阮雙喜

所有生物都需要獲得精確的信息指令來(lái)指導(dǎo)和控制其生長(zhǎng)、代謝、運(yùn)動(dòng)、分化和繁殖等過(guò)程，而分子水平上的信息傳遞或信息流動(dòng)是一切生命活動(dòng)必不可少的過(guò)程。這個(gè)信息傳遞包括由DNA分子攜帶的基因中的遺傳信息向后代的傳遞，還包括由基因控制的遺傳信息通過(guò)轉(zhuǎn)錄、翻譯過(guò)程合成蛋白質(zhì)而控制細(xì)胞與組織的結(jié)構(gòu)和功能。蛋白質(zhì)和其他化學(xué)物質(zhì)（如激素等）還可以作為特殊的化學(xué)信號(hào)，通過(guò)細(xì)胞的傳導(dǎo)途徑來(lái)調(diào)節(jié)相應(yīng)的細(xì)胞代謝。遺傳信息的傳遞和表達(dá)主要是基因的功能，本文著重講述運(yùn)用基因的理念認(rèn)識(shí)生命世界。

自1953年沃森和克里克發(fā)現(xiàn)DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)以來(lái)，人們就開(kāi)始將對(duì)生命系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)和對(duì)各種生命現(xiàn)象的解釋聚焦到DNA中基因結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)與對(duì)基因表達(dá)的調(diào)控上。課堂教學(xué)中，引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用基因的理念認(rèn)識(shí)生命系統(tǒng)和解釋生命現(xiàn)象，有利于提高學(xué)生對(duì)生命現(xiàn)象的理解能力，從本質(zhì)上理解生命系統(tǒng)和生命現(xiàn)象，提高生物科學(xué)素養(yǎng)。

一、基因與生命本質(zhì)的統(tǒng)一性和生物多樣性

用基因的理念認(rèn)識(shí)生命，可以明確任何生物都是以核酸為遺傳物質(zhì)和生命信息的，且共用一套密碼子，以蛋白質(zhì)作為生命活動(dòng)的承擔(dān)者，這說(shuō)明千姿百態(tài)的生物界具有統(tǒng)一性。然而，不同生物的遺傳物質(zhì)的結(jié)構(gòu)又是不一樣的，哪怕是同卵孿生的兄弟或姐妹，其遺傳物質(zhì)也是有差異的。由于不同的生物具有不同的遺傳物質(zhì)和生命信息，就形成了不同生物的特異性和多樣性。

二、基因與細(xì)胞結(jié)構(gòu)和新陳代謝

組成細(xì)胞結(jié)構(gòu)的主要成分是蛋白質(zhì)。細(xì)胞代謝是指在細(xì)胞內(nèi)發(fā)生一系列使細(xì)胞成分不斷更新的化學(xué)反應(yīng)。細(xì)胞的新陳代謝是一切生命活動(dòng)的基礎(chǔ)。在細(xì)胞代謝中，酶起著非常重要的作用，絕大多數(shù)酶的化學(xué)本質(zhì)是蛋白質(zhì)。而蛋白質(zhì)都是由基因控制合成的，細(xì)胞代謝也是由細(xì)胞內(nèi)的基因來(lái)調(diào)控的。

三、基因與生物的生長(zhǎng)、發(fā)育和生殖

從現(xiàn)象上看，生物的生長(zhǎng)是生物個(gè)體中生命物質(zhì)量的增加；而從實(shí)質(zhì)上看，生命物質(zhì)量的增加是基因表達(dá)和調(diào)控的結(jié)果。從現(xiàn)象上看，生物的發(fā)育是生物體在生長(zhǎng)過(guò)程中出現(xiàn)新的組織和器官的過(guò)程；而從實(shí)質(zhì)上看，則是基因選擇性表達(dá)的結(jié)果。從現(xiàn)象上看，生物的生殖是生物產(chǎn)生新個(gè)體（即傳宗接代的過(guò)程）的生命現(xiàn)象；而從實(shí)質(zhì)上看，則是基因在生物上下代之間的傳遞過(guò)程。由此可見(jiàn)，基因的傳遞是生物個(gè)體的死亡與種族發(fā)展之間的橋樑。

四、基因與遺傳和變異

從現(xiàn)象上看，生物的遺傳是生物性狀在生物的上下代之間的延續(xù)；從實(shí)質(zhì)上看，則是基因在生物上下代之間的傳遞。從現(xiàn)象上看，生物的變異是生物體的性狀在生物的上下代之間和在子代個(gè)體之間表現(xiàn)出的差異；而從實(shí)質(zhì)上看，則是基因重組或基因突變?cè)谏镄誀钌系姆从场?/p>

五、基因與進(jìn)化

從現(xiàn)象上看，生物的進(jìn)化是生物在進(jìn)化過(guò)程中形成了適應(yīng)性和多樣性；而從實(shí)質(zhì)上看，則是由于自然選擇使生物種群的基因庫(kù)發(fā)生了定向改變。從現(xiàn)象上看，在生物進(jìn)化過(guò)程中還出現(xiàn)了物種的更迭和物種多樣性的形成；從實(shí)質(zhì)上看，物種的更迭就是生物基因庫(kù)的更迭。物種多樣性的形成，則是不同物種間由于生殖隔離和基因不能相互交流的結(jié)果。

