 。本世纪60年代，本茨又提出了基因的内部具有一定的结构 ，可以区分为突变子 、互换子和顺反子三个不同的单位
。DNA分子上的一个碱基变化可以引起基因突变，因此可以看成是一个突变子；两个碱基之间可以发生互换
，可以看成是一个互换子；一个顺反子是具有特定功能的一段核苷酸序列，作为功能单位的基因应该是顺反子。因此从分子水平来看 ，基因就是DNA分子上的一个片段
，经过转录和转译能合成一条完整的多肽链 。可是，通过近来的研究 ，科学家认为这个结论并不全面
，因为有的基因在转录出RNA后，不再翻译成蛋白质
。另外 ，还有一类基因
，如操纵基因，它们既没有转录作用 ，又没有翻译产物
，仅仅起着控制和操纵基因活动的作用。特别是近年来，科学家发现DNA分子上有相当一部分片段 ，只是某些碱基的简单重复 。这类不含有遗传信息的碱基片段，在真核细胞生物中数量可以很大
，甚至达到50％以上
。关于DNA分子中这些重复碱基片段的作用，目前还不十分了解。有人推测可能有调节某些基因活动和稳定染色体结构的作用 ，其真正的功能尚待研究 。由此
，目前有遗传学家认为，应把基因看作是DNA分子上具有特定功能的（或具有一定遗传效应的）核苷酸序列
。

基因的结构有以下几个特点：

1）基因是结构单位 ，不能由交换分开
，交换只能发生在基因之间，而不在它们之中。2）基因是突变单位 ，基因可以从一个等位形式变为另一个等位形式
，但在基因内部没有可以改变的更小的单位 。3）基因是作用单位，能产生一种特定的表型效应 ，基因的部分
，如果有的话，不能起作用。4）染色体是基因的载体 ，染色体的存在，使等位基因可以有规则分离
，又可以使非等位基因间相互重组
。

基因的功能

基因有控制遗传性状和活性调节的功能。基因通过复制把遗传信息传递给下一代，并通过控制酶的合成来控制代谢过程 ，从而控制生物的个体性状表现 。基因还可以通过控制结构蛋白的成分
，直接控制生物性状
。

生物体细胞中的DNA分子上有很多基因，但并不是每一基因的特征都表现出来。即使是由同一受精卵发育分化而来的同一人体不同组织中的细胞 ，如肌肉细胞
、肝脏细胞、骨细胞 、神经细胞、红细胞
、和胃黏膜细胞等 。它们的细胞形状都是各不相同的
。为什么会出现这种现象呢？原来
，细胞核中的基因在细胞的一生中并非始终处于活性状态，它们有的处于转录状态 ，即活性状态
，这时基因打开，有的处于非转录状态 ，即基因关闭。在生物体的不同发育期
，基因的活性是不同的，而且基因的活性有严格的程序 。基因活性的严格程序是生命周期稳定的基础
。各种不同的生物因其细胞内的基因具有独特的活性调节而呈现不同的形态特征。

那么 ，基因是如何决定性状的呢？

生物体的一切遗传性状都受基因控制，但是基因并不等于性状
，从基因型到表现型（性状）要经过一系列的发育过程 。基因控制生物的性状主要通过两条途径，一是通过控制酶的合成来控制生物的性状
。这是因为由基因控制的生物性状要表现出来 ，必需经过一系列的代谢过程
，而代谢过程的每一步都离不开酶的催化，所以基因是通过控制酶的合成来控制代谢过程 ，从而控制生物个体性状的表现的。另一条途径是基因通过控制结构蛋白的成分直接控制生物的形状 。蛋白质多肽链上氨基酸序列都受基因的控制
，如果控制蛋白质的基因中DNA的碱基发生变化，则可引起信使RNA上相应的碱基的变化 ，从而导致蛋白质的结构变异。

此外
，遗传性状的表现，不但要受到内部基因的控制 ，还受到外部花茎条件的制约
。因此
，不同基因型的个体在不同的环境条件下可以产生不同的表现型，即使同一基因型的个体 ，在不同环境条件下，也可以产生不同的表现型。也就是说
，表现型是基因型与环境共同作用的结果 。

国际上生物技术发展的新动向

基因疗法

随着人类对基因研究的不断深入，发现许多疾病是由于基因结构与功能发生改变所引起的
。科学家将不仅能发现有缺陷的基因 ，而且还能掌握如何进行对基因诊断、修复 、治疗和预防
，这是生物技术发展的前沿。这项成果将给人类的健康和生活带来不可估量的利益 。

所谓基因治疗是指用基因工程的技术方法，将正常的基因转如病患者的细胞中 ，以取代病变基因
，从而表达所缺乏的产物，或者通过关闭或降低异常表达的基因等途径 ，达到治疗某些遗传病的目的
。目前
，已发现的遗传病有6500多种，其中由单基因缺陷引起的就有约3000多种。因此 ，遗传病是基因治疗的主要对象 。

第一例基因治疗是美国在1990年进行的
。当时
，两个4岁和9岁的小女孩由于体内腺苷脱氨酶缺乏而患了严重的联合免疫缺陷症。科学家对她们进行了基因治疗并取得了成功 。这一开创性的工作标志着基因治疗已经从实验研究过渡到临床实验
。1991年，我国首例B型血友病的基因治疗临床实验也获得了成功。

