第1部分 绪论

基因的本质和功能

20世纪末以来，全球农业出现了粮食产量增长放缓的现象，化肥、农药用量猛增，因土壤、水质等问题，农业生态环境不堪重负，“第一次绿色革命”已不再“绿色”，名存实亡。老百姓暂时看不到的这些粮食危机才是真正的不安全因素，是亟待解决的问题，而转基因技术正是“第二次绿色革命”的先驱之一。

古时男耕女织，人们都知道种瓜得瓜、种豆得豆。可是古人并不明白这其中有基因的功劳。古往今来，宏观世界越来越小，微观世界越来越大，人们在探索浩瀚宇宙的同时，也发现了肉眼看不到的细胞、染色体、脱氧核糖核酸（DNA），以及遗传的主角——基因。不仅如此，人们在微观世界里的能力也不断增强，可以轻松自如地操控基因，让瓜越来越甜，豆越来越大。

基因——生命的遗传密码

基因为英文名词gene的音译，是DNA分子中含有特定遗传信息的一段核苷酸序列的总称，是具有遗传效应的DNA片段，是控制生物性状的基本单位，是生物体内进行自我复制并能稳定传给后代的遗传物质，是生命基本的密码，记录和传递着遗传信息。究其化学本质，所有基因是由腺嘌呤（A）、鸟嘌呤（G）、胞嘧啶（C）、胸腺嘧啶（T）这四种核苷酸（碱基）两两配对排列组合而成的DNA片段，是长长的ATCG双链条分子。

基因是怎么自我复制、稳定遗传的呢？细胞复制时，ATCG双链条会打开变为单链，细胞中游离的A、T、C、G会在装配酶的作用下按照A—T、C—G的配对规则，以两条单链为模板组装，单链重新变成双链，整个过程仿佛像人们穿衣服时拉拉链一样。基因稳定的复制是亲子代间性状稳定遗传的基本保障。

那么，基因是如何决定新陈代谢以及生物性状的呢？生物细胞内所有蛋白质都由20种氨基酸组成，不同氨基酸排列组合构成不同的蛋白质，而蛋白质的不同决定着生物的性状。奇妙的是，组成蛋白质的氨基酸序列是由基因的核苷酸序列决定的。我们知道4个汉字可构成一个成语，这个成语能表达固定的含义。基因亦然，每3个字母（ATCG任选3个）组成一个密码子，这个密码子也能表达固定的意义——某种特定的氨基酸。不同基因能表达成不同的氨基酸链分子，即不同的蛋白质，从而表达出不一样的生物性状。

基因的结构

DNA链的自我复制、稳定遗传示意图

遗传基因仿佛一篇文章，里面的字只有4个——A、T、C、G，这4个字不断重复，形成不同队列；字数不同和字的排序不同，文章的意思也就不同。基因又像一篇乐谱，仅用4个音符就能谱写出千奇百怪的生命之歌。

遗传基因密码子与所编码的氨基酸及氨基酸组成的蛋白质关系示意图