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转基因技术研究综述
转基因技术研究综述
转基因技术研究综述
摘要：
转基因技术是21世纪生物技术发展的热点之一。
本文简要介绍了转基因技术及其应用情况，并对转基因技术的利、弊与发展前景做出了一定阐述。
关键词：
转基因技术转基因动物转基因植物应用利弊关系
前言
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对作物的遗传改良。
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。
转基因技术介绍
转基因技术是指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，从而使生物体的遗传性状发生改变的技术。
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”。
转基因技术可分为转基因植物技术与转基因动物技术两大分支：
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。
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，至今国际上已有30个国家批准数千例转基因植物进入田间试验，涉及的植物种类有50多种。
常见的转基因植物技术有：
（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。
（2）基因枪介导转化法。
利用火药爆炸或
可将一种细胞的细胞器，如线粒体或叶绿体与另一种细胞融合，此时，是一种细胞的细胞核处于两种细胞来源的细胞质中，这就形成了胞质杂种。
2、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入小鼠受精卵内，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：
（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。
此方法目前应用较为普遍，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）逆转录病毒载体法。
该方法是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显微注射法之处在于：
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，或显微注射鸡胚盘里，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。
（3）胚胎干细胞介导法。
将基因导入胚胎干细胞，然后将转基因的胚胎干细胞注射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。
转基因技术应用
转基因植物的研究主要在于：
改进植物的品质，改变生长周期或花期等提高其经济价值或观赏价值；作为某些蛋白质和次生代谢产物的生物反应器，进行大规模生产；研究基因在植物个体发育中，以及正常生理代谢过程中的功能。
而转基因动物的应用前景主要在于：
转基因动物是对多种生命现象本质深入了解的工具，如研究基因结构与功能的关系，细胞核与细胞质的相互关系，胚胎发育调控以及肿瘤等；可以用来建立多种疾病的动物模型，进而研究这些疾病的发病机理及治疗方法；由于转基因动物技术可以改造动物的基因组，使家畜、家禽的经济性状改良更加有效，如使生长速度加快、瘦肉率提高，肉质改善，饲料利用率提高，抗病力增强等。
对于动物遗传资源保护的意义更加深远，对挽救濒危物种是必不可少的； 转基因动物可作为医用或食用蛋白的生物反应器。
自1996年首例转基因农作物产业化应用以来，全球转基因技术研究与产业应用快速发展。
发达国家纷纷把发展转基因技术作为抢占未来科技制高点和增强农业国际竞争力的战略重点，发展中国家也积极跟进，并呈现以下发展态势：
一是品种培育速度加快。
随着生命科学、基因组学、信息学等学科的发展，转基因技术研究日新月异，研究手段、装备水平不断提高，基因克隆技术突飞猛进，一些新基因、新性状和新产品不断涌现。
品种培育呈代际特征，目前全球转基因生物新品种已从抗虫和抗除草剂等第一代产品，向改善营养品质和提高产量的第二代产品，以及工业、医药和生物反应器等第三代产品转变，多基因聚合的复合性状正成为转基因技术研究与应用的重点。
二是产业化应用规模迅速扩大。
