悠悠300余年,关于细胞的研究硕果累累;近50年来更进入了分子水平,老树又绽新花。许多研究成果已经或将要走进我们的生活:植物细胞在培养瓶中悄然长出幼苗;动物体细胞核移植生成了克隆动物;不同生物细胞间DNA转移创造出了新的生物类型及其产品;病危的生命期盼着干细胞移植的救助……
“ | 每一个生物科学问题的答案都必须在细胞中寻找。 | ” |
——埃德蒙·比彻·威尔逊(Edmund Beecher Wilson,1856.10.19 - 1939.3.3) |
细胞(英:Cell;拉丁:Cella[1];日:
1. 细胞是一个有机体,一切动植物都由细胞发育而来,并由细胞和细胞产物所构成。 2. 细胞是一个相对独立的单位,既有它自己的生命,又对与其他细胞共同组成的整体的生命起作用。 3. 新细胞可以从老细胞中产生。
1543年,安德雷亚斯·维萨里(Andreas Vesalius[3],1514.12.31 - 1564.10.15)发表了《人体构造[4]》,揭露了人体在器官水平的构造。马里·弗朗索瓦·沙维尔·比夏(Marie François Xavier Bichat,1771.11.14 - 1802.7.22)指出器官由低一层次的结构——组织(Tissue[5])组成。
1665年,罗伯特·虎克[6](Robert Hooke,1635.7.28 - 1703.3.3)命名了“细胞”,成为第一个观察到细胞的人。不久,安东尼·菲利普·范·列文虎克(Antonie Philips van Leeuwenhoek,1632.10.24 - 1723.8.26)观察到了不同形态的细菌、红细胞、精子等,成为了第一个观察到活细胞的人。马尔塞洛·马尔比基(Marcello Malpighi,1628.3.10 - 1694.11.29)广泛观察了动植物的微观结构。
植物学家马蒂亚斯·雅各布·施莱登(Matthias Jakob Schleiden,1804.4.5 - 1881.6.23)和动物学家特奥多尔·施旺(Theodor Schwann,1810.12.7 - 1882.1.11)分别于1838年和1839年提出了细胞学说。
“ | 现在,我们已经推倒了分隔动植物界的巨大屏障。 | ” |
卡尔·威廉·冯·耐格里(Carl Wilhelm von Nägeli,1817.3.26/27 - 1891.5.10)发现新细胞的产生是细胞分裂的结果。1858年,鲁道夫·路德维希·卡尔·魏尔肖(Rudolf Ludwig Carl Virchow,1821.10.13 - 1902.9.5)总结出“细胞分裂产生新细胞”:
“ | ” |
1995年,约翰·克莱格·文特尔(John Craig Venter,1946.10.14 - )领导团队开始了组装细胞的尝试。
同自然界的许多物体一样,细胞也是由分子组成的。细胞为什么能表现出生命的特征?是组成它的分子有什么特殊之处吗?这些分子在非生命物体中能不能找到?组成这些分子的元素,在非生命物体中能不能找到?这些分子又是怎样构成细胞的呢?
邹承鲁(1923.5.17-2006.11.23):
“ | 阐明生命现象的规律,必须建立在阐明生物大分子结构的基础上。 | ” |
组成细胞的有机物含量最多的是蛋白质。
核酸包括两大类:脱氧核糖核酸(Deoxyribonucleic acid,DNA)和核糖核酸(Ribonucleic acid,RNA)
核酸是细胞内携带遗传信息的物质,在生物体的遗传、变异和蛋白质的生物合成中具有极其重要的作用。
糖类是主要的能源物质。
细胞是多种元素和化合物构成的生命系统。C、H、O、N等化学元素在细胞内含量丰富,是构成细胞内主要化合物的基础;以碳链为骨架的糖类、脂质、蛋白质、核酸等有机化合物,构成了细胞大厦的基本框架;糖类和脂质提供了生命活动的重要能源;水和无机盐与其他物质一道,共同承担起构建细胞、参与细胞生命活动等重要功能。
虽然人类对细胞中的物质和结构已经有了深入的了解,但是至今也未实现人工组装细胞。
不同的事实揭示同样的道理:系统不是其组分的简单堆砌,而是通过组分间结构和功能的密切联系,形成统一的整体。
《细胞生物学》:
“ | 我确信哪怕一个最简单的细胞,也比迄今为止设计出的任何智能电脑更精巧! | ” |
——翟中和 |
同时,细胞膜也有进行能量转换的作用。
植物细胞细胞壁的成分主要是纤维素和果胶,有时也含有一些蛋白质,对植物细胞有支持和保护的作用。
一般认为只有在哺乳动物成熟的红细胞中,才有细胞的表面积=0.5*空气-水界面的磷脂膜面积。
一般认为原核细胞具有生物膜结构,但不具有生物膜系统。
内质网膜最大!
