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吴思凡转基因技术

字号+ 作者:admin 来源:小丑鱼-分享科普知识 2020-11-29 03:35

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吴思凡转基因技术

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  本词条由“科普中国”科学百科词条编写与应用工作项目

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  。

  转基因技术是指利用DNA重组、转化等技术将特定的外源目的基因转移到受体生物中,并使之产生可预期的、定向的遗传改变。转基因技术应用在人类社会各个领域 中,较为常见的包括了利用转基因技术生产的农作物,以及利用转基因技术生产疫苗等。含有转基因作物成分的食品被称之为转基因食品,其与非转基因食品具有同样的安全性。世界卫生组织以及联合国粮农组织认为:凡是通过安全评价上市的转基因食品,与传统食品一样安全,可以放心食用。

  [1-2]

  一连串基因研究工作开启了人类改造生物的新纪元,这种按照工程设计原理,利用现代生物技术手段达到预期目标的技术体系被称为“基因工程”或“遗传工程”。通常将植物基因工程称为“转基因技术”,所获得的产品被称为转基因植物或转基因作物,有时也使用“遗传修饰生物”或“工程作物”等名称

  [3]

  。

  中文名

  转基因技术

  外文名

  transgenic technology

  拼 音

  zhuǎn jī yīn jì shù

  注 音

  ㄨˇㄐㄧㄧㄣㄐㄧˋㄕㄨˋ

  领 域

  分子生物学

  1

  发展过程

  2

  技术原理

  3

  技术分类

  ?

  植物转基因技术

  ?

  动物转基因技术

  4

  技术优势

  5

  部分争议

  ?

  非期望效应

  ?

  过敏性

  ?

  生物多样性

  ?

  具体案例

  6

  技术应用

  ?

  医学上

  ?

  工业上

  ?

  农业上

  ?

  渔业上

  ?

  畜牧业上

  ?

  环境保护上

  7

  技术安全性

  ?

  所谓超级杂草问题

  ?

  农药使用量问题

  ?

  转基因技术对生态影响

  ?

  转基因食品的安全性

  8

  相关法律和规定

  编辑

  1953年,沃森(Watson JD)和克里克(Crick FHC)首次提出了DNA的双螺旋结构模型和半保留复制假说

  [3]

  。1966年,美国科学家尼伦伯格(Nirenberg MW)等破译了全部遗传密码,宣告了分子生物学的诞生。随着DNA限制性内切酶和DNA连接酶等工具酶的相继发现,为体外遗传操作提供了便利的工具

  [3]

  。1972年,美国科学家波义尔(Boyer HW)和博格(Berg P)等成功实现了将不同来源的两段DNA拼接在一起的工作,标志着DNA重组技术的诞生

  [3]

  。1974年,莫洛(Morrow JF)等率先在大肠杆菌中表达真核生物基因

  [3]

  。1978年,又实现了人脑激素和人胰岛素基因在大肠杆菌中的表达

  [3]

  。1983年,科学家首次完成了对植物(烟草)的遗传改造

  [3]

  。

  编辑

  转基因技术是利用现代生物技术,将人们期望的目标基因,经过人工分离、重组后,导入并整合到生物体的基因组中,从而改善生物原有的性状或赋予其新的优良性状。除了转入新的外源基因外,还可以通过转基因技术对生物体基因的加工、敲除、屏蔽等方法改变生物体的遗传特性,获得人们希望得到的性状。这一技术的主要过程包括外源基因的克隆、表达载体构建、遗传转化体系的建立、遗传转化体的筛选、遗传稳定性分析和回交转育等。

  [4]

  编辑

  植物转基因技术是采用克隆等方式,在受体细胞中置入外源DNA,代表性的使用方式如载体介导法、DNA直接摄取法。当前,应用最广泛,效果最理想的就是农杆菌介导法,该种方式是利用发根农杆菌等作为载体,在植物细胞中植入农杆菌,以实现细胞转化的目的。

  显微注射法就是利用玻璃针将DNA注入到动物胚胎细胞核,再将DNA移植到动物体,使其正常发育,是早期常用的动物转基因技术。体细胞核移植法就是先在体外来培养细胞,筛选优质基因,再将其移植到卵细胞,再移植至母体之中。

  编辑

  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。

  [5]

  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,吴思凡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。

  [5]

  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,已使全球转基因作物种植农户累计获得经济效益440亿美元,农民增收25%左右。抗除草剂转基因大豆的应用,实现了免耕密植,种植模式发生了革命性变化。我国棉农也因种植转基因棉花,每亩节本增收130元,农民累计增收250亿元。

