转基因技术的研究综述及利弊关系 范岩旻1 (上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院，上海市，200240) 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。通过对转基因技术的介绍，阐述了该技术的利弊关系，指 出只有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：转基因研究成果技术 Research of transgenic technology Zhang San (fanyanmin,Shanghai Jiao Tong University,Shanghai 200240,PR China.) Abstract: GM technology has the potential to make foods in greater quantity and of better quality available to populations that need it most The opportunity to improve the nutritional quality of food through GM technology is an exciting one Key Words:GM technology 差。而转基因技术所操作和转移的一般是经过明确 0引言 定义的基因，功能清楚，后代表现可准确预期。因 转基因技术是生命科学前沿的重要领域之一。 此，转基因技术是对传统技术的发展和补充。将两 自从人类耕种作物以来，我们的祖先就从未停止过 者紧密结合，可相得益彰，大大地提高动植物品种 作物的遗传改良。过去的几千年里农作物改良的方 改良的效率。 式主要是对自然突变产生的优良基因和重组体的 1转基因技术的介绍 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 转基因技术是指用人工分离和修饰过的外源 工杂交的方法，进行优良基因的重组和外源基因的 基因导入生物体的基因组中，从而使生物体的遗传 导入而实现遗传改良。因此，可以认为转基因技术 性状发生改变的技术，可分为转基因动物与转基因 是与传统技术一脉相承的，其本质都是通过获得优 植物两大分支。人们常说的“遗传工程”、“基因工 良基因进行遗传改良。但在基因转移的范围和效率 程”、“遗传转化”均为转基因的同义词。 上，转基因技术与传统育种技术有两点重要区别，1.1转基因植物技术 第一，传统技术一般只能在生物种内个体间实现基 转基因植物是指利用重组DNA技术将克隆的优良 因转移，而转基因技术所转移的基因则不受生物体 目的基因整合到植物的基因组中，并使其得以表 间亲缘关系的限制：第二，传统的杂交和选择技术 达，从而获得的具有新的遗传性状的植物。自1983 一般是在生物个体水平上进行，操作对象是整个基 年世界第一例转基因植物一一烟草问世以来仅20 因组，所转移的是大量的基因，不可能准确地对某 多年的时间，转基因植物的研究和应用就己经得到 个基因进行操作和选择，对后代的表现预见性较 了迅猛的发展，己有近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，己有 48个转基因植物品种被批准进行商业化生产。常见
1 转基因技术的研究综述及利弊关系 范岩旻 1 （上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院，上海市，200240） 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。通过对转基因技术的介绍，阐述了该技术的利弊关系，指 出只有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 研究成果 技术 Research of transgenic technology Zhang San 1 (fanyanmin, Shanghai Jiao Tong University, Shanghai 200240, PR China.) Abstract: GM technology has the potential to make foods in greater quantity and of better quality available to populations that need it most. The opportunity to improve the nutritional quality of food through GM technology is an exciting one Key Words: GM technology 0 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。 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。 1.1 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： 但是，人类对自然界的干预是否会造成潜在的尚不 (1)农杆菌介导转化法。农杆菌是普遍存在于土 可能预知的危险？大量转基因生物会不会破坏生 壤中的一种革兰氏阴性细菌，它能在自然条件下趋 物多样性？转基因产品会不会对人类健康造成危 化性地感染大多数双子叶植物的受伤部位，并诱导 害？一些科学家们开始担心对生物、植物生命进行 产生冠瘿瘤或发状根。根癌农杆菌和发根农杆菌的 的“任意修改”，创造出的新型遗传基因和生物可 细胞中分别含有Ti质粒和Ri质粒，其上有一段 能会危害到人类。它们可能会对生态环境造成新的 TDNA,农杆菌通过侵染植物伤口进入细胞后，可 污染，即所谓的遗传基因污染，而这种新的污染源 将TDNA插入到植物基因组中。因此，农杆菌是 很难被消除。还有，转基因农作物和以此为原材料 一种天然的植物遗传转化体系。人们将目的基因插 制造的转基因食品对人体的影响也尚未有定论。 入到经过改造的TDNA区，借助农杆菌的感染实 目前，国内外学者对转基因技术的负面影响也作了 现外源基因向植物细胞的转移与整合，然后通过细 大量研究，出现了许多相关报道，如英国的权威科 胞和组织培养技术，再生出转基因植株。农杆菌介 学杂志《自然》刊登了美国康奈尔大学副教授约 导法起初只被用于双子叶植物中，近年来，农杆菌 翰·罗西的一篇论文，引起世界震惊。