植物基因工程（二）

——植物转基因及其讨论

徐长发，华中科技大学，2016.11.28

本文续接植物基因工程（一）

六．目前植物基因工程的主要困难

在第四节中，介绍了植物基因工程理论上的实施路线，其中有困难的仅仅是某个基因片段的遗传功能识别问题。现在只能对少数植物和动物的特殊基因片段做出比较模糊的遗传性能识别，还不能做到大量的系统的识别，估计这项工作可能是太复杂也太难了，肯定有很多研究者正在攻克这方面的难关，这个难关的攻克之日就是植物（也包括动物）基因工程的爆炸式发展之时。

例如水稻的基因序列图谱已经完成，但水稻的DNA中，哪个基因片段是管植株高矮的（暂时用a表示），哪个是管穗粒大小的（暂时用b表示），哪个是管谷粒中的蛋白质含量的（暂时用c表示），至今没能识别。可以想象，如果能有这种识别技术的话，同样也可以识别其它植物DNA中和动物的基因片段的遗传特性，因为识别方法是一样的，当然会很容易地找出满足特性要求的外源基因片段。那么，水稻的DNA做基因重组就会变得很简单了。可用植株矮壮的基因片段替代a，用穗粒大的基因片段替代b，用蛋白质含量高的基因片段替代c。还可以直接插入抗虫基因片段，直接插入其它功能的基因片段。如此这般，新的水稻品种将会多么理想。

但是，人们目前还不能具体识别出水稻各个基因片段的遗传特性。现在还不能做到直接编辑重组DNA。人们现在只能借助于病毒能够改变植物基因的力量，走一条拐弯的路线，把一些有益的基因片段转移到植物基因中去。那么现有的转基因水稻，还有其他转基因农作物是怎么做到转基因的呢。

以前，研究者就已经发现了3种抵抗昆虫的基因片段。一是从微生物中分离出来的苏云金杆菌杀虫结晶蛋白基因(Bt基因)，它所产生的蛋白如果被昆虫吞食，因为昆虫是肠硷性的，它会使昆虫的肠道穿孔死亡；哺乳动物和人却是肠酸性的，吃了没有任何反应。二是从植物中分离出来的虹豆胰蛋白酶抑制剂基因(CpTI基因)，它所产生的蛋白会干扰昆虫的消化系统，会让昆虫饿死。三是植物凝集素基因(如雪花莲凝集素GNA)，它所产生的蛋白会使昆虫生病而死。其中Bt基因是当前应用最为广泛的杀虫基因。

研究者现在可以把抗虫的Bt基因转移到水稻DNA中去，注意是转移整合进去，而不是替换水稻的某个基因片段。转移如果是成功的，那么就获得了抗虫转基因水稻了。至于如何实现抗虫基因片段转移的，将在下节中介绍。

七．目前植物转基因所采用的载体转移方法

载体转移法的载体，目前仅限于农杆菌一种。

农杆菌是一种在土壤中生活的微生物，有一种农杆菌，它们的细胞中含有Ti（瘤诱导)质粒。

许多细菌中都含有质粒，质粒存在于染色体外，是一种很小的环状DNA分子，参见图2。当细胞的染色体复制后，质粒本身能够自主复制。细菌细胞中可能会含有一种或多种质粒。有些质粒含有某种抗药基因片段（如大肠杆菌中就有某种质粒，这种质粒中含有抗四环素的基因）；有些质粒可以赋予细胞额外的生理代谢能力；有些质粒会提高细菌的致病力，例如农杆菌中的Ti质粒，既含有提高致病力的基因片段又含有抗青霉素的基因片段基因。一般来说，质粒的存在不会影响宿主细胞的生存，但对宿主的遗传特性有表现。

图5。全球种植转基因作物的规模

世界上种植转基因植物，面积越来越大，国家也越来越多。现在，全球已经有30个国家批准种植转基因植物，共有35个科200多种转基因植物，有粮食型的，有水果型的，有花卉型的。

