人教版“基因工程”一章中幾個教學(xué)問題的認(rèn)識

顧鋒杰

摘要：針對專題教學(xué)過程中所遇到的一些問題，通過查閱相關(guān)資料，從一線教師的視角對其中幾個問題進(jìn)行解讀。

關(guān)鍵詞：基因運輸工具 運載體 載體 DNA 連接酶 專一性 大腸桿茵 干擾素 糖蛋白

中圖分類號：0-49

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：E

1 基因進(jìn)入受體細(xì)胞的運輸工具到底應(yīng)該稱為運載體還是載體

人教版必修2第103頁談到：基因的運輸工具是運載體；可選修3第6頁提到?；虻倪\輸工具為載體。那么，基因的運輸工具到底應(yīng)該稱為什么？還是兩者都可？

運載本身的漢語詞典釋義是：裝載、運輸。運載體的英文名稱是carrier，定義為以下3種：（1）為分離樣品中微量的放射性物質(zhì)而加入的大量同類非放射性物質(zhì)。（2）在細(xì)胞懸浮培養(yǎng)系統(tǒng)中，支撐生物體或細(xì)胞生長的固相顆?；|(zhì)，如加入發(fā)酵罐中的特殊塑料或微孔玻璃顆粒。（3）攜帶另一種物質(zhì)轉(zhuǎn)移的轉(zhuǎn)運劑，如結(jié)合某種物質(zhì)，攜帶其通過生物膜或在生物體液中轉(zhuǎn)運的蛋白質(zhì)。事實上，教材對基因工程載體的概念性定義是：指能將目的的DNA片段帶入宿主細(xì)胞，并能進(jìn)行擴增的一類DNA分子。

其實，基因工程的運載體不僅是轉(zhuǎn)移目的基因的運輸載體，也是擴增目的基因的克隆載體，同時也是目的基因的表達(dá)載體。所以運載體這個名稱，局限了它的功能含義，不利于學(xué)生的學(xué)習(xí)，人教版選修3稱為基因的載體則更具有包容性。如果運載體只是起運輸功能，那么轉(zhuǎn)基因動物實驗中，當(dāng)導(dǎo)入目的基因采取顯微注射的方法時，運載體實際是可有可無的了。實際上目的基因在宿主細(xì)胞內(nèi)的大量擴增還是需要借助載體的自主復(fù)制功能，其表達(dá)也還需要載體上攜帶的啟動子等調(diào)控元件。

另外，必修1教材中又有細(xì)胞膜上載體一詞，教師在教學(xué)中不妨將之表述為載體蛋白，這樣有利于學(xué)生對基因工程載體和細(xì)胞膜上載體作本質(zhì)上的區(qū)分和理解。

2 DNA連接酶對所連接的DNA兩端堿基序列是否具有專一性要求

人教版《現(xiàn)代生物技術(shù)專題》第7頁“思考與探究”的第一題：限制酶在DNA的任何部位都能將DNA切開嗎？以下是四種不同限制酶切割形成的DNA片段：

你是否能用DNA連接酶將它們連接起來？

此題對（2）（3）（6）（7）這四個平末端在教參第12頁給的答案是：（2）與（7）、（3）與（6）能連接。此題的原意應(yīng)是想讓學(xué)生形成對限制酶特異性的感性認(rèn)識（即限制酶所識別的序列，無論是6個堿基還是4個堿基，都可以找到一條中心軸線，中軸線兩側(cè)的雙鏈DNA上的堿基是反向?qū)ΨQ重復(fù)排列的），但這樣的答案卻容易讓學(xué)生對DNA連接酶產(chǎn)生一種誤解。部分學(xué)生因此認(rèn)為：DNA連接酶對所連接的DNA兩端堿基序列具有專一性要求。但事實上，DNA連接酶對所連接的DNA兩端堿基序列不具有專一性要求，DNA連接酶可以連接任意兩個平末端。