  [5]

  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。

  [5]

  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。世界上还没有出现因为食用转基因产品而引起疾病的案例,我国获批的转基因水稻在历时十余年的安全性评价中均完全符合食品安全标准,且某些转基因农作物的食品安全评价指标甚至高于国际标准。5)具有不可估量的社会效益:在社会经济方面转基因技术可以提高物质生产率,成为拉动经济增长和质量提升的新动力。同时转基因技术在医药领域也具有一定的优势,以转基因技术为主导的健康产业将逐渐成为世界经济支柱性产业。在社会文化方面,转基因文化也是社会先进文化的重要组成部分,它在某种程度上也反映了一个国家的经济实力,反映了一个国家的国际地位。

  编辑

  有观点认为作物基因的改变可能会引起非期望效应,新引入的蛋白可能具有毒性或者过敏性问题;转基因作物里面的抗生素标记基因可能会导致抗生素治疗失效;转基因产品在生态环境的可能存在包括基因漂移、破坏竞争性和平衡等影响,还可能对生物多样性不利,针对这些质疑,科学界进行了长期研究和跟踪,并得出了以下权威结论:

  无论是杂交、诱变还是转基因,想得到我们预期的优良性状,都需要去改变作物的基因。杂交一次要“转入”成千上万个功能并不清楚的基因,会产生数量庞大到天文数字的基因组合;诱变则是通过物理、化学、辐射等特殊条件的诱导让作物基因发生不可预知的破坏和变化,既可能有我们需要的变化,也可能没有我们需要的变化,更可能有很多我们不需要的变化,转基因一次只“转入”一个或几个功能明确的基因。转基因技术相比较杂交等传统技术,在非预期性效应上概率更低,更加精准可控。

  [6-8]

  转基因食品入市前都要通过严格的毒性、致敏性、致畸性等安全评价和审批程序。转基因食品在进行安全评价时,绝对不允许转入表达致敏物和毒素的基因。只要转基因表达的蛋白质不是致敏蛋白和毒蛋白,这种蛋白质和食物中其他蛋白质没有本质的差别,都是营养物质,蛋白质进入胃肠就消化成小分子成分,提供人体的营养和能量。迄今为止,转基因食品商业化以来,没有发生过一起经过证实的食用安全问题。

  [9-10]

  转基因技术对基因进行精确定向操作的育种方法,效率更高,针对性更强。例如,抗虫棉花就是将苏云金芽孢杆菌中的杀虫蛋白基因转移到棉花中,从而能够专一性抑制棉铃虫发生,减少棉铃虫危害,减少农药使用,实现稳产增产、提质增效;抗除草剂作物就是将抗除草剂草甘膦的基因转入农作物,从而在使用除草剂(草甘膦)除草时就能够做到只除草而不危及作物,既增加了种植密度,有效去除杂草,又能降低劳动强度和除草成本,从而能够提高种植效益。

  [11]

  以我国国产转基因抗虫玉米和转基因水稻为例,经过室内外多点、多代遗传分析结果显示:在生存竞争力、基因漂移对环境影响、非靶标生物和多样性等几个方面的安全评估结果,均表明了这些国产转基因作物具有良好的环境安全性,不存在在农业生态、自然环境、生物多样性等方面存在问题。

  [12-13]

  编辑

  转基因技术已广泛应用于医药、工业、农业、环保等领域。

  医学中转基因技术的应用范围很广。动物转基因技术可以创造诊断和治疗人类疾病的动物模型,可克服单纯依靠自然突变体的局限。转基因技术还应用于蛋白质多肽药物的生产,如生产胰岛素、干扰素、免疫球蛋白、促红细胞生成素、尿激酶、人血红蛋白、人表皮生长因子、粒细胞等等珍稀药物;还可利用动植物生产疫苗,主要包括乙肝表面抗原基因,口蹄疫病毒蛋白基因,狂犬病病毒G蛋白基因等。转基因植物还可以生产功能性抗体以及生产工业上常用的糖类和工业用酶和脂肪等。

  工业领域的应用主要指在食品工业中的应用主要包括:(1)对工业发酵食品菌种如酵母菌和乳酸菌的改良;(2)生产食品添加剂和加工助剂;(3)制造有益于人类健康的保健成分或有效因子,携带不同目的基因的转基因动植物可以成为人类治疗各种疑难杂症的资源丰富的药库。

