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1、1浅论转基因技术引 言转基因技术是生命科学前沿的重要领域之一。自从人类耕种作物以来，我们的祖先就从未停止过作物的遗传改良。过去的几千年里农作物改良的方式主要是对自然突变产生的优良基因和重组体的选择和利用，通过随机和自然的方式来积累优良基因。遗传学创立后近百年的动植物育种则是采用人工杂交的方法，进行优良基因的重组和外源基因的导入而实现遗传改良。因此，可以认为转基因技术是与传统技术一脉相承的，其本质都是通过获得优良基因进行遗传改良。但在基因转移的范围和效率上，转基因技术与传统育种技术有两点重要区别，第一，传统技术一般只能在生物种内个体间实现基因转移，而转基因技术所转移的基因则不受生物体间亲缘关系的
2、限制;第二，传统的杂交和选择技术一般是在生物个体水平上进行，操作对象是整个基因组，所转移的是大量的基因，不可能准确地对某个基因进行操作和选择，对后代的表现预见性较差。而转基因技术所操作和转移的一般是经过明确定义的基因，功能清楚，后代表现可准确预期。因此，转基因技术是对传统技术的发展和补充。将两者紧密结合，可相得益彰，大大地提高动植物品种改良的效率。2摘 要转基因技术作为生命科学的前沿技术之一，已经逐渐走入了人们的生活。转基因技术可以认为是在一定程度上通过科学技术手段让其他生物、植物朝着对人类有利方向发展的技术。从 20 世纪 80 年代末转基因植物在美国问世至今，十多年来，该项技术正以日新月异
3、的速度迅猛发展，但由于转基因生物及其产品是否存在潜在风险尚无定论，故转基因生物及其产品的安全性成为全球的热点问题，并引起世界各国政府和许多国际组织的高度重视。科学家发明转基因技术的初衷是想利用该技术造福人类，既可加快农作物和家畜品种的改良速度，提高人类食物的品质，又可以生产珍贵的药用蛋白，为患病者带来福音。人类对自然界的干预是否会造成潜在的尚不可能预知的危险?大量转基因生物会不会破坏生物多样性?转基因产品会不会对人类健康造成危害?一些科学家们开始担心对生物、植物生命进行的“任意修改” ，创造出的新型遗传基因和生物可能会危害到人类。它们可能会对生态环境造成新的污染，即所谓的遗传基因污染，而这种新
4、的污染源很难被消除。通过对转基因技术的研究，了解该技术的利弊关系，通过正确的引导和规范管理，才能很好地利用该技术，使它为人类服务。关键词 转基因技术，发展历程，利弊关系，转基因食品31.转基因技术的介绍 转基因技术是指用人工分离和修饰过的外源基因导入生物体的基因组中，从而使生物体的遗传性状发生改变的技术，可分为转基因动物与转基因植物两大分支。人们常说的“遗传工程” 、 “基因工程” 、“遗传转化”均为转基因的同义词。从 20 世纪 80 年代末转基因植物在美国问世至今，十多年来，该项技术正以日新月异的速度迅猛发展，但由于转基因生物及其产品是否存在潜在风险尚无定论，故转基因生物及其产品的安全性成
5、为全球的热点问题，并引起世界各国政府和许多国际组织的高度重视。1999 年，联合国粮农组织（FAO）制定了植物保护公约 （PPC ） ，提出优先考虑建立基因生物的风险分析测试和释放标准。联合国环境署于 1998 年组织起草了生物多样性公约，已有 175 个国家签署并批准了这一国际协议，现已正式生效。去年 9 月，联合国环境署经过努力，促成通过了卡塔赫纳生物安全议定书 ，该议定书是第一部管理活性转基因生物体（LM O）的国际法规，是由 134 个国家的代表经谈判达成的一个法律性文件。该议定书的核心是预防原则，目标是保证转基因生物及其产品的安全性，即确保不危害人体健康和生态环境，强调在缺乏足够的科
