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1、为了适应公司新战略的发展，保障停车场安保新项目的正常、顺利开展，特制定安保从业人员的业务技能及个人素质的培训计划育种材料的安全基因工程在植物育种中的应用及其安全性简介摘要基因工程是通过DNA重组技术，获得具有特殊生物遗传性状和功能的遗传工程生物体。基因工程在农作物育种中得到了广泛的应用，尤其在抗虫、抗病、抗除草剂等新品种选育方面已取得较大成果。但基因工程自身存在安全性的问题，在享受基因工程带来的福祉的同时，应加强对基因工程安全性的监管。关键词：基因工程、育种、安全性基因工程作为生物技术的核心内容，已成为现代高新技术的标志之一。目前，基因工程领域的研究与开发工作十分活跃，新成果不断涌现，发展日新
2、月异。经过几十年的发展，基因工程技术已走出实验室，基因工程技术的应用已发展成为一个巨大的产业，不仅科研机构进行研究和开发，很多商业机构也积极参与。基因工程在农业、医药、食品、环保等领域已显示出巨大的应用价值。植物基因工程技术是利用重组DNA技术，有计划地在体外通过人工“剪切”和“拼接”等方法，对生物基因进行改造和从新组合，然后再插入、整合到事先准备好的受体植物基因组中，使重组基因在受体细胞内表达，从而使受体植物获得新的性状，培育出高产、多抗和1优质的新品种。利用植物基因工程技术可以更方便地对更多基因进行有目的的操作，打破自然界物种间难以交配的天然屏障，将不同物种的基因按人们的意志重新组合，拓宽
3、了植物可利用的基因库，为创造新种质资源，培育植物新品种开辟了新的技术路线。必将在作物育种和品种改良中发挥重要作用。1.基因工程的定义所谓基因工程是指在体外将核酸分子插入病毒、质粒或其他载体分子，构成遗传物质的新组合并使之掺入到原先没有这类分子的寄主细胞内，而能持续稳定地繁殖的技术。或者说，基因工程是对DNA(脱氧核酸)大分子上的遗传单元(基因)进行体外操作，把不同来源的基因按照单元设计的蓝图，重新构成新的基因组合(即重组体)，再把它引入细胞中，构成具2有新的遗传特性的生物。这种DNA分子的新组合是按照工程学的方法进行设计和操作的，这就赋予基因工程跨越天然物种屏障的能力，克服了固有的生物种间的限
4、制，扩大和带来了定向创新生物的可能性，这是基因工程的最大特点。基因工程的第二个特征是，一种确定的DNA小片断能够在新寄主细胞中进行扩增。正是由于具备了这种特征，我们才能够制备到大量纯化的DNA片段，从而拓宽了分子生物学的研究领域，包括核苷酸的序列测定、位点特异的突变形成，以及以确保所编码的多肽链能够在寄主细胞中实现高水平表达为目的的基因序列操作等。植物基因工程是指植物学领域的基因工程，其研究对象是植物。植物基因工程的研究始于20世纪70年代。在基因突变和有性杂交研究的基础上，拓宽植物可利用的基因库，进行基因转移，采用分子生物学和基因工程技术将外源基因有目的、有计划地插入、整合到事先准备好的受体
5、植物基因组中，使其在后一植株中得以遗传和表达，从而使受体植物获得新的性状，培育出新的优良品种。近20年植物基因工程研究成果显著，在当前农业生产中已显3示出巨大的经济效益，并展示了植物基因工程在未来农业生产中的广阔前景。植物基因工程不断发展，目前已形成了一套较为成熟的植物基因转化技术，它构成了植物基因工程的研究内容，主要又包括了以下几个方面：1)目的基因的获取:供植物基因转化的基因可以来自植物本身，也可以来自微生物和动物，少数还可以人工合成，通常以来自植物本身为主。它有一些常见的技术如PCR技术、转座子示踪技术、基因组相减技术、染色体步查技术。2)目的基因的修饰。3)目的基因转化到植物受体细胞的
