新万博软件2018|ManBeTx最新动态|ManBeTx移动版

第1章    遗传因子的发现

 

遗传，俯拾皆是的生物现象，其中的奥秘却隐藏至深。人类对它的探索之路，充满着艰难曲折，又那么精彩绝伦！

让我们从140多年前孟德尔的植物杂交实验开始，循着科学家的足迹，探索遗传的奥秘。

 

八年耕耘源于对科学的痴迷，一畦畦豌豆蕴藏遗传的秘密。实验设计开辟了研究的新路，科学统计揭示出遗传的规律。

 

孟德尔用豌豆进行杂交实验，成功地揭示了遗传的两条基本规律：遗传因子的分离定律和自由组合定律。这两条遗传基本规律的精髓是：生物体遗传的不是性状的本身，而是控制性状的遗传因子。遗传因子在体细胞里是成对的，在配子里是成单的。遗传因子有显性和隐性之分，性状也有显隐之分。在杂种细胞内成对遗传因子不相混合，形成配子时分别进入配

子。不同对的遗传因子在各自分离的同时，彼此自由组合进入配子。

    孟德尔的工作当时并没有被世人所理解，30多年后才重新被人们所认识，并被其他许多实验证明是正确的。1909年，约翰逊给孟德尔的“遗传因子”重新起名为“基因”，并且提出了表现型和基因型的概念。基因型是性状表现的内在因素，表现型是基因型的表现形式。    

    孟德尔的实验方法给后人许多有益的启示，如正确地选用实验材料；先研究一对相对性状的遗传，再研究两对或多对性状的遗传；应用统计学方法对实验结果进行分析；基于对大量数据的分析而提出假说，再设计新的实验来验证。特别是他把数学方法引入生物学的研究，是超越前人的创新。他对科学的热爱和锲而不舍的精神，也值得我们学习。

 

第2章    基因和染色体的关系

 

当孟德尔的遗传规律被重新发现以后，又一个问题始终没有解决：基因在细胞中究竟有没有物质基础呢？孟德尔所假设的颗粒状的因子，究竟是不是物质的实体？如果是，又存在于细胞中什么位置？

对细胞分裂的深入观察，使人们推测到基因和染色体的关联。摩尔根著名的果蝇杂交实验，使这一问题有了确凿的答案。

 

基因在哪里？悠悠百年，寻寻觅觅。怀疑、争论、推理……最终是观察和实验，探明它神秘的踪迹！

 

在卵细胞和精子成熟的过程中，要经过减数分裂，以保证生物体在传宗接代过程中染色体数目的恒定。在减数分裂过程中，染色体只复制一次，而细胞分裂两次。减数分裂的结果是，成熟生殖细胞中的染色体数目比原始生殖细胞的减少一半。同时，在这个过程中，同源染色体先联会后分离，在联会时同源染色体的非姐妹染色单体间还常常发生交叉互换，非同源染色体则自由组合，使配子的遗传组成多种多样。

    受精作用是卵细胞和精子结合成受精卵的过程。受精过程使配子中已经减半了的染色体数目，恢复为受精卵中与亲代一样的染色体数，使遗传性状相对稳定。同时，由于配子的多样性和受精的随机性，同一双亲的后代又呈现多样性。

    在孟德尔的遗传规律被重新发现之后，科学家迫切地寻找基因在哪里，通过大量的观察，发现基因与染色体的行为具有平行关系，摩尔根的果蝇杂交实验证实了基因在染色体上。

    位于性染色体上的基因控制的性状在遗传中总是与性别相关联，这种现象称为伴性遗传。由于基因具有显性和隐性的不同，又由于它们与性染色体相关联，因此，在遗传中会表现出不同的特点。

    生物学研究离不开细致的观察，并需要有一定的想像力。当然也需要在观察的基础上提出假说或预测，但是任何假说和预测最终都需要通过实验验证才得以确立。在本章的学习过程中，可以深切感受到科学家在科学研究过程中表现出的丰富的想像力，大胆质疑和勤奋实践的精神，以及对科学的热爱。

 

第3章    基因的本质

 

自从摩尔根提出基因的染色体理论以后，基因在人们的认识中不再是抽象的“因子”，而是存在于染色体上的一个个单位。但是基因到底是什么呢？摩尔根在他的《基因论》一书的末尾说：“我们仍然很难放弃这个可爱的假设：就是基因之所以稳定，是因为他代表着一个有机的化学实体。”这个假设能成立吗？

 

基因是什么？DNA或蛋白质？几多实验，几多争论。是谁将谜底揭破？

 

1944年艾弗里的肺炎双球菌的转化实验和l952年赫尔希与蔡斯的噬茵体侵染细菌的实验表明：亲代的各种性状是通过DNA遗传给后代的；DNA，而非蛋白质，是遗传物质。1953年，沃森和克里克提出了DNA分子的双螺旋结构模型，它的主要特点是：DNA分子由两

条链组成，这两条链按反向平行方式盘旋成双螺旋结构；DNA分子中的脱氧核糖和磷酸交替连接，排列在外侧，构成基本骨架，碱基排列在内侧；DNA分子两条链上的碱基按照碱基互补配对原则连接成碱基对。

