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   一、克隆

   二、细胞工程与基因工程

   三、人类基因组计划

   四、艾滋病

   五、疯牛病

   六、贫铀弹的危害

   七、臭氧层的破坏

一、克隆

目前公众媒体所说的克隆技术就是通过细胞融合,细胞核移植,原生质体融合等细胞质操作技术,以及细胞和组织培养技术,“复制”出遗传上与亲本等同的一个无性繁殖系。(事实上克隆包括分子克隆、细胞克隆、个体克隆)

1、细胞的分化和细胞的全能性(动植物的差别)

2、“多利”羊的产生及其意义(体细胞的全能性)

3、其他克隆实例:如植物的组织培养;营养生殖;动物或人一卵双生现象。

4、对克隆人的态度(理论上可行,技术上还有相当长的路要走。涉及伦理、道德、宗教、法律等诸多方面问题)

 

二、细胞工程与基因工程

(一)细胞工程

     1、染色体工程(染色体的置换、改造)      

     2、染色体组工程(增加和减少整套染色体组数)

     3、细胞质工程(细胞拆合技术)(例如克隆羊)

     4、细胞融合工程(又称体细胞杂交)

(二)基因工程

      1、方法:包括三个环节

       基因的制备:化学合成法(DNA连接酶)

                   物理化学方法(分离、纯化)

                   生物学方法(限制性内切酶)

                   酶促合成法(逆转录酶+连接酶)

       利用某种“工具”或载体,把制备出的基因转移到受体细胞中去。

                        载体:(1)微生物质粒(一种环状DNA分子)

                           (2)某些噬菌体等病毒

       用“基因手术刀”,进行基因与载体及受体细胞中核酸分子的切割和粘接。

                 “基因手术刀”——限制性内切核酸酶

                 “基因手术线”——DNA连接酶

     2、基因工程的成就

       生物制药——如胰岛素的生产

       转基因动植物——如将人的生长素基因装入鱼体内,培育出生长迅速的转基因鱼;剔除西红柿里导致腐烂的基因,使西红柿更容易保存;

 

三、人类基因组计划——解读天书

(一)人类基因组计划包括两个方面

      1、“读出”密码。即对人类基因组的30亿个碱基对组成的DNA,全部撤出它们在染色体上的排列顺序。

      2、“读懂”密码。即对所有基因所表达的功能进行分析研究,弄清每个基因在人体内所起的作用。

(二)目前工作进展(基本“读出”密码)

    到2000年4月15日,得到完成序列已达5.86亿个碱基对(占18. 2%)。草图序列达23.276 亿个碱基对(占72.4%)。两者相加达到90%以上。5月8日一期工作已经基本完成,从5月9日进入第二阶段。填补现有序列之间的间隙,将人类基因组整体序列的准确率提高到99.99%,完全解析人类基因组30亿个碱基对的顺序。同时宣传此过程完成的时间将从2003年6月提前至2001年6月。(最初计划2005年完成,但由于技术改进,公、私竞争等因素,计划一再提前)

(三)未来的路

    国际人类基因组计划“工作草图”已经完成,但科学家们的任务还远没有结束。接下来的工作将是定位全部基因,研究有用基因的功能,破译人类相关基因信息并开发和利用这些信息。我们将进入后基因组时代,以功能性、应用性研究为主的后基因组计划、功能蛋白质计划、重大疾病基因组计划等课题研究将相继进入实施阶段。

(四)我国在国际基因组计划中所做的工作

      1、国际人类基因组计划由美、英、日、法、德、中六国共同参与

      各国承担的工作量:
            美国——
54
            英国——
33
            日本——
7
            法国——
2.8
            德国——
2.2
            中国——
1%。

      中国是唯一的发展中国家

      杨焕明等科学家白手起家,四处奔走,含辛茹苦,克服了常人难以想象的种种困难,终于于1999年9月9日9时,在北京顺义空港工业园,正式启动“1%项目”。并立下碑铭志:“勇往直前,义无反顾,敢以全国父老之名宣于天下,当将以全体微薄之颜面面对祖宗,子孙!”

