What functional dependencies are implied if we know that a set of attributes X is a candidate key for a relation R?
因为X是candidate key，所以X可以推出所有其他attribute。即X -->R - X
What functional dependencies can we infer do not hold by inspection of the following relation?
当A = a, a时，B = 1, 1， C = x, y，所以A推出B保留，而A是不能推出C的，B也不能推出C，AB不能推出C；
当A = b, b时，B = 2, 2， C = y, z，和上面结论一致，没有新的结论；
当A = c, d时，B = 1, 2， C = z, x，确认A-->B。
同理，判断B-->A？因为B= 1, 1, 1时，A = a, c, a，所以B不能推出A。
判断C-->A？因为C = x, x时，A = a, d，所以C不能推出A
判断C-->B？因为C = x, x时，B = 1, 2，所以C不能推出B
Suppose that we have a relation schema R(A,B,C) representing a relationship between two entity sets E and F with keys A and B respectively, and suppose that R has (at least) the functional dependencies A → B and B → A. Explain what this tells us about the relationship between E and F.
A-->B说明每个A有一个B对应，反之，也就是说A和B是一一对应的，用离散数学的术语说是双射bijection。
Consider the relation R(A,B,C,D,E,F,G) and the set of functional dependencies F = { A → B, BC → F, BD → EG, AD → C, D → F, BEG → FA } compute the following:
根据上述F，可以推出的结论在括号中显示：A-->B(AB)，A/B/AB无法推出任何结论，所以A+ = {A, B}
根据上述F，可以推出的结论在括号中显示：A-->B(ABCEG), BC-->F(ABCEFG), BEG-->FA(ABCEFG)，所以ACEG+ = {A, B, C, E, F, G}
根据上述F，可以推出的结论在括号中显示：BD-->EG(BDEG), D-->F(BDEFG), BEG-->FA(ABDEFG), AD-->C(ABCDEFG)，所以ACEG+ = {A, B, C, D, E, F, G}
Consider the relation R(A,B,C,D,E) and the set set of functional dependencies F = { A → B, BC → E, ED → A }
根据F，如果选定A作为candidate key，则B可以被A推导，C不可以被推导，所以candidate key更新为AC，D不可以被推导，所以candidate key更新为ACD，E可以被BC推导；
如果选定B作为candidate key，C不可以被推导，所以candidate key更新为BC，D不可以被推导，所以candidate key更新为BCD，E可以被BC推导，A可以被ED推导；
CD在上述两中情况下都是candidate key，继续思考E：
如果选定E作为candidate key，C不可以被推导，所以candidate key更新为EC，D不可以被推导，所以candidate key更新为ECD，A可以被ED推导，B可以被A推导。
综上，所有candidate keys是ACD, BCD, CDE
3NF的要求是：对所有的FDs X -->Y
（1）要么Y是X的子集
（2）要么X是超键（candidate key/ super key）
（3）要么Y是key中的一个attribute
因为-->右侧的BEA都是candidate key的attribute，所以符合3NF
通常3NF都符合BCNF，但个别的不符合。BCNF的要求是：对所有的FDs X -->Y
（1）要么Y是X的子集
（2）要么X是超键（candidate key/ super key）
二者的区别是BCNF不能接受Y是key的一个attribute。
左边没有super key，而任何一个FD都不是子集关系，所以不是BCNF。
Consider a relation R(A,B,C,D). For each of the following sets of functional dependencies, assuming that those are the only dependencies that hold for R, do the following:
a. List all of the candidate keys for R.
b. Show whether R is in Boyce-Codd normal form (BCNF)?
c. Show whether R is in third normal form (3NF)?
DAC可以被推出，C推出的最多，所以先假设B是candidate key，B-->C(BC), C-->D(BCD), C-->A(ABCD)。candidate key是B。
C不是key却出现在-->左边，所以不是BCNF。
C-->D，C, D都是非key，所以不是3NF。
CA可以被推出，优先思考BD，假设B是candidate key，B-->C(BC)，D不可以被推出，所以更新candidate key为BD，D-->A(ABCD)。candidate key是BD。
因为左边都不是superkey，而左右又不是子集关系，所以不是BCNF；而右边又不是single key attribute，所以也不是3NF。
DA可以被推出，优先思考BC，假设BC是candidate key，不能推出任何内容，更新candidate key为ABC，ABC-->D(ABCD)；更新candidte key为BCD，D-->A(ABCD)。所以candidate key是ABC或BCD。
D-->A中的A是key的一部分，所以被允许，符合3NF。
D-->A的D不是key，二者也不是子集关系，所以不属于BCNF。
BDC可以被推出，假设candidate key是A，A-->B(AB), A-->C(ABC), BC-->D(ABCD)。所以candidate key是A。
BC-->D左右都是non-key，不符合3NF。
BC不是key，不符合BCNF。
ABCD都可以被推出，假设candidate key是A，A无法推出任何，更新candidate key为AB，AB-->C(ABC), AD-->D(ABCD)；假设candidate key是B，B无法推出任何，更新candidate key为BC，C-->A(ABC), AB-->D(ABCD)；假设candidate key是C，C-->A(AC)，更新candidate key为CD，D-->B(ABCD)；假设candidate key是D，D-->B(BD)，更新candidate key为AD，AB-->C(ABCD)。所以candidate key可能是AB, BC, CD, AD。
因为-->右侧的CDAB都是candidate key中的attribute，所以符合3NF。
如果candidate key是AB，那么C-->A既不是子集关系，C也不是key，所以不符合BCNF。
可以直接看出candidate key是A。
既符合3NF，也符合BCNF。
Specify the non-trivial functional dependencies for each of the relations in the following Teams-Players-Fans schema and then show whether the overall schema is in BCNF.
