转基因技术 (transgene technique)

一、转基因技术 1.转基因技术的概念 转基因技术指的是将一个物种的特定基因通过人工的方法转入到另一种生物的细胞中，并使它获得了转入基因的特性。

2. 转基因技术的类型 转基因技术可分多个层次： 广义的讲，最基本的转基因技术就是基因工程，即将高等生物的基因通过体外重组后，转化入细菌或酵母细胞。 真正意义上的转基因技术是指转基因植物和转基因动物。它们多是将外源基因注入生殖细胞或受精卵子中，并让外源基因整合到其基因组中，并使其在胚胎及发育成熟的个体中获得表达，形成具有新特性的个体。

二、转基因植物 transgenic plant 转基因植物产生的必要性和必然性 ： 新的世纪已经来到，但人口增长与粮食匮乏的矛盾日益尖锐。目前全球人口已经超过60亿，据推测，2025年全球人口将达80亿，其中新增加的20亿人口又大部分集中在发展中国家。 诺贝尔奖获得者Norman Borlaug认为：“要想满足全球粮食的供给，将粮食单产比1990年提高80％，不可能寄希望于耕地面积的扩大和灌溉能力的提高，只有靠改良和选育出高产作物品种才能实现这一目标。而能实现这一目标的又唯有作物基因工程技术”

转基因的发展历程 1983年,比利时、德国、美国同时出现了烟草和牵牛花转基因作物。这开创了一个新的时代，即人们可以创造新奇别致的杂交物种。像新加坡生物学家独出心裁的地将萤火虫基因移植到兰花体内，使得转基因兰花荧光闪闪。 1992年，中国种植了世界上第一批商用转基因作物——转基因烟草。 1993年，全球首例转基因食品——一种软化缓慢的番茄投放美国市场。

转基因作物的推广应用现状据统计： 1996年度全世界转基因植物推广面积达170万hm2； 1998年和1999年全球转基因植物的推广面积进一步增加到了2780万hm2和3990万hm2； 2003年转基因作物的便于种植面积为6320万公顷。 4种主要的商业化转基因作物及比例分别是：大豆(占62%)、玉米(24%)、棉花(占9%)、欧洲油菜(占4%)。此外还常见的转基因植物有马铃薯、番茄、大米、烟草、甜菜等。

由于转基因作物的巨大优势，推广非常快。在美国，有近一半的大豆、棉花，超过三分之一的玉米、油菜是转基因作物。在超市的食品中有70%以上中含有转基因成分。 四种常见转基因作物的国家： 大豆：美国、加拿大、墨西哥、阿根廷、乌拉圭、南非、中国和罗马尼亚 油菜：美国和加拿大 玉米：美国、加拿大、南非、阿根廷、乌拉圭、洪都拉斯、西班牙、德国和罗马尼亚 棉花：美国、哥伦比亚、中国、印度和澳大利亚

各国结转基因作物的态度： 美国、澳大利亚率先于是1996年开始大量种植转基因作物，而且在美国，国民反对的人数不超过5%，所有转基因食品均不需标明转基因。 在欧洲，转基因作物和食品几乎全面遭到了环境保护者的反对，公众也普遍不接受。其中尤其以英国表现的最为突出。但欧盟议会已通过法律，允许转基因作物和食品进入欧洲市场，但必须有明确的标识。 我国对转基因作物和食品没有明确的法律限制，但目前人们对其也存在着很大争议。

转基因植物的原理

转基因植物带给我们的好处： 提高农作物的产量，提高植物能量的转化能力； 固氮能力的提高； 提高植物的生活特性，如抗倒伏、抗病虫害、抗旱、抗盐碱等能力； 提高农产品的质量，如保质期、口味； 提高药用植物有效成分的产量； 生产具有特色的经济作物，如彩色棉花； 将动物基因转入植物细胞，使植物获得动物的某些性状。

转基因啤酒 转基因香瓜与普通香瓜的比较 德国一家公司研制的一种转基因酵母生产的啤酒，其口感和味道都优于常规啤酒。 左图为存放了5天的普通香瓜；右图为存放了15天后的香瓜

转基因玉米与普通玉米根系的比较

不同的声音： 与人们传统的伦理道德相冲突。 观点主要是转基因技术开了一个不好的头，使人们可以随心所欲的改变一个物种的基因成分，这都是非自然的。上帝创造了世间万物，人如何能够随便更改呢？ 生命学家的不同声音 转基因植物将改变自然界物种的遗传特性，还可能造成“基因污染”。 环保主义者的反对声 对人类健康的潜在危害。

