转基因与生态平衡

1、转基因植物概述摘要： 当前世界通用的转基因动植物制备方法。 转基因成果在研究和商业领域的应用。 人们对转基因食品的担忧及安全性论证。 转基因植物携带的非边缘性基因的潜在威胁。 植物转基因沉默在生态方面的一些构想。关键词： 外源基因、 耐除草剂植物、 基因漂流、 实质等同性、 转基因沉默早在欧洲大航海时代，当一些海员兴致勃勃地向别人描 述他们所遭遇的各种奇形怪状的生物时，总会有很多标榜正 统的教士和贵族不屑一顾地嘟哝“上帝是不会创造蠢东西” 之类的话语。现今，上帝离我们越来越远，而随心所欲地创 造生物离我们越来越近。转基因技术便是其中一种得力手 段。一、转基因技术 所谓转基因就是把外源基因整合到

2、动植物基因组中 去。而转基因动物和转基因植物制备方法是不同的。1转基因植物可通过原生质体融合、细胞重组、遗 传物质转移、染色体工程技术获得。转基因植物或离体培养 的细胞可用来生产外源基因的表达产物，如人的生长素、胰 岛素、干扰素、白介素 2、表皮生长因子、乙型肝炎疫苗等基因已在转基因植物中得到表达2转基因动物是按照预先的设计，通过细胞融合、 细胞重组、遗传物质转移、染色体工程和基因工程技术将外 源基因导入精子、卵细胞或受精卵，再以生殖工程技术，有 可能育成转基因动物。但由于转基因动物受遗传镶嵌性和杂 合性的影响，其有性生殖后代变异较大，难以形成稳定遗传 的转基因品系。由此，我想到了曾广为流传的

3、一则新闻。 2001 年，美国科学家在英国人类生殖杂志上发 表文章认为女性不孕是因为她们的线粒体存在缺陷，因此他 们利用一种名为卵质转移的技术，从健康妇女捐献的卵细胞 中提取出细胞质，并注入不育妇女的卵细胞，使 30 名不孕 妇女中的 12 人正常怀孕，并生下健康婴儿。而且科学家们 在检测时发现，其中至少有两名婴儿携带有捐献卵细胞的妇 女的额外遗传物质线粒体 DNA 。虽说美国科学家认为由于 婴儿的基因和基因组并未被修改，因此这些婴儿称不上是 “转基因婴儿” 。因而，尝试从受体动物细胞中分离出线粒 体，以外源基因对其进行离体转化，再将转基因线粒体导入 受精卵，所发育成的转基因动物雌性个体外培养

4、的卵细胞与 任一雄性个体交配或体外人工授精，由于线粒体的细胞质遗 传，其有性后代可能全都是转基因个体。 二转基因技术现况2000 年，全球的转基因作物面积已达 4420 万公顷， 几乎相当于英国国土面积的两倍。其中抗除草剂大豆面积达 2580 万公顷， Bt 玉米有 680 万公顷，占全球 6 个种植国 - 美国、加拿大、阿根廷、南非、西班牙和法国总面积的 15% 。 其它的 6 种转基因作物占 10% ，它们包括： 耐除草剂双低油 菜占 280 万公顷（ 6% ），抗除草剂玉米达 210 万公顷（5% ）， Bt 抗除草剂棉花为 170 万公顷（ 4% ），Bt 棉 150 万公顷 （3%

5、），Bt/ 耐除草剂玉米达 140 万公顷（ 3%）。同时，转基因技术在医疗领域也得到应用： 美国科学 家最新公布的一项临床研究结果表明，将阿尔茨海默氏症患 者的皮肤细胞进行基因改造，再移植到患者大脑中，能够使 患者脑力衰减的速度显著放慢。由此可见， 转基因技术的应用， 极大地减缓了粮食危机， 提高了医疗水平，但对于这样一种有着诸多好处的一技术， 却有不少人持反对态度。这引起我们下文的思考。三、转基因食品的安全性 食品安全性是转基因植物安全性评价的一个重要方 面。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。如“转病毒外壳蛋白基因的抗病 毒植物及其产品与田间感染病毒的

6、植物生产的产品都带有 外壳蛋白”，这类产品被认为是安全的。否则应进行严格的 安全性评价。在进行实质等同性评价时，主要有两方面。1 必须确保转入外源基因或基因产物对人畜无毒。如转 Bt杀虫基因玉米含有 Bt 杀虫蛋白。要评价它的安全性，则应 集中研究 Bt 蛋白对人畜的安全性。目前已有大量的实验数 据证明 Bt 蛋白只对少数目标昆虫有毒，对人畜安全。2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新的植物中，则会对过敏人群造 成不利的影响。如美国有人“将巴西坚果中的 2S 清蛋白基 因转入大豆，使大豆的含硫氨基酸增加”，因上述原因这个 产品不具实质等同性。2003 年

