一、 什么是转基因？

1.转基因的概念

转基因，就是将不同来源的dna分子进行重组，克服了天然物种生殖隔离屏障。将具有某种特性的基因分离和克隆，再转接到另外的生物细胞内，从而可以按照人们的意愿创造出自然界中原来并不存在的新的生物功能和类型。通俗来说，就是一种生物体内的基因转移到另一种生物或同种生物的不同品种中的过程。

2.转基因在大自然中是常发生的事情

一般来说高等生物在自然界中转基因是通过有性生殖过程来实现的。例如，植物的花粉(含有雄配子)通过不同的媒介由一个植物“跑”到另一种植物，或“跑”到同一种植物的另一个品种花朵里边的雌蕊(含有雌配子)上并与其杂交，这种杂交的过程就产生了基因的转移。同样，例如在猫这种动物中，不同品种和类型的猫进行交配后产生了与父母都不一样的仔代，就是由于产生了基因的转移。

因此，转基因是大自然中每天都在发生的事情，只不过在自然界中，基因转移没有目标性，好的和坏的基因都可以一块转移到不同的生物个体。同时，通过自然杂交进行的转基因是严格控制在同一物种内或近缘种间(特别是在动物中)，或是亲缘关系很近的植物种类之间。

二、人类怎么把转基因给转了

地球上的生物是多种多样的, 大到恐龙、鲸鱼, 小到细菌、病毒和类菌原体, 然而它们都有一个共同点, 就是几乎都以dna (或rna) 来储存遗传信息, 而且所有生物的dna 基本结构是相同的。在这样的基础上, 现代生物工程技术可以使人们像连接不同颜色的绳索一样把不同生物的dna 连接起来。转基因技术就是将一种生物控制某个性状的遗传物质片段取出来, 再放入另一种生物中去, 使后一种生物具备新的性状。前一种生物改造后一种生物的遗传物质被称为目的基因。目的基因一般需要整合到合适的载体上才能进入后一种生物。前一种生物被称为供体, 后一种生物被称为受体。目的基因进入受体而使受体产生新性状的过程称为转化。转基因技术是指利用分子生物学技术，将某些生物的基因转移到其它物种中，改造生物的遗传物质，使遗传物质得到改造的生物在性状、营养和消费品质等方面向人类需要的目标转变。转基因技术在农业生产、动物饲养和医药研究等诸多领域有着广泛的应用前景。

1983年，世界上第一例转基因植物—一种含有抗生素药类抗体的烟草在美国成功培植。当时有人惊叹：“人类开始有了一双创造新生物的‘上帝之手’。”随后，“转基因”一词逐渐成为人们关注的焦点。随着转基因技术的问世，1993年，世界上第一种转基因食品——转基因晚熟西红柿正式投放美国市场。这种西红柿耐存储的特性使其货架寿命大大延长。此后，抗虫棉花和玉米、抗除草剂大豆和油菜等10余种转基因植物获准商品化生产并上市销售。据报道，抗病基因移植能有效保护农作物。一组国际科学家成功地将一种植物的抗病性基因转移到另一种植物上，从而可以更广泛地保护植物，防止病虫害造成巨大损失和破坏。

英国塞恩斯伯里实验所的西里尔．齐普费尔率领研究小组发现，通过将野生植物的一个单独基因移植到易感的农作物身上，能使它们对青枯病以及其他病害具有更强的免疫力。

研究人员在《自然—生物工艺学》上发表论文说，如果研究结果得到广泛应用，能防止给农作物造成巨大损失，避免因使用农药而对环境、卫生和经济造成的代价。塞恩斯伯里实验所负责人索菲恩．卡蒙说：“通过基因改造增强农作物的抗病性，极具意义和前景。”

研究小组已经开始将研究延伸至数种农作物，其中包括土豆、苹果、木薯和香蕉，这些作物易受细菌性病害侵袭，尤其是在发展中国家。

最近还有报道说，烟草有望成为生物燃料，经基因改造后烟草含油量大幅提高。深圳特区报讯，近日，美国研究人员说，烟草经由基因改造后含油量大幅提高，有望“变身”生物燃料，为解决当前能源危机提供新思路。