这张照片所反映的就是转基因食品与人们传统观念之间的冲突。

墨西哥是玉米的原产地，并且该国明确禁止转基因玉米在本国种植，但边界的另一边广泛的种植着转基因玉米，人们担心过若干年后还能否见到不被基因污染的玉米品种。右图是墨西哥另一原产物种——各种豆类的种子，它们也面临与玉米相似的境遇。 左图分别是泰国果农在抗议转基因木瓜对传统木瓜的冲击；中国云南农民在宣传抵御转基因水稻对本地原产水稻的侵袭。

绿色和平组织的工作人员正在展示非法进入中国的转基因水稻种子

1998年8月，Pusztai事件：英国阿伯丁的Rowett研究所普兹泰（Pusztai）博士，1998年秋天在英国电视台发表讲话，声称他用转雪花莲凝集素基因的土豆喂大鼠后，体重和器官重量减轻，免疫系统受到了破坏，引起国际轰动。 1999年5月，康奈尔大学的一个研究组在《Nature》杂志上发表文章，声称转基因抗虫玉米的花粉飘到一种名叫“马利筋”的杂草上，用马利筋叶片饲喂美国大斑蝶，导致44%的幼虫死亡。 以上两个例证为反对转基因食品的人提供了强有力的证据，被广为转载和宣传。但在实验室的重复性研究中，确得出相反的结论。 但这两个实验引起的社会效益是很难平息的

雀巢奶粉伴侣中含转基因成分引发的事件

世界上著名的婴儿食品制造企业——享氏食品中也发现了转基因成分

目前在超市中各种方便食品如雾里看花一般，人们无法辨别其真伪

三、转基因动物 transgenic animal

1．转基因动物的简史 1980年，J.W.Gordon等人首次报道用显微注射的方法向小鼠胚胎注射纯化的DNA，开辟了转基因动物研究的先河。 1982年，R.D.Palmiter等又报道用转移生长激素基因的方法，获得了7只转基因鼠，其中1只比一般小鼠大一倍，被称为巨鼠，引起极大的轰动。相继有转基因猪、鱼、兔和羊等问世。

转基因巨鼠

将MT启动子和大鼠GH基因接成的融合基因 7只鸡活到性成熟，1只公鸡给后代传递外源基因 国外转基因动物首创记录 年份 研究者 基因/转入方法 转入动物 结果 1980 Gordon HSV-TK 小鼠 78只子鼠中有2只为转基因鼠 1981 Constantini 兔珠蛋白基因 24只子鼠中9只为转基因鼠 1982 Palmiter 将MT启动子和大鼠GH基因接成的融合基因 侏儒小鼠 7只转基因中1只生长加快，明显增大 1985 Wagner 拼接有NEO基因的逆转录病毒 获得整合体小鼠 Hammer 制备转基因 兔、羊、猪 均获得成功 1986 Robertson MPSA-mos-Neo逆转录病毒 感染ES细胞 得到可遗传的转基因动物 1987 Thomas 利用ES细胞法结合同源重组技术 制备出Hprt基因定点突变的转基因小鼠 1988 Biery 牛 转基因牛成功 1990 Hochi 大鼠 转基因大鼠成功 1994 Love 线性质粒 鸡 7只鸡活到性成熟，1只公鸡给后代传递外源基因 Ono 基因微注射 鹌鹑 有46.6%胚体表达了外源基因 1998 Wilmut 绵羊乳腺细胞 绵羊 体细胞核克隆，获得绵羊“多利”

用体外获能的精子为载体，通过体外受精导入基因 国内转基因动物首创记录 年份 单位及研究者 基因/转入方法 转入动物 结 果 1984 发育所 陆德裕等 人珠蛋白 小鼠 个体大，基因可连续传递，但表型似不能保持 1986 史瀛仙等 牛及人 生长激素 DNA能转录成RNA的小鼠体型大，未能转录成RNA的小鼠体积小，说明基因在体内一定要转录成RNA，并翻译成蛋白质，才能起促进生长的作用。 1987 于建康等 大肠杆菌galk基因 产21只，2只DNA中含有大肠杆菌galk基因 1995 北京农大 陈永福等 ZPL线性化的DNA导入猪受精卵 猪 获转基因猪，为避免猪过早死亡，采用传代、后诱导表达法 1996 中国农科院畜牧所 黄少华等 微注射SMT-PGH基因到猪早期胚胎 妊娠率随移入胚胎数的增多而提高，以20-30为宜 1997 江苏农科院 范必勤等 用体外获能的精子为载体，通过体外受精导入基因 建立新的基因导入方法 1998 上海医学遗传研究所 曾溢滔等 人凝血因子 山羊 产出5只转基因羊，其中1只母羊乳汁中含有人凝血因子 1999 人血清蛋白 奶牛 移植8头牛，妊娠3头，生产1头公牛，携带有人血清蛋白基因