基因治疗的最新进展是即将用基因枪技术于基因治疗 。其方法是将特定的DNA用改进的基因枪技术导入小鼠的肌肉
、肝脏、脾 、肠道和皮肤获得成功的表达。这一成功预示着人们未来可能利用基因枪传送药物到人体内的特定部位 ，以取代传统的接种疫苗，并用基因枪技术来治疗遗传病
。目前
，科学家们正在研究的是胎儿基因疗法。如果现在的实验疗效得到进一步确证的话，就有可能将胎儿基因疗法扩大到其它遗传病 ，以防止出生患遗传病症的新生儿
，从而从根本上提高后代的健康水平 。

基因工程药物研究

基因工程药物，是重组DNA的表达产物
。广义的说 ，凡是在药物生产过程中涉及用基因工程的
，都可以成为基因工程药物。在这方面的研究具有十分诱人的前景 。

基因工程药物研究的开发重点是从蛋白质类药物，如胰岛素
、人生长激素、促红细胞生成素等的分子蛋白质 ，转移到寻找较小分子蛋白质药物
。这是因为蛋白质的分子一般都比较大
，不容易穿过细胞膜，因而影响其药理作用的发挥 ，而小分子药物在这方面就具有明显的优越性。另一方面对疾病的治疗思路也开阔了
，从单纯的用药发展到用基因工程技术或基因本身作为治疗手段 。

现在，还有一个需要引起大家注意的问题 ，就是许多过去被征服的传染病，由于细菌产生了耐药性
，又卷土重来
。其中最值得引起注意的是结核病。据世界卫生组织报道，现已出现全球肺结核病危机 。本来即将被消灭的结核病又死灰复燃 ，而且出现了多种耐药结核病
。据统计
，全世界现有17.22亿人感染了结核病菌，每年有900万新结核病人 ，约300万人死于结核病
，相当于每10秒钟就有一人死于结核病。科学家还指出，在今后的一段时间里 ，会有数以百计的感染细菌性疾病的人将无药可治
，同时病毒性疾病日益曾多，防不胜防 。不过与此同时 ，科学家们也探索了对付的办法
，他们在人体 、昆虫和植物种子中找到一些小分子的抗微生物多肽，它们的分子量小于4000 ，仅有30多个氨基酸，具有强烈的广普杀伤病原微生物的活力
，对细菌
、病菌、真菌等病原微生物能产生较强的杀伤作用，有可能成为新一代的“超级抗生素
”。除了用它来开发新的抗生素外 ，这类小分子多肽还可以在农业上用于培育抗病作物的新品种
。

加快农作物新品种的培育

科学家们在利用基因工程技术改良农作物方面已取得重大进展
，一场新的绿色革命近在眼前。这场新的绿色革命的一个显著特点就是生物技术 、农业
、食品和医药行业将融合到一起 。

本世纪五、六十年代，由于杂交品种推广 、化肥使用量增加以及灌溉面积的扩大 ，农作物产量成倍提高
，这就是大家所说的“绿色革命”
。但一些研究人员认为，这些方法目前已很难再使农作物产量有进一步的大幅度提高。

基因技术的突破使科学家们得以用传统育种专家难以想象的方式改良农作物 。例如 ，基因技术可以使农作物自己释放出杀虫剂
，可以使农作物种植在旱地或盐碱地上，或者生产出营养更丰富的食品
。科学家们还在开发可以生产出能够防病的疫苗和食品的农作物。

基因技术也使开发农作物新品种的时间大为缩短 。利用传统的育种方法 ，需要七、八年时间才能培育出一个新的植物品种
，基因工程技术使研究人员可以将任何一种基因注入到一种植物中，从而培育出一种全新的农作物品种 ，时间则缩短一半
。

虽然第一批基因工程农作物品种5年前才开始上市，但今年美国种植的玉米
、大豆和棉花中的一半将使用利用基因工程培育的种子。据估计
，今后5年内，美国基因工程农产品和食品的市场规模将从今年的40亿美元扩大到200亿美元 ，20年后达到750亿美元 。有的专家预计
，“到下世纪初，很可能美国的每一种食品中都含有一点基因工程的成分
。 ”

尽管还有不少人、特别是欧洲国家消费者对转基因农产品心存疑虑 ，但是专家们指出
，利用基因工程改良农作物已势在必行。这首先是由于全球人口的压力不断增加 。专家们估计，今后40年内 ，全球的人口将比目前增加一半
，为此，粮食产量需增加75％。另外 ，人口的老龄化对医疗系统的压力不断增加
，开发可以增强人体健康的食品十分必要
。

加快农作物新品种的培育也是第三世界发展中国家发展生物技术的一个共同目标，我国的农业生物技术的研究与应用已经广泛开展 ，并已取得显著效益。

分子进化工程的研究

分子进化工程是继蛋白质工程之后的第三代基因工程 。它通过在试管里对以核酸为主的多分子体系施以选择的压力，模拟自然中生物进化历程
，以达到创造新基因 、新蛋白质的目的
。

这需要三个步骤，即扩增
、突变、和选择。扩增是使所提取的遗传信息DNA片段分子获得大量的拷贝；突变是在基因水平上施加压力 ，使DNA片段上的碱基发生变异
，这种变异为选择和进化提供原料；选择是在表型水平上通过适者生存，不适者淘汰的方式固定变异 。这三个过程紧密相连缺一不可
。

