转基因技术 发表评论(0) 编辑词条

转基因技术

　　运用科学手段从某种生物中提取所需要的基因，将其转入另一种生物中，使与另一种生物的基因进行重组，从而产生特定的具有优良遗传形状的物质。利用转基因技术可以改变动植物性状，培育新品种。也可以利用其它生物体培育出人类所需要的生物制品，用于医药、食品等方面。
　

　　
　　将人工分离和修饰过的基因导入到生物体基因组中，由于导入基因的表达，引起生物体的性状的可遗传的修饰，这一技术称之为转基因技术（Transgene technology）。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。经转基因技术修饰的生物体在媒体上常被称为"遗传修饰过的生物体"（Genetically modified organism，简称GMO）。
　　转基因技术，包括外源基因的克隆、表达载体、受体细胞，以及转基因途径等，外源基因的人工合成技术、基因调控网络的人工设计发展，导致了21世纪的转基因技术将走向合成生物学时代。

 　
　　遗传转化的方法按其是否需要通过组织培养、再生植株可分成两大类，第一类需要通过组织培养再生植株，常用的方法有农杆菌介导转化法、基因枪法；另一类方法不需要通过组织培养，目前比较成熟的主要有花粉管通道法。

　　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中细胞中分别含有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。
　　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。

　　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。

　　在授粉后向子房注射合目的基因的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。

　　(1)核显微注射法
　　核显微注射法是动物转基因技术中最常用的方法。它是在显微镜下将外源基因注射到受精卵细胞的原核内，注射的外源基因与胚胎基因组融合，然后进行体外培养，最后移植到受体母畜子宫内发育，这样分娩的动物体内的每一个细胞都含有新的DNA片段。-这种方法的缺点是效率低、位置效应(外源基因插入位点随机性)造成的表达结果的不确定性、动物利用率低等，在反刍动物还存在着繁殖周期长，有较强的时间限制、需要大量的供体和受体动物等特点。
　　(2)精子介导的基因转移
　　精子介导的基因转移是把精子作适当处理后，使其具有携带外源基因的能力。然后，用携带有外源基因的精子给发情母畜授精。在母畜所生的后代中，就有一定比例的动物是整合外源基因的转基因动物。同显微注射方法相比，精子介导的基因转移有两个优点：首先是它的成本很低，只有显微注射法成本的1／10。其次，由于它不涉及对动物进行处理，因此，可以用生产牛群或羊群进行实验，以保证每次实验都能够获得成功。
　　(3)核移植转基因法
　　体细胞核移植是近年来新出现的一种转基因技术。该方法是先把外源基因与供体细胞在培养基中培养，使外源基因整合到供体细胞上，然后将供体细胞细胞核移植到受体细胞——去核卵母细胞，构成重建胚，再把其移植到假孕母体，待其妊娠、分娩，便可得到转基因的克隆动物。
     1．显微注射法
　　在显微镜下，用一根极细的玻璃针（直径1-2微米）直接将DNA注射到胚胎的细胞核内，再把注射过DNA的胚胎移植到动物体内，使之发育成正常的幼仔。用这种方法生产的动物约有十分之一是整合外源基因的转基因动物。
     2．体细胞核移植方法
　　先在体外培养的体细胞中进行基因导入，筛选获得带转基因的细胞。然后，将带转基因体细胞核移植到去掉细胞核的卵细胞中，生产重构胚胎。重构胚胎经移植到母体中，产生的仔畜百分之百是转基因动物。

　　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，转基因技术与传统技术是一脉相承的，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。
　　下面分别对转基因动物和转基因植物来进行描述。

　　转基因植物是基因组中含有外源基因的植物。它可通过原生质体融合、细胞重组、遗传物质转移、染色体工程技术获得，有可能改变植物的某些遗传特性，培育高产、优质、抗病毒、抗虫、抗寒、抗旱、抗涝、抗盐碱、抗除草剂等的作物新品种。而且可用转基因植物或离体培养的细胞，来生产外源基因的表达产物，如人的生长素、胰岛素、干扰素、白介素2、表皮生长因子、乙型肝炎疫苗等基因已在转基因植物中得到表达。