美国托马斯．杰斐逊大学生物技术基金会实验室研究人员维亚切斯拉夫.安德里阿诺夫说，同其他植物相比，烟叶能提出更多油和糖，是诱人的“能源植物”。

安德里阿诺夫的研究团队改变了烟草的基因，使烟叶含油量大幅提高。改造后烟叶可提取的烟油是普通烟叶的21倍。

研究成果发表于《植物生物工程学》杂志的一期生物燃料特刊。

美联社援引研究人员的话报道，烟叶不会直接提供动力，从烟叶中提取的油和糖才是真正的燃料。所以人们不必担心堵在车流中会吸入“二手烟”。

另外，烟草不是粮食原料，以烟叶提取物开发燃料不会减少食物来源，这是它相较大豆、玉米等农作物的优势所在。

1.植物转基因主要方法

（1） 农杆菌导入法 这种方法是将农杆菌与植物细胞共同培养, 用农杆菌携带整合目的基因的质粒去转化植物细胞, 然后通过组织培养, 获得转基因植株。农杆菌是一种革兰氏阴性土壤杆菌，1970年人们发现它是植物致瘤的起因，它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，植物细胞被侵染后形成肿瘤，能够诱发冠瘿瘤的称为根癌农杆菌，诱发毛状根的称为发根农杆菌。其中根癌农杆菌在转基因技术中的应用相对较多。根癌农杆菌的ti质粒上有一段转移dna（t-dna），具有向植物细胞传递外源基因的能力，而细菌本身并不进入受体细胞。农杆菌转化植物细胞涉及一系列复杂的反应，主要包括：①受伤的植物细胞为修复创伤部位，释放一些糖类、酚类等信号分子。②在信号分子的诱导下，农杆菌向受伤组织集中，并吸附在细胞表面。③转移dna上的毒粒基因被激活并表达，同时形成转移dna的中间体。④转移dna进入植物细胞，并整合到植物细胞基因组中。因为单子叶植物不是农杆菌的天然寄主，况且其不能合成起诱导作用的信号分子，所以限制了农杆菌介导法在单子叶植物中的应用。不过近年来大量成功转化的实例表明，植物、真菌、哺乳动物甚至人类细胞都可以作为农杆菌的受体

（2）基因枪法 这种方法用表面附着dna 分子(含目的基因) 的金属微粒, 经过加速装置, 轰击植物细胞, 将dna 直接射入植物带壁的细胞, 转化率可达8 %～10 %。这种方法不受受体种类限制,快速简单, 但设备昂贵。

（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.动物转基因的主要方法

（1）反转录病酶感染法 外源基因被插入反转录病毒的基因组中，通过病毒感染寄主细胞，外源基因被整合到受体基因组中。具体方法是在动物早期胚胎的培养液中加入载体病毒，或把胚胎放入培养病毒细胞中共培养；还可以把载体病毒注入囊胚腔获得转基因动物。世界上第一个转基因小鼠系就是通过这种方法产生的。它的优点是方法简单，不受胚胎发育阶段的影响，而且外源基因多位点，单拷贝整合、效率高，特别适用于转基因畜禽生产。另外，转基因动物中嵌合体比例大，经过几代选育才能获得纯系，病毒基因也干扰外源基因的表达。目前，这种方法还未得到阳性表达家畜。它的应用前景在两方面：一是用于畜禽抗病性的获得，病毒蛋白只需在动物机体中的少数细胞中表达可使畜禽获得全身免疫；二是直接感染乳腺上皮细胞，使外源基因在上皮细胞中表达，分泌外源蛋白进入乳汁中。

（2） 胚胎干细胞法 胚胎干细胞是全能性细胞，它与受精卵的核一样，在一定条件下可发育成完整个体。因此，通过一定方法如脂质体介导、电击或反转录病毒感染等，可把外源基因导入干细胞中，经过选择，把阳性细胞注入另一胚胎囊胚腔中，或与另一胚胎卵裂球聚合，可得到转基因动物。目前，小鼠上已获得成功，它的优点是可对转化的干细胞进行阳性选择，提高了转基因效率。随着家畜核移植技术的发展，可把阳性干细胞的核移入去核卵母细胞中，进一步提高转基因效率。缺点是第一代一般是嵌合体，很难把外源基因遗传给后代。由于家畜干细胞系没有完全建立，它的运用前途受到很大限制。

（3）显微注射法 外源基因可直接注入受精卵的雄原核中，当受体胚胎在进行dna合成或修复时，把外源基因整合到基因组中。它是目前最常用、最成功的方法，通过这种方法已获得转基因小鼠、兔、猪、牛、羊、鱼等多种动物。它的优点是可以把不同大小的重组dna注入原核。转基因阳性动物能有效地表达外源基因，是获得转基因动物最可靠的方法。它的不足是成本高、效率低，家畜的阳性率为1％，实验动物为3％。它只能在受精卵的原核期进行基因导入。导入基因的整合方式是单位点、多拷贝，外源基因以首尾相连的方式结合在一起，给整合位点的克隆带来困难。