现在 ，科学家已应用此方法
，通过试管里的定向进化，获得了能抑制凝血酶活性的DNA分子 ，这类DNA具有抗凝血作用
，它有可能代替溶解血栓的蛋白质药物，来治疗心肌梗塞 、脑血栓等疾病。

我国基因研究的成果

以破译人类基因组全部遗传信息为目的的科学研究 ，是当前国际生物医学界攻克的前沿课题之一 。据介绍
，这项研究中最受关注的是对人类疾病相关基因和具有重要生物学功能基因的克隆分离和鉴定，以此获得对相关疾病进行基因治疗的可能性和生产生物制品的权利
。

人类基因项目是国家“863"高科技计划的重要组成部分。在医学上 ，人类基因与人类的疾病有相关性，一旦弄清某基因与某疾病的具体关系
，人们就可以制造出该疾病的基因药物，对人类健康长寿产生巨大影响 。据介绍 ，人类基因样本总数约10万条
，现已找到并完成测序的约有8000条
。

近些年我国对人类基因组研究十分关注，在国家自然科学基金
、“863计划
”以及地方政府等多渠道的经费资助下 ，已在北京、上海两地建立了具备先进科研条件的国家级基因研究中心。同时
，科技人员紧跟世界新技术的发展，在基因工程研究的关键技术和成果产业化方面均有突破性的进展 。我国人类基因组研究已走在世界先进行列 ，某些基因工程药物也开始进入应用阶段。

目前
，我国在蛋白基因的突变研究 、血液病的基因治疗
、食管癌研究、分子进化理论 、白血病相关基因的结构研究等项目的基础性研究上，有的成果已处于国际领先水平 ，有的已形成了自己的技术体系
。而乙肝疫苗
、重组α型干扰素、重组人红细胞生成素
，以及转基因动物的药物生产器等十多个基因工程药物，均已进入了产业化阶段。

基因技术：进退两难的境地和两面性的特征

基因作物在舆论界引发争议不足为怪 。但在同属发达世界的大西洋两岸 ，转基因技术的待遇迥然不同却是一种耐人寻味的现象
。当美国40％的农田种植了经过基因改良的作物 、消费者大都泰然自若地购买转基因食品时，此类食品在欧洲何以遭遇一浪高过一浪的喊打之声？

从直接社会背景看
，目前欧洲流行“转基因恐惧症”情有可原。从1986年英国发现疯牛病，到今年比利时污染鸡查出致癌的二恶英和可口可乐在法国导致儿童溶血症 ，欧洲人对食品安全颇有些风声鹤唳
，关于转基因食品可能危害人类健康的假设如条件反射一般让他们闻而生畏 。

同时，欧洲较之美国在环境和生态保护问题上一贯采取更为敏感乃至激进的态度 ，这是转基因食品在欧美处境殊异的另一缘故
。一方面
，欧洲各国媒介的环保意识日益强烈，往往对可能危害环境和生态的问题穷追不舍甚至进行夸张的报道 ，这在很大程度上左右着公众对诸如转基因问题的态度。另一方面
，以“绿党 ”为代表的“环保主义势力
”近年来在欧洲政坛崛起，在政府和议会中的势力不断扩大 ，对决策过程施加着越来越大的影响 。

但是
，欧洲人对转基因技术之所以采取如此排斥的态度，似乎还有一个较为隐蔽却很重要的深层原因
。实际上 ，在转基因问题上欧美之间既有价值观念之差，更是经济利益之争。与一般商品不同
，转基因技术具有一种独特的垄断性 。在技术上，美国的“生命科学”公司一般都通过生物工程使其产品具有自我保护功能
。其中最突出的是“终止基因 ” ，它可以使种子自我毁灭而不能象传统作物种子那样被再种植。另一种技术是使种子必须经过只为种子公司所掌握的某种“化学催化
”方能发育和生长 。在法律上
，转基因作物种子一般是通过一种特殊的租赁制度提供的，消费者不得自行保留和再种植。美国是耗资巨大的基因工程研究最大的投资者 ，而从事转基因技术开发的美国公司都熟谙利用知识产权和专利保护法寻求巨额回报之道
。美国目前被认为已控制了相当大份额的转基因产品市场
，进而可以操纵市场价格。因此，抵制转基因技术实际上也就是抵制美国在这一领域的垄断 。

生物技术在许多领域正在发挥越来越重要的作用：遗传工程产品在农业领域无孔不入 ，遗传工程作物开始在美国农业中占有重要位置；生物技术在医学领域取得显著进展
，已有一些遗传工程药物取代了常规药物，医学界在几方面从基因研究中获利；克隆技术的进展为拯救濒危物种及探索多种人类疾病的治疗方法提供了前所未有的机会
。目前研究人员正准备将生物技术推进到更富挑战性的领域。但近来警惕遗传学家的行为的声音越来越受到重视 。

今天 ，人们借助于所谓的DNA切片已能同时研究上百个遗传基质
。基因的研究达到了这样一个发展高度
，几年后，随着对人类遗传物质分析的结束 ，人们开始集中所有的手段对人的其他部分遗传物质的优缺点进行有系统地研究。但是，生物学的发展也有其消极的一面：它容易为种族主义提供新的遗传学方面的依据