　　转基因动物就是基因组中含有外源基因的动物。它是按照预先的设计，通过细胞融合、细胞重组、遗传物质转移、染色体工程和基因工程技术将外源基因导入精子、卵细胞或受精卵，再以生殖工程技术，有可能育成转基因动物。通过生长素基因、多产基因、促卵素基因、高泌乳量基因、瘦肉型基因、角蛋白基因、抗寄生虫基因、抗病毒基因等基因转移，可能育成生长周期短，产仔、生蛋多和泌乳量高，转基因超级鼠比普通老鼠大约一倍。生产的肉类、皮毛品质与加工性能好，并具有抗病性，已在牛、羊、猪、鸡、鱼等家养动物中取得一定成果。
　　还可将转基因动物作为生物工厂（Biofactories）,如以转基因小鼠生产凝血因子IX、组织型血纤维溶酶原激活因子（t-PA）、白细胞介素2、α1-抗胰蛋白酶，以转基因绵羊生产人的α1-抗胰蛋白酶，以转基因山羊、奶牛生产LAt-PA，以转基因猪生产人血红蛋白等，这些基因产品具有高效、优质、廉价与相应的人体蛋白具有同样的生物活性，且多随乳汁分泌，便于分离纯化。
　　但由于转基因动物受遗传镶嵌性和杂合性的影响，其有性生殖后代变异较大，难以形成稳定遗传的转基因品系。因而，尝试从受体动物细胞中分离出线粒体，以外源基因对其进行离体转化，再将转基因线粒体导入受精卵，所发育成的转基因动物雌性个体外培养的卵细胞与任一雄性个体交配或体外人工授精，由于线粒体的细胞质遗传，其有性后代可能全都是转基因个体。

　　据新华社杭州电广受世人关注的转基因水稻研究正从实验室走向田野，记者最近从中国水稻研究所获悉，转基因水稻已进入大田释放阶段，现正申请商品化生产。
　　1996年，中国水稻研究所以黄大年研究员为首的课题组，在世界上首次研究出了抗除草剂转基因杂交稻，为解决长期以来困扰杂交稻制种纯度问题提供了新方法。这项成果名列由我国500位两院院士评选出的“1997年中国十大科技进展”榜首。之后，课题组又成功配制出抗除草剂转基因直播水稻，可省工省时除尽稻田杂草。　
　　去年3月，中国水稻所与浙江钱江生物化学股份有限公司联合组建了浙江金穗农业基因工程有限公司，正式拉开了将转基因水稻推向产业化的序幕。　
　　目前，黄大年等人已选育出一批优良的转基因水稻组合和新品系，经农业部基因产品安全委员会的安全审定和批准，这些新品种已开始在浙江的富阳、临安、丽水等地进行继实验室研究和中间试验后的大田释放和试种示范，并正在向有关部门申请商品化生产。

　　2000年3月，克隆小猪“横空出世”。随之而来，欧美之间也为转基因食品吃与不吃的问题争论不休。在我国，转基因食品还比较罕见，到目前为止，经农业部生物工程安全委员会准许商业化的转基因作物仅有6种，其中有3种涉及食品，两种西红柿、一种甜椒。但是，随着我国加入WTO的推进和全球经济一体化的到来，食用转基因食品将成为不可回避的现实。那么，什么是转基因食品？转基因食品到底能不能吃？
　　十几年来一直从事基因工程方面研究的中国农业大学食品学院院长、博士生导师罗云波教授的答疑或许能为转基因食品的食用者壮壮胆。 
       