  转基因生物技术可以加快农作物的生长速度、增强抗病性、增加产量、增强对环境的适应能力、增强抵抗除草剂和杀虫剂的能力。全世界进入田间试验的转基因植物已超过500种,但国内转基因食品的范围还比较小。①将抗除草剂基因转入到栽种的作物里面,能有效地防治田间杂草,保护作物免除药害。从植物和微生物中已克隆出多种不同类型抗除草剂的基因。②昆虫对农作物生产危害极大,但对付昆虫的主要方法仍然是化学杀虫剂。将抗虫基因转入作物体内,由作物本身合成杀虫剂,使农作物本身具有抗虫特性,这样就会减少化学杀虫剂的使用。③将一些抗逆境基因克隆后转入植物可以提高植物对干旱、低温、盐碱等逆境的抗性。

  利用转基因技术可以改善鱼类养殖性能,增强其抗寒抗病能力,已有多种哺乳类和鸟类的基因被成功地整合到鱼类的基因组中,使转基因鱼的肌肉蛋白含量和饲料转换率明显提高,生长速度加快。此外还可以生产医药制品,譬如将人胰岛素基因导入斑马鱼卵子中,其受精孵化后可生成胰岛素产物。还可利用转基因技术培养观赏鱼等用途。

  转基因技术在畜牧业有着广阔的应用前景。首先可以改良畜禽生产性状。通过转基因技术,可使动物自身合成某些氨基酸,改变其生长调节系统,促进其生长性能,提高饲料的利用效率和缩短生长周期等。其次转基因技术的应用可以提高畜禽抗病能力。对于某些疾病,如果可以从抗该病的动物中提取有关基因,将其转移给易感动物品种,则有希望培育出抗该病的品种。此外,可将病原体致病基因的反基因导入畜禽细胞,使病原体所产生的mRNA不能表达,从而起到抗病作用。

  “DNA探针”可以十分灵敏地检测环境中的病毒、细菌等污染,且不易因环境污染而大量死亡,甚至还可以吸收和转化污染物。通常一种细菌只能分解石油中的一种烃类,用基因工程培育成功的“超级细菌”可以分解石油中的多种烃类化合物,有的还能吞食转化汞、镉等重金属,分解DDT等毒性物质

  [14]

  。

  编辑

  转基因技术从诞生之日开始,便带来了许多争议。比如说转基因技术应用于农业生产后,是否会对生态环境构成威胁,转基因产品是否会对人类健康构成伤害等。这些一直都是社会各界所广泛关注的热点问题。转基因技术当前已经不是一个简单的技术问题,开始演变为一个涉及政治、经济、法律、伦理等因素的复杂社会问题。北京理工大学管理与经济学教授、“转基因生物安全研究课题组”组长胡瑞法在京发表了“转基因农作物生物安全:科学研究进展与网络观点溯源”的研究报告。这是学术界首次从文献检索和数据分析角度对转基因话题做公开研究报告。据了解,该课题检索了美国《科学引文索引》论文(SCI)中有关转基因农作物的全部9333篇论文,对所有得出“不安全”、“有风险”结论的论文进行追踪,并对其后续研究进行分析。研究表明,绝大多数研究成果表明转基因技术是安全的。同时,有关转基因生物安全研究可以发现一个非常有趣的现象,即过一段时间总会出现一篇发现转基因产品出现问题的论文,然而这些论文一出现便很快引起强烈关注,均很快便被否定。对全部9333篇论文进行的分析和追踪表明,所有得出转基因食品不安全结论的论文,最后均被证明是错误的。国家“973”计划“农业转基因生物安全风险评价与控制基础研究”项目首席科学家彭于发评价这项研究“很有新意和说服力”。

  [15]

  有人认为,种植转基因作物违背了大自然的规律,会破坏生态环境,认为转基因作物将会诞生无法处理的“超级杂草”和“超级害虫”。但事实上,任何使用单一农药等手段进行抗虫抗草处理都会引发抗性的诞生,与转基因技术并没有太大关联。转基因农业作物在种植时已经针对相应担忧采取了措施,包括建立生物庇护所,多性状基因策略,加强虫害监测等手段来避免相关问题的出现。另外所谓的“超级杂草”名不副实,只需要转换其他类型的除草剂(如2,4-D等)就可以轻易杀死。而“超级害虫”的推论至今都没有科学证据可以证实。最后,所有经过批准的转基因农业作物上市前均要通过严格的安全监测,这其中就包括了生态环境安全相关检测。

  [16-17]