2．转基因动物研究概况 ⑴转基因动物在培育新品种中的应用 在转基因动物历史上，培育高效益的家畜、家禽和水生动物新品种曾经是研究工作的主流。受“巨鼠”的影响，人们期望能通过转基因动物的研究，获得快速生长、节约饲料、产毛多、产蛋多和抗病的动物新品种。 主要是将生长激素和类胰岛激素的基因转入动物体内，并且取得了良好的增长效果，但也表现出一系列病理性副作用，关节炎和胃病尤其明显。但转基因鱼是一个例外。

⑵动物生物反应器(animal bioreactor ) 用动物乳腺生产医用蛋白质的优点： 动物乳腺是一个自我封闭的系统，它表达的蛋白质绝大多数不会回到血液循环系统中去，可以避免大量表达的外源蛋白质对动物的健康造成危害。 乳腺组织是一种有效的蛋白质合成器，一头奶牛一年可产乳蛋白250-300千克，一只羊一年可产乳蛋白25-30千克。如果把百分之一的乳蛋白代换为医用蛋白质，产量十分可观。 乳腺组织可以对人体蛋白质进行正确的修饰和后加工，产品活性接近天然产品。 在动物乳腺表达的外源基因可以遗传，一旦获得成功，可以用常规畜牧技术繁殖产生群体。

动物乳腺产生医药产品的前景： 据美国的市场分析，利用转基因技术生产医药制品仅美国可达每年25亿美元。 表 美国市场对几种血液蛋白产品的年需求 第八因子 第九因子 G蛋白 抗凝血酶 血纤蛋白原 白蛋白 年需求量(千克) 0.3 4 10 21 150 315×103 现价（美元/克） 2900000 40000 10000 7000 1000 3.56 年销售额（百万美元） 882 162 100 150 150 1120 目前，国际上已成立数十家基因动物公司，转基因牛、绵羊、山羊、猪的成功实例有10多种，生产出的贵重药用蛋白有α1-抗胰蛋白酶、乳铁蛋白、人血清蛋白、人凝血因子Ⅸ、人凝血因子Ⅷ、抗-凝血酶Ⅲ、胶原、血纤蛋白原、蛋白质C等。

我国转基因动物的研究情况： 我国转基因动物研究的领军人物 ——中国工程院院士曾溢滔教授

1998年成功的培育出在乳汁中含人第九凝血因子的转基因羊。

1999年又成功的培育出在乳汁中含人血清白蛋白的转基因牛。

⑶抗病育种 将具有抗病能力的基因导入动物，使其具有较理想的抗病能力。目前已做的工作有： 抗猪瘟育种： 抗流感基因工程育种：1989年Young将INF基因质粒导入小鼠受精卵，获得表达，获得抗病转基因小鼠。 抗肿瘤动物模型：美国首先培育出易发乳腺癌的转基因小鼠，为研究癌诱发和抗肿瘤药物的筛选提供了研究的模型。迄今已培育出许多与癌基因有关的转基因小鼠。

⑷基因治疗 ⑸组织器官移植： 将人的标志基因移入猪，使其器官上具有了人的抗原标志，减小了排异反应。

各种带荧光的转基因动物

3.转基因动物的技术路线 ⑴经典的技术路线 先从已交配的供体动物的输卵管中采取受精卵； 显微注射法向受精卵的雄性核导入人工构建的药物蛋白基因； 经外科手术把已导入外源基因的受精卵移入同步发情的受体母羊输卵管内； 让受精卵在“养母”体发育至分娩出生； 用分子生物学技术检测出生小羊是否已整合了导入的外源基因。 该法的缺点：实验周期长，注射的外源基因整合率低。

⑵整合胚胎移植技术路线 该技术是对前种方法的改进。它利用了生殖技术中的体外受精技术，使精子和卵子在体外受精；然后找到一个最佳时机向体外受精的细胞显微注射药物蛋白基因。然后在体对胚胎体进行整合的鉴定。从中挑选有目的基因整合的胚胎进行移植。采用经阴道的非手术胚胎移植法，减少了对受精卵的损伤。

⑶核移植（克隆）技术路线 利用克隆技术进行转基因实验。即在进行克隆之前，先目的基因注射到将进行移植的核中，在按克隆技术进行操作。其成功率比经典技术路线高2.5倍。 ⑷整合卵受精技术路线 即在受精之前先将药物蛋白基因注射进入卵细胞，经检测已经完成整合后，再进行体外受精和胚胎移植。

4.转基因动物所引发的问题 伦理道德的问题： 安全性问题： 2001年年底，经德国四家机构共同研究，从饲喂3种转基因作物饲料的鸡身上，分别检测出了3种转基因的功能片段。 2006年3月，《参考消息》刊登出评论文章：如果人类无节制的进行转基因实验，到哪一天如果一只小鼠身上被转入的人基因超过50%时，这时的“小鼠”还能称为小鼠吗？