轉(zhuǎn)基因技術(shù)的研究綜述及利弊關(guān)系

1、轉(zhuǎn)基因技術(shù)的研究綜述及利弊關(guān)系轉(zhuǎn)基因技術(shù)作為生命科學(xué)的前沿技術(shù)之一，已經(jīng)逐漸走 入了人們的生活。轉(zhuǎn)基因技術(shù)可以認(rèn)為是在一定程度上通過(guò) 科學(xué)技術(shù)手段讓其他生物、植物朝著對(duì)人類有利方向發(fā)展的 技術(shù)。通過(guò)對(duì)轉(zhuǎn)基因技術(shù)的介紹， 闡述了該技術(shù)的利弊關(guān)系， 指出只有通過(guò)正確的引導(dǎo)和規(guī)范管理，才能很好地利用該技 術(shù)，使它為人類服務(wù)。關(guān)鍵詞 轉(zhuǎn)基因技術(shù) 發(fā)展歷程 利弊關(guān)系1 前言轉(zhuǎn) 基因技術(shù)是生命科學(xué)前沿的重要領(lǐng)域之一。自從人類耕 種作物以來(lái)，我們的祖先就從未停止過(guò)作物的遺傳改良。過(guò) 去的幾千年里農(nóng)作物改良的方式主要是對(duì)自然突變 產(chǎn)生的 優(yōu)良基因和重組體的選擇和利用，通過(guò)隨機(jī)和自然的方式來(lái) 積累優(yōu)良基因。遺傳

2、學(xué)創(chuàng)立后近百年的動(dòng)植物育種則是采用 人工雜交的方法，進(jìn)行優(yōu)良基因的重組 和外源基因的導(dǎo)入 而實(shí)現(xiàn)遺傳改良。因此，可以認(rèn)為轉(zhuǎn)基因技術(shù)是與傳統(tǒng)技術(shù) 一脈相承的，其本質(zhì)都是通過(guò)獲得優(yōu)良基因進(jìn)行遺傳改良。 但在基因轉(zhuǎn)移的范圍和效率 上，轉(zhuǎn)基因技術(shù)與傳統(tǒng)育種技 術(shù)有兩點(diǎn)重要區(qū)別，第一，傳統(tǒng)技術(shù)一般只能在生物種內(nèi)個(gè) 體間實(shí)現(xiàn)基因轉(zhuǎn)移，而轉(zhuǎn)基因技術(shù)所轉(zhuǎn)移的基因則不受生物 體間親緣關(guān)系的 限制；第二，傳統(tǒng)的雜交和選擇技術(shù)一般 是在生物個(gè)體水平上進(jìn)行，操作對(duì)象是整個(gè)基因組，所轉(zhuǎn)移 的是大量的基因，不可能準(zhǔn)確地對(duì)某個(gè)基因進(jìn)行操作和選 擇，對(duì) 后代的表現(xiàn)預(yù)見(jiàn)性較差。而轉(zhuǎn)基因技術(shù)所操作和轉(zhuǎn) 移的一般是經(jīng)過(guò)明確定義的基

3、因，功能清楚，后代表現(xiàn)可準(zhǔn) 確預(yù)期。因此，轉(zhuǎn)基因技術(shù)是對(duì)傳統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展和補(bǔ) 充。 將兩者緊密結(jié)合，可相得益彰，大大地提高動(dòng)植物品種改良 的效率。2 轉(zhuǎn)基因技術(shù)的介紹 轉(zhuǎn)基因技術(shù)是指用人工分離和修飾過(guò)的外源基因?qū)肷?體的基因組中，從而使生物體的遺傳性狀發(fā)生改變的技術(shù)， 可分為轉(zhuǎn)基因動(dòng)物與轉(zhuǎn)基因植物兩大分支。人們常說(shuō)的“遺 傳工程”、“基因工程” 、“遺傳轉(zhuǎn)化”均為轉(zhuǎn)基因的同義詞。2.1 轉(zhuǎn)基因植物技術(shù)轉(zhuǎn) 基因植物是指利用重組 DNA 技術(shù)將克隆的優(yōu)良目的基因 整合到植物的基因組中，并使其得以表達(dá)，從而獲得的具有 新的遺傳性狀的植物。自 1983 年世界第一例 轉(zhuǎn)基因植物 煙草問(wèn)世以來(lái)僅 20