对新的遗传学持批评态度的人总喜欢描绘出一幅可怕的景象：没完没了的测试、操纵和克隆
、毫无感情的士兵、基因很完美的工厂工人……遗传密码使基因研究人员能深入到人们的内心深处
，并给他们提供了操纵生命的工具 。然而他们是否能使遗传学朝好的研究方向发展还完全不能预料
。

转基因技术的发展历程

20世纪是科学技术发展突飞猛进的世纪，人类在本世纪所取得的

科技成就和创造的物质财富超过了以往任何一个时代。它们是推动经

济和社会持续发展的决定性因素 ，改变了并将继续改变世界的面貌 。

它们中有一些为科技界公认的重大成就
，将在人类历史上永远闪耀着

夺目的光辉
。

20世纪初科学革命两大成就

20世纪的科学是在19世纪的重大理论成果如热力学与电磁学理论 、

化学原子论
、生物进化论与细胞学说等基础上发展起来的。19世纪的

三大发现（X射线、放射性 、电子）导致了20世纪前30年的物理学革命，

诞生了相对论和量子力学 ，成为20世纪科学发展的先导和基础 。

1
、相对论

1905年
，20世纪最伟大的科学天才爱因斯坦在他26岁时创立了狭

义相对论，提出了不同于经典物理学的崭新的时空观和质（m）能（

E）相当关系式E＝mc2（此处光速C＝3×108米／秒） ，在理论上为原

子能的应用开辟了道路。

关于E＝mc2
，即物体贮藏的能量等于该物体的质量乘以光速的平

方，这个数量大到令人难以想象的程度
。我们不妨打个比方说 ，1克物

质全部转化成的能量
，相当于常规状态下燃烧36000吨煤所释放的全部

热能；或者说，1克质量相当于2500万度的电能。

1915年 ，爱因斯坦又创立了广义相对论，深刻揭示了时间、空间

和物质 、运动之间的内在联系——空间和时间是随着物质分布和运动

速度的变化而变化的 。它成为了现代物理学的基础理论之一
。

从1923年开始
，爱因斯坦用他的后半生致力于统一场论的探索，

企图建立一个既包括引力场又包括电磁场的统一场理论 ，虽然他没有

取得成功
，但是杨振宁和米尔斯于50年代创立了“杨—米尔斯场方程”，

发展了所谓“规范场 ”的理论 ，使爱因斯坦梦寐以求的统一场论可望

在规范场的基础上得以实现。

2
、量子力学

1900年
，普朗克创立了量子论，提出能量并非无限可分、能量的

变化是不连续的新观念 。1905年 ，爱因斯坦提出了光量子论
，揭示了

光的“波粒二象性”
。1913年，玻尔把量子化概念引进原子结构理论。

1923年 ，德布罗意提出物质波理论 。1925年
，海森伯和薛定谔分别建

立矩阵力学和波动力学
。1928年，26岁的狄拉克提出电磁场中相对论

性电子运动方程和最初形式的量子场论 ，使包括矩阵力和波动力学在

内的量子力学取得了重大的进展。

20代末量子力学的建立，是继1905—1915年相对论建立之后对经

典物理学的又一次革命性的突破
，它成功地揭示了微观物质世界的基

本规律，加速了原子物理学和固态物理学的发展 ，为核物理学和粒子

物理学准备了理论基础
，同时也促进了化学键理论和分子生物学等的

产生 。因此，量子力学可以说是20世纪最多产的科学理论 ，迄今仍具

有强大的生命力
。

20世纪中后期5大科学成就

30年代以来
，物质基本结构 、规范场
、宇宙大爆炸、遗传物质分

子双螺旋结构 、大地构造板块学说以及信息论、控制论
、系统论等理

论的创建，使人类的视野进一步拓展到更为宇观、宏观和微观的领域 ，

成为人类文明进步的巨大推动力。

1 、物质的基本结构

从远古时代开始
，人们就在探讨物质是由什么组成的，有没有公

共的基本单元 。直到19世纪末 ，人们都认为这种共同的基元就是原子。

1911年
，卢瑟福发现原子内部有一个核；1913年，玻尔指出放射性变

化发生在原子核内部 ，于是研究原子核的组成
、变化规律以及内部结

合力的核物理学应运而生
。

1932年，查德威克发现了中子。从此
，人们认识到各种原子都是

由电子、质子和中子组成的，于是把这三种粒子和光子称为基本粒子 。

但是 ，基本粒子并不“基本
”
。一方面
，正电子 、中微子
、介子

等新的基本粒子相继发现；另一方面，基本粒子还有其内部结构。

60年代以来 ，出现了基本粒子结构的“夸克模型”、“层子模型 ”等
，

使40年代末诞生的一门新的独立学科——基本粒子物理学（又称高能

物理学）至今方兴未艾，成果累累 。

2 、宇宙大爆炸理论

现代宇宙学的研究发端于爱因斯坦
。他在1915年创立广义相对论

后 ，用它来考察宇宙的结构问题
，于1917年提出有限无边的宇宙模型。

1922年，弗里德曼提出的非静态宇宙模型 ，认为宇宙是可能膨胀的 。

1929年
，哈勃确定了星系红移（即退行速度）和距离之间的线性关系，

证实了宇宙膨胀理论
