浅论转基因技术毕业论文.pdf

1 浅论转基因技术 引言 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。 2 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。从 20 世纪 80 年代末转基 因植物在美国问世至今，十多年来，该项技术正以日新月异的速度迅猛发展，但由于转基因生物及其产品 是否存在潜在风险尚无定论，故转基因生物及其产品的安全性成为全球的热点问题， 并引起世界各国政府 和许多国际组织的高度重视。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。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。通过对转基因技术的研究，了解该技术的利弊关系，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，转基因食品 3 1.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。 从 20 世纪 80 年代末转基因植物在美国问世至今， 十多年来， 该项技术正以日新月异的速度迅猛发展， 但由于转基因生物及其产品是否存在潜在风险尚无定论， 故转基因生物及其产品的安全性成为全球的热点 问题，并引起世界各国政府和许多国际组织的高度重视。 1999 年，联合国粮农组织（FAO）制定了植物保护公约 （PPC） ，提出优先考虑建立基因生物的风 险分析测试和释放标准。联合国环境署于 1998 年组织起草了生物多样性公约，已有 175 个国家签署并批 准了这一国际协议，现已正式生效。去年 9 月，联合国环境署经过努力，促成通过了卡塔赫纳生物安全 议定书 ，该议定书是第一部管理活性转基因生物体（LM O）的国际法规，是由 134 个国家的代表经谈判 达成的一个法律性文件。该议定书的核心是预防原则，目标是保证转基因生物及其产品的安全性，即确保 不 危 害 人 体 健 康 和 生 态 环 境 ， 强 调 在 缺 乏 足 够 的 科 学 依 据 情 况 下 ， 宁 可 对 LM O 采取严格的管理措施。为严格实施标签制度，议定书明确要求转基因货物要有清楚的标识。 卡塔赫纳 生物安全议定书将对转基因产品在国际贸易和生物技术方面的发展产生深远的影响。 目前国际上对转基因农产品主要有 3 种管理模式：一是宽松型。以美国为代表，只要经过 FDA 的有 关分析，达到要求即允许上市。二是严格型。以欧盟为代表的，对转基因潜在风险、产品实验、商品化与 环境释放等均做了严格的规定。三是实行标识制度，即由消费者自行选择。 1.1.1.1. 转基因植物技术转基因植物技术 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， 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： 1.1.11.1.1 农杆菌介导转化法。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 4 泛应用。 1.1.21.1.2 基因枪介导转化法。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。 1.1.31.1.3 花粉管通道法。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。 2.12.1 转基因动物技术转基因动物技术 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、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： 2.1.12.1.1 原核显微注射法原核显微注射法 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。 2.1.22.1.2 逆转录病毒载体法逆转录病毒载体法 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： 5 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。 2.1.32.1.3 胚胎干细胞介导法胚胎干细胞介导法 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。 2.转基因产品的发展 从第一株转基因植物至今，十多年来，转基因作物已批量进入大田试验，其中不少已经开始商业化生 产。如今，转基因作物已成为高新技术领域中发展最快的产业之一。尤其是 1996 年以来，转基因作物发 展速度之快、品种之多、来势之猛，出乎人们预料，目前还没有哪一种作物能超过它。其发展趋势可简要 归纳为 6 点。 2.1.2.1.播种面积不断扩大。播种面积不断扩大。 据国际农业生物技术应用服务机构的一份报告说，年度，全世界转基因谷物播种 面积达到万公顷，比上年度的万公顷增加。根据这份报告，美国转基因作物播种 面积最多， 占全球这类作物播种面积的； 阿根廷次之， 占； 加拿大和中国分别占和。 阿根廷播种的转基因作物主要是大豆。 在年度，阿根廷转基因大豆播种面积达 万公顷，其产量占本国大豆总产量万吨的。 2.22.2 作物品种相对集中。作物品种相对集中。 目前，转基因作物主要涉及大豆、棉花、油菜和玉米。去年，转基因大豆占到世界大豆种植总面积的 36。依次类推，棉花占 16，油菜占 11，玉米占 7。 2.3.2.3.分布国家增长了分布国家增长了 1 1 倍多倍多 全球种植转基因作物的国家数量已从 1996 年的 6 个增加到 2000 年的 13 个 （其中 8 个是工业化国家， 5 个是发展中国家） 。 