4、 多年的時(shí)間，轉(zhuǎn)基因植物的研究和應(yīng) 用就已經(jīng)得到了迅猛的發(fā)展，已有近1000 例轉(zhuǎn)基因植物被批準(zhǔn)進(jìn)入田間試驗(yàn)，涉及的植 物物種有 50 余個(gè)，已有 48 個(gè)轉(zhuǎn)基因植物品種被批準(zhǔn)進(jìn)行商業(yè)化生產(chǎn)。常見(jiàn)的轉(zhuǎn)基因植 物技術(shù)有：（1）農(nóng)桿菌介導(dǎo)轉(zhuǎn)化法。農(nóng)桿菌是普遍存在于土壤中的一 種革蘭氏陰性細(xì)菌，它能在自然條件下趨化性地感染大多數(shù) 雙子葉植物的受傷部位，并誘導(dǎo)產(chǎn)生冠癭瘤或發(fā)狀根。根癌 農(nóng)桿菌和發(fā)根農(nóng)桿菌的細(xì)胞中分別含有 Ti 質(zhì)粒和 Ri 質(zhì)粒， 其上有一段 T-DNA ，農(nóng)桿菌通過(guò)侵染植物傷口進(jìn)入細(xì)胞后， 可將 T-DNA 插入到植物基因組中。因此，農(nóng)桿菌是一種天 然的植物遺傳轉(zhuǎn) 化體系。人們將目的

5、基因插入到經(jīng)過(guò)改造 的 T-DNA 區(qū)，借助農(nóng)桿菌的感染實(shí)現(xiàn)外源基因向植物細(xì)胞 的轉(zhuǎn)移與整合，然后通過(guò)細(xì)胞和組織培養(yǎng)技術(shù)，再生出轉(zhuǎn)基 因 植株。農(nóng)桿菌介導(dǎo)法起初只被用于雙子葉植物中，近年 來(lái)，農(nóng)桿菌介導(dǎo)轉(zhuǎn)化在一些單子葉植物（尤其是水稻）中也 得到了廣泛應(yīng)用。（2）基因槍介導(dǎo)轉(zhuǎn)化法。 利用火藥爆 炸或高壓氣體加速 （這 一加速設(shè)備被稱為基因槍） ，將包裹了帶目的基因的 DNA 溶 液的高速微彈直接送入完整的植物組織和細(xì)胞中，然后通過(guò) 細(xì)胞和組織培養(yǎng)技 術(shù)，再生出植株，選出其中轉(zhuǎn)基因陽(yáng)性 植株即為轉(zhuǎn)基因植株。與農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化相比，基因槍法轉(zhuǎn)化的 一個(gè)主要優(yōu)點(diǎn)是不受受體植物范圍的限制。而且其載體質(zhì)粒 的

6、構(gòu)建 也相對(duì)簡(jiǎn)單，因此也是目前轉(zhuǎn)基因研究中應(yīng)用較為 廣泛的一種方法。（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，利用植物在開(kāi)花、受精過(guò)程中形成的花粉管通道，將 外源 DNA 導(dǎo)入受精卵細(xì)胞，并進(jìn)一步地被整合到受體細(xì)胞 的基因組中，隨著受精卵的發(fā)育而成為帶轉(zhuǎn)基因的新個(gè)體。 該方法于 20 世紀(jì) 80 年代初期由我國(guó)學(xué)者周光宇提出，我國(guó) 目前推廣面積最大的轉(zhuǎn)基因抗蟲(chóng)棉就是用花粉管通道法培 育出來(lái)的。該法的最大優(yōu)點(diǎn)是不依賴組織培養(yǎng)人工再生植 株，技術(shù)簡(jiǎn)單，不需要裝備精良的實(shí)驗(yàn)室，常規(guī)育種工作者 易于掌握。2.2 轉(zhuǎn)基因動(dòng)物技術(shù)轉(zhuǎn) 基因動(dòng)物是指用實(shí)驗(yàn)導(dǎo)入的方法將外源基因在染色體

