运用基因的理念认识生命世界

阮双喜

所有生物都需要获得精确的信息指令来指导和控制其生长、代谢、运动、分化和繁殖等过程，而分子水平上的信息传递或信息流动是一切生命活动必不可少的过程。这个信息传递包括由DNA分子携带的基因中的遗传信息向后代的传递，还包括由基因控制的遗传信息通过转录、翻译过程合成蛋白质而控制细胞与组织的结构和功能。蛋白质和其他化学物质（如激素等）还可以作为特殊的化学信号，通过细胞的传导途径来调节相应的细胞代谢。遗传信息的传递和表达主要是基因的功能，本文着重讲述运用基因的理念认识生命世界。

自1953年沃森和克里克发现DNA的双螺旋结构以来，人们就开始将对生命系统的认识和对各种生命现象的解释聚焦到DNA中基因结构的认识与对基因表达的调控上。课堂教学中，引导学生运用基因的理念认识生命系统和解释生命现象，有利于提高学生对生命现象的理解能力，从本质上理解生命系统和生命现象，提高生物科学素养。

一、基因与生命本质的统一性和生物多样性

用基因的理念认识生命，可以明确任何生物都是以核酸为遗传物质和生命信息的，且共用一套密码子，以蛋白质作为生命活动的承担者，这说明千姿百态的生物界具有统一性。然而，不同生物的遗传物质的结构又是不一样的，哪怕是同卵孪生的兄弟或姐妹，其遗传物质也是有差异的。由于不同的生物具有不同的遗传物质和生命信息，就形成了不同生物的特异性和多样性。

二、基因与细胞结构和新陈代谢

组成细胞结构的主要成分是蛋白质。细胞代谢是指在细胞内发生一系列使细胞成分不断更新的化学反应。细胞的新陈代谢是一切生命活动的基础。在细胞代谢中，酶起着非常重要的作用，绝大多数酶的化学本质是蛋白质。而蛋白质都是由基因控制合成的，细胞代谢也是由细胞内的基因来调控的。

三、基因与生物的生长、发育和生殖

从现象上看，生物的生长是生物个体中生命物质量的增加；而从实质上看，生命物质量的增加是基因表达和调控的结果。从现象上看，生物的发育是生物体在生长过程中出现新的组织和器官的过程；而从实质上看，则是基因选择性表达的结果。从现象上看，生物的生殖是生物产生新个体（即传宗接代的过程）的生命现象；而从实质上看，则是基因在生物上下代之间的传递过程。由此可见，基因的传递是生物个体的死亡与种族发展之间的桥樑。

四、基因与遗传和变异

从现象上看，生物的遗传是生物性状在生物的上下代之间的延续；从实质上看，则是基因在生物上下代之间的传递。从现象上看，生物的变异是生物体的性状在生物的上下代之间和在子代个体之间表现出的差异；而从实质上看，则是基因重组或基因突变在生物性状上的反映。

五、基因与进化

从现象上看，生物的进化是生物在进化过程中形成了适应性和多样性；而从实质上看，则是由于自然选择使生物种群的基因库发生了定向改变。从现象上看，在生物进化过程中还出现了物种的更迭和物种多样性的形成；从实质上看，物种的更迭就是生物基因库的更迭。物种多样性的形成，则是不同物种间由于生殖隔离和基因不能相互交流的结果。

六、基因与人类基因组计划

“人类基因组计划”是将人类的22个常染色体和1对性染色体的24个DNA分子中的基因结构进行全面测序，对其功能进行全面的破译。20世纪90年代以来，我国和美国、英国、法国、德国、日本共六个国家的科学家对人类基因组中所有的碱基对进行了测定。2000年6月，六国科学家向全世界公布了人类的“基因工作草图”，当时测得人类基因组中有31.6亿个碱基对，并且估计人类基因组中可能有大约10万个基因。2001年2月12日，科学家又全面介绍了人类基因组工作草图的基本信息，并且认识到人类基因组中只有2.0万到2.5万个基因。2003年是DNA双螺旋结构发现50周年，50年后，六国科学家共同绘制完成了人类的“基因组序列图”。“基因组序列图”首次在分子层面上为人类提供了一份生命“说明书”。人类基因组计划的成果，标志着新世纪一开始，生命科学就走进了基因组时代，为在新的世纪里，生命科学的研究向更纵深领域的发展和获得更多的突破奠定了坚实的基础。

七、基因与育种

传统的育种方法，有两个基本原则：一是要使品种具有优良性状；二是要使品种尽可能地保持稳定。从实质上认识这两个原则，就是要在育种过程中使品种具有优良基因，并使其成为纯合子，以保证其稳定遗传。

为了使所培育的品种具有优良基因，采用的措施为诱发基因突变的诱变育种，即通过基因工程技术向所培育的品种中直接导入优良基因。为了将不同品种的优良性状综合在一起，人们采用杂交育种的方法，将不同品种的优良基因加以综合，以形成优良品种。

为了使所培育的品种能稳定遗传，人们采用选择育种的方法，将不能稳定遗传的个体予以淘汰。由于选择中去劣留优的过程往往需要较长的时间，人们又找到了单倍体育种的方法，大大缩短了育种年限。如

袁隆平院士培育的杂交水稻，开启了利用具有杂种优势的杂交种（杂合子）作为栽培种的绿色革命的进程。杂交种的培育方法，就是在育种过程中将不同品种的基因综合起来，以利用其杂种优势。

八、基因与生态保护

生态系统的发展，就是生物与环境相互作用、共同进化的过程。生态系统稳态的维持保持了生物基因库在生态系统中的相对稳定。人类活动对生态系统有着非常大的影响，这个影响有正面影响和负面影响。如果人类活动使生态系统的结构遭到破坏，则生态系统往往会崩溃，其多样性难以维持，从而导致生物多样性的丧失。人类活动也可以使生态系统朝着更复杂、更稳定的方向发展，如果生态系统朝着更复杂、更稳定的方向发展，则会促进生态系统多样性和生物多样性的形成。人类活动还可以使生态系统得以休养和修复，使生态系统终止恶化，保持稳定并向着有利于生态系统多样性形成的方向发展。

九、基因与人类的生活

由于新世纪已进入基因组时代，转基因食品、基因工程疫苗等已步入寻常百姓家，与我们的生活、健康有着密切的关系。如基因环保、基因产品也与我们的生产和发展都有着密切的联系。当然，我们在日常生活和对社会事务的讨论中，要理性地认识和对待基因产品，让它在不影响生态安全和人体健康的情况下为人类造福。