转基因技术的概念

1. 转基因技术的概念

2. 简述转基因技术的优点

转基因技术优势：
转基因技术被称为“人类历史上应用最为迅速的重大技术之一”。转基因技术与传统育种技术有两点不同：第一，传统技术一般只能在生物种内个体上实现基因转移，而转基因技术不受生物体间亲缘关系的限制，可打破不同物种间天然杂交的屏障，扩大可利用基因的范围；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，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。

由于转基因技术与传统技术的本质都是通过获得优良基因进行遗传改良，因此，将转基因技术与常规育种技术紧密结合，能培育多抗、优质、高产、高效新品种，大大提高品种改良效率，并可降低农药、肥料投入，在缓解资源约束、保障食物安全、保护生态环境、拓展农业功能等方面潜力巨大。

1）减轻病虫害危害，改善农业生态环境。全球转基因技术的研发与应用表明，抗虫和抗除草剂等转基因作物的种植不仅在提高农作物产量方面成效显著，而且在改善农业生态环境方面也显示出巨大优势。培育抗病虫、抗除草剂、抗旱、耐盐碱、养分高效利用等转基因新品种，将显著减少农药、化肥和水的使用，有利于缓解环境污染，改善生态环境。

2）降低生产成本，增加农民收入。由于转基因新品种在高产、优质、低耗等方面的优势。

3）拓展产业形态，提高产品附加值。目前，功能性和治疗性转基因食品、转基因生物能源和环保产品相继研发成功，部分转基因药物上市销售，使转基因品种正在由简单性状改良向复杂性状改良、由农业领域向医药、加工、能源、环保领域拓展等方向发展。

4）食品质量得到改善：转基因产品具有一定的抗逆性，部分生物属性得到加强，提高了食品的口感质量和营养价值，且某些具有抗虫性的植物不仅减少了农药的使用量，还可以保证食品表面无毒无公害，不会在人体内造成农药积累。

3. 转基因技术的主要分类

转基因过程按照途径可分为人工转基因和自然转基因，按照对象可分为植物转基因技术、动物转基因技术和微生物基因重组技术。人工转基因将人工分离和修饰过的基因导入到生物体基因组中，由于导入基因的表达，引起生物体的性状的可遗传的修饰，这一技术称之为转基因技术(Transgene technology)。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。如今，改变动植物性状的人工技术往往被称为转基因技术（狭义），而对微生物的操作则一般被称为遗传工程技术（狭义）。经转基因技术修饰的生物体在媒体上常被称为“遗传修饰过的生物体”（Genetically modified organism，简称GMO）。自然转基因不是人为导向的，自然界里动物、植物或微生物自主形成的转基因现象，例如慢病毒载体 里的乙型肝炎病毒DNA整合 到人精子细胞染色体上、噬菌体将自己DNA的插入到溶源细胞DNA上，农杆菌 和 花椰菜花叶病毒（CMV）等。植物转基因植物转基因是基因组中含有外源基因的植物。它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，有可能改变植物的某些遗传特性，培育高产、优质、抗病毒、抗虫、抗寒、抗旱、抗涝、抗盐碱、抗除草剂等的作物新品种，如玉米稻 、北极鳄梨、 转基因三倍体毛白杨。而且可用转基因植物或离体培养的细胞，来生产外源基因的表达产物，如人的生长激素、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。动物转基因动物转基因就是基因组中含有外源基因的动物。它是按照预先的设计，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。通过生长素基因、多产基因、促卵素基因、高泌乳量基因、瘦肉型基因、角蛋白基因、抗寄生虫基因、抗病毒基因等基因转移，可能育成生长周期短，产仔、生蛋多和泌乳量高，转基因超级鼠比普通老鼠大约一倍。生产的肉类、皮毛品质与加工性能好，并具有抗病性，已在牛、羊、猪、鸡、鱼等家养动物中取得一定成果。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。因而，尝试将外源基因导入线粒体，再送入受精卵中，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，从而解决这一问题。微生物重组在所有转基因技术中，以微生物基因重组技术应用最为宽泛和常见。与动植物不同的是，微生物重组技术通常需要用到专门的重组基因载体——质粒。质粒是一种细胞质遗传因子，因此具有不稳定的遗传特性。但相比于动植物，微生物 重组技术具有周期短、效果显著、控制性强的特点，因而广泛应用于生物医药和 酶制剂行业。经过多年的理论奠基，现已在微生物领域中开发出酵母表达系统、大肠杆菌表达系统和丝状真菌表达系统，其中毕赤酵母表达系统和大肠杆菌表达系统最受欢迎，具有表达效率高（外源蛋白占细胞总蛋白的10%至40%）、生产成本低的特点，一般常见的诸如胰岛素、白细胞介素、α-高温淀粉酶、重组人p53腺病毒注射液、啤酒酵母乙肝疫苗、抗生素 、饲料用木聚糖酶、壳聚糖酶等都由这两种表达系统生产的。