7、基 因內(nèi)穩(wěn)定整合并能穩(wěn)定表達(dá)的一類動(dòng)物。 1974 年， Jaenisch 應(yīng)用顯微注射法，在世界上首次成功 地獲得了 SV40DNA 轉(zhuǎn)基因小鼠。其后， Costantini 將兔 - 珠蛋白基因注入小鼠的 受精卵，使受精卵發(fā)育成小鼠，表達(dá)出了兔卜珠蛋 白； Palmiter 等把大鼠的生長(zhǎng)激素基因?qū)诵∈笫芫褍?nèi)，獲得 “超級(jí)”小鼠； Church 獲得了首例轉(zhuǎn)基因牛。到目前為止， 人們已經(jīng)成功地獲得了轉(zhuǎn) 基因鼠、雞、山羊、豬、綿羊、 牛、蛙以及多種轉(zhuǎn)基因魚(yú)。主要的轉(zhuǎn)基因動(dòng)物技術(shù)包括有： （ 1）原核顯微注射法，又稱 DNA 顯微注射法，即通過(guò)顯微 操 作儀將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，發(fā)育成轉(zhuǎn)基因動(dòng)物。 其創(chuàng)始人是 Jaenisch 和 Mintz 等。此方法目前應(yīng)用較普 遍，現(xiàn)在的轉(zhuǎn)基因動(dòng)物研 究大都是在 Palmiter 等方法的基礎(chǔ)上有所改進(jìn)而進(jìn)行的。這 種方法的特點(diǎn)是外源基因的導(dǎo)入整合效率較高，不需要載 體，直接轉(zhuǎn)移 目的基因，目的基因的長(zhǎng)度可達(dá) 100Kb 。它 可以直接獲得純系，實(shí)驗(yàn)周期短。但需要貴重精密儀器，技 術(shù)操作較難，并且外源基因的整合位點(diǎn)和整合的拷貝數(shù)都 無(wú)法控制，易造成宿主動(dòng)物基因組的插入突變，引起相應(yīng)的 性狀改變，重則致死。（2）逆轉(zhuǎn)錄病毒載體法，指將目的基因重組到逆轉(zhuǎn)錄病毒 載體上，制成 高濃度的病毒顆粒，人為

9、感染著床前或著床 后的胚胎，也可以直接將胚胎與能釋放逆轉(zhuǎn)錄病毒的單層培 養(yǎng)細(xì)胞共孵育以達(dá)到感染的目的，通過(guò)病毒將外源目的基因 插 入整合到宿主基因組 DNA 中去。 這種逆轉(zhuǎn)錄病毒被用重 組 DNA 技術(shù)修飾后作為基因載體在應(yīng)用中優(yōu)于微注射法之 處為：無(wú)需要重排，可在整合點(diǎn)整合轉(zhuǎn)移基因的 單個(gè)拷貝； 將胚胎置于高濃度病毒容器中，或者與被感染的細(xì)胞體外共 同培養(yǎng)，或微注射雞胚盤里，整合有逆轉(zhuǎn)錄病毒的 DNA 的 胚胎率高。缺點(diǎn)是：需要生產(chǎn)帶有 轉(zhuǎn)基因的逆轉(zhuǎn)錄病毒； 插入逆轉(zhuǎn)錄病毒的基因有一定的大小限度；所得轉(zhuǎn)基因家畜 的嵌合性很高，而需要廣泛的雜交，以建立轉(zhuǎn)基因系；轉(zhuǎn)基 因的表達(dá)問(wèn)題尚未解 決。