阿尔伯特·克劳德(Albert Claude,1899.8.24 - 1983.5.22)发明了分离细胞各组分的差速离心法。
克里斯蒂安·雷内·马里·约瑟夫·德迪夫(Christian René Marie Joseph de Duve,1917.10.2 - 2013.5.4)提出并证实了细胞器膜的存在。
乔治·埃米尔·帕拉德(George Emil Palade,1912.11.19 - 2008.10.8)发现了核糖体和线粒体的结构,推测并证实了分泌蛋白的分泌过程。
以上三人共同获得1974年诺贝尔生理学或医学奖:
“ | ” |
细胞核是遗传信息库,是细胞代谢和遗传的控制中心。
细胞和核细胞质相互依存、分工合作成为一个整体,使生命活动能够在变化的环境中自我调控并高度有序地进行。
细胞既是生物体结构的基本单位,也是生物体代谢和遗传的基本单位。
细胞是一个开放的系统,每时每刻都与环境进行着物质的交换。物质的进进出出都要经过细胞的边界——细胞膜。细胞内外的许多物质并不能自由地出入细胞,细胞膜能够对进出细胞的物质进行选择。
《细胞生物学》:
“ | 膜的研究是当前细胞生物学和分子生物学的重要课题之一。 | ” |
物质顺浓度梯度的扩散被称为被动运输(Passive transport),逆浓度梯度的扩散被称为主动运输(Active transport)。
细胞还可以通过消耗能量,以胞吞或者胞吐的方式来摄取或者外排大分子物质[51]。同时,对于颗粒性大物质也可以通过胞饮进行运输。
争议:当下学术界对于胞吞和胞吐是否属于跨膜运输存在争议。
物质进出细胞的方式因细胞种类、物质种类而异。
植物细胞还可以通过吸胀作用(Imbibition)吸水。
细胞作为一个基本的生命系统,只有不断输入能量,才能维持生命活动的有序性。
太阳能几乎是所有生命系统能量的最终源头。外界能量输入细胞,并为细胞所利用,都要经过复杂的化学反应。
新叶伸向和煦的阳光,
蚱蜢觊觎绿叶的芬芳。
它们为生存而获取能量,
能量在细胞里流转激荡!
细胞中每时每刻都进行着许多化学反应,统称为细胞代谢(Cellular metabolism)。
1773年,拉扎罗·斯帕兰扎尼(Lazzaro Spallanzani,1729.1.10 - 1799.2.12)对鹰做了关于消化系统的实验,敲开了酶的大门。
1857年,路易·巴斯德(Louis Pasteur,1822.12.27 - 1895.9.28)通过显微镜的观察,提出酒的发酵是由于酵母菌的存在。而尤斯图斯·弗赖赫尔·冯·李比希(Justus Freiherr von Liebig,1803.5.12 - 1873.4.18)则认为该过程是酵母菌细胞内的某些物质在细胞死亡并裂解之后作用的结果。爱德华·毕希纳(Eduard Buchner,1860.5.20 - 1917.8.13)首次获得了不含细胞而含有酶的提取液。詹姆斯·巴彻勒·萨姆纳(James Batcheller Sumner,1887.11.9 - 1955.8.12)在1926年从丙酮提取液中获得了脲酶结晶,并证明了酶是一种蛋白质。
20世纪80年代,托马斯·罗伯特·切赫(Thomas Robert Cech,1947.12.8 - )和西德尼·奥特曼(Sidney Altman,1939.5.7 - )发现了少数RNA也具有催化作用,共同分享了1989年的诺贝尔化学奖:
“ | ” |
酶是活细胞产生的具有催化作用的有机物,其中绝大多数是蛋白质。
细胞呼吸(Cellular respiration)是指有机物在细胞内经过一系列的氧化分解,生成二氧化碳或其他产物,释放出能量并生成ATP的过程。
由于呼吸作用是在细胞内进行的,所以细胞呼吸就是呼吸作用。
其化学反应式可以简写成:
C6H12O6+6H2O+6O2
酵母菌、乳酸菌等的微生物的无氧呼吸也叫做发酵,根据生成物的不同,可以分为酒精发酵和乳酸发酵。
将光能转换成细胞能够利用的化学能的是光合作用。
叶绿素a和叶绿素b主要吸收蓝紫光和红光,胡萝卜素和叶黄素主要吸收蓝紫光。因为光合作用主要利用可见光,故可用可见光的吸收光谱判断其种类。同时,只有叶绿素a能进行光能到化学能的能量转换。
阴生植物对光能的利用率普遍高于阳生植物。在水体中,藻类由浅至深绿藻—褐藻—红藻的垂直分层现象与其光合色素对不同光色的吸收与对光能的利用率不同有关。