。1932年 ，勒梅特提出了宇宙爆炸说。

1948年，伽莫夫把核物理学的知识同宇宙膨胀理论结合起来
，发

展了大爆炸理论，并用它来说明化学元素的起源 。这一宇宙大爆炸理

论在1965年发现的宇宙背景辐射现象和1998年哈勃望远镜探测到距地

球120亿光年之遥的星系中得到了有力的支持
。

3
、DNA分子双螺旋模型

1953年4月25日 ，英国《自然》杂志刊登了25岁的沃森和37岁的克

里克合作研究的成果——DNA双螺旋结构的分子模型
，这一成就后来被

誉为20世纪生物学方面最伟大的发现，也被认为是分子生物学诞生的

标志。

DNA是遗传基因的物质载体——脱氧核糖核酸的英文简称 。1915至

1928年间 ，摩尔根通过果蝇实验
，证明了坐落在细胞核内染色体上的

基因决定着生物性状，从而创立了基因理论。染色体是由蛋白质和

DNA组成的
。过去生物学界一直认为蛋白质是遗传信息的载体 ，直到

1944年埃弗里等人通过实验才证明了遗传载体不是蛋白质
，而是DNA。

1953年DNA分子结构双螺旋模型的建立是打开遗传之谜的关键 。60年代

尼伦柏格等人破译了遗传密码，证明地球上所有生物的遗传密码都是

相同的——DNA的4种核苷酸碱基的序列代表了基因的遗传信息 ，决定

着蛋白质的20种氨基酸的组成和排列顺序
。作为基因载体的DNA是生命

的后台指挥者
，生命的一切性状通过受DNA决定的蛋白质来表现。

4、大地板块构造学说

1912年，魏格纳提出大陆漂移说 ，认为在地质历史上的古生代，

全球只有一块巨大陆地
，周围是一片大洋；中生代以来，这块古陆开

始分裂 、漂移 ，逐渐成为现在的几个大陆和无数岛屿
，原来的大洋则

分割成几个大洋和若干小海 。

大陆漂移说经半个多世纪的发展，由地幔对流说（1928年）
、海

底扩张说（1961年）等阶段 ，到1968年勒比雄等提出了全球大地板块

构造学说
，建造了全球被分为欧亚、美洲 、非洲、太平洋
、澳洲、南

极六大板块和若干小板块的结构模型，得到了越来越多的科学验证 ，

特别是海洋地质学的有力支持
。

5 、信息论
、控制论、系统论

1948年
，申农《通讯的数学理论》 、维纳《控制论：关于动物和

机器中控制和通信的科学》
、贝塔朗菲《生命问题》的出版，标志着

交叉科学信息论、控制论 、一般系统论的诞生；1957年 ，古德等《系

统工程学》的出版为系统工程论奠定了基础。60年代以来
，又出现了

新的交叉科学——突变论
、协同论和耗散结构理论 。

交叉科学不仅沟通了为数众多的自然科学学科，而且在方法论上

也沟通了自然科学与社会科学
。它向人们提供了定量、精确和最优的

认识世界的方法 ，对人类社会产生了深刻的影响。

20世纪的5大尖端技术成果

在科学的先导和生产的促进下，20世纪发展起来五大尖端技术：

核技术 、航天技术
、信息技术、激光技术和生物技术
，在能源 、材料、

自动化
、海洋和环境等高新技术方面也有了长足的进步 。

1、核能与核技术

原子核的裂变和聚变反应将产生和释放出远大于机械能 、化学能

等产生的能量
。核能的和平利用，为人类提供了一个既安全又清洁
、

取之不尽而用之不竭的能源宝库。

1942年 ，美国建成了世界上第一座原子反应堆
，首次实现了人工

控制的链式核裂变反应 。1945年第一颗原子弹爆炸成功。1952年第一

颗轻核聚变的氢弹爆炸成功
。1954年，苏联建成世界上第一座原子能

发电站。60年代以后 ，核电站进入实用阶段
，发展至今已成为一种重

要能源，约占全球发电总量的1／5 。

核技术还广泛应用于农业、医疗 、材料
、考古和环保等领域
。

40年代放射性同位素开始大量生产 ，1947年比利发明了C14测定年代的

方法
，1951年开始使用Co60等放射性元素治疗癌症，70年代以来计算

机x射线断层扫描技术（CT）广泛应用于临床 ，80年代初发展到核磁共

振扫描技术（MRI）。

2、航天和空间技术

1903—1914年
，齐奥尔科夫斯基提出以火箭为动力的航行理论，

奠定了航天学的基础 。1919年 ，戈达德提出火箭飞行的数学原理，并

于1926年成功地发射了世界上第一枚液体燃料的火箭
。1942年
，布劳

恩主持设计发射的液体军用飞箭成为二战后各国火箭发展的蓝本。

1957年，苏联用洲际导弹的火箭装置发射了世界上第一颗人造地

球卫星 ，“空间时代
”从此开始 。1961年
，苏联发射载人宇宙飞船，

人类首次飞向太空
。1969年 ，美国“阿波罗”11号飞船登月
，人类在

月球上留下了第一个脚印。1971年，苏联建造空间站 ，人类首次在太

空中有了活动基地 。1981年
，美国发射航天飞机成功，从此人类可以

自由进出太空
。