Functional dependencies:
Team: name → captain
Player: name → teamPlayedFor
Fan: name → address
TeamColours: no non-trivial fds
FavouriteColours: no non-trivial fds
FavouritePlayers: no non-trivial fds
FavouriteTeams: no non-trivial fds
non-trivial FDs就是找非子集的dependency，如果只有两个variable，都是key，那么都是trivial的。以上都属于superkey推出non-key，所以都是BCNF。
Specify the non-trivial functional dependencies for each of the relations in the following Trucks-Shipments-Stores schema and then show whether the overall schema is in BCNF.
Functional dependencies:
Warehouse ... warehouse# → address
Source ... no non-trivial fds
Trip ... trip# → date,truck
Truck ... truck# → maxvol,maxwt
Shipment ... shipment# → volume,weight,trip,store
Store ... store# → storename,address
和上面练习思路一致，这里也都是BCNF。
For each of the sets of dependencies in question 4:
(1) if R is not already in 3NF, decompose it into a set of 3NF relations
(2) if R is not already in BCNF, decompose it into a set of BCNF relations
candidate key是B，不是BCNF，不是3NF
（1）decompose to BCNF
C-->D违背了BCNF，拆解出来CD。
剩余ABC，FD变为C-->A, B-->C。C-->A违背了BCNF，拆解出来CA。
剩余BC，FD变为B-->C，符合BCNF。
所以最终BCNF为(R1(CD), R2(CA), R3(BC))
（2）decompose to 3NF
minimal cover: C-->D, C-->A, B-->C
key: B
F' = C-->DA, B-->C
CDA(KEY = C), BC(KEY = B)
candidate key是BD，不是BCNF，不是3NF
（1）decompose to BCNF
B-->C违背BCNF，拆解出来BC。
剩余ABD，FD变为D-->A，违背BCNF，拆解出来DA。
剩余BD，FD为空。
所以最终BCNF为(R1(BC), R2(DA), R3(BD))
（2）decompose to 3NF
minimal cover无法合并，所以3NF是BC(KEY = B), DA(KEY = A), BD(KEY = BD)
candidate key是ABC/BCD，不是BCNF，是3NF
（1）decompose to BCNF
D-->A违背BCNF，拆解出来DA。
剩余BCD，FD为空。
所以最终BCNF为(R1(DA), R2(BCD))
candidate key是A，不是BCNF，不是3NF
（1）decompose to BCNF
BC-->D违背BCNF，拆解出BCD。
剩余ABC，FD变为A-->B, A-->C，都符合BCNF。
所以最终BCNF为(R1(BCD), R2(AB), R3(AC))
（2）decompose to 3NF
minimal cover和FDs一致，所以3NF是AB(KEY = A), BCD(KEY = BC), AC(KEY = A)
candidate key是AB, BC, CD, AD，不是BCNF，是3NF
（1）decompose to BCNF
C-->A违背BCNF，拆解出来CA
剩余BCD，FD变为D-->B，不符合BCNF，拆解出来DB。
剩余CD，FD为空。
所以BCNF为(R1(CA), R2(DB), R3(CD))，但彼此之间没有联系，所以还要加入联系，变成(R1(CA), R2(DB), R3(CD), R4(ABC), R5(ABD))
candidate key是A，是BCNF，是3NF
Consider (yet another) banking application that contains information about accounts, branches and customers. Each account is held at a specific branch, but a customer may hold more than one account and an account may have more than one associated customer.
Consider an unnormalised relation containing all of the attributes that are relevant to this application:
acct# - unique account indentifier
branch# - unique branch identifier
tfn - unique customer identifier (tax file number)
kind - type of account (savings, cheque, ...)
balance - amount of money in account
city - city where branch is located
name - customer's name
i.e. consider the relation R(acct#, branch#, tfn, kind, balance, city, name)
Based on the above description:
根据定义acct# -->kind, balance；branch#-->city；tfn-->name
Account(acct#(key), kind, balance, branch)
Branch(branch#(key), city)
Customer(tfn(key), name)
CustAcc(customer(key), account(key))
They fit in 3NF.
Consider a schema representing projects within a company, containing the following information:
pNum - project's unique identifying number
pName - name of project
eNum - employee's unique identifying number
eName - name of employee
jobClass - type of job that employee has on this project
payRate - hourly rate, dependent on the kind of job being done
hours - total hours worked in this job by this employee
This schema started out life as a large spreadsheet and now the company wants to put it into a database system.