10、（3）胚胎干細(xì)胞介導(dǎo)法是將基因?qū)肱咛ビ诩?xì)胞；然后將 轉(zhuǎn)基因的胚胎干細(xì)胞注射于動(dòng)物囊胚后可參與宿主的胚胎 構(gòu)成，形成嵌合 體，直至達(dá)到種系嵌合。其優(yōu)點(diǎn)是：在將 胚胎干細(xì)胞植入胚胎前，可以在體外選擇一個(gè)特殊的基因 型，用外源 DNA 轉(zhuǎn)染以后，胚胎干細(xì)胞可以被克隆，繼而 可以篩 選含有整合外源 DNA 的細(xì)胞用于細(xì)胞融合， 由此可 以得到很多遺傳上相同的轉(zhuǎn)基因動(dòng)物。缺點(diǎn)就是許多嵌合體 轉(zhuǎn)基因動(dòng)物生殖細(xì)胞內(nèi)不含有轉(zhuǎn)基因。目前，胚胎干 細(xì)胞 介導(dǎo)法在小鼠上應(yīng)用比較成熟，在大動(dòng)物上應(yīng)用較晚。3 轉(zhuǎn)基因技術(shù)的利與弊 科學(xué)家發(fā)明轉(zhuǎn)基因技術(shù)的初衷是想利用該技術(shù)造福人類，既 可 加快農(nóng)作物和家畜品種的改良速度

11、，提高人類食物的品 質(zhì)，又可以生產(chǎn)珍貴的藥用蛋白，為患病者帶來(lái)福音。比如 說(shuō)，抗蟲(chóng)的轉(zhuǎn)基因玉米不會(huì)被蟲(chóng)咬，可以讓人們放 心食用； 將能產(chǎn)生人體疫苗的基因轉(zhuǎn)入植物食品，人們就可以在食用 食物的同時(shí)增加自身對(duì)疾病的抵抗力。但是，人類對(duì)自然界的干預(yù)是否會(huì)造成潛在的尚不可能預(yù)知 的危險(xiǎn)？大量轉(zhuǎn)基因生物會(huì)不會(huì)破壞生物多樣性？轉(zhuǎn)基因 產(chǎn)品會(huì)不會(huì)對(duì)人類健康造成危害？一些科學(xué)家們開(kāi)始擔(dān)心 對(duì)生物、植物生命進(jìn)行的“任意修改” ，創(chuàng)造出的新型遺傳 基因和生物可能會(huì)危害到人類。它們可能會(huì)對(duì)生態(tài)環(huán)境造成 新的污染，即所謂的遺傳基因污染，而這種新的污染源很難 被消除。還有，轉(zhuǎn)基因農(nóng)作物和以此為原材料制造的轉(zhuǎn)基因 食品對(duì)

12、人體的影響也尚未有定論。目 前，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)轉(zhuǎn)基因技術(shù)的負(fù)面影響也作了大量研 究，出現(xiàn)了許多相關(guān)報(bào)道，如英國(guó)的權(quán)威科學(xué)雜志自然刊登了美國(guó)康奈爾大學(xué)副教授約翰羅西的一篇論文，引起世界震驚。論文指出，研究人員在實(shí)驗(yàn)室里把抗蟲(chóng)害轉(zhuǎn)基 因玉米“ BT 玉米”的花粉撒在苦苣菜葉上，然后讓蝴蝶幼 蟲(chóng)啃食這些菜葉。 4 天之后，有 44 的幼蟲(chóng)死亡，活著的 幼蟲(chóng)身體較小，并且沒(méi)有精神。而另一組幼蟲(chóng)啃食撒有普通 玉米花粉的菜葉，就沒(méi)有出現(xiàn)死亡率高或發(fā)育不良的現(xiàn)象。 論文據(jù)此推斷， BT 轉(zhuǎn)基 因玉米花粉中含有毒素。 另?yè)?jù)報(bào)道， 英國(guó)倫理和毒性中心的實(shí)驗(yàn)報(bào)告說(shuō)，與一般大豆相比，耐除 草劑的轉(zhuǎn)基因大豆中，防癌的成