4. 转基因技术的基本原理

转基因技术的理论基础来源于进化论衍生来的分子生物学。基因片段的来源可以是提取特定生物体基因组中所需要的目的基因，也可以是人工合成指定序列的基因片段。基因片段被转入特定生物中，与其本身的基因组进行重组，再从重组体中进行数代的人工选育，从而获得具有稳定表现特定的遗传性状的个体。该技术可以使重组生物增加人们所期望的新性状，培育出新品种。

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。转基因技术的原理是将人工分离和修饰过的优质基因，导入到生物体基因组中，从而达到改造生物的目的。由于导入基因的表达，引起生物体的性状，可遗传的修饰改变，这一技术称之为人工转基因技术（Transgene technology）。

人工转基因技术就是把一个生物体的基因转移到另一个生物体DNA中的生物技术。具有不确定性。常用的方法和工具包括显微注射、基因枪、电破法、脂质体等。转基因最初用于研究基因的功能，即把外源基因导入受体生物体基因组内（一般为模式生物，如拟南芥或斑马鱼等），观察生物体表现出的性状，达到揭示基因功能的目的。

5. 有关转基因技术的资料

　转基因技术就是将人工分离和修饰过的基因导入到目的生物体的基因组中，从而达到改造生物的目的。常用的方法包括显微注射、基因枪、电破法、脂质体等。转基因最初用于研究基因的功能，即把外源基因导入受体生物体基因组内（一般为模式生物，如拟南芥或斑马鱼等），观察生物体表现出的性状，达到揭示基因功能的目的遗传转化的方法按其是否需要通过组织培养、再生植株可分成两大类，第一类需要通过组织培养再生植株，常用的方法有农杆菌介导转化法、基因枪法；另一类方法不需要通过组织培养，目前比较成熟的主要有花粉管通道法，花粉管通道法是我国科学家提出的。 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中细胞中分别含有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．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。 常用的动物转基因技术1．核显微注射法 　　核显微注射法是动物转基因技术中最常用的方法。它是在显微镜下将外源基因注射到受精卵细胞的原核内，注射的外源基因与胚胎基因组融合，然后进行体外培养，最后移植到受体母畜子宫内发育，这样分娩的动物体内的每一个细胞都含有新的DNA片段。-这种方法的缺点是效率低、位置效应(外源基因插入位点随机性)造成的表达结果的不确定性、动物利用率低等，在反刍动物还存在着繁殖周期长，有较强的时间限制、需要大量的供体和受体动物等特点。 　　详细步骤：在显微镜下，用一根极细的玻璃针（直径1-2微米）直接将DNA注射到胚胎的细胞核内，再把注射过DNA的胚胎移植到动物体内，使之发育成正常的幼仔。用这种方法生产的动物约有十分之一是整合外源基因的转基因动物。 2．精子介导的基因转移 　　精子介导的基因转移是把精子作适当处理后，使其具有携带外源基因的能力。然后，用携带有外源基因的精子给发情母畜授精。在母畜所生的后代中，就有一定比例的动物是整合外源基因的转基因动物。同显微注射方法相比，精子介导的基因转移有两个优点：首先是它的成本很低，只有显微注射法成本的1／10。其次，由于它不涉及对动物进行处理，因此，可以用生产牛群或羊群进行实验，以保证每次实验都能够获得成功。 3．核移植转基因法 　　体细胞核移植是近年来新出现的一种转基因技术。该方法是先把外源基因与供体细胞在培养基中培养，使外源基因整合到供体细胞上，然后将供体细胞细胞核移植到受体细胞——去核卵母细胞，构成重建胚，再把其移植到假孕母体，待其妊娠、分娩，便可得到转基因的克隆动物。 4．体细胞核移植法 　　先在体外培养的体细胞中进行基因导入，筛选获得带转基因的细胞。然后，将带转基因体细胞核移植到去掉细胞核的卵细胞中，生产重构胚胎。重构胚胎经移植到母体中，产生的仔畜百分之百是转基因动物。 5．显微注射法 　　在显微镜下，用一根极细的玻璃针（直径1-2微米）直接将DNA注射到胚胎的细胞核内，再把注射过DNA的胚胎移植到动物体内，使之发育成正常的幼仔。用这种方法生产的动物约有十分之一是整合外源基因的转基因动物。 6．体细胞核移植方法 　　先在体外培养的体细胞中进行基因导入，筛选获得带转基因的细胞。然后，将带转基因体细胞核移植到去掉细胞核的卵细胞中，生产重构胚胎。重构胚胎经移植到母体中，产生的仔畜百分之百是转基因动物。

6. 转基因技术的运用

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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。
    1.转基因动物技术

    1.1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。Gordon等和Palmiter等先后通过此方法获得转基因动物。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。王敏华(1996)报道用显微注射法转移抗瘟病毒核酸酶基因，获得了转基因兔。KrimPenfort运用体外培养胚胎再施用显微注射法获得了转基因牛
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，所以实验周期短。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

    1.2转录病毒载体法
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。通过此方法，Slater等得到了转基因鸡，Haskell得到了转基因牛。

    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：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。

