转基因技术的研究综述及利弊关系

1、转基因技术的研究综述及利弊关系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

2、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 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

3、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 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

4、 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）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

5、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

6、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

7、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： （ 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

8、，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

9、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。

10、（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，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

11、，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、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

12、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

13、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 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 Watson绿色革命的创始人、诺贝 尔奖得主 Norman Borlaug ，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，

14、“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。 ” 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

15、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