      在六个参与国中,我国基因组测序能力名列第四,在六国总共16个基因组中心中,我国列第七。

      2、不要小看1

      体现领导人与决策者的高瞻远瞩与英明果断。

      使我国理所当然地分享“人类基因组计划”的全部成果与数据、资源与技术,拥有有关事务的发言权。

      建立我国、接近世界水平的基因组研究实力。

      带动了中国生物资源基因组计划的启动(如超级杂交水稻基因重组,家猪基因组计划等)

      中国是人类基因资源的“首富”(人多,病多,家系多且纯)

      申请基因专利的竞争

(五)人类基因组计划的意义和忧虑

    人类基因组计划的突破性进展,将对人类整个生存和生活方式带来不可估量的影响。首先,由于人体的疾病很大程度上与基因有关,因此,对人类基因组的了解,必然使疾病的预防、诊断和治疗发生革命性的变化,因为人类已可以在分子水平上找出病变的根源,并在分子水平上开发新的治疗和预防手段。其次,人类基因组计划还使人看到了彻底了解生命之迷的曙光。一旦破解了生命密码,那么"克隆人""组合人""设计人"等等方案,都有可能成为现实了。再次,人类基因组计划还会大大推动其他生物体基因组的研究,因为人体基因是所有已知生命体中最复杂的基因。

     恐怕,现在的人们之所以对人类基因组计划给予如此之多的关注,甚至,这一计划之所以能如此快的进展,都是由于它能提供巨大的"商机"。了解了人体遗传密码,就可以开发许多全新的药物,这对医药界将发生巨大的影响。谁掌握了机遇,谁就掌握了未来,因此医药界对此给予了最多的关注。此外,这一计划对其他生物体基因组研究的推动,将给农业、环境、能源、信息、材料、食品等领域带来无限的机遇。有人说,有一万个基因,就有一万个产业。随着人类基因组全序列草图的绘制完成,现在,己经越来越少有人怀疑21世纪是生物产业的世纪了。

    总之,虽然人类基因组序列的测定,还仅仅是达到草图的水平,离完成图还有很长一段距离,但基因技术无疑正在向我们展示出一个光明的、充满希望的未来。

    然而,历史表明,任何科学技术都是一把双刃剑,正当人们为人类跨出的这伟大一步而欢呼、激动之时,许多人又在为基因技术带来的一系列社会、伦理、法律问题而忧心仲仲。他们提出的问题是:当我们向达个新世界勇敢地迈进一步后,我们将会为此付出什么代价?人能否代行上帝的职权?会不会有个别狂人,滥用人体基因组知识,制造出毁灭人类的基因武器?基因优化会不会导致第二次纳粹式的种族清洗?人类生命的延长导致人口的激增,会不会带来资源能源危机?转基因产品会不会生产出人类难以控制的危害人类的基因魔鬼?基因生物会不会给环境带来难以应对的基因污染问题?保险公司或者雇主会不会拒绝带有某种癌症基因的人?哪些人可以知道我们的基因隐私?基因有专利吗?基因专利会不会导致基因垄断,某些人或集团是否因此而谋取暴利?

 

四、艾滋病

    1、艾滋病——获得性免疫缺陷综合症(HIV)

    2、艾滋病病毒——球形有包膜病毒,有两条单链RNA,结合有逆转录酶

    3、致病机理——感染T4淋巴细胞和B淋巴细胞,从而破坏免疫系统,造成免疫缺陷。

    4、传染与流行

      (1)经过性接触传播

      (2)经静脉吸毒传播

      (3)医原性传播

      (4)母婴垂直传播

      (5)其他途径

        (幸运的是,蚊子不传染艾滋病病毒)

 

五、疯牛病

    疯牛病又称牛海绵状脑病。

    疯牛病病毒——一种朊病毒(只有蛋白质,无核酸),最初是在羊瘙痒病中发现的。

    朊病毒是正常蛋白的异构体。朊病毒蛋白可胁迫正常蛋白变构为病毒蛋白,从而表现出复制。

    现知人和脊椎动物的脑病有10种是由朊病毒引起的,包括进行性早老性痴呆(克——雅氏病)以及人的震颤病(又称库鲁病)等。

    朊病毒在正常情况下以无害的细胞蛋白质的形式存在,一旦发生结构改变,就使人或动物患上与痴呆有关的致命性脑病,出现运动失调、震颤、感觉过敏等神经症状,中枢神经组织发生海绵状变性和神经无细胞浆的空泡化等病理变化。有人推测一些至今不明病因的疾病可能是由朊病毒引起的。

 

六、贫铀弹的危害

    “巴尔干综合症”——“巴尔干综合症”发生在曾在波黑和科索沃地区执行任务的北约国家士兵身上,其命名方法相同于海湾战争之后发生在该地区服役的美国士兵身上的“海湾综合症”。“巴尔干综合症”的具体症状表现为头痛、精神恍惚、失眠等,严重情况下表现为癌症或白血病,其病因不详,但被疑为与贫铀弹残留辐射有关。最早发现这一病症的是意大利。1999年下半年,3名曾在巴尔干服役的退役意大利士兵先后患上白血病。意大利已发现了大约30宗类似病例,其中12名士兵身患癌症,7人死亡。继意大利之后,在法国又发现了4名患有白血病的老兵。