1865年,尤里乌斯·冯·萨克斯(Julius von Sachs,1832.10.2 - 1897.5.29)发现叶绿素并非普遍分布于植物的细胞中,而是集中在一个被后人称之为“叶绿体”的结构中。
1880年,西奥多·威廉·恩格尔曼(Theodor Wilhelm Engelmann,1843.11.14 - 1909.5.20)把载有水绵[60]和好氧细菌的临时装片放在没有空气的黑暗环境中,然后用极细的光束照射水绵,发现好氧细菌只向叶绿体被光束照到的部位集中;如果临时装片暴露在光下,细菌则分布在叶绿体的所有受光部位。
叶绿体是进行光合作用的场所。它内部巨大的膜表面上,不仅分布着许多吸收光能的色素分子,还有许多进行光合作用所必需的酶。
光合作用是指绿色植物通过叶绿体,利用光能,把二氧化碳和水转化成储存着能量的有机物,并且释放出氧气的过程。
表示方法 | 真光合量[66] | 净光合量[67] | 呼吸量 |
---|---|---|---|
CO2 | CO2固定量 | CO2吸收量 | 黑暗条件下的CO2释放量 |
O2 | O2生成量 | O2释放量 | 黑暗条件下的O2消耗量 |
有机物 | 有机物合成量 | 有机物积累量 | 黑暗条件下的有机物消耗量 |
和生物个体一样,细胞也会经过从出生到死亡的生命历程。它们的生命大多短暂,但对个体的生命有不可忽视的影响。
鲜花吐蕊,绿叶葱茏,
抑或花瓣凋落,枯叶飘零,
展示着个体的生命现象,
折射出细胞的生命历程。
多细胞生物体积的增大,即生物体的生长,即靠细胞生长增大细胞体积,也靠细胞分裂增加细胞的数量。
“ | 核膜消失现两体。 | ” |
“ | 形定数晰赤道齐。 | ” |
“ | 点裂数加分两极。 | ” |
“ | 两消两现重开始。 | ” |
争议:当下学术界有两派观点,一派认为所有动物细胞具有全能性,只是人类尚不能对其加以利用;另一派认为只有未高度分化的动物细胞和所有的动物细胞核具有全能性。
有些细胞受到致癌因子的作用,细胞中遗传物质发生变化,变成不受机体控制的、连续进行分裂的恶性增殖细胞,即癌细胞(Cancer cell)。
八年耕耘源于对生命的痴迷,
一畦畦豌豆蕴藏遗传的秘密。
实验设计开辟了研究的新路,
数学统计揭示出遗传的规律。
在漫长的时间里,人们都持融合遗传的观点,直到一位伟人的诞生……
19世纪中期,一位奥地利神父——格里戈尔·约翰·孟德尔(Gregor Johann Mendel,1822.7.20 - 1884.1.6)在自己的修道院用8年时间,对豌豆、山柳菊、玉米等多种作物进行了遗传研究,其中关于豌豆的实验非常成功。孟德尔通过分析豌豆杂交实验的结果,发现了生物遗传的规律。
孟德尔的豌豆实验成功的客观原因主要有以下几点:
像豌豆的圆粒和皱粒、黄子叶和绿子叶一样,一种生物同一种性状的不同表现,叫做相对性状。性状由相应的核酸控制,由蛋白质体现。
孟德尔选中了7对相对性状,遵循单一变量原则,分别对它们进行了研究。人工传粉时,需要在母本成熟前,将母本的雄蕊全部剪除,即去雄。然后,套上纸袋以防止外来花粉干扰。等雌蕊成熟后,将父本花粉撒在母本雌蕊柱头上,再次套袋。
孟德尔用纯种高茎豌豆和纯种矮茎豌豆用作亲本(Parent)进行杂交(Cross),发现无论是正交还是反交(Reciprocal cross),子一代(F1 hybrid[79])总是高茎的。而在子二代中则同时出现了两种性状。
“ | 要是是我的话,我就在第一次杂交之后把豌豆炒炒吃了。都是高茎嘛! | ” |
——邓珊 |
孟德尔定义F1中显现出来的性状为显性性状(Dominance[80]),未显现出来的形状为隐性性状(Recessive character)。在杂种后代中,同时出现显性性状和隐性性状的现象叫做性状分离[81]。
同时,孟德尔运用统计学知识研究后发现,在样本足够的情况下,F2出现了3:1的性状分离比。
孟德尔对一对相对性状遗传的解释,被后人概括为孟德尔第一定律,即分离定律(Law of Segregation):在生物的体细胞中,控制同一性状的遗传因子成对存在,不相融合;在形成配子时,成对的遗传因子发生分离(实质),分离后的遗传因子分别进入不同的配子中,随配子遗传给后代。
孟德尔完成了豌豆一对性状的研究之后,开始以豌豆子叶颜色、种子形状为对象,对两种相对性状的遗传规律开始了研究。
因此,格里戈尔·约翰·孟德尔成为了被后世公认的“遗传学之父”。
当孟德尔遗传定律被重新发现之后,一个问题随之而来:基因在细胞中究竟有没有物质基础?其假设的遗传因子,是不是物质实体?如果是,又位于细胞的什么位置?