自50年代后期起 ，人类开始对月球和太阳系各大行星
，以及遥远

的行星际空间进行探测，至今已发射了100多颗空间探测器 ，去揭示宇

宙的形成与演化，探索生命的起源以及空间环境对人类生存环境的影

响。

3 、信息技术

信息技术是20世纪发展最快的技术领域 。它对人类社会
、经济、

政治 、文化等产生了全方位的巨大而深远的影响。

1906年
，三极电子管的发明使电信号放大，从而使远程无线电通

信成为可能
。1947年 ，第一只晶体管的诞生为电子电路集成化和数字

化提供了重要的基础。1945年问世的电子计算机
，已经历了第一代

（电子管，40年代中至50年代末）
、第二代（晶体管 ，50年代末至

60年代中）、第三代（集成电路
，60年代中至70年代初）和第四代

（大规模和超大规模集成电路，70年代初开始）等发展阶段 ，80年代

开始对新一代的智能计算机 、光学计算机和量子计算机的探索已取得

初步成果 。

随着大规模集成电路的出现
，计算机向巨型化和微型化两极发展
。

70年代中，巨型机的向量运算速度超过了每秒亿次；微机则进入了千

家万户 ，标志着个人电脑时代的来临。当今
，巨型机的运算速度已达

每秒3．9万亿次，而计算机互联网络则在2亿多网民的学习、研究
、交

流、贸易甚至娱乐等方面创造了崭新的工作和生活方式 。

4 、激光技术

1917年 ，爱因斯坦在研究光的辐射的过程中，提出了“受激辐射 ”

的概念
，奠定了激光的理论基础
。1958年激光被发现。1960年美国制

成了世界上第一台激光器，它用红宝石晶体做发光材料 ，用发光强度

很高的脉冲氙灯做激发光源
，在这种受激辐射作用下产生的一种超强

光束就是激光 。

继红宝石激光器之后，半导体激光器（1963年）
、气体激光器

（1964年）、自由电子激光器（1977年）乃至原子激光器（1977年）

等相继问世
。

5 、生物技术

基因重组技术（又称基因工程）是20世纪下半叶蓬勃兴起和发展

的现代生物技术的最前沿领域。60年代末至70年代初 ，阿尔伯和史密

斯发现细胞中有两种“工具酶
”
，能对DNA进行“剪切”和“连接 ”；

内森斯则使用工具酶首次实现了DNA切割和组合 。DNA的重组能创造性

地利用生物资

问题一：转基因水稻的发展历程 水稻转基因技术在20世纪80年代才有所突破，人们通过原生质体体系将外源基因导入到水稻中 ，并发展了直接转化法
、PEG介导法、电激法和脂质体介导法等水稻转化方法
。 20世纪90年代初
，根癌农杆菌(Agrobacte― rium tumo咖ciens)转化水稻技术的建立使水稻转化成为一项常规的实用技术，目前绝大多数的水稻转基因事件都是通过此法获得的。 国际水稻所将抗虫基因导入水稻 ，育成抗二化螟 、纵卷叶螟的转基因水稻 。1995年
，中国农科院开始Bt抗虫转基因水稻的研发工作。1999年成果通过了农业部的成果鉴定，同年开始中间实验
。2001年 ，美国批准一种药用型转基因水稻商业化种植。 2002年，中国农科院Bt抗虫转基因水稻完成环境释放
，2003年到2004年进行生产性试验 。2004年，伊朗批准Bt抗虫转基因水稻的商业化种植
。 2004年 ，绿色和平组织曾在湖北展开了对转基因水稻种植的四次调查
，并于2005年4月13日发布了《非法转基因水稻污染中国大米》调查报告。该报告认为，转基因种植在湖北等地的种植已经非常广泛 。该组织同时将调查报告送往农业部
。2005年4月14日 ，农业部农业转基因生物安全管理办公室公布了《关于“转基因水稻污染我国大米
”的书面答复材料》
，对绿色和平的检测结果“无法认同”，关于报告中所提转基因水稻的种植面积
、允许范围、是否违规等问题 ，农业部将依据《农业转基因生物安全管理条例》和湖北农业厅对此事的执法检查结果进行判断和处理。2005年8月11日
，湖北省 *** 委托省农业厅就“转基因水稻事件 ”首次发表申明，武汉科尼植物基因有限公司 、武汉禾盛种衣剂有限责任公司和华中农大新技术研发公司在承担转基因水稻生产性实验过程中 ，“擅自扩大制种
”
，并责成有关单位对其进行处罚 。湖北省农业厅随即对已种植的上万亩转基因水稻进行铲除，并对农民进行每亩约四五百块钱的补助
。随后 ，农业部下发通知，要求全国各地加强转基因安全监管工作。 2006年美国批准一种抗除草剂转基因水稻的商业化种植 。 2007年5月16日
，一种能够表达人类乳汁中常见蛋白的转基因水稻通过美国农业部的批准，开始大规模种植
。 2009年12月初 ，中国生物安全网上公布的“2009年第二批农业转基因生物安全证书批准清单”上
，出现了一直备受争议的转基因水稻，两个由华中农业大学研发的抗虫转基因水稻“华恢1号 ”和“Bt汕优63”首次获得农业部为转基因水稻颁发的安全证书 ，并准予在湖北省进行种植。

