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选修3现代生物科技专题《科技探索之路基础理论和技术的发展催生了基因工程》最新教案优质课下载
基因工程是在生物化学、分子生物学和微生物学等学科的基础上发展起来的,正是这些学科的基础理论和相关技术的发展催生了基因工程。
20世纪中叶,基础理论取得了重大突破
●DNA是遗传物质的证明 1944年,艾弗里(O. Avery) 等人通过不同类型肺炎双球菌的转化实验,不仅证明了生物的遗传物质是DNA,还证明了DNA可以从一种生物个体转移到另一种生物个体。艾弗里等人的工作可以说是基因工程的先导。
●DNA双螺旋结构和中心法则的确立 1953年,沃森 (J. D. Watson)和克里克(F.Crick)建立了DNA双螺旋结构模型。1958年,梅塞尔松(M. Meselson)和斯塔尔(F. Stahl) 用实验证明DNA的半保留复制。随后不久确立的中心法则,解开了DNA复制、转录和翻译过程之谜,阐明了遗传信息流动的方向。
●遗传密码的破译 1963年,尼伦伯格(M.W. Nirenberg)和马太(H. Matthaei)破译编码氨基酸的遗传密码。1966年,霍拉纳(H. G. Khorana)用实验证实了尼伦伯格出的遗传密码的存在。这些成果不仅使人们认识到,自然界中从微生物到人类共用一套遗传密码,而且为基因的分离和合成等提供了理论依据。
技术发明使基因工程的实施成为可能
●基因转移载体的发现 1967年,罗思(T. F. Roth) 和赫林斯基(D. R. Helinski)发现细菌拟核DNA之外的质粒有自我复制能力,并可以在细菌细胞间转移,这一发现为基因转移找到了一种运载工具。
●工具酶的发现 1970年,阿尔伯(W. Arber)、内森斯(D. Nathans),史密斯(H . C. Smith)在细菌中发现了第一个限制性内切酶(简称限制酶)后,20世纪70年代初相继发现了多种限制酶和连接酶,以及逆转录酶,这些发现为DNA的切割、连接以及功能基因的获得创造了条件。
●DNA合成和测序技术的发明 自1965年,桑格(F.Sanger)发明氨基酸序列分析技术后,1977年,科学家又发明了DNA序列分析的方法,为基因序列图的绘制提供了可能,之后,DNA合成仪的问世又为引物、探针和小分子量DNA基因的获得提供了方便。
●DNA体外重组的实现 1972年伯格(P. Berg)首先在体外进行了DNA 改造的研究,成功地构建了第一个体外重组DNA分子。
重组DNA表达实验的成功 1973年,博耶(H. Boyer) 和科恩(S. Cohen)选用仅含单一EcoRI酶切位点的载体质粒pSC 101,使之与非洲爪蟾核糖体蛋白基因的DNA片段重组。重组的DNA转入大肠杆菌DNA中,转录出相应的mRNA。这个实验证明了质粒不仅可以作为基因工程的载体,重组DNA还可以进入受体细胞,外源基因可以在原核细胞中成功表达,并实现物种之间的基因交流。至此,基因工程正式问世。
第一例转基因动物问世1980年,科学家首次通过 显微注射培育出世界上第一个转基因小鼠。1983年,科学家又采用农杆菌转化法,培育出世界上第一例转基因烟草。 此后,基因工程进入了迅速发展阶段。
PCR故术的发明 基因工程问世后,1988年由穆里斯(K. Mullis)发明的PCR技术,使基因工程技术得到了进一步发展和完善。
上述仅是简要提及基础理论的突破和技术的创新。有些你已经学习过,更多的将在本专题中展开。科学提供对自然界的说明,技术将科学原理转化为工艺和产品,从而造福于人类。科学、技术、社会的互动, 不断调整着人类与自然界的关系,推动着文明的进展。
转基因小鼠(下)
与对照小鼠
转基因小鼠(下)
与对照小鼠