As a spreadsheet, its schema is: R(pNum, pName, eNum, eName, jobClass, payRate, hours)
Based on the above description:
primary key是unique，所以根据定义推出
pNum → pName
eNum → eName
jobClass → payRate
pNum,eNum → jobClass,payRate,hours
pNum → pName is a dependency on part of the key
to fix: decompose to R1(pNum,eNum,eName,jobClass,payRate,hours) and R2(pNum,pName)
eNum → eName is a dependency on part of the key
to fix: decompose to R1(pNum,eNum,jobClass,payRate,hours) and R2(pNum,pName) and R3(eNum,eName)
jobClass → payRate is a dependency on a non-key attribute
to fix: decompose to R1(pNum,eNum,jobClass,hours) and R2(pNum,pName) and R3(eNum,eName) and R4(jobClass,payRate)
pNum → pName
eNum → eName
jobClass → payRate
pNum,eNum → jobClass,hours
Project(pNum, pName)
Employee(eNum, eName)
AwardRates(jobClass, payRate)
Assignment(pNum, eNum, jobClass, hours)
The new schema is not in 3NF because we have lost the dependency: pNum,eNum → payRate
后续还有若干练习，和前面的题目大同小异，不再赘述。
“十五”863计划取得重要成效“十五”期间，863计划共安排课题6000余项，其中主题课题近4000项，重大专项课题2000余项，安排经费150亿元。从课题承担单位的性质看，高校、科研院所和企业是参与863计划实施的主体，承担课题数分别占38%、31%和28%，课题经费数分别占27%、30%和40%，企业参与863计划实施的力度得到大幅加强。“十五”期间，863计划围绕关键技术、创新技术和核心技术，获得了一大批自主知识产权高技术成果，造就了一大批创业人才和创新团队，推动了我国高技术及其产业的迅速发展。
一是取得了一批标志性成果。研制成功曙光4000A高性能计算机，实现峰值速度每秒11.2万亿次，使中国成为继美国、日本之后第三个能制造和应用十万亿次级商用高性能计算机的国家，构建了支持资源共享的中国国家网格，表明我国在高性能计算与网格技术领域已跨入世界先进行列。在微电子装备方面，成功研制出四台0.1微米工艺的超大规模集成电路刻蚀机样机，自主开发出8英寸、0.1微米工艺的大角度离子注入机样机，并均已成功进入了大生产线的试运行。在能源技术领域，模块化高温气冷堆的研究与建造已经处于世界先进水平，高温堆蒸汽透平循环发电进入商业化示范建设阶段，高温气冷堆氦气透平发电系统是世界上第一个将高温堆与气体透平直接循环结合的试验装置。在生物和现代农业方面，人类功能基因组、水稻基因组等研究继续处于国际前列，完成了10%的国际人类基因组单体型图计划任务，建立了迄今国际上规模最大的人类肝脏蛋白质组数据库及单克隆抗体库，率先在国际上独立完成籼稻9311全基因组测序和粳稻第4号染色体精确测序，构建了世界上唯一完整的家蚕28对染色体的近等位标记系统。在新材料方面，在国际上首次制备了新型深紫外非线性光学晶体材料KBBF和深紫外谐波光全固态激光器，成功开发出了国际上最大功率的红绿蓝全固态激光器，研制出60英寸激光家庭影院及140英寸大屏幕激光显示样机，巩固了我国在人工晶体和全固态激光器领域的国际领先地位。
二是掌握了一批重大关键技术和产业核心技术。在能源方面，开发—了具有自主知识产权的高活性超细纳米煤直接液化催化剂，关键技术工艺在世界上处于领先，将在世界首个百万吨煤直接液化工程——神华工程中使用。在资源环境方面，开发了渤海大油田勘探开发急需的七大系列关键技术与装备，为渤海建成我国东部第三大石油基地、新增探明储量6.3亿吨、年产能力2100万吨以上和采收率提高1.5%提供了技术支撑；水体污染控制与生态修复关键技术取得重大进展，显著改善了示范区水体环境质量，为大江、大湖流域的可持续发展提供了科学依据。以龙芯、众志等为代表的高性能通用CPU技术的研发，实现了国产高性能64位通用CPU芯片从无到有的突破，面向信息家电、网络通信和信息安全领域的系列ASIC芯片等IC设计也取得了重要进展；具有自主版权的银河麒麟服务器 *** 作系统已推出第一个正式版本，永中Office和软件中间件也取得了一定的市场份额；掌握了一批信息安全软件，具有自主知识产权的完全基于国产信息安全软件的电子政务系统已成功在国务院系统运行使用。500MPa碳素钢规模生产关键技术在国内十多家大型钢铁企业得到应用，显著降低了钢铁产业资源和能源消耗，累计生产超级钢约340万吨，产值达100亿元。我国研制的两台6.3米土压平衡盾构机，已先后在上海地铁工程投入使用，其性能和主要技术指标均达到国际先进水平，而价格只有德国盾构机的1/2、日本盾构机的2/3，具有较强的国际竞争力；一批具有自主知识产权的高中档数控机床和加工中心的研制成功，使我国基本摆脱了绝大多数控机床依赖进口的情况。我国已成为世界上少数几个掌握车用百千瓦级燃料电池发动机研发、制造以及测试技术的国家之一，研发出具有自主知识产权的电动汽车实用化样车，并通过整车集成配套技术研发实现与传统汽车的技术对接，逐步向产业化延伸。