       铀是存在于自然界的一种稀有元素,贫铀则是从天然铀中提取供核武器装料或核反应堆核燃料用铀—235后的废料,因其主要成分(99%以上)是具有低水平放射性的铀—238,故称贫铀。贫铀弹,则是以贫铀为主要原料制成的导弹、航空炸弹、坦克炮和航空炮炮弹、子弹等。贫铀弹以高密度、高强度、高韧性的贫铀合金做弹芯,爆炸时产生高温化学反应,用来摧毁坚固建筑物或攻击坦克等装甲目标。贫铀弹爆炸后会产生一定的放射性,对人体和环境都会造成严重危害。

       贫铀弹对人体和环境究竟有多大危害,至今还缺乏系统研究。但铀是一种毒性很强的放射性物质,它既有辐射毒性,又有化学毒性。虽然天然铀分布于地壳之中,但由于它含量很微小,一般不会对人体造成危害。然而,贫铀弹在爆炸过程中高温高压作用下,会造成被炸的局部地区铀浓度骤然升高,会形成高度分散的放射性微粒和气溶胶。它可以通过呼吸进入人体,也可以逐渐沉降至地表,进入水和土壤,通过作物和水产品等食物链进入人体。通过呼吸进入人体的铀,可沉积于肺部,诱发肺癌;通过食物进入人体的铀,主要滞留于肾、肝和骨髓中而引起病变。据报道,海湾战争以来,伊拉克南部地区各种病变显著升高,有关专家称,引发病变的主要原因之一来自贫铀弹。 

       美国70年代末开始将坦克炮的动能弹以贫铀合金弹芯代替钨合金弹芯。目前105毫米贫铀弹已发展了三代,120毫米贫铀弹也已发展了两代,美国的M60、M1系列坦克,英国的“挑战者”2坦克等都采用了贫铀穿甲弹。在海湾战争中,美国将贫铀弹第一次用于实战,当时最先进的M1A1坦克的120毫米坦克炮发射的M829A1贫铀弹可穿透1.5米厚的沙墙,或击穿伊军T—72坦克的主装甲,再引爆车内的弹药,将炮塔掀掉,取得了意想不到的效果。据称,美军在海湾战争中共发射了4200多枚贫铀弹,摧毁了伊军数百辆坦克。在1999年科索沃战争中,贫铀弹再次被大规模用于战场,以美国为首的北约向科索沃战场共发射了31000多枚贫铀弹。两次战争贫铀弹的使用及其给人类带来的严重后果,引起了世人的高度关注。


    贫铀弹是使用贫铀合金制造的弹药。由于贫铀具有高密度、高强度、放射性等特点,因而,用其制造的弹药与普通弹药相比,有些不同之处,主要表现:

      一是穿透能力极强。贫铀所具有高密度、高强度等特点,使其成为制造动能穿甲武器的理想材料。因此,贫铀被广泛地用来制造穿甲弹和钻地弹,用于摧毁坚固目标。例如,在海湾战争中,美陆军和海军陆战队的艾布拉姆斯M1A1和M60坦克、以及美军A-10攻击机发射的贫轴穿甲弹,使伊拉克的大批装甲目标轻易地被击毁。即便是性能先进的T-72坦克,在贫铀穿甲弹的打击下,也显得十分脆弱。因此,美军在关于海湾战争的国防报告中对贫铀弹评价时,不无炫耀地说“借助热成像瞄准具的帮助,这种弹药发挥了巨大威力,它甚至可摧毁躲在厚厚的沙墙后面和其他防护掩体内的伊军坦克”。由于贫铀弹在海湾战争中的出色表现,美军随后对“战斧”巡航导弹的鼻锥体改用贫铀合金材料,以提高其穿透能力。1997年美军部署的新式钻地核弹B61-11,就使用了贫铀制成的针形弹壳,从而使核弹能钻入地面50英尺的深度再发生爆炸,使任何坚固的地下工事都难承受它的一击。

    二是可然性。贫铀弹爆炸后形成的贫铀微粒与空气接触或与装甲等坚硬的物质撞击时,会产生自燃,容易引燃遭袭车(船)内的燃油和引爆弹药。

    三是持续伤害性。由于贫铀具有一定的放射性,其蜕变过程中,会放出α、β、γ射线,对人体构成放射性伤害。同时,贫铀也是一种重金属毒物,如果进入人体,它能影响人体的新陈代谢进程,尤其是对肾脏的损伤较为显著。因此贫铀弹不仅在爆炸时其弹壳碎片能毁坏武器装备,杀伤人员,而且爆炸后的很长一段时间内,其碎片对环境和人员仍具有危害作用。海湾战争中,美国在伊拉克南部地区使用了300吨贫铀弹药,数年后,伊拉克南部地区出现了许多以前无人知晓的病例,出生的婴儿中先天性畸形率大幅上升,以前该地区从未有人患过的癌症也大量出现。为此,伊拉克于1998年11月28日召开了关于贫铀弹药造成影响的会议。会后,伊拉克科学家向国际社会发出呼吁,敦促国际社会禁止使用贫铀弹药。 