6、方法如：将目的基因与运载体结合，实际上是不同来源的DNA重组过程。直接转移法。聚乙二醇、多聚赖氨酸、多聚鸟氨酸等尤其是聚乙二醇是常采用的协助基因转移的聚合物。电击法、基因枪法等是常用的方法。此外，还有激光微束穿孔法、显微注射法、脂质体介导法等。4)植物转化细胞的筛选和转基因植物细胞的组织培养:目前，转化细胞与未转化细胞的区分及未转化细胞的淘汰常采用抗生素抗性基因和抗除草剂基因，即筛选标记基因和筛选试剂。为了实现有效的转化，必须依据转化材料和转移方法选择合适的抗性基因和筛选试剂。5)目的基因的表达和鉴定等2.基因工程在植物育种中的应用基因工程技术作为育种工作的一个突破，拓宽了作物可利用的基因库，
7、按照人们事先计划好的方案引发定向变异已成为现实，给植物育种带来了变革。基因工程在植物育种中的以下几个方面得到了较为广泛的应用。基因工程在培育抗虫作物品种中的应用虫害严重影响农业生产，影响作物的产量和品质，制约农业经济的稳定发展。全世界粮4食产量因虫害所造成的损失占14%左右。采用化学药剂虽然是目前普遍使用的治虫方法之一，但由于特异性不高，具有一定污染性等原因，一直困扰着现代农业的发展。采用生物技术，提高作物自身的抗虫害性能，为农作物害虫的无公害防治开辟了新的途径。目前，在农作物上普遍通过根癌农杆菌、发根农杆菌、花椰菜花叶病毒等为中介的基因工程方法，将一些抗虫基因苏云金杆菌抗虫毒素基因(Bt毒素
8、基因)、菜豆抗虫蛋白基因(胰蛋白酶抑制的CPTI基因)、蓼草抗虫基因等导入水稻、玉米、棉花、马铃薯、烟草、番茄等作物细胞，并使表达这些外源抗虫基因的转基因植株得到再生，有的投入大田实验。如含Bt的烟草能有效地阻止烟草天蛾幼虫的危害。在转基因玉米植株中，玉米螟取食死亡率可达70%。培育成功的抗虫番茄植株，对危害番茄果实的烟草天蛾和烟草夜蛾幼虫的防治效果达100%，对棉5铃虫也有很好的杀虫作用。国外正在研究的转Bt抗虫作物还有大豆、油菜、苜蓿、多种蔬菜及杨树等多种树木。由此表明，应用生物技术改良某些作物的抗虫性具有很大的潜力。棉花是世界重要的经济作物之一，每年由于棉铃虫、红铃虫的危害，一般减产10
9、%左右，高的达30%以上。施用化学农药防治，不仅耗资巨大，增加生产成本，而且容易引起环境污染、杀死害虫天敌、破坏生态平衡。采用生物防治，虽然能减轻对环境污染，但也有在大发生年份防效差等局限性。因此，利用基因工程将苏云金芽孢杆菌(Bt)杀虫基因导入棉花品种中，将培育出具有抗虫性能的棉花品种，成为当今防止棉铃虫、红铃虫最为先进、安全与经济有效的手段。基因工程在培育抗病作物品种中的应用病害是植物产量降低的一个重要原因。产生病害的原因是由于植物对病原菌抗菌机理复杂，因而使相应抗病基因的克隆困难，给植物基因工程抗病菌的研究带来了难度。抗细菌病害基因工程的主要策略:一是利用非植物的抗菌蛋白，包括昆虫裂解肽
10、、溶菌酶和其它抗菌肽。抗菌蛋白能杀死大多数细菌，目前已克隆了一些抗菌蛋白基因并在植物体内得到表达。二是增强植物本身的抗病能力。激发子是能够被植物识别并能激发植物防疫机制的信号分子。在马铃薯中，已通过基因工程手段产生激发子来提高抗病性。真菌性病害是另一类主要病害。植物抗真菌性病害基因工程的主要策略:一是基于寄主-病原菌相互识别和信号传导体系的基因工程，其中主要是抗病基因(R基因)的转移。应用分子标记和图位克隆，目前已克隆了数十个R基因。由于多数R基因的抗性十分专化，不仅抗病谱窄，而且抗性容易丧失，因此发现和克隆持久抗性的基因具有重要意义。二是基于抗真菌蛋白的基因工程策略，包括几丁质酶和葡聚糖酶，
11、病程相关蛋白(PR蛋白)和核糖体失活6蛋白(RIP)，抗真菌多肽，草酸氧化酶和葡萄糖氧化酶。基因工程在培育抗除草剂作物品种中的应用抗除草剂转基因作物的选育首先是作为一种杂草防除对策而提出的。通过化学方法来控制杂草己成为现代化农业生产中不可缺少的一部分。但除草剂在杀死杂草的同时污染环境，有的对农作物产生预想不到的影响。而通过基因工程，将除草剂耐性基因导入作物，增加了对除草剂的选择性和安全性，就能有效解决这些问题。目前，世界上采用的除草剂主要分为两大类:(l)通过破坏氨基酸合成途径来杀死杂草，Monsanto公司的除草剂多为此类。如草甘膦，它是目前用得最广的一种非选择性除草剂，可杀死世界上78种恶