三是开发了一批农作物新品种和新药。超级稻育种技术继续保持世界领先，先后育成超级优质杂交水稻品种221个，其中“中浙优1号”亩产达818.88公斤，培育出世界上第一个杂交大豆“杂交豆1号”等等，一系列农业重大新品种的问世和推广，为保障我国粮食安全、促进农业发展和农民增收发挥了巨大作用。海水养殖动物育种育苗技术跻身国际先进行列，“黄海1号”对虾和“大连1号”杂交鲍新品种填补了我国海水养殖动物新品种的空白，在世界上率先实现半滑舌鳎全人工苗种繁育。一大批创新疫苗和药物进入临床和被批准上市，为战胜SARS、禽流感疫情，缓解艾滋病、肝炎等重大传染病的威胁做出了重要贡献。在世界上率先完成了传染性非典型肺炎(SARS)病毒灭活疫苗I期临床试验工作；成功研制出带分子标记的高产重组禽流感疫苗株rH5N3等一大批产品，为重大动物疫病的防治提供了技术储备和产品支持；我国自主研制成功的抗艾滋病新药西夫韦肽，疗效明显优于国际同类产品，而价格仅为其5%，是我国第—个在美国获得专利许可的生物技术类药物。
四是培养和凝聚了一批高技术创新人才与团队，为我国高技术研究开发的持续发展奠定了基础。“十五”期间，参加863计划的科技人员达到约10万多人，通过重大专项等课题的实施，形成一批产学研联盟和产业联盟。IC专项创造性的建立了七个IC设计产业化基地，为刚刚起步的中国IC设计企业提供设计服务和流片服务，凝聚了中国大多数新兴的IC设计企业，并和香港形成了7＋1互补性网络，有力的推动了我国IC设计业的快速发展。通过863计划的实施培养了一批既具有深厚专业造诣、又能把握高技术发展方向的战略科学家，涌现出一批优秀的中青年专家，他们以宽广的视野和尽责的态度在863计划的战略咨询、过程管理和监督等工作中发挥了十分重要的作用。据统计，“十五”期间，在863计划领域专家委员会和主题专家组中，共有21位专家当选为院士。
1、人类基因组计划(1)人类基因组计划的目标
人类基因组计划是一项国际性的研究计划。它的目标是通过以美国为主的全球性的国际合作，在大约15年的时间里完成人类24条染色体的基因组作图和DNA全长序列分析，进行基因的鉴定和功能分析。由美、英、日、德、法、中六国参与的国际人类基因组计划是人类文明史上最伟大的科学创举之一。其核心内容是测定人基因组的全部DNA序列，从而获得人类全面认识自我最重要的生物学信息。我国于1999年9月1日正式加入该计划，承担了1 %人类基因组（约三千万个碱基）的测序任务。
(2)人类基因组的研究内容
A.建立遗传图谱
遗传图谱 (genetic map)，又称连锁图(linkage map)，是指基因或DNA标志在染色体上的相对位置与遗传距离。遗传距离通常由基因或DNA片断在染色体交换过程中分离的频率厘摩(cM)来表示。1厘摩表示每次减数分裂的重组频率为1%。厘摩值越高表明两点之间距离越远，厘摩值越低表示两点间距离越近。
B.建立物理图谱
物理图谱 (physical map)是指DNA序列上两点的实际距离，通常由DNA的限制酶片段或克隆的DNA片段有序排列而成。物理图谱反应的是DNA序列上两点之间的实际距离，而遗传图谱则反应这两点之间的连锁关系。在DNA交换频繁的区域，两个物理位置相距很近的基因或DNA片段可能具有较大的遗传距离，而两个物理位置相距很远的基因或DNA片段则可能因该部位在遗传过程中很少发生交换而具有很近的遗传距离。
C.DNA序列测定
人类基因组计划最终将测定出人类基因组的全部序列。这种序列测定不同于以往那种只对其一个特定的感兴趣的区域进行DNA序列分析的工作。它要求一种更高效的规模测序，并将测出的每一个DNA片段按其染色体位置进行准确的排列。从而得到人类基因组DNA序列碱基排列的全貌。
D.基因的确定和分析
确定每一个基因，研究它的结构、特性和功能是人类基因组计划的又一个重要内容。通
过对人类基因组全部DNA序列的测定，可以利用计算机找出分布在DNA两条互补链上所有可能编码蛋白质的基因。
(3)中国的人类基因组研究
我国已建成了一批实力较强的国家级生命科学重点实验室，组建了北京、上海人类基因组研究中心。有了研究人类基因组的条件和基础，并引进和建立了一批基因组研究中的新技术。中国的HGP在多民族基因保存、基因组多样性的比较研究方面取得了令人满意的成果，同时在白血病、食管癌、肝癌、鼻咽癌等易感基因研究方面也取得了较大进展。中国是世界上人口最多的国家，有56个民族和极为丰富的病种资源，并且由于长期的社会封闭，在一些地区形成了极为难得的族群和遗传隔离群，一些多世代、多个体的大家系具有典型的遗传性状，这些都是克隆相关基因的宝贵材料。但是，由于我国的HGP研究工作起步较晚、底子薄、资金投入不足，缺乏一支稳定的、高素质的青年生力军，我国的HGP研究工作与国外近年来的惊人发展速度相比，差距还很大，并且有进一步加大的危险。如果我们在这场基因争夺战中不能坚守住自己的阵地，那么在21世纪的竞争中我们又将处于被动地位：我们不能自由地应用基因诊断和基因治疗的权力，我们不能自由地进行生物药物的生产和开发，我们也不能自由地推动其他基因相关产业的发展。