    DNA分子的双螺旋结构为复制提供了精确的模板，通过碱基互补配对保证了复制的准确性，新合成的每个DNA分子中都保留了原来DNA分子的一条链。DNA分子通过复制，将遗传信息传递给子代。分析DNA的双螺旋结构发现：组成DNA分子的碱基虽然只有4种，但是，碱基对的排列顺序却是千变万化的。碱基序列的多样性构成了DNA分子的多样性，DNA分子因而能够储存大量的遗传信息。

    当DNA这一物质实体与孟德尔假设的“遗传因子”、摩尔根定位于染色体上的基因相遇时，基因这一抽象的概念便在分子水平上找到了物质载体。经历了近百年的追寻，人们终于认识到：基因位于染色体上，基因是有遗传效应的DNA片段。

    提纯生物大分子、离心、  X射线衍射、放射性同位素示踪等技术与物理学和化学方法的应用紧密结合，系统地应用于探测生命活动的过程，使人们能够从崭新的分子的视角理解生命。

    本章中，与重要结论一同展示的是最初获得这些结论的科学实验，这能使我们在学习的时候不忘记科学知识直接来源于实验而非书本，又能使我们领略科学研究的严谨与奥妙。而沃森和克里克默契配合发现DNA双螺旋结构的过程，会让我们认识到合作与交流的重要。

 

第4章    基因的表达

 

遗传物质实验证据的获得和DNA双螺旋结构模型的建立，解决了“基因是什么“的问题，生物学的研究从此以空前的步伐前进。另一个长期悬而未决的问题——“基因是如何起作用的”，成为研究的新热点。

关于蛋白质的研究，此时也有了长足的进展。人们认识到性状的形成离不开蛋白质(特别是酶)的作用，于是推测基因通过指导蛋白质的合成来控制性状，并将这一过程称为基因的表达。

 

生命的图案，扑朔迷离：从信息到物质，从蓝图到现实，繁复、简约、粗放、精细，是谁创造出，如此的和谐与统一?

 

基因的表达是通过DNA控制蛋白质的合成来实现的。蛋白质的合成包括两个阶段——转录和翻译。转录是在细胞核内进行的，是以DNA的一条链为模板，按照碱基互补配对原则，合成mRNA的过程。翻译是在细胞质中进行的，是指以mRNA为模板，合成具有一定氨基酸顺序的蛋白质的过程。mRNA上3个相邻的碱基编码l个氨基酸，这样的3个碱基又称做密码子。tRNA是氨基酸的运载工具，它能够识别mRNA的密码子。每种tRNA只能识别并转运1种氨基酸。核糖体是细胞内利用氨基酸合成蛋白质的场所。

    中心法则描述了遗传信息的流动方向，其主要内容是：遗传信息可以从DNA流向DNA，即DNA的自我复制，也可以从DNA流向RNA，进而流向蛋白质，即遗传信息的转录和翻译。但是，遗传信息不能从蛋白质传递到蛋白质，也不能从蛋白质流向RNA或DNA。修改后的中心法则增加了遗传信息从RNA流向RNA以及从RNA流向DNA这两条途径。

    基因控制生物体的性状是通过指导蛋白质的合成来实现的。基因可以通过控制酶的合成来控制代谢过程，进而控制生物体的性状；也可以通过控制蛋白质的结构直接控制生物体的性状。

    基因与性状之间并不是简单的一一对应关系。有些性状是由多个基因共同决定的，有的基因可决定或影响多种性状。一般来说，性状是基因与环境共同作用的结果。

 

第5章    基因突变及其他变异

 

既然遗传物质能够稳定地传给后代，后代为什么会与亲代有一定差别？你已经知道，基因的自由组台会使后代产生变异。那么，在生物繁殖过程中，基因本身会不会改变呢？染色体的整体或局部会不会增加或减少呢？

人类自古以来就面临着遗传病的困扰。遗传病产生的原因是什么?怎样防治遗传病?人类基因组计划将帮助人们在基因水平上认识和防治各种遗传病，使人类更好地把握自已的命运。

 

遗传伴随着变异，泛起进化的层层涟漪。遗传变异规律的妙用，赢来战胜病魔的惊喜。

 

生物的变异，有的仅仅是由于环境的影响造成的，没有引起遗传物质的变化，是不遗传的变异；有的是由于生殖细胞内遗传物质的改变引起的，因而能够遗传给后代，属于可遗传的变异。基因突变、基因重组和染色体变异是可遗传变异的来源。

    由于DNA分子中发生碱基对的替换、增添、缺失，而引起的基因结构的改变，叫做基因突变。基因突变既可以由环境因素诱发，又可以自发产生。基因突变在生物界中是普遍存在的，并且是随机发生的、不定向的。在自然状态下，基因突变的频率是很低的，但这一频率已足以使一个大的群体产生各种各样的随机突变，为生物进化提供丰富的原材料。基因重组是指在生物体进行有性生殖的过程中，控制不同性状的基因的重新组合，对生物的进化也具有重要意义。