问题二：转基因食品的发展过程 转基因植物技术始于20世纪70年代初
，最早进行转基因食品研究的是美国，始于20世纪80年代初 ，世界上第一例进入商品化生产的转基因食品是1994年投放美国市场的可延缓成熟的转基因番茄 。进入21世纪以后
，全世界转基因作物种植发展异常迅速，1998年全球转基因植物种植面积仅2780hm2（公顷）。美国最多 ，占74%；中国不到1%
。转基因植物按种植面积多少排序为大豆
、玉米、棉花 、油菜、马铃薯。转基因性状主要是抗除草剂和抗虫
，分别占77%和22% 。1999年全球转基因植物种植总面积达4000hm2，其中美国
、加拿大、阿根廷三国占99% ，此外中国 、印度等国也有一定量的种植
。2002年，全世界转基因作物种植总面积为5870hm2
， 主要生产国为美国
、阿根廷、加拿大 、中国。主要农作物有：抵抗昆虫的玉米，抵抗杀虫剂的大豆 ，抵抗病虫害的棉花
，富含胡萝卜素的水稻，耐寒抗旱的小麦 ，抵抗病毒的瓜类和控制成熟速度及硬度的西红柿等等 。 植物性转基因食品20世纪80年代初
，DNA 重组技术和细胞融合技术相结合，培育出高产
、抗虫、抗病 、抗逆
、生长快、高蛋白的基因改良植物
。蛋白酶抑制基因 、淀粉酶抑制基因
、外源凝集素基因、昆虫毒素基因均已被克隆和转化入相应的植物 ，例如：抗虫和推迟成熟的转基因西红柿
，由于其抗虫能力的提高和成熟期的延长，减少了化学农药的使用和对其依赖性 ，减少了环境污染
，减少了运输损坏量，具有显著的社会经济效益。土豆原产于南美 ，但由于气候和病虫害以及灌溉 、农药、肥料等原因，其产量和美国相差很多
，利用基因工程可以减小这种差距 。据统计，到1999年初 ，美国农业部已经批准生产的转基因农作物有七大类35种
，其中晚熟西红柿5种，耐除莠剂的大豆2种 ，增加月桂酸脂的油菜籽1种
，抗虫马铃薯2种，抗虫和抗除莠剂的玉米6种 ，抗病番木瓜2种
。仅仅这两种番木瓜
，就挽救了美国夏威夷番木瓜产业。中国已批准商业化生产4 项，其中包括北京大学培育的转基因抗黄瓜花叶病毒（CMV）的番茄“8805R
”
、抗黄瓜花叶病毒（CMV）的甜椒“双丰R” 。 动物性转基因食品20世纪80年代发展较快的一种生物技术是用转基因手段培育新品种
。其主要技术是 ，从目的供体物种体内获得带有特定优良遗传性状的DNA片段
，即目的基因，直接或通过载体导入被改造物种即“受体物种 ”的胚胎内 ，培养出优良的新品种。截至2013年，生长速率快、抗病力强 、肉质好的转基因兔
、猪、鸡已经问世 。梁利群等克隆子大麻哈鱼的生长激素基因
，在体外经过和鲤鱼的MT启动子基因重组，导入黑龙江野鲤 ，选育出了“超级鲤
”。另外
，有人将疫苗的基因转移入羊的乳腺，使这些产物随乳汁而分泌 ，比用工程茵生产成本更低 、产量更大
。1997年9月
，中国科学院上海医学遗传研究所与复旦大学合作的转基因羊的乳汁中含有人的凝血因子。既可以食用，又可以药用 ，为通过动物廉价大量生产人类的珍贵药物迈出了重大的一步 。1999年2月19日下午2时15分诞生的中国首例转基因试管牛“陶陶”
，产奶量可望高达10000kg，比山羊高20多倍
。 用于食品工业的基因工程菌20世纪80年代中期 ，猪
、牛等胰岛素、干扰素 、生长素基因克隆人微生物
，“工程菌 ”推入市场，开创了微生物生产高等动物基因产物的新途径。截至2013年 ，基因工程已能将许多酶
、蛋白质、氨基酸和香精以及其他多种物质的基因克隆入合适的微生物宿主细胞中，利用细菌的快速繁殖来大量生产
，这使得人们对于自然界“微量
”产品的依赖性有所下降 。较为成功的例子如：牛胃蛋白酶（r91n）的基因克隆入微生物体内，由细菌生产这种动物来源的酶类 ，解决了奶酪工业受制......>>