2、中国杂交水稻基因组计划简介
水稻是世界上最重要的粮食作物之一，是半数世界人口赖以生存的主要食物，也是有7000年种植水稻历史的中国经济、文化、传统和历史的一个重要组成部分。年总产值达千亿人民币以上的大米是关系到我国国计民生的最主要的粮食。袁隆平院士的杂交水稻在我国水稻育种和东南亚各国有着广泛的影响。"中国杂交水稻基因组计划" 这个项目着眼于中国粮食的主要物种籼稻和以籼稻为遗传背景的杂交水稻，它在农业上的意义可与人类基因组计划在人类健康中的意义相媲美。
通过对水稻全基因组序列分析，可以获得大量与水稻育性、丰产、优质、抗病、耐逆、成熟期等有关的遗传信息和功能基因；可以促进水稻的品种改良，培育更好的优质高产新品种；还有助于了解小麦、玉米等其它重要农作物基因组中的相关基因，从而带动整个粮食作物的基础与应用研究；还可以专利的方式，将优良的种质资源转化为信息资源进行保护，以利于农业的可持续发展。
众所周知袁隆平院士是我国水稻雄性不育系的最主要的发明和奠基人，有水稻之父和绿色革命先驱的全球美誉。选择这一水稻株作为切入点进行测序分析在政治、科学和经济上都有着积极的意义。开展超级杂交稻基因组的研究，在产业上，是密切联系生产实践的；在科学上，是对国际水稻基因组研究的补充与发展；在国家任务上，将促进和帮助我国正在进行的水稻四号染色体基因组序列图的完成。
处于世界领先地位的我国杂交水稻是我国粮食安全和农业可持续发展的重要资源之一。袁隆平院士等人培育的超级杂交稻更是中国的骄傲和国宝。开展杂交稻的分子遗传机理研究是生产实践提出的问题，也是使水稻高产高质的必由之路。通过对超级杂交稻基因组的测序，解开其遗传秘密；以信息化带动水稻的应用研究和产业发展；申请相应的专利保护，为可持续发展打好基础。并将我国这一学科推至国际前沿。
中国杂交水稻基因组计划就是以水稻基因组测序为基础，以水稻比较基因组、功能基因组等领域的研究为核心，重点开展具有我国自主知识产权的重要功能基因发掘和应用。项目测定的是袁隆平院士培育的超级杂交稻两优培九的二个亲本培矮64S和9311的基因组全序列框架图。培矮64S是光温敏核不育的品种，它的基因组兼具籼稻、粳稻和瓜畦稻的成分，在杂交稻中作母本；9311是的典型籼稻品种，作父本。
水稻的基因组序列与人类基因组序列一样，是研究水稻的遗传变异、发育与进化的基础。特别是作为农作物，是培育高产、优质、美味的优良品种的基础。它的意义是不言而喻的，正因为如此， 国际上已有三个"水稻基因组计划"：
①1992年开始，1997年正式形成的"国际水稻基因组协作组，现已公布 200 Mb 的BAC 克隆的数据，及一条染色体的全序列；
②2000 年4月，孟山都 （Monsanto）公司公布水稻的"工作框架图"；
③2001年2月，另一公司 Syngenta 也宣布完成水稻的"工作框架图"。
而我国的杂交水稻"工作框架图"将对全球的水稻研究与育种提供信息，并将推动水稻基因组及其他农作物基因组的研究。开展杂交稻及其籼稻亲本基因组的研究，既能针对我国杂交稻生产的实际，也能弥补国际水稻基因组计划的不足。
2001年9月我们完成了具有国际领先水平的中国杂交水稻（籼稻）基因组"工作框架图"和数据库，并将公布数据，供全球免费共享。
根据组装和数据分析结果，中国杂交水稻基因组"工作框架图"和数据库，具有国际领先地位，标志着我中心的科研从追随世界级课题（1%项目）到自主进行世界级大课题研究的跨越。
3、体细胞克隆技术
克隆, 是英文CLone的音译, 意思是无性繁殖。它是由一个细胞或一个分子经复制扩增而变成一群相同细胞或分子的生物学过程和特征。个体水平的克隆在植物繁殖中司空见惯, 农业广泛应用的扦插嫁接产生的后裔都是无性系的, 利用植物细胞在细胞水平上克隆生产林木花卉,水果疏菜也很平常。但通过拼接基因, 使之复制和表达, 在分子水平上克隆, 就要复杂和困难得多。
50年代曾有科学家用蝌蚪小肠上的皮细胞核, 移植到未去核的非洲爪蟾细胞上, 证明了已经分化了的体细胞核的全能性。但在哺乳动物身上, 这项技术从未成功。
80年代,人们转而用胚胎细胞克隆哺乳动物, 它是先将一个早期胚胎细胞的卵裂球分离，使之成为具有多个相同遗传基因的卵细胞，这样从一个品种繁殖出遗传基因一模一样的仔畜。1986年，英国科学家利用胚胎细胞克隆出一只绵羊。从80年代中期起，我国科学家用胚胎细胞相继克隆成功小鼠、山羊、兔、猪和牛。就在英国的克隆羊旋风般搅动世界舆论之时, 美国科学家宣布去年成功地利用胚胎细胞克隆出两只人类的近亲：猴子。
但这所有的辉煌都无法和英国科学家利用体细胞克隆出的这只绵羊相提并论。