    染色体变异是可以用显微镜直接观察到的比较明显的染色体的变化，如染色体结构的改变、染色体数目的增减等。染色体组是指细胞中的一组非同源染色体，它们在形态和功能上各不相同，携带着控制生物生长发育的全部遗传信息。人们常常采用人工诱导多倍体的方法来获得多倍体植物，培育新品种。

    人类遗传病通常是指由于遗传物质改变而引起的人类疾病，主要可以分为单基因遗传病、多基因遗传病和染色体异常遗传病三大类。遗传病的监测，如遗传咨询、产前诊断等，在一定程度上能够有效地预防遗传病的产生和发展。人类基因组计划将帮助人类认识自身生老病死的遗传秘密，使人类更好地把握自己的命运。

    但是，科学是一把双刃剑，既可以为人类造福，又可能造成一些负面影响。为了保证现代科学的研究成果得到合理应用，身为现代公民，应该对科学的发展与影响给予密切的关注。

 

第6章    从杂交育种到基因工程

 

自从人类开始种植作物和饲养动物以来，就从来停止过对品种的改良。传统的方法是选择育种，通过汰劣留良的方法来选择和积累优良基因。自从孟德尔发现了遗传规律之后，人工杂交的方法被广泛应用于动植物育种。人工诱变技术的应用，使育种方法得到了较大的改进。基因工程的诞生．使人们能够按照所设计的蓝图，进行跨越种间鸿沟的基因转移，从而定向地改变生物的遗传特性，创造出新的生物粪型。

 

选育、杂交、诱变，实践——理论——实践。几多辉煌，几多遗憾。基因工程异军突起，朝阳产业，光明无限！

 

改良动植物品种，最古老的育种方法是选择育种：从每一代的变异个体中选出最好的类型进行繁殖、培育。但是选择育种周期长，可选择的范围也有限。

    在生产实践中，人类摸索出杂交育种的方法。通过杂交，使基因重新组合，可以将不同生物的优良性状组合起来。但是，杂交后代会出现性状分离现象，育种过程繁杂而缓慢，效率低，亲本的选择一般限制在同种生物范围之内。

    人工诱变的方法应用在育种上，大大提高育种的效率和选择范围。但是，基因突变的不定向性，导致诱变育种的盲目性。

    基因工程可以实现基因在不同种生物之间的转移，迅速培育出前所未有的生物新品种，在医药卫生、农牧业、环境保护等领域有着广泛的应用。

    基因工程在给人类的生产和生活带来益处的同时，也使人们产生关于转基因生物的安全性等方面的担忧。

    从选择育种到基因工程的发展历程说明，生产实践产生对科技发展的需求，科学理论上的突破必然会带来技术上的进步，推动生产水平的提高和人类文明的发展。

 

第7章    现代生物进化理论

 

自达尔文的《物种起源》问世以来，人们普遍接受了生物是不断进化的这一科学观点。但是，生物为什么会不断地进化?生物是怎样进化的？达尔文的解释并未给人一个非常圆满的答案。随着生物科学的发展，人们对生物进化的解释也在逐步深入，并且不乏争论。在各种论点的交锋中，进化理论本身也在“进化”。

 

远去了“贝格尔”的帆影，无涯是进化论的航程。拨开那亿万年的迷雾，寻觅着生命史的真容。

 

拉马克认为，生物是不断进化的；生物进化的原因是用进废退和获得性遗传。达尔文在大量观察的基础上提出自然选择学说，其要点是：生物都具有过度繁殖的倾向，而资源和空问是有限的，生物要繁衍下去必须进行生存斗争；生物都有遗传和变异的特性。具有有利变

异的个体就容易在生存斗争中获胜，并将这些变异遗传下去；出现不利变异的个体则容易在生存斗争中被淘汰。经过长期的自然选择，微小的变异不断积累，不断形成适应特定环境的新类型。

    随着科学的发展，人们对生物进化的认识不断深入，形成了以自然选择学说为核心的现代生物进化理论，其主要内容是：种群是生物进化的基本单位；突变和基因重组提供进化的原材料，自然选择导致种群基因频率的定向改变；通过隔离形成新的物种；生物进化的过程

实际上是生物与生物、生物与无机环境共同进化的过程，进化导致生物的多样性。

    关于生物进化的原因，目前仍存在着不同的观点。有人认为大量的基因突变是中性的，导致生物进化的是中性突变的积累而不是自然选择；有人认为物种的形成并不都是渐变的，而是物种长期稳定与迅速形成新种交替出现的过程。生物进化的理论仍在发展。

    达尔文在科学上的成就得益于大量仔细的观察和严谨的逻辑推理。现代生物进化理论的形成是种群遗传学、古生物学等多学科知识综合的结果，数学方法的运用也起到重要作用。

    生物进化理论深刻地改变了人们对自然界的看法，为辩证唯物主义观点奠定了生物学基础，也帮助人们正确地看待自己在自然界的地位，建立人与自然和谐发展的观念。．

    生物进化理论发展的历史和现状表明，科学的基本特点是以怀疑作审视的出发点，以实证为判别尺度，以逻辑作论辩的武器。科学是是一个动态的过程，在不断地怀疑和求证、争论和修正中向前发展。