　　所谓转基因食品，就是利用分子生物学技术，将某些生物的基因转移到其它物种中去，改造生物的遗传物质，使其在性状、营养品质、消费品质方面向人类所需要的目标转变，以转基因生物为直接食品或为原料加工生产的食品就是转基因食品。它的研究已有几十年的历史，但真正的商业化是近十年的事。90年代初，市场上第一个转基因食品出现在美国，是一种保鲜番茄，这项研究成果本是在英国研究成功的，但英国人没敢将其商业化，美国人便成了第一个吃螃蟹的人，让保守的英国人后悔不迭。
　　此后，转基因食品一发不可收。据统计，美国食品和药物管理局确定的转基因品种已有43种。美国是转基因食品最多的国家，60％以上的加工食品含有转基因成分，90％以上的大豆、50％以上的玉米、小麦是转基因的。转基因食品有转基因植物，如：西红柿、土豆、玉米等，还有转基因动物，如：鱼、牛、羊等。虽然转基因食品与普通食品在口感上没有多大差别，但转基因的植物、动物有明显的优势：优质高产、抗虫、抗病毒、抗除草剂、改良品质、抗逆境生存等。
[编辑本段]1、转基因食品的安全问题
　　面对越来越多的转基因食品，人们的认识并非一致，以美国为首的主吃派和欧洲为首的反对派在全球范围内形成了两大阵营。不久前调查表明，美国、加拿大两国的消费者大多已接受了转基因食品，仅有27％的消费者认为食用转基因食品可能会对健康造成危害。而在欧洲，大多数人是反对转基因食品的，英国尤为明显。缘由是1998年英国的一位教授的研究表明，幼鼠食用转基因的土豆后，会使内脏和免疫系统受损，这是对转基因食品提出的最早质疑，并在英国及全世界引发了关于转基因食品安全性的大讨论。虽然英国皇家学会于1999年5月发表声明：此项研究“充满漏洞”，得出转基因土豆有害生物健康的结论完全不足为凭。但是，转基因食品的安全性问题已引起了消费者的怀疑。79％的英国人反对试种基因改良作物，抵制转基因食品进入市场。
　　那么，转基因食品的安全性到底怎么样？是否能吃？罗云波教授认为，从本质上讲，转基因生物和常规育成的品种是一样的，两者都是在原有的基础上对某些性状进行修饰，或增加新性状，或消除原有不利性状。常规育成的品种仅限于种内或近缘种间，而转基因植物中的外源基因可来自植物、动物、微生物。虽然，目前的科学水平还不能完全精确地预测一个外源基因在新的遗传背景中会产生什么样的相互作用，但从理论上讲，转基因食品是安全的。
　　罗云波教授说，他自己就吃转基因食品，他的同行包括做这方面研究和推广的人员，也不拒绝转基因食品。当问及长期食用转基因食品是否会对人体产生慢性副作用时，罗教授认为不会产生副作用，一是因为转基因食品上市之前是经过大量试验和许多部门严格检验的；二是由于转基因食品在体内不积累。至于人们怀疑转基因食品可能对人体产生种种危害，主要是他们对基因工程不了解，而且这些“危害”是毫无科学根据的。
　　罗云波教授认为，在转基因食品大范围地走进我们的生活之前，仅有《农业作物基因工程安全管理实施办法》是远远不够的。因为此办法未涉及到进口的农产品，国外的转基因食品进入我国未做严格的限制，因此应尽早立法，这样才能对进口的转基因食品进行严格的安全检测，真正确保消费者的利益。基因工程如果能在相应的法律、法规严格控制下，有序健康地朝着有利于人类需要的方向进行发展，它将给人类带来不可估量的贡献。

　　虽然对于转基因食品还存在这样那样的争论，但它的优势还是表现得越来越显著。在美国得到普遍种植的转基因玉米中色氨酸含量提高了20％。色氨酸是人体必需的氨基酸，无法自己合成，只能从外界摄取，一般植物性食品中色氨酸含量很低甚至没有，只有靠动物性食物中获取，转基因玉米的出现，对于素食主义者而言，无疑是个喜讯。转基因油菜，不饱和脂肪酸的含量大增，对心血管有利。转基因工程牛奶，增加了乳铁蛋白、抗病因子的含量，降低了脂肪含量……
　　西方发达国家已充分认识到转基因食品的发展前景，并注入大量资金。尽管大多数英国人反对转基因食品，但该国超过7000种的婴儿食品、巧克力、面包、香肠等日用品，可能含有经过基因改造的大豆副产品，而且英国政府对转基因食品的研究非常支持，布莱尔首相就是转基因食品的推崇者。
　　在我国，人多地少状况突出，基因工程是解决粮食产量、提高粮食质量的重要途径。近年来，我国转基因食品的研究有了长足的进步，目前的研究开发居世界中等水平，仅次于美国和加拿大。罗教授认为，随着转基因食品商业化的步伐不断加快，转基因食品必将成为人们餐桌上的美味佳肴。