问题三：转基因作物的发展历史 从表面上看来
，转基因作物同普通植物似乎没有任何区别，只是多了能使它产生额外特性的基因
。从1983年以来 ，生物学家已经知道怎样将外来基因移植到某种植物的脱氧核糖核酸中去
，以便使它具有某种新的特性：抗除莠剂的特性，抗植物病毒的特性 ，抗某种害虫的特性。这个基因可以来自任何一种生命体：比如细菌 、病毒
、昆虫 。这样
，通过生物工程技术，人们可以给某种作物植入一种靠杂交方式根本无法获得的特性 ，这是人类9000年作物栽培史上的一场空前革命
，将大大促进作物的质量和产量
。世界上第一种基因移植作物是一种含有抗生素药类抗体的烟草。它在1983年培植出来；直到10年以后，第一种市场化的基因食物才在美国出现 ，那是一种可以延迟成熟的西红柿 。1996年，由这种西红柿食品制造的西红柿饼才得以允许在超市出售
。转基因牛羊、转基因鱼虾 、转基因粮食、转基因蔬菜和转基因水果在国内外均已培育成功并已投入食品市场。国家农业转基因生物安全委员会委员
、中国农科院植保所彭于发研究员介绍
，全球的转基因作物在问世后的7年中整整增加了40倍，转基因生物以植物、动物和微生物为多 ，其中植物是最普遍的 。从1983年研究成功后
，转基因作物从1996年的170万公顷直接增长至2003年的6770万公顷，有5大洲18个国家的700万户农户种植 ，其中转基因大豆已占全部大豆种植的55%
，玉米占11%，棉花占21% ，油菜占16%
，这些作物的国际贸易出口额也在增加。

问题四：转基因技术过程可以在哪些方面应用？ 20分 转基因技术已广泛地应用于基础科学研究 、农业
、医学及工业等多个领域

转基因动物，转基因植物 ，转基因药品
，转基因食物

加速家畜遗传改良进程，促进优良畜群繁育

保护濒危物种

生产生物反应器 ，生产珍贵的医用蛋

用于异种移植的供体

用于组织器官的移植

问题五：转基因技术过程可以在哪些方面应用 转基因是生物工程中的重大科技，可以在生物工程的各个方面应用
，现在主要是定向的植物育种，现在的转基因技术还是初级的 ，叫做生物杂交工程可能更确切些
。

问题六：转基因食品的历史
，要详细的并且简练 30分 自1997年以来，该地区土地总面积用于种植转基因食品的次数增加了惊人的80个 ，并突出了产品的知名度
，这些食物非常好。然而，这并不意味着这些食品是没有争议所包围 。 虽然经历历史上的 转基因食品 ，你不能不看到
，它已经为众多争议周围更多的消息，对于它的好处
。在我们周围移动）到它的历史 ，企图争议看到的发展以及转基因食品（如各种
，让我们尝试了解转基因食品的实际含义。

什么是转基因食品？

由一个适当的定义走，转基因食品是食品加工产品 ，是从转基因植物和动物 。）在本生物体（包括，上述生物是受到遗传的方式来修改它们的DNA变化所作出的具体工程
。这涉及到或插入或。缺失基因的 基因工程 一直是一个在该领域取得的成就主要 生物学
，并使用相同的食品生产无疑是诱人的 。

转基因食品的历史

在转基因食品的历史可以追溯到19世纪中叶，当孟德尔-奥地利的僧侣和植物学家 ，进行了一项实验
，其中他短暂豌豆杂交种豌豆种与高显示一个物种的某些性状的继承其他与此进程
。尽管孟德尔被认为是今天的科学遗传学奠基人，他的努力没有承认 ，直到20世纪。 孟德尔的意见铺平了第一种方式的发展 转基因植物 -烟草植物的抗生素有抗药性的1983年
，在 。

1983年后的突破，科学家们又花了十年成长的转基因食品首次用于商业用途
。 这种转基因作物是由美国加州的公司创建了一个番茄 - Calegne。 番茄新品种 - 这是该公司FlavrSavr命名 ，是在1994年提供商用 。这是基因改造的方式
，它需要较长的时间期限为它分解后回升到正常相比，西红柿。即使消费者表现出同样的浓厚兴趣 ，该公司于1997年停止了这样的事实：由于其较长的保质期使该公司盈利减少生产
。

一些人士还列举了为制止这种作物生产的实际原因是它要面对竞争
，从传统的对应，以及一些生产 ，该公司遭到了问题。在此同时，另一家欧洲公司制造的
，从转基因番茄酱和番茄品种在1996年它在市场上发售 。在转基因食品的争论就开始与一些声称这些产品为转基因动物和人类一样有害的科学家
。 一个这样的科学家阿帕德泰博士 - 一位匈牙利出生的生物化学家和营养学家，谁透露 ，他已经注意到这些食物对胃壁的人
，他和美联储在1998年转基因马铃薯的老鼠免疫系统的一些不良影响。

随之而来的是一系列相关的一个争议的 转基因食品的优点和缺点 这使群众相信，人类减少了对这一新技术为单纯的豚鼠 。虽然这并影响世界的基因改良生产的食品 ，在某些地区
，它并没有带来同样的完全停止
。基因研究继续和许多其他食品很快被转基因农作物以满足人类的需求。该地区土地总面积种植转基因作物的生长增加4.2万英亩一十九万九千七点零万英亩到2009年的331 。截至今天，美国有一个主要份额占有率分别为转基因食品生产达百分之45的世界巴西生产 ，其次是阿根廷和16和百分之15的世界
。

这是一个在过去十五年的历史短
，但争议的基因在转基因工程食品的聚光灯一直保持这个概念。即使在今天，转基因食品的争议和以往一样的很大一部分信贷这正好冲突研究 转基因食品的优势和风险 和他们夸大的结果 。在当天结束的 ，有没有具体的理由说这些转基因食品是否有害
，我们还是没有，因此它是明智的评估 转基因食品的优点和缺点 ，并选择安全的出路-即使这意味着弃权从他们的消费
。

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