机械工程的应用

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1、转基因技术的研究综述及利弊关系摘 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。通过对转基因技术的介绍，阐述了该技术的利弊关系，指出只有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1 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

2、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

3、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 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。2.1 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

4、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）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

5、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。（3）花粉管通道法。在授粉后向子房注

6、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。2.2 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

7、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：（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。此方法目前应用较普遍，现在的转基因动物研究大都是在Palmiter等方法

8、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，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

9、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。（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

10、，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。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

11、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，

12、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

13、家支持农业生物技术的声明”，已征集到世界上3 000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James Wat son,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Gurdev Khush。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

14、性。” 因此，笔者认为和现代任何一项工业技术一样，转基因技术也具有两面性，有长亦有短。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。4 转基因技术的发展展望当前条件下，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，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

15、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。但笔者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。参考文献1陈吉美转基因植物的研究进展J.德州学院学报，2004 (2)2文平，王仁祥.转基因植物研究进展J.生物学教学，2005 (12)3郭黠，谢辉，何承伟.转基因动物研究进展J.医学综述，2006 (5)