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,
探明了它神秘的踪迹!
在孟德尔揭示遗传规律的同时,奥古斯特·弗里德里希·利奥波德·魏斯曼(August Friedrich Leopold Weismann,1834.1.17 - 1914.11.5)从理论上预测了精卵细胞成熟时,必将有一个将染色体减少一半的过程以保证精子与卵细胞融合后产生的细胞染色体数目不变。
事实上,魏斯曼预言的正是一种特殊方式的有丝分裂——减数分裂(Meiosis),即进行有性生殖的的生物,在产生成熟生殖细胞时,进行的染色体数目减半的细胞分裂。在减数分裂时,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比原始生殖细胞的减少一半。
减数分裂在1876年被奥斯卡·赫特维希(Oscar Hertwig,1849.4.21 - 1922.10.25)证实,并由爱德华·约瑟夫·马里·范·贝内登(Édouard Joseph Louis Marie Van Beneden,1846.3.5 - 1910.4.28)在1883年在染色体层面上进行了阐述。然而,减数分裂对繁殖和遗传的意义在1890年才由魏斯曼亲自描述。
精细胞还要经过复杂的变形抛除冗余的细胞质与细胞器才能成为成熟的生殖细胞——精子。
精子和卵细胞,必须经过受精作用(Fertilisation)才能形成受精卵,发育成新的个体。
减数分裂和受精作用对于维持生物前后代体细胞中染色体数目的恒定、生物的遗传与变异,都有十分重要的意义。
1903年,沃尔特·斯坦伯勒·萨顿(Walter Stanborough Sutton,1877.4.5 - 1916.11.10)用蝗虫细胞作为材料,研究精子与卵细胞形成的过程。他发现,格里戈尔·约翰·孟德尔假设的成对的遗传因子,即等位基因,的分离与减数分裂中同源染色体的分离非常相似。
从此,摩尔根成为了格里戈尔·约翰·孟德尔理论的坚定支持者。之后,他和他的学生们经过了十余年的努力,发明了测定基因在染色体上的相对位置的方法,并说明了基因在染色体上呈线性排列。
好一个浪子回头金不换。
生物有一些性状的基因在性染色体上,所以遗传上总是和性别相关联,这种现象叫做伴性遗传(Sex linkage)。
由此可以得出以红绿色盲症、血友病、进行性肌营养不良等为代表的伴X染色体隐性遗传病的遗传特性:
“ | 女病男正非伴性。 | ” |
“ | 男病女正非伴性。 | ” |
同时,还有伴Y染色体遗传的遗传病,其遗传特性即为“传男不传女,世代相传。”也有在X、Y染色体同源区段的遗传病,其遗传特点与伴常染色体遗传病相仿,但与性别有连锁效应。
“ | 我们仍然很难放弃这个可爱的假设:就是基因之所以稳定,是因为它代表着一个有机的化学实体。 | ” |
——托马斯·亨特·摩尔根 |
基因是什么?
DNA或蛋白质?
几多试验,几多论争。
是谁将谜底揭破?