6、学依据情况下，宁可对 LM O 采取严格的管理措施。为严格实施标签制度，议定书明确要求转基因货物要有清楚的标识。 卡塔赫纳生物安全议定书将对转基因产品在国际贸易和生物技术方面的发展产生深远的影响。目前国际上对转基因农产品主要有 3 种管理模式：一是宽松型。以美国为代表，只要经过 FDA 的有关分析，达到要求即允许上市。二是严格型。以欧盟为代表的，对转基因潜在风险、产品实验、商品化与环境释放等均做了严格的规定。三是实行标识制度，即由消费者自行选择。1.1. 转基因植物技术转基因植物是指利用重组 DNA 技术将克隆的优良目的基因整合到植物的基因组中，并使其得以表达，从而获得的具有新的遗传性状的植物
7、。自 1983 年世界第一例转基因植物烟草问世以来仅 20 多年的时间，转基因植物的研究和应用就已经得到了迅猛的发展，已有近 1000 例转基因植物被批准进入田间试验，涉及的植物物种有 50 余个，已有 48 个转基因植物品种被批准进行商业化生产。常见的转基因植物技术有：1.1.1 农杆菌介导转化法。农杆菌是普遍存在于土壤中的一种革兰氏阴性细菌，它能在自然条件下趋化性地感染大多数双子叶植物的受伤部位，并诱导产生冠瘿瘤或发状根。根癌农杆菌和发根农杆菌的细胞中分别含有 Ti 质粒和 Ri质粒，其上有一段 T-DNA，农杆菌通过侵染植物伤口进入细胞后，可将 T-DNA 插入到植物基因组中。因此，农杆
8、菌是一种天然的植物遗传转化体系。人们将目的基因插入到经过改造的 T-DNA 区，借助农杆菌的感染实现外源基因向植物细胞的转移与整合，然后通过细胞和组织培养技术，再生出转基因植株。4农杆菌介导法起初只被用于双子叶植物中，近年来，农杆菌介导转化在一些单子叶植物(尤其是水稻) 中也得到了广泛应用。1.1.2 基因枪介导转化法。利用火药爆炸或高压气体加速(这一加速设备被称为基因枪) ，将包裹了带目的基因的 DNA 溶液的高速微弹直接送入完整的植物组织和细胞中，然后通过细胞和组织培养技术，再生出植株，选出其中转基因阳性植株即为转基因植株。与农杆菌转化相比，基因枪法转化的一个主要优点是不受受体植物范围的限
9、制。而且其载体质粒的构建也相对简单，因此也是目前转基因研究中应用较为广泛的一种方法。1.1.3 花粉管通道法。在授粉后向子房注射含目的基因的 DNA 溶液，利用植物在开花、受精过程中形成的花粉管通道，将外源 DNA 导入受精卵细胞，并进一步地被整合到受体细胞的基因组中，随着受精卵的发育而成为带转基因的新个体。该方法于 20 世纪 80 年代初期由我国学者周光宇提出，我国目前推广面积最大的转基因抗虫棉就是用花粉管通道法培育出来的。该法的最大优点是不依赖组织培养人工再生植株，技术简单，不需要装备精良的实验室，常规育种工作者易于掌握。2.1 转基因动物技术转基因动物是指用实验导入的方法将外源基因在染
10、色体基因内稳定整合并能稳定表达的一类动物。1974 年，Jaenisch 应用显微注射法，在世界上首次成功地获得了 SV40DNA 转基因小鼠。其后，Costantini 将兔-珠蛋白基因注入小鼠的受精卵，使受精卵发育成小鼠，表达出了兔卜珠蛋白 ;Palmiter 等把大鼠的生长激素基因导人小鼠受精卵内，获得“超级”小鼠;Church 获得了首例转基因牛。到目前为止，人们已经成功地获得了转基因鼠、鸡、山羊、猪、绵羊、牛、蛙以及多种转基因鱼。主要的转基因动物技术包括有：2.1.1 原核显微注射法又称 DNA 显微注射法，即通过显微操作仪将外源基因直接用注射器注入受精卵，利用外源基因整合到 DNA
11、 中，发育成转基因动物。其创始人是 Jaenisch 和 Mintz 等。此方法目前应用较普遍，现在的转基因动物研究大都是在 Palmiter 等方法的基础上有所改进而进行的。这种方法的特点是外源基因的导入整合效率较高，不需要载体，直接转移目的基因，目的基因的长度可达 100Kb。它可以直接获得纯系，实验周期短。但需要贵重精密仪器，技术操作较难，并且外源基因的整合位点和整合的拷贝数都无法控制，易造成宿主动物基因组的插入突变，引起相应的性状改变，重则致死。2.1.2 逆转录病毒载体法指将目的基因重组到逆转录病毒载体上，制成高浓度的病毒颗粒，人为感染着床前或着床后的胚胎，也可以直接将胚胎与能释放逆