六、基因與人類基因組計(jì)劃

“人類基因組計(jì)劃”是將人類的22個(gè)常染色體和1對(duì)性染色體的24個(gè)DNA分子中的基因結(jié)構(gòu)進(jìn)行全面測(cè)序，對(duì)其功能進(jìn)行全面的破譯。20世紀(jì)90年代以來(lái)，我國(guó)和美國(guó)、英國(guó)、法國(guó)、德國(guó)、日本共六個(gè)國(guó)家的科學(xué)家對(duì)人類基因組中所有的堿基對(duì)進(jìn)行了測(cè)定。2000年6月，六國(guó)科學(xué)家向全世界公布了人類的“基因工作草圖”，當(dāng)時(shí)測(cè)得人類基因組中有31.6億個(gè)堿基對(duì)，并且估計(jì)人類基因組中可能有大約10萬(wàn)個(gè)基因。2001年2月12日，科學(xué)家又全面介紹了人類基因組工作草圖的基本信息，并且認(rèn)識(shí)到人類基因組中只有2.0萬(wàn)到2.5萬(wàn)個(gè)基因。2003年是DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)50周年，50年后，六國(guó)科學(xué)家共同繪制完成了人類的“基因組序列圖”?！盎蚪M序列圖”首次在分子層面上為人類提供了一份生命“說(shuō)明書(shū)”。人類基因組計(jì)劃的成果，標(biāo)志著新世紀(jì)一開(kāi)始，生命科學(xué)就走進(jìn)了基因組時(shí)代，為在新的世紀(jì)里，生命科學(xué)的研究向更縱深領(lǐng)域的發(fā)展和獲得更多的突破奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

七、基因與育種

傳統(tǒng)的育種方法，有兩個(gè)基本原則：一是要使品種具有優(yōu)良性狀；二是要使品種盡可能地保持穩(wěn)定。從實(shí)質(zhì)上認(rèn)識(shí)這兩個(gè)原則，就是要在育種過(guò)程中使品種具有優(yōu)良基因，并使其成為純合子，以保證其穩(wěn)定遺傳。

為了使所培育的品種具有優(yōu)良基因，采用的措施為誘發(fā)基因突變的誘變育種，即通過(guò)基因工程技術(shù)向所培育的品種中直接導(dǎo)入優(yōu)良基因。為了將不同品種的優(yōu)良性狀綜合在一起，人們采用雜交育種的方法，將不同品種的優(yōu)良基因加以綜合，以形成優(yōu)良品種。

為了使所培育的品種能穩(wěn)定遺傳，人們采用選擇育種的方法，將不能穩(wěn)定遺傳的個(gè)體予以淘汰。由于選擇中去劣留優(yōu)的過(guò)程往往需要較長(zhǎng)的時(shí)間，人們又找到了單倍體育種的方法，大大縮短了育種年限。如

袁隆平院士培育的雜交水稻，開(kāi)啟了利用具有雜種優(yōu)勢(shì)的雜交種（雜合子）作為栽培種的綠色革命的進(jìn)程。雜交種的培育方法，就是在育種過(guò)程中將不同品種的基因綜合起來(lái)，以利用其雜種優(yōu)勢(shì)。

八、基因與生態(tài)保護(hù)

生態(tài)系統(tǒng)的發(fā)展，就是生物與環(huán)境相互作用、共同進(jìn)化的過(guò)程。生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)的維持保持了生物基因庫(kù)在生態(tài)系統(tǒng)中的相對(duì)穩(wěn)定。人類活動(dòng)對(duì)生態(tài)系統(tǒng)有著非常大的影響，這個(gè)影響有正面影響和負(fù)面影響。如果人類活動(dòng)使生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)遭到破壞，則生態(tài)系統(tǒng)往往會(huì)崩潰，其多樣性難以維持，從而導(dǎo)致生物多樣性的喪失。人類活動(dòng)也可以使生態(tài)系統(tǒng)朝著更復(fù)雜、更穩(wěn)定的方向發(fā)展，如果生態(tài)系統(tǒng)朝著更復(fù)雜、更穩(wěn)定的方向發(fā)展，則會(huì)促進(jìn)生態(tài)系統(tǒng)多樣性和生物多樣性的形成。人類活動(dòng)還可以使生態(tài)系統(tǒng)得以休養(yǎng)和修復(fù)，使生態(tài)系統(tǒng)終止惡化，保持穩(wěn)定并向著有利于生態(tài)系統(tǒng)多樣性形成的方向發(fā)展。

九、基因與人類的生活

由于新世紀(jì)已進(jìn)入基因組時(shí)代，轉(zhuǎn)基因食品、基因工程疫苗等已步入尋常百姓家，與我們的生活、健康有著密切的關(guān)系。如基因環(huán)保、基因產(chǎn)品也與我們的生產(chǎn)和發(fā)展都有著密切的聯(lián)系。當(dāng)然，我們?cè)谌粘Ｉ詈蛯?duì)社會(huì)事務(wù)的討論中，要理性地認(rèn)識(shí)和對(duì)待基因產(chǎn)品，讓它在不影響生態(tài)安全和人體健康的情況下為人類造福。