赫尔希与蔡斯的实验表明:噬菌体侵染细菌时,DNA进入到细菌的细胞中,而蛋白质仍留在外面。因此,该实验证明了DNA是遗传物质,而不能证明蛋白质不是遗传物质。总的说来,能证明DNA才是遗传物质的最具有
归纳众多相关实验,可以得出绝大多数生物的遗传物质是DNA,所以说DNA是主要的遗传物质的结论。这是任何一个单一实验都无法证明的。
1869年,约翰尼斯·弗里德里希·米歇尔(Johannes Friedrich Miescher,1844.8.13 - 1895.8.26)在绷带上的脓上发现了一种物质,并将其命名为“核酸”。
1878年,路德维希·卡尔·马丁·莱昂哈德·阿尔布雷希特·科塞尔(Ludwig Karl Martin Leonhard Albrecht Kossel,1853.9.16 - 1927.7.5)从核酸里分离出了五种主要的碱基。
科塞尔因此被授予1910年诺贝尔生理学或医学奖:
“ | ” |
1919年,菲比斯·阿龙·西奥多·列文(Phoebus Aaron Theodore Levene,1869.2.25 - 1940.9.6)确定了核酸的基本组成单元为碱基、糖和磷酸组成的核苷酸,并认为核酸是多个核苷酸通过磷酸酯键结合在一起形成的。
1927年,尼古拉·康斯坦丁诺维奇·科尔佐夫(Никола́й Константи́нович Кольцо́в,1872.7.14 - 1940.12.2)提出遗传物质是由两条互补配对的长链构成。人们在认识到DNA是主要的遗传物质之后,这成为了构建DNA分子模型的指导思想。
1937年,威廉·托马斯·阿斯特伯里(William Thomas Astbury,1898.2.25 - 1961.6.4)拍摄了第一张显示了DNA具有规则结构的X射线衍射图。
1952年5月,素与莫里斯·休·弗雷德里克·威尔金斯(Maurice Hugh Frederick Wilkins,1916.12.15 - 2004.10.5)不和的魔法少女罗莎琳德·埃尔西·富兰克林(Rosalind Elsie Franklin,1920.7.25 - 1958.4.16)从他们共同工作的剑桥大学卡文迪许实验室离职,留下了她的DNA衍射图谱。她的职位由雷蒙德·G·格斯林(Raymond G. Gosling,1926.7.15 - 2015.5.18)接任。威尔金斯于是在未经二人直接同意或拒绝的情况下,将这张DNA衍射图谱复印给了詹姆斯·杜威·沃森(James Dewey Watson,1928.4.6 - )和弗朗西斯·哈里·康普顿·克里克(Francis Harry Compton Crick,1916.6.8 - 2004.7.28)[98]。同年,沃森与克里克从埃温·查哥夫(Erwin Chargaff,1905.8.11 - 2002.6.20)处得知了腺嘌呤(A)的量等于胸腺嘧啶(T)的量;鸟嘌呤(G)的量等于胞嘧啶(C)的量的消息,并从克里克的导师马克思·费迪南德·佩鲁茨(Max Ferdinand Perutz,1914.5.19 - 2002.2.6)处得知了富兰克林的实验结果,作出了AT、CG互相配对,两条DNA单链反向平行的双螺旋模型,并于次年在《自然》杂志上刊登了名为《
1962年,
“ | ” |
同年,
“ | ” |
DNA分子的复制是一个边解旋边复制的过程,复制需要模板、原料、能量和酶等基本条件。DNA分子独特的双螺旋结构,为复制提供了精确的模板,通过碱基互补配对保证了复制能够准确地进行。DNA分子的复制,能将遗传信息从亲代传给子代,有利于保持遗传信息的连续性。
DNA分子的复制具有方向性,其复制方向为由子链的5'端向3'端。
在“基因是什么”得到回答之后,另一个问题——“基因是如何起作用的”成为了研究热点。人们认识到了蛋白质对性状形成的重要作用之后,开始推测基因通过指导蛋白质的合成来控制形状,并称之为性状的表达。
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?
