基因与生命科学论文参考文献

产经透视 转基因技术的研究综述及利弊关系张 兆 熙（ 华中师范大学附属第一中学摘 要 湖北 武汉 430223） 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 文献标识码 中图分类号 Q78 B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 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 1 前言转基因技术是生命科学前沿的重要领 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 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。 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。 1983 年世界第一例 自 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， 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： 农杆菌是普遍 （ 1 ） 农杆菌介导转化法。 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 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、 、 羊、 、 羊、 鸡 山 猪 绵 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 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 收稿日期： 2006－ 10－ 08 PIONEERING WITH SCIENCE ＆ TECHNOLOGY MONTHLY NO．11 2006 111 科技创业 月 刊 PIONEERING WITH SCIENCE ＆ TECHNOLOGY MONTHLY 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 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《 然》 登 自 刊 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 “ 玉 BT 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 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 Bor－ 国 laug， 世 界 粮 食 奖 获 得 者 、 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、 利避害、 范管理， 使转 趋 规 基因技术能够健康发展。 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 它可以直 因， 目的基因的长度可达 100Kb 。 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 这种逆转录病毒被 宿主基因组 DNA 中去。 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。 （ 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。 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 2 3 陈吉美 ． 转 基 因 植 物 的 研 究 进 展 〔J〕． 德 州 学 院 学报， 2004 （ 2 ） 文 平 ， 王 仁 祥 ． 转 基 因 植 物 研 究 进 展 〔J〕． 生 物 学教学， 2005 （ 12 ） 郭黠， 谢辉， 何 承 伟 ． 转 基 因 动 物 研 究 进 展 〔J〕． 医学综述， 2006 （ 5 ） 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 （ 责任编辑 秋 实 林 洪） 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。