十四。转基因作物的研究进展及其前景

现在，植物转基因技术已经在人类的社会发展和经济进步中做出了巨大的贡献。从1983年成功获得首个转基因作物至今，人类已成功获得35科200多种转基因植物。从1986年首批转基因植物被批准进入田间试验至今，国际上已有数千种转基因植物进入田间试验。

毋庸置疑，现有的植物转基因技术已经极大地提高了人类的粮食供给和对抗恶劣气候环境的能力；植物转基因技术极大地降低了除草剂和杀虫剂等农药使用量，对保护日益恶化的生态环境做出了巨大贡献；植物转基因技术已经为人类带来了巨大的社会效益和经济效益。

现在全球对转基因技术的研究非常火热，研究的目的和方向也是多种多样的。只有你想不到的，你想到的可能就在研究之中。

从外源基因片段的来源来看，有的研究提取来源于植物的外源基因片段，有的研究提取来源于动物的外源基因片段，有的研究提取来源于微生物的外源基因片段。

从外源基因片段的功能来看，有的是抗各种昆虫的，有的是抗各种病毒的，有的是抗各种农药的，有的是提高光合作用效率的，有的是提高各种氨基酸合成能力的，有的是提高药物含量的，等等。

从转基因作物的种类来看，有的是粮食作物，有的是油料作物，有的是水果，有的是药材，有的是花卉，有的是园林植物，五花八门不一而举。

可是，人们早就盼望一种理想的城市林荫树种，遮阳好，无花粉，不生虫，还适当抗旱，为什么不能用转基因方法实现？有人在研究吗？

然而，植物转基因技术也有许多不尽人意的地方。例如现有的利用农杆菌作为载体转移抗虫Bt基因的过程中，首先将抗虫Bt基因整合到农杆菌中，再让目标植物被农杆菌感染，让农杆菌DNA整合到目标植物的DNA中，这才实现了抗虫Bt基因整合到目标植物的DNA中的目的，这两个过程基本上都是随机发生的，这就带来了一系列的转基因技术和安全性问题。一是抗虫Bt基因有没有被整合到农杆菌中，就目前的水平是要靠某个“标记基因”来识别的，例如农杆菌质粒中就含有抗青霉素的基因片段，这个抗药基因片段就是识别基因。二是抗虫Bt基因有没有被整合到目标植物的DNA中，也要靠这个标记基因来识别。这就是说，抗虫转基因植物的基因中不仅转入了抗虫Bt基因，同时也转入了标记基因和农杆菌中Ti质粒的T-DNA的其它基因片段，也可能转入了农杆菌的其它基因片段，究竟多转移了哪些基因片段是有随机性的，抗虫Bt基因最后整合到目标植物DNA中的什么位置也有随机性的。这些问题都会给转基因作物的性态确定，转基因食品的安全性确定带来一定的困难。

另外，为什么仅仅用农杆菌中Ti质粒作为载体呢，这是因为T-DNA的结构比较简单，人们对此分析得比较清楚。同样的人们对某些基因片段（例如抗虫基因片段，EPSPS合成酶的抗除草剂基因片段，抗盐基因片段）也认识得比较准确，用认识清楚的去实现转基因就比较好把握。

随着研究的不断深入，人们可分析清楚的基因片段一定会越来越多，分析基因片段功能的方法手段也越来越多，能够将植物基因序列做功能分析是指日可待的。同样的，对动物基因序列做出基因片段的功能分析也是可实现的，这又进一步促进了生物分子学的深入发展。到那时，就像第四节所叙述的那样，在充分识别DNA中各个基因片段功能的基础上，对植物DNA做编辑重组，就可以按照人们理想要求去创造出新的植物品种，对动物DNA做编辑重组，就可以按照人们的理想要求去创造出新的动物品种。