　　关于转基因作物的潜在生态风险早在1992年公布的《生物多样性公约》条款中就已明确提出来，要求制定或采取办法酌情管制、管理或控制由生物技术改变的活生物(LMO或GMO)在使用和释放时可能产生的危险，既可能对环境产生不利影响，从而影响到生物多样性的保护和持续利用，也要考虑到对人类健康的危险。对环境产生不利的影响，包括了对农田生态系统的影响，以及自然生态系统的影响，影响是多方面的，我们已有文章报道（钱迎倩等，1998
　　转基因作物因为是人工制造的品种，我们可以把这些品种看作为自然界原来不存在的外来种。一般说来，外来种对环境或生物多样性造成威胁或危险会有一段较长的时间。有时需10年的时间，或更长的时间。转基因作物商品化种植至今最长也就是5～6年的时间，一些潜在风险在这么短的时间内不一定能表现出来。可是有些风险在实验室水平上已经证实。如Mikkelsen等证实抗除草剂转基因油菜的抗除草剂基因可以通过基因流在一次杂交、一次回交的过程已转到其野生近缘种中（Mikkelsen et al., 1996）。这就是表中所指出的在农田生态系统中可能产生新的农田杂草。没有预料到的是转基因作物自身变为杂草成为现实的时间来得如此之快。根据2001年8月的报道，在加拿大主要的转基因作物是耐除草剂的GM油菜，但它们正在变成杂草。农民们正在与他们农田里的一种新的有害植物作斗争。因为在他们农田里已出现了未种植过的GM油菜，而这种植物能抗常规使用的除草剂，要杀死它们还较困难。曼尼托巴大学的植物科学家Martin Entz说，"GM油菜传播的速度要比我们想到的要快很多，而要控制它是绝对不可能的"。加拿大食品检验署已劝告农民们用另外的药剂来杀死他们。可是其它的药剂能把农民种的作物杀死，在某些情况下，GM油菜对这些药剂却具有抗性。这些GM油菜真正成为所谓的"超级杂草"。

　　农田生态系统Agro-ecosystem
　　增加杀虫剂的使用 抗性的选择和转运到可相容的其它植物中产生新的农田杂草 基因流和杂交  转基因植物自身变为杂草 插入性状的竞争
　　产生新的病毒 不同病毒基因组和转基因作物的病毒外壳蛋白的重组
　　产生新的作物害虫
　　病原体-植物相互作用
　　食草动物-植物相互作用
　　对非目标生物的伤害 食草动物的误食