實際操作中，對于平末端的DNA片段，常用T₄DNA連接酶直接將兩DNA片段連接（但因為連接效率較低，通常采用高濃度處理）；或是用末端脫氧核苷酸轉(zhuǎn)移酶給具有平末端的DNA片段添加寡聚dT，在另一片段末端添加寡聚dA（或者分別添加寡聚dC和寡聚dG），再用DNA連接酶將其連接起來；或是先在DNA末端加上化學(xué)合成的銜接物或接頭，使之形成黏性末端之后，再用DNA連接酶連接。由此可見，DNA連接酶不同于限制性內(nèi)切酶（限制性內(nèi)切酶要作用于特定核苷酸序列，并打開特定部位的兩個核苷酸之間的磷酸二酯鍵），它對所連接的DNA兩端的堿基序列沒有專一性要求，由不同限制酶切開的兩個平末端，也可以由DNA連接酶封閉并連接。

另外，教材上的習(xí)題若教師按教參答案解釋則可對題目加個條件要求“將四種由限制酶切割得到的片段再恢復(fù)原狀”，這樣才能基本體現(xiàn)題目“讓學(xué)生形成對限制酶特異性的感性認(rèn)識”的本意。

3 大腸桿菌能生產(chǎn)糖蛋白嗎

人教版高中生物選修3《現(xiàn)代生物科技專題》在“基因工程的應(yīng)用”一節(jié)中，在介紹基因工程藥物干擾素時，有如下一段文字“1980-1982年，科學(xué)家用基因工程方法在大腸桿菌及酵母菌細(xì)胞內(nèi)獲得了干擾素，從1kg細(xì)菌培養(yǎng)物中可以得到20-40mg干擾素”。很多學(xué)生對這段文字存在一些困惑：酵母菌是真核生物，細(xì)胞內(nèi)有內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和高爾基體等細(xì)胞器，因此能生產(chǎn)糖蛋白，而干擾素是糖蛋白，故酵母菌細(xì)胞能夠生產(chǎn)干擾素；但是大腸桿菌是原核生物，細(xì)胞內(nèi)沒有這些細(xì)胞器，那又怎么能生產(chǎn)干擾素呢？

其實，這里學(xué)生主要是犯了邏輯推理中假設(shè)前提上的錯誤，即認(rèn)為工程菌生產(chǎn)的干擾素是糖蛋白。實際上，據(jù)科學(xué)家的研究資料顯示，用大腸桿菌生產(chǎn)出來的干擾素是沒有糖鏈的，但同樣能夠抑制病毒在細(xì)胞內(nèi)的增殖，能加強巨噬細(xì)胞的吞噬作用和對癌細(xì)胞的殺傷作用。所以，在教學(xué)中，教師引導(dǎo)學(xué)生分析得出“大腸桿菌不能生產(chǎn)糖蛋白的結(jié)論”是正確的。

那么，大腸桿菌是不是就一定不能生產(chǎn)糖蛋白呢？在上個世紀(jì)，也許不可能，但是現(xiàn)在，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和科學(xué)研究的進(jìn)一步深入，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)在一種名為Campylobacter jejuni的細(xì)菌里存在生產(chǎn)糖蛋白的基因簇，即pgl基因簇，此基因編碼的蛋白能夠起糖基轉(zhuǎn)移酶的作用，科學(xué)家用基因工程方法將這套基因克隆至大腸桿菌供表達(dá)，使得大腸桿菌也能夠生產(chǎn)相應(yīng)的糖蛋白。雖然大腸桿菌生產(chǎn)糖蛋白與真核細(xì)胞生產(chǎn)糖蛋白在合成機理、糖鏈結(jié)構(gòu)等方面有很多差異，而且用大腸桿菌生產(chǎn)糖蛋白還處于實驗室探索研究的階段，但相信隨著這方面研究工作的不斷開展，有希望在不久的將來研發(fā)出一套成本低、產(chǎn)量高、質(zhì)量好的大腸桿菌重組糖蛋白表達(dá)系統(tǒng)。