  根据英国咨询公司PGEconomics最近的数据分析,1996到2010年间,与转基因作物相关的农药使用量下降了9%。这段时期内,全球杀菌剂和杀虫剂的使用量下降了43.8万吨。预计未来几年仍将保持下降态势。其中,抗虫棉花和耐除草剂玉米品种农药用量的减少占了大头,各自减少达17万吨。棉花杀虫剂用量的降低使得环境所受影响减少26%,而玉米除草剂相关贡献在11.5%。玉米杀虫剂用量减少了4.3万吨,对环境的影响相应降低将近38%。大豆作为最广泛种植的转基因作物,1996至2010年期间,除草剂用量下降了1.4%,计2.88万吨,对环境影响降低了16.2%。2010年,转基因大豆除草剂用量突升7.7%,但对环境影响仍减少18%。除草剂用量突然回升是由于部分地区的草甘膦抗性杂草的滋生,需要使用非草甘膦除草剂防控。然而,与传统作物生产相比,仅使用除草剂带来的环境影响仍然有所改善。

  [18]

  大量权威数据表明,传统农业会对环境造成严重伤害,转基因技术可以大大减少农业对环境的影响。在第一个转基因作物商业化种植的10年取得的进展,包括杀虫剂的使用明显减少,化石燃料的节省,通过少耕或免耕减少CO2排放,通过除草剂耐受性的应用实施免耕种植来保持水土。1996—2008年,全球对农药活性成分的节约累计达到约3.56亿千克,相当于节约了8.4%的农药,这相当于在作物上减少了16.1%的杀虫剂。这些变化都会对农户收入、农民健康及农业生态环境改善有正面影响。具体到转基因抗虫水稻,我国科学家通过对转基因水稻和非转基因水稻种植农户的追踪调查,研究了处于生产性试验阶段大田种植的转基因水稻品种对农民生产和农民身体健康的影响。结果显示:转抗虫基因水稻品种较相对应的非转基因水稻品种增产6%~9%,种植转基因水稻品种可降低80%的农药施用量。这样,种植转基因抗虫水稻将降低稻农的生产投入,明显提高农民的收入。同时也因为降低了农药施用量而有效地改善了自然环境,并降低因为农药施用过程中对农民健康产生的负面影响。因此,中国的植物生物技术产业的发展,不但会提高中国在该领域的国际竞争力,也能明显提高国内农民收入,保护农民健康,降低农药污染,改善农业生态环境。公众质疑转基因作物的一个焦点是其对生态环境的安全性,主要包括对非靶标生物的影响、转基因作物外源基因飘移、对生物多样性的影响、转基因作物杂草性、靶标害虫的抗性进化等。我国对转基因作物的生态风险评价及管理非常重视,制定了一系列的转基因作物安全评价程序、方法和管理措施,如《农业转基因生物安全管理条例》、《农业转基因生物安全评价管理办法》、《转基因植物安全评价指南》等。我国科学家也对转基因抗虫水稻的环境风险做了相当充分的研究。大量研究结果说明:①现有转抗虫基因水稻所表达的Bt杀虫蛋白专一性很强,对非靶标生物没有毒性影响。②转基因Bt水稻与非转基因对照水稻相比,在有性生殖特性和生殖率、花粉传播方式和传播能力、有性可交配种类和异交结实率、花粉离体生存与传播能力、落粒性和落粒率、休眠性和越冬能力、生态适应性和生物量等性状上,均未发现明显的差异,在杂草性和入侵性方面也未发现差异。③转基因水稻基因漂移的基本规律与常规品种是一致的,而且没有发现转基因抗虫水稻外源基因漂移对农田生态和自然环境安全有不良影响。④田间试验结果显示,转基因水稻对非靶标害虫、稻田天敌、益虫、经济昆虫等主要昆虫种群结构和功能以及节肢动物多样性没有不良影响。⑤根据Bt棉花的利用经验,通过采取一定的措施,水稻螟虫对Bt蛋白的抗性发展是可以控制和治理的。

  [19]