    1.3胚胎干细胞介导法胚胎干细胞（Embryonic Stem Cell，简称ES细胞）是将基因导入胚胎于细胞；然后将转基因的胚胎于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。因此，可以将其作为一种载体，导入外源基因，获得转基因动物。即从早期胚胎的内细胞团经过体外培养建立起来的多潜能细胞系
    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，胚胎于细胞可以被克隆，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，胚胎于细胞介导法在小鼠上应用比较成熟，在大动物上应用较晚。Evans等（1981）用不同培养系统从小鼠囊胚的内细胞团分离并建立了多潜能干细胞克隆系；Stice和 
Strelchenko等（1996）获得了牛的胚胎干细胞。

7. 转基因技术的主要影响

 减少温室气体排量农业生物技术应用国际服务组织（ISAAA）发布2012转基因作物年度发展报告《Global Status of Commercialized Biotech/GM Crops: 2012》，指出2012年发展中国家转基因作物种植面积的增幅首次超过发达国家，并认为发展转基因作物可减少温室气体排量。ISAAA在年度报告中分析了转基因作物对环境的影响。报告指出，2011年全球转基因作物的种植节约了相当于47300公斤的杀虫剂，高产的转基因作物节省了相当于1.09亿公顷的耕地，同时其效果相当于减少了约230亿公斤的温室气体排放量。通常，种植转基因作物不需要大面积野外田间耕作。减少耕作能使土壤中保留更多的残留物，从而在土壤中捕获更多的二氧化碳，降低温室气体排放量。此外，较少的田间作业也必然降低燃料消耗和随之产生的二氧化碳排放。 转基因作物因为是人工制造的品种，我们可以把这些品种，看作为自然界原来不存在的外来种。一般说来，外来物种对环境或生物多样性，造成威胁或危险会有一段较长的时间。有时需10年的时间，或更长的时间。转基因作物商品化种植至今最长也就是5～6年的时间，一些潜在风险在这么短的时间内，不一定能表现出来。可是有些风险在实验室水平上已经证实。如Mikkelsen等证实抗除草剂转基因油菜的抗除草剂基因可以通过基因流在一次杂交、一次回交的过程已转到其野生近缘种中（Mikkelsen et al., 1996）。对于农田生态系统（Agro-ecosystem），同样存在各种风险，例如：导致杀虫剂用量增加（抗性的选择和转运到可相容的其它植物中）产生新的农田杂草（基因流和杂交）转基因植物自身变为杂草（插入性状的竞争）产生新的病毒（不同病毒基因组和转基因作物的病毒外壳蛋白的重组）产生新的作物害虫对非目标生物的伤害（食草动物的误食） 【真相】这个流言来源于2010年4月16日《俄罗斯之声》（一个俄罗斯的电台网站）上的一篇文章：《俄罗斯科学家证实转基因食物是有害的》。此文主要介绍了俄罗斯科学院生态与进化研究所研究人员Alexey Surov的一项研究结果。在这项研究中，研究人员将坎贝尔仓鼠分为四组，都喂给它们常规的食物。不同的是，一组的食物不添加任何东西，一组添加非转基因大豆，另一组添加转基因大豆，最后一组则添加更多的转基因大豆。结果发现，食用转基因大豆的那些仓鼠，他们的后代相比对照组，在生长速度和性成熟速度上都要慢，并且部分仓鼠失去了生育能力；此外，在第三代的仓鼠中还发现了嘴里长毛的畸形。那么，这个研究结论究竟有多可靠呢？首先，这项研究结果并没有正式发表在科学杂志上。我们检索了绝大部分重要的科学数据库（涵盖了几乎所有的重要的科学文献），都未能找到与Alexey Surov博士这项研究相关的论文。在著名的反转基因专家、国际畅销书《种子的欺骗》（这是一本关于转基因食品的最畅销的书籍。——《生态学杂志》）的作者Jeffrey Smith发表于2010年4月20日的一篇网络文章里，看到了关于这项研究更为详细的描述。Jeffrey Smith的文章特别提及Alexey Surov的这项研究预计将于3个月后（也就是7月份）发表。可惜的是，直到今天我们也没有看到这项研究结果的论文。我们无法猜测论文没有发表的原因，但可以肯定的是，没有通过“同行评议”机制的论文结论是不足信的。同时，作为一位科学工作者，在实验结果尚未发表时，就向媒体透露所谓的“科学结论”，也是极不负责任的行为。Alexey Surov的另一篇文章《一种新的器官异位：一些啮齿动物口腔中的毛发》 [3]于2009年发表于俄国国内杂志《Doklady Biological Sciences》。文章中描述了实验室饲养的仓鼠口中长出毛发的发现，并对毛发的生长分布、成分等作了介绍。在文末，作者并没有发现确切的原因，而是猜测说“可能是实验室饲养仓鼠用的大豆等食物中的含有的转基因成分或者是污染物质引起的”。事实上，这只是一个偶然的观察结果，而文章也并没有对产生这种畸形的原因进行考察，也就不能得出是转基因食物导致这种畸形的结论。

8. 下列各项属于转基因技术的是

答案C
A属于胚胎工程；B属于细胞工程；C属于基因工程；D属于基因复制。