RNA主要有三种,分别为信使RNA(mRNA,messager RNA)、转运RNA(tRNA,transfer RNA/sRNA,soluble RNA)、核糖体RNA(rRNA,ribosomal RNA)。其中,真核细胞中rRNA的合成与核仁有关。
RNA在细胞核中,以DNA的一条链为模板合成,这一过程称为转录(Transcription)。它以基因为单位,主要有以下几步:
争议:当下学术界有两派观点,一派认为转录过程需要DNA解旋酶的参与;另一派认为RNA聚合酶也有使DNA解旋的作用,所以该过程不需要DNA解旋酶。
氨基酸生化特性 | 非极性 | 极性 | 基本 | 酸性 | 终止密码子 |
第一位碱基 | 第二位碱基 | 第三位碱基 | |||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
U | C | A | G | ||||||
U | UUU | 苯丙氨酸 | UCU | 丝氨酸 | UAU | 酪氨酸 | UGU | 半胱氨酸 | U |
UUC | UCC | UAC | UGC | C | |||||
UUA | 亮氨酸 | UCA | UAA | 终止密码子 | UGA | 终止密码子 | A | ||
UUG | UCG | UAG | 终止密码子 | UGG | 色氨酸 | G | |||
C | CUU | CCU | 脯氨酸 | CAU | 组氨酸 | CGU | 精氨酸 | U | |
CUC | CCC | CAC | CGC | C | |||||
CUA | CCA | CAA | 谷氨酰胺 | CGA | A | ||||
CUG | CCG | CAG | CGG | G | |||||
A | AUU | 异亮氨酸 | ACU | 苏氨酸 | AAU | 天冬酰胺 | AGU | 丝氨酸 | U |
AUC | ACC | AAC | AGC | C | |||||
AUA | ACA | AAA | 赖氨酸 | AGA | 精氨酸 | A | |||
AUG | 甲硫氨酸 | ACG | AAG | AGG | G | ||||
G | GUU | 缬氨酸 | GCU | 丙氨酸 | GAU | 天冬氨酸 | GGU | 甘氨酸 | U |
GUC | GCC | GAC | GGC | C | |||||
GUA | GCA | GAA | 谷氨酸 | GGA | A | ||||
GUG | GCG | GAG | GGG | G |
mRNA进入细胞质之后,就与核糖体结合。由多种具有三叶草结构[103]的tRNA将细胞质内游离的氨基酸转运至核糖体上,每种tRNA只能识别并转运一种氨基酸。核糖体可以沿着mRNA移动,所以一条mRNA可以同时结合多个核糖体,即“多聚核糖体”,同时多序列合成同一蛋白质。每个核糖体有2个tRNA的结合位点。
翻译过程可分为互补、进位、转肽、移位4步。
原核生物的DNA和真核生物的细胞质DNA上的基因可以实现边转录边翻译。
三种DNA都参与了翻译过程。
肽链合成后,被运送到相应细胞器中盘曲折叠生成具有特定空间结构和功能的蛋白质分子。
“ | ” |
尼伦伯格与马太采取了蛋白质体外合成技术,向不同的试管中加入不同的氨基酸,再加入除去了DNA与mRNA的细胞提取液以及人工合成的多聚尿嘧啶核苷酸,发现加入了苯丙氨酸的试管中出现了肽链。因此,两人推断,编码为“UUU”的密码子决定的氨基酸为苯丙氨酸。
此后,人们通过同样的技术,破译出了全部密码子,绘制出了密码子表。
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。
自然界中诱发基因突变的因素很多,基因突变也可以自发产生,所以基因突变在生物界普遍存在。基因突变是随机的、不定向的,即其可以发生在生物个体发育的任何时期、细胞内不同的DNA分子上、同一DNA分子的不同部位,其发生的方向和环境也没有明确的因果关系。
在自然状态下,基因突变的频率很低。总而言之,基因突变具有普遍性、低频性、多害少利性、不定向性和随机性。同时,也存在中性突变。
基因突变是新基因产生的途径,是生物变异的根本来源。
和光镜下无法观察到的基因突变不同,染色体变异可以用显微镜直接观察到。
染色体结构的改变,会使排列在染色体上的基因的数目或排列顺序发生改变,导致性状的变异。同基因突变一样,染色体结构变异也具有多害少利性。
在调查人群中的遗传病的发病率时,应本着随机抽样的原则;在调查遗传方式时,应采用患者家系调查的方法,可以选取人群中发病率较高的单基因遗传病来调查以降低调查难度。
因此,要禁止近亲结婚、提倡适龄生育。
“ | 好吧,如果有了就堕掉好了! | ” |
——春日野穹 |
目前,治疗遗传病最根本的方法是仍在试验中的基因治疗。
自古以来,人类就用选择育种对生物进行品种改良。格里戈尔·约翰·孟德尔发现了遗传规律之后,杂交育种被广泛应用。人工诱变技术大幅改进了育种方法,而基因工程则消除了物种间的鸿沟,能定向改变生物特性。
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!
人们不满于选择育种周期长、选择范围小等缺点,在生产实践中摸索出了杂交育种的方法。