12、转录病毒的单层培养细胞共孵育以达到感染的目的，通过病毒将外源目的5基因插入整合到宿主基因组 DNA 中去。这种逆转录病毒被用重组 DNA 技术修饰后作为基因载体在应用中优于微注射法之处为：无需要重排，可在整合点整合转移基因的单个拷贝;将胚胎置于高浓度病毒容器中，或者与被感染的细胞体外共同培养，或微注射鸡胚盘里，整合有逆转录病毒的 DNA 的胚胎率高。缺点是：需要生产带有转基因的逆转录病毒;插入逆转录病毒的基因有一定的大小限度; 所得转基因家畜的嵌合性很高，而需要广泛的杂交，以建立转基因系;转基因的表达问题尚未解决。2.1.3 胚胎干细胞介导法是将基因导入胚胎于细胞;然后将转基因的胚胎干细胞注射
13、于动物囊胚后可参与宿主的胚胎构成，形成嵌合体，直至达到种系嵌合。其优点是：在将胚胎干细胞植入胚胎前，可以在体外选择一个特殊的基因型，用外源 DNA 转染以后，胚胎干细胞可以被克隆，继而可以筛选含有整合外源 DNA 的细胞用于细胞融合，由此可以得到很多遗传上相同的转基因动物。缺点就是许多嵌合体转基因动物生殖细胞内不含有转基因。目前，胚胎干细胞介导法在小鼠上应用比较成熟，在大动物上应用较晚。2.转基因产品的发展从第一株转基因植物至今，十多年来，转基因作物已批量进入大田试验，其中不少已经开始商业化生产。如今，转基因作物已成为高新技术领域中发展最快的产业之一。尤其是 1996 年以来，转基因作物发展速
14、度之快、品种之多、来势之猛，出乎人们预料，目前还没有哪一种作物能超过它。其发展趋势可简要归纳为 6 点。2.1.播种面积不断扩大。据国际农业生物技术应用服务机构的一份报告说，年度，全世界转基因谷物播种面积达到万公顷，比上年度的万公顷增加。根据这份报告，美国转基因作物播种面积最多，占全球这类作物播种面积的；阿根廷次之，占；加拿大和中国分别占和。 阿根廷播种的转基因作物主要是大豆。在年度，阿根廷转基因大豆播种面积达万公顷，其产量占本国大豆总产量万吨的。2.2 作物品种相对集中。目前，转基因作物主要涉及大豆、棉花、油菜和玉米。去年，转基因大豆占到世界大豆种植总面积的 36。依次类推，棉花占 16，油
15、菜占 11，玉米占 7。2.3.分布国家增长了 1 倍多全球种植转基因作物的国家数量已从 1996 年的 6 个增加到 2000 年的 13 个（其中 8 个是工业化国家，5 个是发展中国家） 。2.4.大豆占种植品种的一半62000 年在全球转基因作物中唱主角的是转基因大豆，其面积占总播种面积的 58。在阿根廷，960万公顷的大豆中有 95是转基因品种，美国、巴西的大豆绝大部分也都是转基因品种。2.5.种类日趋分明目前全球转基因农作物主要分为抗除草剂转基因、耐除草剂转基因和抗虫性转基因等 3 大类。2.6.商业化生产步伐加快截至 2000 年 10 月底，世界各国批准商品化生产的转基因作物有 100 多个品种，包括大豆、玉米、棉花、油菜、水稻、番茄等 12 种作物，用这些转基因作物生产加工的转基因食品达 4000 余种。美国市场上的包装食品中含有转基因成分的已占 60。3.转基因技术的利与弊科学家发明转基因技术的初衷是想利用该技术造福人类，既可加快农作物和家畜品种的改良速度，提高人类食物的品质，又可以生产珍贵的药用蛋白，为患病者带来福音。比如说，抗虫的转基因玉米不会被虫咬，可以让人们放心食用;将能产生人体疫苗的基因转入植物食品，人们就可以在食用食物的同时增加自身对疾病的抵抗力。但是，人类对自然界的干预是否会造成潜在的尚不可能预知的危险?