论文指出， 介导转化在一些单子叶植物（尤其是水稻）中也得 研究人员在实验室里把抗虫害转基因玉米“BT玉 到了广泛应用。 米”的花粉撒在苦苣菜叶上，然后让蝴蝶幼虫啃食 (2)基因枪介导转化法。利用火药爆炸或高压气 这些菜叶。4天之后，有44%的幼虫死亡，活着的 体加速（这一加速设备被称为基因枪），将包裹了 幼虫身体较小，并且没有精神。而另一组幼虫啃食 带目的基因的DNA溶液的高速微弹直接送入完整 撒有普通玉米花粉的菜叶，就没有出现死亡率高或 的植物组织和细胞中，然后通过细胞和组织培养技 发育不良的现象。论文据此推断，BT转基因玉米 术，再生出植株，选出其中转基因阳性植株即为转 花粉中含有毒素。另据报道，英国伦理和毒性中心 基因植株。与农杆菌转化相比，基因枪法转化的一 的实验报告说，与一般大豆相比，耐除草剂的转基 个主要优点是不受受体植物范围的限制。而且其载 因大豆中，防癌的成分异黄酮减少了。与普通大豆 体质粒的构建也相对简单，因此也是目前转基因研 相比，两种转基因大豆中的异黄酮成分减少了 究中应用较为广泛的一种方法。 12%~14%,还有巴西坚果事件等。 (3)花粉管通道法。在授粉后向子房注射含目的 面对国际上出现的种种关于转基因作物的争议，许 基因的DNA溶液，利用植物在开花、受精过程中 多科学家、学术团体纷纷以各种形式发表对转基因 形成的花粉管通道，将外源DNA导入受精卵细胞， 技术的支持态度。由美国Tuskegee大学Prakash教 并进一步地被整合到受体细胞的基因组中，随着受 授2000年1月起草的题为“科学家支持农业生物 精卵的发育而成为带转基因的新个体。该方法于20 技术的声明”，己征集到世界上3000多位科学家的 世纪80年代初期由我国学者周光宇提出，我国目 签名，其中包括DNA双螺旋结构的发现者、诺贝 前推广面积最大的转基因抗虫棉就是用花粉管通 尔奖得主James Watson,绿色革命的创始人、诺贝 道法培育出来的。该法的最大优点是不依赖组织培 尔奖得主Norman Borlaug,世界粮食奖获得者、国 养人工再生植株，技术简单，不需要装备精良的实 际水稻研究所首席育种家Gurdev Khush。该声明 验室，常规育种工作者易于掌握。 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 1.2转基因动物技术 的方法经常性地引入作物中。与传统的方法相比 转基因技术的利与弊 较，通过重组DNA技术引入新的或不同的基因并 科学家发明转基因技术的初衷是想利用该技术造 不一定会有新的或更大的风险，且商品化的产品的 福人类，既可加快农作物和家畜品种的改良速度， 安全性则由于目前的安全管理规则而得到了更进 提高人类食物的品质，又可以生产珍贵的药用蛋 一步的保障。遗传新技术为作物改进提供了更大的 白，为患病者带来福音。比如说，抗虫的转基因玉 灵活性和精确性。” 米不会被虫咬，可以让人们放心食用：将能产生人 因此，笔者认为和现代任何一项工业技术一样，转 体疫苗的基因转入植物食品，人们就可以在食用食 基因技术也具有两面性，有长亦有短。在发展转基 物的同时增加自身对疾病的抵抗力。 因技术等生物技术时，应该扬长避短、趋利避害、 2
2 的转基因植物技术有： （1）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 到了广泛应用。 （2）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。 （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 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。 1.2 转基因动物技术 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 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。 异性控制的机制：制作转基因动物的效率低，这是 2.2转基因技术的发展展望 目前几乎所有从事转基因动物研究的实验室都面 当前条件下，转基因技术还存在许多不足，还处于 临的问题，也是制约着这项技术广泛应用的关键： 不断的发展与完善之中，表现在：转基因表达水平 对传统伦理是一种挑战，对人类的生存有一定的负 低，许多转基因的表达强烈地位受着其宿主染色体 面作用等。但笔者相信只要通过科学家的进一步研 上整合位点的影响，往往出现异位表达和个体发育 究和各国对转基因技术的规范管理，保证转基因技 不适宜阶段表达，影响转基因表达能力或基因表达 术的研究和开发的健康而有序，制定相关的法律、 的组织特异性，从而使大部分转基因表达水平极 法规，健全转基因生物和转基因食品的管理，如对 低，极少部分基因表达水平过高：难以控制转基因 转基因作物进行监管，对转基因食品进行标识等， 在宿主基因组中的行为，转基因随机整合于动物的 应该更深入的了解转基因技术其中的奥秘，只有更 基因组中，可能会引起宿生细胞染色体的插入突了解它才能利用好它，让我们的生活更加美好和 变，还会造成插入位点的基因片段丢失，插入位点 谐，使公众对转基因技术有一个较为科学的认识， 周围序列的倍增及基因的转移，也可能激活正常状 主动地接受转基因食品，使转基因技术贴近民众， 态下处于关闭状态的基因：不了解哪些基因控制多 造福于人类。 数生理过程，不了解基因表达的发育控制和组织特 3
3 规范管理，使转基因技术能够健康发展。 2.2 转基因技术的发展展望 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，转基因随机整合于动物的 基因组中，可能会引起宿生细胞染色体的插入突 变，还会造成插入位点的基因片段丢失，插入位点 周围序列的倍增及基因的转移，也可能激活正常状 态下处于关闭状态的基因；不了解哪些基因控制多 数生理过程，不了解基因表达的发育控制和组织特 异性控制的机制；制作转基因动物的效率低，这是 目前几乎所有从事转基因动物研究的实验室都面 临的问题，也是制约着这项技术广泛应用的关键； 对传统伦理是一种挑战，对人类的生存有一定的负 面作用等。但笔者相信只要通过科学家的进一步研 究和各国对转基因技术的规范管理，保证转基因技 术的研究和开发的健康而有序，制定相关的法律、 法规，健全转基因生物和转基因食品的管理，如对 转基因作物进行监管，对转基因食品进行标识等， 应该更深入的了解转基因技术其中的奥秘，只有更 了解它才能利用好它，让我们的生活更加美好和 谐，使公众对转基因技术有一个较为科学的认识， 主动地接受转基因食品，使转基因技术贴近民众， 造福于人类