（4 ）精子载体法

哺乳动物的精子经洗涤、获得处理后能携带外源dna，它与卵子受精时，把外源基因带入受体基因组中，达到基因导入的目的。现已证明牛、羊、猪、兔、鱼等多种动物的精子可携带外源基因。它的优点是利用精子的自然属性克服人为机械操作给胚胎造成的损伤。整合率高，小鼠、家兔达30％以上，成本低。缺点是结果不稳定，目前方法体系虽然还未完全建立，但它是最具发展前途的方法。它可以与体外受精、早期胚胎阳性选择和胚胎超低温保存技术相结合，使转基因技术更加实用化。

3．动物转基因技术的研究和进展

动物基因转移是继dna重组之后的又一新兴生物技术，是胚胎工程和遗传工程结合的产物。它是把人工重组的遗传信息导入早期胚胎或种细胞的基因组中，准确、快速地改变受体的基因结构，获得期望性状的转基因动物。在畜牧生产中，它能加快畜禽品种的改良，改善生产性能，提高畜禽抗病力；在生物学基础研究中，通过导入外源基因，研究动物个体发育过程中基因的表达调控规律等。

三、植物和动物转基因技术的成就

转基因作为一种生物工程技术，已广泛地展开，而且取得了很好的成果，具有巨大经济效益，下面就来谈谈这方面的问题：

1. 植物转基因技术取得的成就

（1） 转基因植物的地区分布

近年来转基因植物在全球的种植面积增长迅速, 种植转基因植物的国家从1992 年的1 个增长到1995 年的6 个, 1998 年9 个, 1999 年进一步扩大到12 个国家, 2001 年达15 个国家。全球转基因植物的种植面积, 1996 年仅为10x104 hm2 , 1997 年为1 100 x104 hm2 , 1998 年增长到2 780 x104 hm2 , 1999年又比1998 年增长44 % , 达3 390 x104 hm2 , 2000 年达4 420 x104 hm2 。其产量2000 年达2.1 x108 t 。美国转基因植物的商业化速度进展很快, 其推广应用在其它国家的前列。1994 年美国calgene 公司研制的转基因延熟番茄首次进入商业化生产, 到1998 年底就有30 多种转基因植物被批准进行商业化生产。1999 年全球转基因植物种植面积中, 美国占72 % , 达2 870 x104 hm2 ; 其次是阿根廷670 x104hm2 ; 加拿大400 x104 hm2 ; 我国名列第四位, 种植面积达30x104 hm2 但不到全球转基因作物总面积的1 %。

（2） 种植转基因植物种类

现在种植的转基因植物种类主要有: 大豆(占54 %) , 玉米(占28 %) , 棉花(占9 %) , 油菜(占9 %) , 马铃薯、西葫芦和木瓜的比例都在1 %左右。按转基因植物的性状划分: 抗除草剂占71 % ,其中抗除草剂的大豆(54 %) , 油菜(9 %) , 玉米(4 %) 和棉花(4 %) ; 抗虫转基因植物占22 % , 其中主要是抗虫玉米(19 %) 和抗虫棉(3 %) ; 抗虫兼抗除草剂的占7 % , 主要是抗虫兼抗除草剂玉米(5 %) 和棉花(2 %) ; 抗病毒和其它性状转基因植物的比例小于1 %。转基因植物的产业化, 尤其是转基因农作物的产业化, 由于提高了产量, 减少除草剂、杀虫剂等农药的使用量和节约大量劳力, 而带来巨大的经济效益和社会效益。近5 年来, 全球转基因植物种子的销售额成倍增长, 1995 年仅7 500 万美元, 1996 年增加了3 倍达2.135 亿美元, 1997 年和1998 年继续增长, 至1999 年高达21～23 亿美元, 至2000 年达到23～25 亿美元。

（3） 我国转基因植物研究与产业化发展

在国家“863”高新技术研究与发展计划及国家科技攻关计划的资助下, 我国转基因植物的研究和发展取得了显著的成绩, 有些研究已经达到国际先进水平。据生物技术学会1996 年统计, 我国投入研究开发的转基因植物达47 种, 涉及各类基因103 种。近年来有近20 种转基因植物进入了田间试验和环境释放阶段。至1999 年农业部批准可进行商业化生产的国内研制的转基因植物有5 种, 它们分别是: 抗虫棉花、改变花色的矮牵牛、延熟番茄、抗病毒的甜椒和抗病毒番茄。允许国外转基因作物在我国一定范围内商业化的主要有美国抗虫棉。到2000 年我国的转基因植物播种面积达50 x104 hm2 , 其中主要是抗虫棉。