2.4.2.4.大豆占种植品种的一半大豆占种植品种的一半 2000 年在全球转基因作物中唱主角的是转基因大豆，其面积占总播种面积的 58。在阿根廷，960 万公顷的大豆中有 95是转基因品种，美国、巴西的大豆绝大部分也都是转基因品种。 2.5.2.5.种类日趋分明种类日趋分明 目前全球转基因农作物主要分为抗除草剂转基因、耐除草剂转基因和抗虫性转基因等 3 大类。 6 2.6.2.6.商业化生产步伐加快商业化生产步伐加快 截至 2000 年 10 月底，世界各国批准商品化生产的转基因作物有 100 多个品种，包括大豆、玉米、 棉 花 、 油 菜 、 水 稻 、 番 茄 等 12 种 作 物 ， 用 这 些 转 基 因 作 物 生 产 加 工 的 转 基 因 食 品 达 4000 余种。美国市场上的包装食品中含有转基因成分的已占 60。 3.3.3.3.转基因技术的利与弊转基因技术的利与弊转基因技术的利与弊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、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，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 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， “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 7 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 转基因食品 在人类的科技发展史上，除了 40 年代中期发展起来的核技术外，恐怕没有像基因工程技术一样，在 全世界引起如此大的关注和争议了。生物技术是一把双刃剑,在给人类带来巨大利益的同时,也可能产生一 系列风险.转基因技术-改造自然还是破坏自然？造福人类还是给人类带来灾难性的毁灭？目前,转基因生 物的安全性引起了人们的普遍关注. 所谓转基因生物就是指为了达到特定的目的而将 DNA 进行人为改造的生物。在食品工业中，大豆和 玉米以及他们的加工品都是必不可少的原料，利用这些转基因原料制成的食品也是转基因食品。 目前，国际上通常称转基因食品为“有风险的食品” ，对它的利弊争论激烈。一方认为，转基因对人 不会有任何危险，而且转基因技术的应用给农业生产带来了革命。经过转基因的农产品比传统的农产品具 有更高的生长优势，而且可以添加额外的营养物质或除去某些不良物质，惠及生产商和消费者。而另一方 则认为，当一种功能基因被移入另一机体中，这种基因的功能可能发生不可预知的变化，而机体的相应反 应更不可预测。 另外疾病可能有很长的潜伏期， 而毒性物质对人体的危害也需要一个积累的过程才能显现。 转基因食品对人体的长期影响还难以有科学确定。 世界主要发达国家和部分发展中国家都制定了各自对转基因生物（包括植物）的管理法规，负责对其 安全性进行评价和监控。 我认为转基因植物是指科学家在实验室中通过基因工程方法， 把作物基因构成加 以改变，培育出的新品种。实际上，生命现象是十分复杂的，不一定经得起突如其来的“改变” 。我们无 法确定在转基因技术的“那一头” ，会不会潜伏着“异形”怪物。我们所能做的其实只是很粗糙、很原始 的一小部分。数十亿年来，大自然已经替我们完成了大部分的“生命奇迹” 。由于科技发展水平的限制， 人类对基因的活动方式了解还不够透彻，我们没有十足的把握控制基因重组后的结果。因此，有许多人担 心，人为地用基因技术改变生物，会打破生态平衡。还有人担心，所使用的 DNA 会取自一些携带病毒、 细菌或抗生素的动植物， 可能对食用者引发出许多不知名的疾病。 实际上， 这些担心已被证实， 并非是 “空 穴来风”和“杞人忧天” 。近年来席卷西欧国家、造成了巨大经济损失、危及人类健康、至今官司未了的 “疯牛病”事件。起初人们认为将动物骨粉及脏器经过高温消毒后作为畜用饲料是安全无害的，但若干年 后突然“冒出来”的不受核酸控制、不怕高温、可以传染的“疯牛病”蛋白质因子，导致了多例消费者染 病死亡，震惊了世界。经和组织（OECD）1993 年提出了食品安全性评价的实质等同性原则。如果转基因 植物生产的产品与传统产品具有实质等同性，则可以认为是安全的。反之，则应进行严格的安全性评价。 在进行实质等同性评价时，一般要考虑以下主要方面：一方面有毒物质 ，必须确保转入的外援基因或基 因产物对人畜无害。另一方面，过敏源，在自然条件下存在着许多过敏源，在基因工程中如果将控制过敏 源形成的基因转入目标植物，则会对过敏源造成不利的影响。 8 据了解，中国大陆目前正在进行研究的基因工程受体生物 92 种，而申报只有 22 种，从事此类研究的 单位 80 多个，申报安全性评价的只有 19 个。 但是最令人担忧的是基因工程安全评价没有一个完全合理的 办法。北京生物技术和新医药产业促进中心此次举办第七次生命科学前沿讨论会-基因工程和生物安全性 问题，邀请了部分在京的转基因专家，畅谈讨论，旨在为我国转基因生物安全管理出谋划策。 在转基因技术的研究和开发上，我国同样不能“先发展后治理” ，而应探索出有自己特色的研究发展 的路子。通过转基因方法培育的新品种，其安全性应该达到自然界中自然突变、化学物理诱变、有性杂交 等方法培育的品种水平。目前应该侧重应用基础研究，例如：新基因克隆，新方法发明，新系统创造， 模 拟传统育种方法重组基因的发生过程等，以确保转基因品种的安全性。 总之，转基因植物产品只有达到了与传统方法所育品种的产品一样安全时，才能被广大消费者接受， 才能有益于人类健康和社会进步。 结论 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