海湾战争中的面罩未能挡住辐射。
    

七、臭氧层的破坏

大气臭氧量少作用大

大气中的臭氧绝大部分都集中在离地面大约25~30公里的上平流层中,称为「臭氧层」。名虽为一层,但实际上臭氧分布各地并不均匀,而且大气中臭氧的总含量非常少,尚不到1ppm。这极薄的一层臭氧,对于地球上的生命非常常重要,因为臭氧能吸收阳光中的紫外线,将这些波长很短,而且有致命危险的辐射线,转换成热能,只有极少量能到达地表。紫外线会破坏包括DNA在内的生物分子,增加罹患皮肤癌、白内障的机率,而且和许多免疫系统疾病有关。此外,紫外线对于农作物,甚至海洋生态系都会造成负面影响。然而这层重要的臭氧已经受到严重破坏,而且清形一年比一年恶化。

罪魁祸首CFCs

臭气洞其实并不是真正有个「洞」,而只是表示臭氧含量反常稀少的区域。科学已经知道CFCs(氟氯碳化物)是造成臭氧洞的主要原因。
  氟氯碳化物(CFCs),顾名思义,即是含有氟(F)、氯(Cl)、碳(C)的化合物。CFCs的应用范围极为广泛,可作为汽车和冰箱等冷冻空调的冷媒、电子和光学组件的清洗溶剂、化妆品等喷雾剂,以及PU、PS、PE的发泡剂等等。
  从1930年代合成初期开始,CFCs在全球各工业国家的使用量便不断增加,主要因为CFCs的化学性质非常安定,不可燃且无毒性,故过去一直被认为安全又理想的化学物质,厂商大量制造,使用者也任其扩散至大气中。
  CFCs所以会对臭气层造成如此严重的伤害,主要关键就在其所含的「氯」(Cl)。科学家估计,由CFCs所释出的1个氯原子,只要数个月的时间,就能使大约10万个臭氧分子消失。
  在正常状况下,平流层中的臭氧分子,是处于一种动态平衡的状态。高层大气中的氧分子(O2)吸收紫外线,分解成活泼的氧原子(O):
  O2+hv→O+O
氧原子再与邻近的氧分子反应生成臭氧:
  O+O2→O3
臭氧也会因受强烈紫外线照射而分解,生成氧原子和氧分,或是与活泼的氧原子作用形成氧分子:
  O3+hv→O2+O
  O3+O→O2+O2
臭氧就在这些反应中不断生成与分解,维持着微妙但脆弱的平衡。
  氯则会破坏这种平衡。CFCs在平流层受强烈紫外线照射而分解产生氯,氯会与臭氧反应,生成氧化氯自由基(ClO):
  Cl+O3→ClO+O2
带有自由基的ClO非常活泼,若与同样活泼的氧原子反应,便生成氯和较安定的氧分子:
  ClO+O→Cl+O2
  而这个被释出的氯,又可以再与臭氧反应,因此氯一方面能够不断消耗臭氧,另一方面却又能在反应中再生。
若综合上列5项反应,所得的净反应将是:
  O3+O3→3O2
由此可见,氯在分解臭氧的反应中,基本上是扮演催化者的角色,以促使较不安定的臭氧反应成安定的氧,而氯在反应中则是以各种不同的面貌循环出现,因此少量的氯在重新分配的过程中,就能造成大量的臭氧分解。

臭氧减少的危害

  紫外线增加对人类健康所造成的危害,以皮肤癌最为人熟知,而且为害最广。黄种人和黑种人由于皮肤外层较能吸收或扩散大量紫外线,使到达皮肤内层细胞的紫外线量减少,因此比缺乏黑色素的白人较不易罹患皮肤癌。但是紫外线对人类眼晴的伤害与人种无关。眼晴在强烈紫外线照射下,会使透明的角膜混浊,引起角膜炎,或是造成结膜充血的结膜炎,最严重的则是白内障。
   既然紫外线会影响人体健康,自然也会影响其它生物。紫外线之所以会损害皮肤、眼晴及免疫系统,是因为紫外线能破坏人体内的蛋白质和核酸,由于核酸和蛋白质是所有生物细胞组成不可或缺的要素,因此紫外线的增加,对整个地球生态系都会有严重影响。