12、性杂草中的76种，对人畜无毒，且易为土壤微生物分解。20世纪80年代，美国Monsanto公司率先开展抗除草剂转基因作物的研究，育成了一系列抗草甘膦的大豆、玉米、棉花、油菜、甜菜、向日葵7品种。(2)通过破坏植物光合作用中电子链的蛋白来杀死杂草。抗除草剂基因工程育种主要有两条途径：一是修饰除草剂作用的靶蛋白，使其对除草剂不敏感，或促其过量表达以使植物吸收除草剂后仍能正常代谢；二是具有抗草丁磷特性，是在作物中导人了从吸水链霉菌中克隆的抗草丁磷(PPT)基因(bar)，能将PPT转化为无毒的乙酞化形式。由于bar基因等抗除草剂基因本身亦可作为植物转化过程中的抗性标记，因此许8多具有其它改良性状的转
13、基因油料作物同时也拥有杭除草剂特性。3.植物基因工程的安全性评价基因工程在农业等领域已显示出巨大的应用价值。但从人类历史发展的经验来看，科学技术给人类社会带来福音的同时，都潜在着对人类自身或生存环境造成危害的一面，基因工程也不例外，在开展基因工程应用的同时，也要注意到其潜在的危害，加强安全性管理。早在七十年代，基因工程安全性问题就引起了广泛的讨论，人们已注意到基因工程对生态环境、人类健康、社会经济等可能带来的一些问题。基因工程对生态环境的影响地球的生命已经存在了三十多亿年，简单的生命经过漫长的进化过程，形成了今天地球上由千万种生物所组成的复杂生态系统。采用基因工程的手段改造生物体，就有可能过快
14、打乱自然界经过漫长时间进化所形成的秩序，破坏生态平衡。转基因生物的代谢产物会向外界环境扩散，造成链锁反应，凭目前的生物技术发展水平，还不能准确预测基因工程生物体及其代谢产物的表现形态和潜在危害，也难以提出针对性的防范措施。基因工程对生态系统的危害主要体现在：基因漂移；对非目标生物产生危害；产生有害生物，危害生物群落等问题上。基因工程对人类健康的影响很多经基因改造的农作物经过加工成为食品，虽然基因工程技术可大大提高食品的产量和质量，但也可能引起食品成分非预期的改变，对食用者的健康产生潜在的危害。这体现在:是否会含有新的过敏原，抗昆虫农作物是否含有残留的抗昆虫内毒素，抗除草剂农作物是否最终导致除草
15、剂用量增加，引起除草剂在食品中残留。抗病毒农作物中含有的病毒外壳蛋白基因是否会对人体造成危害。基因工程对社会经济的影响开发基因工程产品需要巨大的经费投入，如开发一种转基因农作物，需要经过试验室研究、中间试验、环境释放、商品化生产等环节，为保证商业利益，基因工程作物种子往往价格昂贵，并且有专利保护，使农业生产高投入、高产出的趋势更明显，发展中国家和贫穷国家由于资金不足，防碍转基因作物的开发与应用，随着转基因产品数量增加，对发达国家的9依赖程度也会增加，可能使贫富差距拉大，引起新的发展不平衡。发展中国家和落后国家在基因资源的利用方面也处于不利地位。宝贵的基因资源谁先发现，谁就可以申请专利而得到保护。基因资源是有限的、不可再生的，在基因资源的争夺战中，发达国家凭借其资金和技术占尽先机，通过所谓“合作研究”获取其他国家的基因资源。这使得未来在基因资源利用、开发具有自主知识产权的转基因产品方面，发展中国家和贫穷国家越来越处于被动地位。4.展望近20年来，基因工程的发展日新月异，硕果累累。基因转化技术的日臻成熟，使育种途径进入一个高新时代。大量转基因作物的研究表明，作物基因工程是在基因水平上改造作物的遗传物质，定向改造了作物遗传性状，扩展了育种范围，打破了物种间的生殖隔离障碍，丰富了基因资源。从而使育种更具有科学性、精确性、目的性、共用性和可操作性。新基因的克隆和转基因技术手段的完善，对多