  转基因食品与人类的健康和生存有着最为直接的关系,但转基因食品的安全问题一直是人类关注的焦点。实际上关于转基因食品的安全性是有权威结论的,即通过安全评价、获得安全证书的转基因生物及其产品是安全的。转基因食品的安全性问题受到国际组织、各国政府和消费者的高度关注。国际食品法典委员会(CAC)制定的一系列转基因食品安全评价指南,是全球公认的食品安全评价准则和世贸组织裁决国际贸易争端的依据。各国安全评价的模式和程序虽然不尽相同,但总的评价原则和技术方法都是按照国际食品法典委员会的标准制定的。转基因食品入市前都要通过严格的毒性、致敏性、致畸等安全评价和审批程序,比以往任何一种食品的安全评价都更加严格、具体。各相关国际组织、发达国家和我国已经开展了大量的科学研究,国内外均认为已经上市的转基因食品与传统食品同样安全。世界卫生组织(WHO)认为,“目前尚未显示转基因食品批准国的广大民众食用转基因食品后对人体健康产生了任何影响”。经济合作与发展组织(OECD)联合世界卫生组织(WHO)、联合国粮农组织(FAO)召开专家研讨会,得出“目前上市的所有转基因食品都是安全的”结论。欧盟委员会(EC)历时25年,500多个独立科学团体参与的130多个科研项目得出的主要结论是,“生物技术,特别是转基因技术,并不比传统育种技术危险。”国际科学理事会(ICSU)认为,“现有的转基因作物以及由其制成的食品,已被判定可以安全食用,所使用的检测方法被认为是合理适当的。”英国皇家医学会、美国国家科学院、巴西科学院、中国科学院、印度国家科学院、墨西哥科学院和第三世界科学院联合出版了《转基因植物与世界农业》,达成的共识是“可以利用转基因技术生产食品,这些食品更有营养、储存更稳定,而且原则上更能够促进健康,给工业化和发展中国家的消费者带来惠益。”一个不争的事实是,迄今为止,转基因食品商业化以来,没有发生过一起经过证实的食用安全问题。

  [20]

  编辑

  《农业转基因生物安全管理条例》《农业转基因生物安全评价管理办法》《农业转基因生物进口安全管理办法》《农业转基因生物标识管理办法》《农业转基因生物加工审批办法》《进出境转基因产品检验检疫管理办法》《中华人民共和国种子法》《中华人民共和国农产品质量安全法》《中华人民共和国食品安全法》《基因工程安全管理办法》(已废止)《农业生物基因工程安全管理实施办法》(已废止)

  [21]

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  参考资料

  1.

  盘点国际上权威组织对转基因的态度

  .农业部官方网站[引用日期2020-08-30]

  2.

  转基因食品与非转基因食品具有同样的安全性

  .农业部官方网站[引用日期2020-08-30]

  3.

  转基因技术的前世今生

  .万方.2019-04-21[引用日期2019-07-19]

  4.

  农业部农业转基因生物安全管理办公室.《农业转基因生物知识100问》:中国农业出版社,2011.6

  5.

  转基因技术与传统的杂交育种技术有何异同、优势是什么?

  .农业部官方网站[引用日期2020-08-31]

  6.

  问答转基因育种与杂交育种、诱变育种有何差别?有没有本质区别?

  .农业部官方网站[引用日期2020-10-02]

  7.

  一张图解读转基因育种技术与传统育种技术的异同

  .农业部官方网站[引用日期2020-10-02]

  8.

  转基因育种技术与传统育种技术有什么区别?

  .农业部官方网站[引用日期2020-10-02]

  9.

  转基因食品现在吃了没事,能保证子孙后代也没事吗?

  .农业部官方网站[引用日期2020-10-02]

  10.

  转基因食品的安全性有没有定论?

  .农业部官方网站[引用日期2020-10-02]

  11.

  转基因育种技术与传统育种技术有什么区别?

  .农业部官方网站[引用日期2020-10-02]

  12.

  关于转基因玉米环境安全

  .农业部官方网站[引用日期2020-10-02]

  13.

  关于转基因抗虫水稻环境安全

  .农业部官方网站[引用日期2020-10-02]

  14.

  转基因技术与食品安全性

  .万方.2018-09-28[引用日期2019-07-19]

  15.

  国内学者:“认为转基因不安全”均被证明是错的

  .农业部官方网站[引用日期2020-09-23]

  16.

  一图读解“超级害虫”和“超级杂草”

  .农业部官方网站[引用日期2020-09-23]

  17.

  种植转基因抗除草剂作物是否会产生“超级杂草”并破坏生态环境?

  .农业部官方网站[引用日期2020-09-23]

  18.

  转基因作物导致全球农药用量下降

  .农业部官方网站[引用日期2020-09-23]

  19.

  转基因抗虫水稻对农田生态环境安全吗

  .农业部官方网站[引用日期2020-09-23]

  20.

  转基因食品安全面面观,农业部农业转基因生物安全管理办公室.《转基因食品安全面面观》:中国农业出版社,2014-10

  21.

  中国对于转基因产品的管理法规--舆情频道--人民网

  .人民网[引用日期2020-09-20]

  

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