这只非凡的绵羊被它的创造者以人们喜爱的英国乡村歌手多莉命名。它的身世的确旷古未有。它有三个母亲, 却没有一个父亲。它的胚胎发育和诞生的过程, 全部受到罗林研究所威尔莫特小组的 *** 纵。他们先用药物促使母羊A排卵, 然后将这只未受精卵的全部染色体吸空, 使之成为一个具有活性但无遗传物质的“卵空壳”, 接着他们从母羊B——一只6龄绵羊的乳腺中取出一个普通细胞, 通过电流刺激作用, 使乳腺细胞的细胞核与“卵空壳”结合成一个含有新的遗传物质的卵细胞, 这个卵细胞在试管中发育成胚胎后, 再将其植入母羊C的子宫。1996年7月, 多莉在科学们忐忑等待的心情中降临世间。令人振奋的是, 迄今这个憨态可掬的“娇小姐”一切正常。三只母羊对它都有生养之恩, 但只有母羊B, 那只为它提供了细胞核的6龄绵羊, 才是她的真正“生母”。多莉继承了它的全部DNA遗传基因, 换句话说, 多莉是母羊B百分之百的复制品。
多莉的诞生, 为生物工程技术在本世纪行将结束的时候, 打上了一个华丽的休止符, 也为21世纪众目瞩望、一致看好的这项技术起了个嘹亮的高音。克隆技术一旦成熟, 就意味着哺乳动物的任何一个体细胞,都可以是克隆的供体材料。据测算, 一个成年人体大约有400亿万个细胞。以此为参照, 试想想, 一小块皮肉, 就包蕴多少细胞吧。这简直取之不尽, 用之不竭。而克隆的最大优势在于能百分之百复制亲本的所有性状。因此克隆技术为解决目前在基础医学、医药和畜牧业生产等领域棘手的难题,为保护地球生物的多样性, 开辟了一条独特的路径。
很多吞噬人类健康的顽疾之所以久攻不克, 是因为它只露出一幅狰狞的面目, 而隐匿了神秘的身世。科学家们设想, 把体细胞中可能与疾病有关“嫌疑”基因, 导入实验动物基因中, 然后克隆出一批转基因的实验动物。由于人与动物的疾病发生机理有很多相似之处, 如果导入的嫌疑基因在动物身上发病, 就证明那一基因是肇事元凶, 反之就嫌疑排除。这样人类就可以找到一把斩断病魔恶爪的利剑。
若从血液中提取的蛋白药物, 成本高, 价格昂贵, 而且有些血液制品中可能隐匿有令人闻之色变爱滋病、乙肝等病毒, 这使人们在使用这些药物时疑虑重重, 甚至草木皆兵。如果大量克隆具有特殊药用价值的基因动物, 就可以利用这种动物的血液和乳汁, 生产具有特殊效用的蛋白药物。“借花献佛”, 既提高效率, 又可高枕无忧。
若要培养一个优良畜种, 需要数代杂交选种, 而且变异和退化时常威胁品质的稳定, 致使研究人员数年辛劳前功尽弃, 付诸东流。利用体细胞克隆技术, 这一世纪难题就迎刃而解。比如用一头高产奶牛作供体, 就可以克隆出十头、百头、千头、万头……同样高产的奶牛。当然, 这得保证饲养条件与供体大致相同。“又要马儿好, 又要马儿不吃草”，在那儿都是行不通的。
还有每年，都有些物种成为我们这个星球永远的过客。大熊猫、金丝猴……濒危物种低沉的呜咽和孤单的身影,时时牵动了世界的神经。克隆技术无疑为珍稀动物儿孙绕膝, 子繁嗣盛带来了福音, 也为人类保护地球的生物多样性提供了技术的可能。
克隆技术的诱人前景现今还只显露出峥嵘的一角。目前同种动物的体细胞克隆的重复性实验还有待完善, 应用也非一朝一夕。今后不同种动物的克隆将是更大胆、更重要的一个研究方向。比如把羊的体细胞核与牛的卵细胞杂合, 再把这个重构胚胎植入马的子宫孕育。但这些都有大量悬而未决的理论和技术问题等待科学家们去探索。
但同时我们可以看到：象许多科学技术一样, 克隆技术也是一把双刃剑。因为从理论上看, 既然哺乳类的绵羊可以克隆, 克隆人也不会大的障碍。人们想象, 现在克隆羊已经姗姗走来, 克隆人离我们还会远么?
克隆人的出现可能将对人类社会的政治、宗教、法律、伦理道德提出挑战, 将给现在人类社会的生活方式、家庭结构、婚恋方式带来不可预料的冲击, 因此世界各国都宣布克隆人为不受欢迎的人, 并为克隆人研究设置了一个个不得逾越的雷区。
美国总统克林顿宣布, 联邦政府禁止用政府经费克隆人, 并下令组成一个专门小组, 审查克隆技术的突破给伦理带来的影响。
梵蒂冈的《罗马观察家》呼吁:“人类有权以人类的方式出生, 而不是在实验室。任何一种反人类的方式都是令人难以接受的。”
中国卫生部长陈敏章宣布，中国对克隆人研究不赞成、不参与、不资助、也不接受外来科学家从事这方面研究。
法国卫生国务秘书表示:“克隆人不可取”, 法国农业研究所声明:“坚决反对任何克隆人体的技术。”
值得我们欣慰和骄傲的是, 面对克隆, 人类表现得比以往任何时候都富有成熟理性和远见。如果克隆技术真是上帝放在人类面前的又一只潘多拉魔盒, 那么人类将满怀自信地伸出两手,一只手叫智慧或灵性, 它让克隆技术为我所用, 造福世界, 另一只手叫理性, 它将控制和防止克隆技术走向反面。
4、基因治疗：
随着人类遗传学的发展，研究人员认识到，人类最基本的遗传单位是染色体上的基因，基因是“制造”和“ *** 纵”人类机体的蓝图，它指挥着细胞合成人类生命的基础——蛋白质。但是，当基因发生变化时，其编码的蛋白质不能履行自己正常的功能，这种情况下可能会出现疾病。近10多年来，作为纠正存在缺陷的基因的一种技术，基因疗法在许多国家特别是西方发达国家中成为研究和试验的热点。
经过多年的研究，研究人员寻找到了多种纠正缺陷基因的方法，其中最普遍的方法是将正常的基因插入基因组非特定的位置以取代有缺陷（也称为失效或致病）的基因。在这种方法中，研究人员通常会利用被称作传病媒介的载体将正常或治疗基因递送到病人的目标细胞中。目前，最常见的传病媒介是已被人为改变携带了人体正常DNA的病毒。病毒在漫长的进化过程中，形成了一套独特的方式将自己的基因递送到人体细胞中，致使人体发病。研究人员试图除去病毒基因组中导致人体患病的基因，并加入治疗基因，然后利用病毒递送基因的特殊能力医治人类疾病。
