人教版“基因工程”一章中幾個教學問題的認識

顧鋒杰

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

關鍵詞：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

文獻標識碼：E

1 基因進入受體細胞的運輸工具到底應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。基因的運輸工具為載體。那么，基因的運輸工具到底應該稱為什么？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而加入的大量同類非放射性物質。（2）在細胞懸浮培養系統中，支撐生物體或細胞生長的固相顆粒基質，如加入發酵罐中的特殊塑料或微孔玻璃顆粒。（3）攜帶另一種物質轉移的轉運劑，如結合某種物質，攜帶其通過生物膜或在生物體液中轉運的蛋白質。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片段帶入宿主細胞，并能進行擴增的一類DNA分子。

其實，基因工程的運載體不僅是轉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載體。所以運載體這個名稱，局限了它的功能含義，不利于學生的學習，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，那么轉基因動物實驗中，當導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胞內的大量擴增還是需要借助載體的自主復制功能，其表達也還需要載體上攜帶的啟動子等調控元件。

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

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《現代生物技術專題》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。此題的原意應是想讓學生形成對限制酶特異性的感性認識（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，中軸線兩側的雙鏈DNA上的堿基是反向對稱重復排列的），但這樣的答案卻容易讓學生對DNA連接酶產生一種誤解。部分學生因此認為：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切酶（限制性內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原狀”，這樣才能基本體現題目“讓學生形成對限制酶特異性的感性認識”的本意。

3 大腸桿菌能生產糖蛋白嗎

人教版高中生物選修3《現代生物科技專題》在“基因工程的應用”一節中，在介紹基因工程藥物干擾素時，有如下一段文字“1980-1982年，科學家用基因工程方法在大腸桿菌及酵母菌細胞內獲得了干擾素，從1kg細菌培養物中可以得到20-40mg干擾素”。很多學生對這段文字存在一些困惑：酵母菌是真核生物，細胞內有內質網和高爾基體等細胞器，因此能生產糖蛋白，而干擾素是糖蛋白，故酵母菌細胞能夠生產干擾素；但是大腸桿菌是原核生物，細胞內沒有這些細胞器，那又怎么能生產干擾素呢？

其實，這里學生主要是犯了邏輯推理中假設前提上的錯誤，即認為工程菌生產的干擾素是糖蛋白。實際上，據科學家的研究資料顯示，用大腸桿菌生產出來的干擾素是沒有糖鏈的，但同樣能夠抑制病毒在細胞內的增殖，能加強巨噬細胞的吞噬作用和對癌細胞的殺傷作用。所以，在教學中，教師引導學生分析得出“大腸桿菌不能生產糖蛋白的結論”是正確的。

那么，大腸桿菌是不是就一定不能生產糖蛋白呢？在上個世紀，也許不可能，但是現在，隨著科學技術的發展和科學研究的進一步深入，科學家發現在一種名為Campylobacter jejuni的細菌里存在生產糖蛋白的基因簇，即pgl基因簇，此基因編碼的蛋白能夠起糖基轉移酶的作用，科學家用基因工程方法將這套基因克隆至大腸桿菌供表達，使得大腸桿菌也能夠生產相應的糖蛋白。雖然大腸桿菌生產糖蛋白與真核細胞生產糖蛋白在合成機理、糖鏈結構等方面有很多差異，而且用大腸桿菌生產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出一套成本低、產量高、質量好的大腸桿菌重組糖蛋白表達系統。