7、我国进口转基因大豆达到 2000 多万吨，主要 用于榨油业。也就是说，在发展中国家中国，人们已在不知 不觉中，大量消费转基因农产品了。然而，在转基因大豆的主产国美国，转基因大豆只用作 饲料。很明显，对转基因大豆安全性的担忧是美国人拒绝食 用的重要原因。报载，英国一位研究人用转基因土豆喂养实 验鼠 10 天后，其肾、脾和消化道都出现了损伤。而最近有 研究表明，北美的黑脉金斑蝶也深受转基因技术之苦。美国 研制出可以抵抗欧洲玉米螟（含 BT 基因）的玉米，这种玉 米花粉被风吹到附近的马利筋叶子上，造成以马利筋叶子为 食的黑脉金斑蝶的死亡。我们并不担心食用转基因食品而中毒。事实上，经过 现代科学层层检

8、验后的合格产品甚至比传统食品更安全。转基因的威胁主要在于它对生态平衡的影响，如“黑脉金斑 蝶死亡”事件，这种影响往往难以预料而又破坏力巨大，因 此我们必须防患未然。四、转基因植物与生态平衡 转基因植物克服了植物有性杂交的限制，基因交流的 范围无限扩大，可将从细菌、病毒、动物、人类、远缘植物 甚至人工合成的基因导入植物，以其为例，主要从三个方面 来考察它对自然的影响： 1若植物在获得新的基因后增加其生存竞争性，在生长势、 越冬性、种子产量和生活力等方面强于非转基因植株，且在 自然生态条件下生存，就会演化成杂草，势必会改变自然的 生物种群，打破生态平衡。2在自然生态条件下，有些作物会和周围生长的近

9、缘野生 种发生天然杂交，从而将自身的基因转入野生种。如果所转 基因是一个抗除草剂基因，就会使野生杂草获得抗性，增加 了杂草控制的难度，特别是多个抗除草剂基因同时转入一个 野生种时，将会带来灾难性的后果。但自然界物种为了保持 自身的稳定性、 纯洁性， 对遗传物质的改变是有严格控制的， 基因漂流仅限于种间或近缘物种之间。3通常所转基因都与抗虫或抗病相关，其直接作用对象是 其它生物。 如大面积和长时期使用， 昆虫有可能产生适应性， 那时，我们无疑又处于一种类似现今面对抗生素的怪循环之因此我们在转基因植物上主要需防止基因外流和昆虫抗 性的产生。可用不育株如三倍体来解决前者，一般通过种植 一定比例的自然

10、植株，以延缓昆虫产生抗性。五、转基因沉默人们对植物进行遗传转化的最终目的是让转基因在受体 植物基因组中得到稳定整合并在当代及其子代中得到有效、 稳定的表达，但是由于存在多种影响因子和限制因素，使得 转基因在受体植物中的表达往往事与愿违。现实证明，转基 因在受体植物中往往不能稳定表达，有时甚至完全不表达， 既出现了所谓的转基因沉默现象( transgene silencing )。 转基因沉默是指利用遗传转化方法导入并稳定整合进受体 细胞中的完整的外源基因在当代转化体或在其后代中表达 受到抑制的现象。1 机理主要有：位置效应(position effect )、转录水平的基因沉默(transcr

11、iptional gene silencing , TGS) 和 转 录 后 水 平 的 基 因 沉 默 ( post-transcriptional gene silencing ， PTGS )三种。1 )位置效应 ：位置效应是指基因在基因组中的位置对 其表达的影响。外源基因进入受体细胞核后首先整合到染色 质上，其整合位点与表达有密切的关系。2)转录水平的基因沉默 ：转录水平的基因沉默是 DNA 水平上基因调控的结果，主要是由启动子甲基化或导入基因 异染色质化所造成的。二者都和转基因重复序列有密切关 系。3)转录后水平的基因沉默：转录后水平的基因沉默是RNA 水平基因调控的结果，比转录水平的基因沉默更普遍。 特别是共抑制( cosuppression )现象尤是研究的热点。共 抑制是指在外源基因沉默的同时，与其同源的内源 DNA 的 表达也受到抑制。2、转基因沉默现象是生物遗传工程商品化和实用化的 巨大障碍，如何减少并克服转基因沉默已经成为世界各国生 物界亟待解决的问题。但是，为什么不换个角度去思考，别 总想着去征服什么，困难时可以去适应他。既然转基因沉默必然存在， 我们可以通过研究其机理， 寻 找植物本身被抑制的基因