当病毒性传病媒介在抵达目标细胞（如肝或肺细胞）后，它便将携带的治疗人类基因的遗传物质“卸下”留在目标细胞中。在治疗基因给出的遗传指令下，细胞开始产生具有相应功能的蛋白质，从而恢复目标细胞的正常功能。通常，用于基因疗法传病媒介的病毒类型包括：逆转录病毒、腺病毒、腺相关病毒（AAV）和疱疹单式病毒。不同的病毒在人体中攻击的目标各不相同，因此它们在作为传病媒介时，携带的治疗基因和目标细胞也不尽相同。
当然，除利用传病媒介递送治疗基因治疗疾病的方法外，还有其他几种非病毒递送基因的方法供研究人员选择。其中最简单的方法是直接向目标细胞“注入”治疗性DNA，然而这种方法应用范围十分有限，原因是它只适用于少数人体组织，却需要大量的DNA。现在，研究人员在实验将一条人造染色体或者称第47条染色体注入目标细胞中，这条人造染色体将与人体细胞中的23对（46条）染色体并存，不影响它们的工作或引起它们发生突变，同时也不会受人体免疫系统攻击。研究人员希望能将人造染色体作为一个大的传病媒介，携带大量的遗传密码。这种方法目前存在的问题是，将如此之大的分子递送到目标细胞的核内十分困难。
尽管基因疗法从理论上讲具有很强的可行性，但在实践中却遇到了不少的困难。美国首例基因疗法临床试验开始于1990年，至今没有取得明显的效果。1999年，18岁的杰斯•格尔辛格接受试验性基因疗法治疗鸟氨酸转羧酶缺乏症时，在治疗的第4天由于多器官停止工作而去世。据认为，用作传病媒介的腺病毒引起人体免疫系统强烈反应是导致杰斯死亡的原因。
基因疗法研究遭受的最为严重的打击是今年1月份法国又一例以失败而告终的基因疗法试验。一名患X染色体相关严重综合免疫缺乏疾病（X－SCID，俗称“泡泡婴儿综合症”）的男孩在接受基因疗法试验后，出现了同白血病类似的疾病。而在2002年8月，就曾有一名患同样疾病的男孩在接受试验性基因疗法后出现了相同的情况。在第二例试验失败后，为慎重起见，美国食品和药物管理局（FDA）立即采取措施，暂时中断了在美国所有利用逆转录病毒作为传病媒介在血液干细胞内进行基因治疗的试验。
2003年2月底，美国食品和药物管理局下属的BRMAC委员会召开会议，讨论是否能在有相应安全保障的前提下，允许对威胁人类生命的疾病进行一些逆转录病毒基因疗法试验，但是食品和药物管理局尚没有对此给予答复。目前，美国基因疗法仍然处于试验阶段，食品和药物管理局没有批准任何人类基因疗法的产品上市。
研究人员发现，有不少因素影响了基因疗法治疗遗传疾病的效果，其中包括基因疗法自然生命短、人体免疫系统反应强烈、病毒传病媒介存在的问题和多基因疾病。具体来说，治疗性DNA不易“融入”基因组以及许多细胞的快速分裂这两方面的问题，导致基因疗法无法取得长久的治疗效果，病人不得不多次接受治疗；人体免疫系统对“入侵者”的强烈反应影响了基因疗法的有效性，同时免疫系统产生的免疫反应导致病人重复接受基因疗法的难度加大；病毒传病媒介会给病人带来潜在的危害，如毒性、免疫及炎症反应。此外，人们担心传病媒介在进入人体后也许会重新恢复致病的活力；对单基因变异引起的疾病来说，基因疗法是最有效的方法。但是实际上，人体许多疾病是由多基因变异引起的，因此单基因疗法难以奏效。
虽然基因疗法离临床应用还有相当长的距离，但是基因疗法的研究最近在某些方面仍取得了令人倍受鼓舞的进展。今年3月20日《新科学家》杂志报道，美国加州大学的研究小组成功地利用“涂”有PEG（聚乙烯乙二醇）高分子层的微脂粒（或脂质体），将治疗基因递送到人体大脑中。这是一项重大的突破和成就，因为过去的研究表明，病毒传病媒介“身体”过大，无法跨过“血－脑屏障”。新的研究成果将有望治疗帕金森病。又如，《新科学家》在3月13日还报道，有研究人员表示，由于细胞能利用双链核糖核酸短片（siRNA）致使特殊序列的RNA出现退化或降级，如果设计一个siRNA同有缺陷基因的RNA副本相匹配，那么有缺陷的基因将不能产生异常的蛋白质。日前，伦敦哈默史密斯医院的科学家在英国《自然医学》杂志的网络版上报告说，他们使用注射核糖核酸（RNA）的方法治疗患有杜氏肌营养不良症的实验鼠，获得初步成功，效果可持续3个月之久。
也许有一天，研究人员坚定的信念和不懈的努力能够将基因疗法用于人类疾病的预防和治疗，让那些携带缺陷基因生活在随时出现病症阴影下的人们从痛苦中彻底解放出来。
5、转基因生物
（1）转基因作物
在美国首都华盛顿新会议中心召开的“生物技术工业组织”年会上，生物技术工业组织主席菲尔德鲍姆宣称：“截至2002年年底，全世界已有16个国家种植了8.7亿亩生物技术作物。美国、阿根廷、加拿大和中国是种植转基因作物最多的4个国家。仅在美国就有55种生物技术作物获准商业化，目前最多的转基因作物是大豆（3个品种）、棉花（6个品种）、玉米（13个品种）和油菜籽（11个品种）。”
来自美国47个州及全世界50多个国家的1.5万名企业家和科学家参加了这届为期3天的年会。讨论的题目十分广泛，从生物科学及其管理到生物伦理学和国土安全。分会场的内容包括生物防御、全球生物技术买卖、药物发现和开发、资金筹集以及知识产权保护等。