十五．人们对转基因植物担忧什么

现在很多人对转基因作物不放心，很多人对转基因作物的食用感到恐惧，有猜想型的，有以讹传讹的，他们自己也说不清，就说人吃了转基因作物的食品会影响身体健康。

目前有三种不同类型的转基因食品。

（1）植物性转基因食品，这是指以含有转基因的植物为原料的转基因食品。例如转基因小麦的面粉，以及饼干之类。

（2）动物性转基因食品，这是指以含有转基因的动物为原料的转基因食品。例如利用胚胎移植技术培养生长快、抗病强、肉质好的动物做成的制品。

（3） 微生物转基因食品，这是是指以含有转基因的微生物为原料的转基因食品。例如利用微生物的相互作用所生产出的益生菌产品。

各国都有食品安全性规定，所有转基因食品都必须要经过食品毒性，食品过敏性，抗生素抗性和营养价值的论证才能上市。

转基因食品的安全性评价方法是根据实质等同性原则制定的，这是有关的国际组织规定的，要在食品安全4项规定方面证明它们和传统对应物是实质等同的，只有这样，转基因作物的食品和饲料才能上市。

看看，想想，对转基因食品如此严格要求，我们还有什么不放心的。

有人说，“对人的健康影响是长期的，这些措施我还是不放心”，有证据你不信，只能靠自己去判断选择了。

有人说，“转基因食品如长期食用会影响人类遗传”，提出这种说法的人自己没有任何根据，却用一个短期内无法证明的说法来否定对方，既有点混淆视听又有点胡搅蛮缠。有常识会思考的人是不会相信这种鬼话的。其实，我们可以从哲学角度对此得到理解和判断。先从反面理解，用反证法。假设长期食用转基因食品会改变人的基因，会影响人的遗传这种说法是正确的，那么，由于人类吃虫子（虫子里也有异性基因）已经几千年了，并没有见到虫子基因改变人类遗传的表现，这就说明了人吃虫子不会影响人的遗传；同样类比，人吃转基因作物的食品也是不会改变人的遗传基因的。再从正面来理解。转基因作物经煮熟后，所有的植物基因都已经变为无活性的蛋白质和碳水化合物，这些营养物质怎么会影响人的基因呢。打个不太恰当的比喻，一个恶性肿瘤，它是基因变异的结果，如果把它高温煮熟，它不再有活性基因了，应该是可以食用的，难道不是吗？

现在也有很多人担心转基因植物会影响环境，例如转基因植物抗虫，抗虫基因会不会又转移到周围的植物中，周围的植物都抗虫了将会是什么局面。换句话说，转基因植物会不会让周围植物也改变基因，从而改变环境呢？

这种担心属于横向遗传问题，横向遗传就是杂交。在植物界有纵向遗传，即自身的DNA一代代传下去。也有横向遗传的表现，例如自然界中同科但不同品种的植物是怎么产生的？肯定是通过传粉，另一些植物的基因被整合进来了，这才造成品种的改变。然而，在植物中，杂交是有条件的，不是什么植物都可以在自然条件下杂交的。如果能够横向遗传，那也是一个漫长的过程。

同样的，某种转基因植物和哪些植物可能会杂交呢？怎么才能防止杂交呢？这是生物学家应该回答的问题。在第十二节，转基因作物环境安全性评价有6点要求，这正表明生物学家和管理者在对待基因漂移问题上是认真严肃的。

2016年6月29号，一百多名诺贝尔奖获得者向国际环保组织绿色和平、联合国和各国*发出倡议，公开信力挺转基因作物，已经有110多位诺奖得主在这封倡议联名信上签上了自己的名字，其中自然科学奖得主有100位，生理学或医学奖得主有41位。可能最终有近300名诺贝尔奖获得者参加支持。

总之，对转基因作物的担心已经是一个社会问题，但是事情总是会越辩越明的，支持转基因作物的人肯定是越来越多的，相信科学的人也肯定是越来越多的。

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