13、分異黃酮減少了。與普通大 豆相比，兩種轉(zhuǎn)基因大豆中的異黃酮成分減少了12 %14，還有巴西堅(jiān)果事件等。 面對(duì)國(guó)際上出現(xiàn)的種種關(guān)于轉(zhuǎn)基因作物的爭(zhēng)議，許多科學(xué) 家、學(xué)術(shù)團(tuán)體紛紛以各種形式發(fā)表對(duì)轉(zhuǎn)基因技術(shù)的支持態(tài) 度。由美國(guó) Tuskegee大學(xué)Prakash教授2000年1月起草的 題為“科學(xué)家支持農(nóng)業(yè)生 物技術(shù)的聲明” ，已征集到世界上 3 000 多位科學(xué)家的簽名， 其中包括 DNA 雙螺旋結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn) 者、諾貝爾獎(jiǎng)得主 James Watson綠色革命的創(chuàng)始人、諾貝 爾獎(jiǎng)得主 Norman Borlaug ，世界糧食獎(jiǎng)獲得者、國(guó)際水稻研 究所首席育種家 Gurdev Khush 。該聲明稱，

14、“對(duì)植物負(fù)責(zé)任 的遺傳修飾既不新也不危險(xiǎn)。如抗病蟲(chóng)等諸多性狀已通過(guò)有 性雜交和細(xì)胞培養(yǎng)的方法經(jīng)常性地引入作物中。與傳統(tǒng)的方 法相 比較， 通過(guò)重組 DNA 技術(shù)引入新的或不同的基因并不一定會(huì)有新的或更大的風(fēng)險(xiǎn)，且商品化的產(chǎn)品的安全性則由 于目前的安全管理規(guī)則而得到了更進(jìn)一步的保障。 遺傳新 技術(shù)為作物改進(jìn)提供了更大的靈活性和精確性。 ” 因此，筆者認(rèn)為和現(xiàn)代任何一項(xiàng)工業(yè)技術(shù)一樣，轉(zhuǎn)基因技術(shù) 也具有兩面性，有長(zhǎng)亦有短。在發(fā)展轉(zhuǎn)基因技術(shù)等生物技術(shù) 時(shí)，應(yīng)該揚(yáng)長(zhǎng)避短、趨利避害、規(guī)范管理，使轉(zhuǎn)基因技術(shù)能 夠健康發(fā)展。4 轉(zhuǎn)基因技術(shù)的發(fā)展展望當(dāng) 前條件下，轉(zhuǎn)基因技術(shù)還存在許多不足，還處于不斷的 發(fā)展與完

15、善之中，表現(xiàn)在：轉(zhuǎn)基因表達(dá)水平低，許多轉(zhuǎn)基因 的表達(dá)強(qiáng)烈地位受著其宿主染色體上整合位點(diǎn)的影 響，往 往出現(xiàn)異位表達(dá)和個(gè)體發(fā)育不適宜階段表達(dá)，影響轉(zhuǎn)基因表 達(dá)能力或基因表達(dá)的組織特異性，從而使大部分轉(zhuǎn)基因表達(dá) 水平極低，極少部分基因表達(dá)水平過(guò) 高；難以控制轉(zhuǎn)基因 在宿主基因組中的行為，轉(zhuǎn)基因隨機(jī)整合于動(dòng)物的基因組 中，可能會(huì)引起宿生細(xì)胞染色體的插入突變，還會(huì)造成插入 位點(diǎn)的基因片段丟失，插入 位點(diǎn)周圍序列的倍增及基因的 轉(zhuǎn)移，也可能激活正常狀態(tài)下處于關(guān)閉狀態(tài)的基因；不了解 哪些基因控制多數(shù)生理過(guò)程，不了解基因表達(dá)的發(fā)育控制和 組織特異性控制 的機(jī)制；制作轉(zhuǎn)基因動(dòng)物的效率低，這是 目前幾乎所有從事轉(zhuǎn)基因動(dòng)物研究的實(shí)驗(yàn)室都面臨的問(wèn)題， 也是制約著這項(xiàng)技術(shù)廣泛應(yīng)