　　遗传与变异，是生物界不断地普遍发生的现象，也是物种形成和生物进化的基础。
　　微生物遗传学作为一门独立的学科诞生于40年代，病毒遗传学作为微生物遗传学的重
　　要组成部分，对于生物遗传和变异的研究起到了重要的促进作用，也为分子遗传学的
　　发展奠定了基础。病毒的许多生物学特性，包括结构简单、无性增殖方式、可经细胞
　　培养、增殖迅速、便于纯化等，使其具有作为遗传学研究材料的独特优势。?
　　众所周知，包括病毒在内的各种生物遗传的物质基础是核酸。事实上，这一结论
　　最初的直接证据正是来自于对病毒的研究。为了说明这一点，首先让我们回顾两个经
　　典的实验：①噬菌体感染试验：T2是感染大肠杆菌的一种噬菌体，它由蛋白质外壳(
　　约60%)和DNA核芯(约40%)构成，蛋白质中含有硫，DNA中含有磷。把放射性同位素(32)^P和放射性同位素(35)^S
　　标记T2，
　　并用标记的噬菌体进行感染试验，就可以分别测定DNA和蛋白质的功用。Hershey和
　　Chase(1952)在含有?3?2P或?3?5S的培养液中将T2感染大肠杆菌，得到标记的噬菌体，
　　然
　　后用标记的噬菌体感染常规培养的大肠杆菌，再测定宿主细胞的同位素标记，结果用
　　?3?5S标记的噬菌体感染时，宿主细胞中很少有同位素标记，大多数的?3?5S标记噬菌
　　体蛋
　　白附着在宿主细胞的外面，用?3?2P标记的噬菌体感染时，大多数的放射性标记在宿主细
　　胞内。显然感染过程中进入细胞的主要是DNA。②病毒重建实验：烟草花叶病病毒
　　(tobacco mosaic virus，TMV)由蛋白质外壳和RNA核芯组成。可以从TMV分别抽提得
　　到它的蛋白质部分和RNA部分。Fraenkel?Courat(1956)实验证明，用这两种成分分
　　别接种烟草，只有病毒RNA可引起感染。虽然感染效率较低，但足以说明遗传物质为
　　RNA。Fraenkel?Courat利用分离后再聚合的方法，先取得TMV的蛋白质外壳和车前病
　　毒(Holmes Rib Grass Virus，HRV)的RNA，然后把它们结合起来形成杂合病毒，这种
　　杂合病毒有着普通TMV的外壳，可被抗TMV抗体所灭活，但不受抗HRV抗体的影响。当
　　用杂合病毒感染烟草时，却产生HRV感染的特有病斑，从中分离的病毒可被抗HRV抗体
　　灭活。反过来将HRV的蛋白质和TMV的RNA结合起来也得到类似的结果。目前已经能够由
　　许多小型RNA病毒和某些DNA病毒提取感染性核酸。如第四章所述，这些感染性核酸在
　　感染细胞以后，可以产生具有蛋白质衣壳和脂质囊膜的完整子代病毒。由脊髓灰质炎
　　病毒的RNA与柯萨奇病毒的衣壳构成的杂合病毒，在感染细胞后产生的子代病毒将是完
　　全的脊髓灰质炎病毒。以上事实说明，核酸是病毒遗传的决定机构，而蛋白质衣壳和
　　脂质囊膜不过是在病毒核酸遗传信息控制下合成或由细胞“抢来”的成分。这些成分
　　虽然决定着病毒的抗原特性，而且与病毒对细胞的吸附有关，在一定程度上影响着病
　　毒与宿主细胞或机体的相互关系，例如感染与免疫，但从病毒生物学的本质来看，它
　　们只是病毒粒子中附属的或辅助的结构。核酸传递遗传信息的基础在于其碱基的排列
　　顺序，病毒核酸复制时能够产生完全同于原核酸的新的核酸分子，从而保持遗传的稳
　　定性。但是，病毒没有细胞结构，缺乏独立的酶系统，故其遗传机构所受周围环境的
　　影响，尤其是宿主细胞内环境的影响特别深刻；加之病毒增殖迅速，突变的机率相应
　　增高，这又决定了病毒遗传的较大的动摇性——变异性。采用适当的选育手段，常可
　　较快获得许多变异株。应用各种理化学和生物学因子进行诱变，也能较快看到结果。
　　而病毒粒子之间以及病毒核酸之间的杂交或重组，又为病毒遗传变异的研究，开辟了
　　广阔前景。这些便利条件使病毒遗传变异的研究远远超出了病毒学本身的范围，成为
　　人类认识生命本质和规律的一个重要的模型和侧面。?
　　遗传和变异是对立的统一体，遗传使物种得以延续，变异则使物种不断进化。本
　　章主要论述病毒的变异现象、变异机理以及研究变异的方法和诱变因素等，关于病毒
　　的遗传学理论请参阅有关的专业书籍。?
　　病毒的遗传变异常常是“群体”，也就是无数病毒粒子的共同表现。而病毒成分，
　　特别是病毒编码的酶和蛋白质，又常与细胞的正常酶类和蛋白质混杂在一起。这显然
　　增加了病毒遗传变异特性鉴定上的复杂性。?
　　变异是生物的一般特性。甚至在人类尚未发现病毒以前，就已开始运用变异现象
　　制造疫苗。例如1884年，巴斯德利用兔脑内连续传代的方法，将狂犬病的街毒(强毒)
　　转变为固定毒。这种固定毒保留了原有的免疫原性，但毒力发生了变异——非脑内接
　　种时，对人和犬等的毒力明显降低，因而成功地用作狂犬病的预防制剂。此后，在许
　　多动物病毒方面，应用相同或类似的方法获得了弱毒株，创制了许多优质的疫苗。选
　　育自然弱毒变异株的工作，也取得了巨大成就。但是有关病毒遗传变异机理的认识，
　　则只在最近几十年来才有显著的进展。这不仅是病毒学本身的跃进，也是其它学科，
　　特别是生物化学、分子生物学、免疫学以及电子显微镜、同位素标记等新技术飞速发
　　展的结果。

http://tech.sina.com.cn/d/focus/genetech/index.shtml

http://www.southcn.com/news/community/shzt/gm/

http://www.hudong.com/wiki/%E8%BD%AC%E5%9F%BA%E5%9B%A0

http://gmo.apqchina.org/gmoindex.asp