参加本届年会的人数大大超过往年，这是因为美国最近生物技术股价直线上升，今年纳斯达克生物技术股指上升了近50％。生物技术研究也取得了很大的进展，美国食品与药物管理局还批准几种新药上市。菲尔德鲍姆说：“人们已知生物技术和信息技术正发生重大结合，但现在，已出现生物技术与其他技术，特别是同纳米技术相结合的趋势，产生了新的、高度计算机化的‘干实验室’。”
所谓“干实验室”就是指在实验室中，不采用诸如溶剂、溶液等化学物质，而大量使用计算机和其它电子技术进行试验。这是生物实验室的一个重大变化，使人们能在实验室中比过去多进行几千次试验。从会议的小组讨论中记者看到，工业上使用生物技术已十分普遍，用生物技术可以制造塑料、燃料、纸张和洗涤剂，从而对环境产生较小的影响。
在2003年6月22日中午举行的生物技术和发展中国家会议上，组织者特地为记者提供了“生物技术午餐”。从主菜到点心和水果，每种食品都是经过生物技术改造后的产品。第一道开胃菜就是生物技术改造的西红柿和木瓜，记者品尝了这种黄色的西红柿后，感到除了有点酸以外，与普通西红柿没什么两样。转基因木瓜能抗一种木瓜病，该病曾使美夏威夷州木瓜业损失了1700万美元。主食是米饭烤虾，外加洋李和花生米。转基因稻米富含铁元素和维生素A，经过生物技术改造的洋李可防洋李皮疹病毒，而虾和花生米食用后不会患虾过敏和花生过敏症，因为科学家已利用生物技术将过敏源彻底消除了。
（2）杨树和白桦开始变脸 俄研制出转基因树木
俄罗斯科学院西伯利亚植物生理学和生物化学研究所利用基因工程的方法成功地研制出转基因杨树。而沃罗涅日森林遗传和育种科研所则克隆出优质的卡累利白桦树。研究人员通过试验发现，转基因树和克隆树在保障木材质量的情况下，还具有生长速度快、抗虫害等优点。
20世纪基因工程在医药、食品和农业生产中已得到广泛运用，但利用基因工程改善树木和森林质量的研究起步较晚。最近几年来，科学家开始关注转基因树和克隆树的研究。
俄西伯利亚植物生理学和生物化学研究所的科研人员发现，玉米基因ugt能控制植物生长素酶的合成，若能提高树木中植物生长素的含量，树木的生长速度将加快。科研人员将ugt基因植入山杨、白杨和雪松中，获得了转基因的山杨、白杨和雪松。经多年试验证明，含ugt玉米基因的山杨、白杨和雪松的生长速度已大大增加。
沃罗涅日森林遗传和育种科研所的科研人员选择了最有价值的卡累利白桦树进行克隆研究。他们从最漂亮的花纹木质白桦树的茎中提取细胞和愈伤组织，再从愈伤组织中培育白桦树，成功地获得了克隆白桦树。试验证明，克隆白桦树的生长速度更快：3年到4年树干内就出现花纹木质的标志———节或者棱，5年到8年树干内全部变成漂亮的花纹。而用传统的方法种植的卡累利白桦树，出现花纹木质标志通常需要10年到12年。
对此，也有一些俄科学家认为，和其他转基因产品一样，目前还缺乏对转基因树木结构和性能的完整认识。快速生长的树木能使土壤提前衰竭，转基因树木的花粉可能引起森林种群自然结构的改变，从而破坏森林生态系统。因此，对转基因树木的研究还需要长期观察。
（3）美培育的烟草“长出”狂犬病病毒抗体
美国科学家首次培育出一种转基因烟草作物，它能含有针对狂犬病病毒的抗体。新成果表明，转基因作物有望成为狂犬病病毒抗体的廉价“生产车间”。
托马斯·杰斐逊大学的研究人员说，他们在新型转基因烟草作物中插入了编码人类狂犬病病毒抗体的基因，目前，900英亩的转基因烟草至少能收获1000克狂犬病病毒抗体，大约可生产10万份医疗制剂。研究人员称，经改进后，作物“生产车间”的生产率还能进一步提高。细胞培养实验显示，用转基因烟草获取的抗体能抑制狂犬病病毒，功效与人体天然产生的狂犬病病毒抗体差不多，甚至更强。活体动物实验还表明，转基因烟草产出的抗体能保护仓鼠免受狂犬病病毒感染。
全球每年平均有5万多人死于狂犬病，狂犬病药物和疫苗的市场空间相当大。传统上主要从人和马身上提取狂犬病病毒抗体，但前者成本过高，而从马体内获取的抗体会使人产生严重过敏等副作用。目前，世界范围内狂犬病病毒抗体非常短缺。新型转基因烟草作物研究负责人、托马斯·杰斐逊大学科普罗夫斯基博士认为，与其他方法相比，从转基因作物中获取狂犬病病毒抗体，好处在于更安全、生产成本更低。
（4）反响：
20世纪70年代初，当科学家第一次利用重组基因技术把大肠杆菌的大噬菌体病毒和猿猴的SV40病毒构建成重组基因分子时，人们产生了一种恐惧，用这种方法会不会制造出人类无法控制的超级生物，给人类和自然造成毁灭性的破坏?于是科学家开始关注现代生物技术的安全性问题，即生物安全。
专家们认为，现代生物技术存在着广泛性、潜在性、长期性的危险，可能会出现影响环境中非目标性生物生态结构，改变物种的竞争关系，出现转基因植物杂草化和部分产品的毒性、致病性和过敏性等一系列问题。
如何看待这些潜在的危险呢?中国农业大学教授王国英认为，生物技术的潜在危险应当引起重视，采取预防手段是必要的，但不要夸大生物技术的危害。一些可预见到的潜在危险通过生物安全手段是可以避免的@并不像人们想象得那么可怕。例如，转基因植物的杂草化问题，现有的大多数栽培作物经人工驯化后，在自然条件下已失去适应性和自然竞争力，其退化为杂草的可能性是微乎其微的。
涉及生物安全检查的另一方面就是基因漂移。转基因作物会不会发生基因漂移，改变非目标生物的生态结构和物种的竞争关系?王国英解释说，基因漂移只能在亲缘关系较近的种属之间进行，
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