截至2009年底，全球已有25个国家批准了24种转基因作物的商业化应用。
以转基因大豆、棉花、玉米、油菜为代表的转基因作物种植面积，由1996年的2550万亩发展到2009年的20亿亩，14年间增长了79倍。
美国仍然是最大的种植国，2009年种植面积9.6亿亩；其次是巴西，3.21亿亩；阿根廷，3.195亿亩；印度，1.26亿亩；加拿大，1.23亿亩；中国，5550万亩；巴拉圭，3300万亩；南非，3150万亩。
值得一提的是，2000年以来，美国先后批准了6个抗除草剂和药用转基因水稻、伊朗批准了1个转基因抗虫水稻商业化种植；加拿大、墨西哥、澳大利亚、哥伦比亚4国批准了转基因水稻进口，允许食用。
三是生态和经济效益十分显著。
1996至2007年，全球转基因作物的累计收益高达440亿美元，累计减少杀虫剂使用35.9万吨。
2008年，全球转基因产品市场价值达到75亿美元。
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？
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，而这种新的污染源很难被消除。
还有，转基因农作物和以此为原材料制造的转基因食品对人体的影响也尚未有定论。
目前，国内外学者对转基因技术的负面影响也作了大量研究，出现了许多相关报道，如英国的权威科学杂志《自然》刊登了美国康奈尔大学副教授约翰·罗西的一篇论文，引起世界震惊。
论文指出，研究人员在实验室里把抗虫害转基因玉米“BT玉米”的花粉撒在苦苣菜叶上，然后让蝴蝶幼虫啃食这些菜叶。
4天之后，有44%的幼虫死亡，活着的幼虫身体较小，并且没有精神。
而另一组幼虫啃食撒有普通玉米花粉的菜叶，就没有出现死亡率高或发育不良的现象。
论文据此推断，BT转基因玉米花粉中含有毒素。
另据报道，英国伦理和毒性中心的实验报告说，与一般大豆相比，耐除草剂的转基因大豆中，防癌的成分异黄酮减少了。
与普通大豆相比，两种转基因大豆中的异黄酮成分减少了12%～14%，还有巴西坚果事件等。
面对国际上出现的种种关于转基因作物的争议，许多科学家、学术团体纷纷以各种形式发表对转基因技术的支持态度。
由美国Tuskegee大学Prakash教授2000年1月起草的题为“科学家支持农业生物技术的声明”，已征集到世界上3000多位科学家的签名，其中包括DNA双螺旋结构的发现者、诺贝尔奖得主JamesWatson，绿色革命的创始人、诺贝尔奖得主NormanBorlaug，世界粮食奖获得者、国际水稻研究所首席育种家GurdevKhush。
该声明称，“对植物负责任的遗传修饰既不新也不危险。
如抗病虫等诸多性状已通过有性杂交和细胞培养的方法经常性地引入作物中。
与传统的方法相比较，通过重组DNA技术引入新的或不同的基因并不一定会有新的或更大的风险，且商品化的产品的安全性则由于目前的安全管理规则而得到了更进一步的保障。
遗传新技术为作物改进提供了更大的灵活性和精确性。
”
和现代任何一项工业技术一样，转基因技术也具有两面性，有利亦有弊。
在发展转基因技术等生物技术时，应该扬长避短、趋利避害、规范管理，使转基因技术能够健康发展。
转基因生物技术展望
当前条件下，转基因技术还存在许多不足，还处于不断的发展与完善之中，主要表现在：
转基因表达水平低，许多转基因的表达强烈地位受着其宿主染色体上整合位点的影响，往往出现异位表达和个体发育不适宜阶段表达，影响转基因表达能力或基因表达的组织特异性，从而使大部分转基因表达水平极低，极少部分基因表达水平过高；难以控制转基因在宿主基因组中的行为，转基因随机整合于动物的基因组中，可能会引起宿生细胞染色体的插入突变，还会造成插入位点的基因片段丢失，插入位点周围序列的倍增及基因的转移，也可能激活正常状态下处于关闭状态的基因；不了解哪些基因控制多数生理过程，不了解基因表达的发育控制和组织特异性控制的机制；制作转基因动物的效率低，这是目前几乎所有从事转基因动物研究的实验室都面临的问题，也是制约着这项技术广泛应用的关键；对传统伦理是一种挑战，对人类的生存有一定的负面作用等。
但我们相信只要通过科学家的进一步研究和各国对转基因技术的规范管理，保证转基因技术的研究和开发的健康而有序，制定相关的法律、法规，健全转基因生物和转基因食品的管理，如对转基因作物进行监管，对转基因食品进行标识等，应该更深入的了解转基因技术其中的奥秘，只有更了解它才能利用好它，让我们的生活更加美好和谐，使公众对转基因技术有一个较为科学的认识，主动地接受转基因食品，使转基因技术贴近民众，造福于人类。
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