2.动物转基因技术取得的成就

动物的转基因技术起源于本世纪70年代。1974年詹尼士（jaenisch）等开始用反转录病毒感染法，把病毒基因导入小鼠的胚胎中，1976年获得第一个转基因小鼠系。1980年，戈登(gordon)等把sv40dna（猿猴病毒）用显微注射法导入小鼠受精卵的原核中，获得两只转基因小鼠，1982年帕尔米特（palmiter）等把大鼠的生长激素也用同样方法导入小鼠基因组中，得到转基因小鼠的成年体重是对照的两倍。这两项结果揭开动物转基因技术发展的序幕，也使这一技术成为80年代最热点的动物生物技术之一。它很快被运用于大家畜中，1985年帕尔米特（palmiter）等把人的生长激素分别导入兔、绵羊和猪的基因组中获得成功，1988年邦迪奥利（bondioli）等获得转基因牛。这期间导入的外源基因多数与家畜生长有关，如生长激素（gh）基因、生长激素释放因子基因（grf）、类胰岛素释放因子（igf）基因等，研究者希望导入这些基因提高家畜的生产性能，如加快生长速度、提高饲料报酬、减少胴体中脂肪含量等。

1989年，parse1等对表达外源生长激素转基因猪的生产性能作了系统研究，发现在猪的最快生长时期，如果饲料中的粗蛋白和赖氨酸的含量增加，转基因猪的生长速度比对照快10％一15％、饲料报酬率提高16％一18％，胴体中脂肪降低80％。但由于转基因猪长期处于较高生长激素的体内环境，内分泌平衡遭到破坏，出现多种病态，如胃溃疡、关节炎、心包炎、皮炎、肾脏疾病、不育等。由于这些副作用的存在，转基因家畜寿命短，早期死亡率高，在生产上没有应用价值。因此，用转基因来提高家畜生产性能还依赖于人类对真核生物表达调控的深入了解，目前的水平还难以得到。但前期的经验、教训为转基因技术新的发展方向铺平了道路。

1987年，西蒙斯（simons）等把羊的b-乳球蛋白基因导入小鼠基因组中，阳性小鼠在乳腺中分泌出这种蛋白。同年，戈登（gordon）等也在转基因小鼠的乳汁中得到人组织血纤维蛋白溶酶原激活因子（tpa）。这两项成果给家畜转基因技术带来了新的发展方向：家畜乳腺生物反应器。即外源蛋白基因在乳腺特异性启动子的控制下，在家畜的泌乳期通过泌乳向外分泌外源蛋白。由于外源蛋白极少进入循环系统，因而外源基因的表达不影响家畜正常的生理活动。1988年，西蒙斯（simons）等从绵羊的乳汁里得到α-抗胰蛋白酶，后来克拉克（clark，1989）也从转基因绵羊的乳汁中获得抗凝血因子ix；布勒（buhler）（1991）等在家兔乳汁中获得人的白细胞介素-2。美国《生物技术》（1991）同时报道三个研究小组分别用转基因绵羊、山羊和牛生产外源蛋白喜获成功。赖特（wright）小组转基因绵羊乳汁中α-抗胰蛋白酶的含量高达35g/l；埃伯特(ebert)小组的转基因山羊乳汁中tpa的含量为1-3g／l; 金堡福特（kimperfort）小组把人的乳铁蛋白cdna导入牛的基因组中获得成功。进一步对这些阳性家畜进行研究表明，它们的生理功能没有受到破坏，并且把外源dna遗传给后代。生产的外源蛋白进行了翻译后加工，如糖基化、羧基化等，活性高，免疫原性小。与传统的药用蛋白生产相比，成本大大降低，是生产药用蛋白的理想途径。

到1995年止，已有近30种外源蛋白在乳腺中表达。除乳腺外，还可以从转基因家畜的血液得到外源蛋白，如人的血红蛋白、免疫球蛋白等，它们在血液中的存在也不影响家畜的正常生理活动。生物反应器当前存在的主要问题是克隆特异高效的调控序列和找到简单、高效的转基因方法。

1989年，lavitrano等把外源dna与获能处理后的小鼠精子共孵育30min后与卵母细胞体外受精，产出的后代中阳性率达30％。卡斯特罗(castro)等（1991）研究表明，兔、牛、猪、羊等家畜精子都有携带外源基因的特性。1994年，罗塔曼（rottaman）和斯奎尔斯（squires）分别用这种方法。获得了转基因兔、鸡，阳性率分别为63％、15％一25％。拉比特拉诺(lavitrano)小组已对精子携带外源dna的机理作了深入研究。他们认为在精子头部有一种30-35kd的蛋白与外源dna特异结合，并把dna转入精子的内部，受精后外源dna继续留在雄原核中，随染色体dna的合成或修复整合到受体基因组中。在正常生理条件下，精液中有一种抑制蛋白。当精子从附睾排出后与这种因子结合，精子失去与外源dna结合的能力，从而保证外源基因不被转入受精卵中，保持种的稳定性。精子载体法的成功使转基因的手段更为简化，效率提高，是80年代转基因技术的主要成就之一。