为什么植物可以转移基因(动植物基因转移中存在的问题)

写景散文2023-12-13 09:02:230
转基因植物为什么能够成为生物反应器:

因为转基因往往是将一个物种的基因转移到另一个物种里去,比如将人的

胰岛素合成

基因转移到大肠杆菌里面。因为人体自身合成胰岛素的能力有限,又不能直接从人的体内提取胰岛素,来用于治疗其他胰岛素合成不足或不能合成的病人。大肠杆菌由于可以接收外源的DNA并能够表达外源基因,自身繁殖速度极快,在很短时间内就可以产生大量个体。这样就可以把人的胰岛素合成基因转移到大肠杆菌内,通过培养大肠杆菌来获得人类所需要的胰岛素。这时大肠杆菌对人类来说就相当于一个生产胰岛素的反应容器,故称为

生物反应器

转基因植物

亦是如此。

举两种植物基因转移的方法?简述其原理。

嫁接:就是简单的植物基因互融方法,通过砧木和接穗,把不优良的基因融合成新的基因,以提高产量、优化性能、培育新种。

同属异种授粉。此种方法可有效降低品种的同化率,让下一代得到新的基因补偿和纠正。

嫁接的好处:既保持了砧木原性状,又扩展了接穗新特征。如果接穗在分枝枝条上,一棵树可以同时拥有很多种新品种,无论观赏,还是挂果,都异常出彩!

异种授粉的优点:让种子有性繁殖,实现一轮完整化的过程,避免无性繁殖的基因放大化。

即便采用以上两种方式转移基因,植物依然会出现基因返祖现象。杂交稻的返祖现象尤其严重,在优良品种中总会出现个别返祖现象。返祖现象的起因,就是基因不稳定性,主体基因强行压制了外来基因,导致恢复主基因,也就是返祖。

转基因植物的原理

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

ㄓㄨㄢˇ ㄐㄧ ㄧㄣ ㄐㄧˋ ㄕㄨˋ

领域

分子生物学

快速

导航

技术原理

技术分类

技术优势

部分争议

技术应用

技术安全性

相关法律和规定

发展过程

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] 。

技术原理

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]

转基因能让油炸食品变得更健康、菠萝变成粉色还更美味,愿意吃?

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技术分类

植物转基因技术

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。

动物转基因技术

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。

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。[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,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。

部分争议

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:

非期望效应

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] [7] [8]

过敏性

为什么大力发展转基因作物?怎么发展转基因作物?

转基因作物可以极大地提高产量,解决地球上人们的温饱问题。大大减少农药的使用,在一定程度上对人类有益生态环境。转基因作物可以帮助农民更好地管理害虫、疾病和杂草,提高粮食产量,减少农药和除草剂的使用。对农民来说,降低投入成本和提高产量可以增加农场收入。

粮食是一个国家战略问题。虽然中国基本实现了小康,粮食基本自给。但是粮食问题是一个动态的问题,因此,供需矛盾始终存在或是一个动态的过程。只要供需矛盾不能解决,我们就不能说中国的粮食问题已经解决。毕竟,中国的幅员辽阔,如果发生什么特别的事情,它可能是毁灭性的。

在环境方面,增加产量可以提高农田生产力,减少农田开发减少杀虫剂和除草剂的使用可以直接保护环境,同时减少耕地数量,减少土壤侵蚀和流失,保护土地,减少燃料消耗产生的二氧化碳排放,有助于缓解气候变化。然而,不仅仅是一年来国内城市化带来的农村粮食供给减少,人口增长带来的需求多样化需求,导致自然灾害的产生。还有可能的外部因素,包括低成本的外国粮食对国内市场的影响,导致国内农业下滑。

转基因作物的环境安全评价主要包括以下六个方面:与非转基因对照作物相比,转基因作物在自然环境中的生存竞争力、生存适应性和杂草风险评价基因漂移环境影响外源基因从转基因作物向其他植物、动物和微生物的转移。

转基因作物是通过基因工程将原始作物中的基因添加到其他生物的遗传物质中,去除有害基因以创造更好的作物。转基因技术可以用来改变动植物的特性,培育新品种。

植物遗传转化的原理

应用重组DNA技术、细胞组织培养技术或种质系统转化技术,有目的地将外源基因或DNA片段插入到受体植物基因组中并通过减数分裂获得新植株的技术

第一类:外源裸露基因的直接导入法;通过物理或化学的方法直接将外源目的基因导入植物基因组中。基因枪转法

第二类:载体介导的转化方法;通过将目的基因连接在植物表达载体上,随着载体DNA的转移而将外源目的基因整合到植物基因组中。农杆菌介导转化法,病毒介导的转化法

第三类:种质转化系统法;包括植物原位真空渗入法和花粉管通道法。(一)基因枪法;(1)原理:基因枪法把遗传物质或其他物质附着于高速微弹直接射入细胞、组织和细胞器。气体基因枪可在广泛的细胞型中得到瞬时的、稳定的和高效率的转化作用,气体基因枪有一个产生冲击波的特殊结构,在恰当的气压范围内从3.5MPa-10MPa,具有相应不同的可破裂膜,将包覆DNA的粒子穿越,射入在轰击室底部的靶细胞中。(2)程序与方法:(1)轰击微弹的制备(2)基因枪轰击参数(3)受体材料(4)轰击样品

植物的基因为什么可以植入动物体内?

植物的基因可以植入动物体内,那是因为编码基因因为具有很重要的基础功能在进化中具有保守性,所以动植物甚至微生物的基因在一定程度上可以互换并且也能发挥功能。至于把鲨鱼基因植入人体,不会患癌,这是不可能的,因为鲨鱼是软骨动物,软骨细胞本身不容易癌变(人的软骨细胞也很难癌变的),加上鲨鱼的生理特点,很少发生炎症,这也减少了癌症发生的几率,另外鲨鱼的寿命也不是很长,这也使得癌症的发生机会大大降低,生活环境相对稳定,这些都使得我们很难在自然界找到患癌的鲨鱼,这并不是因为它有特别的基因。事实上所谓的癌基因、抗癌基因都是相对的概念,癌基因的存在也是因为具有重要的生理功能,对生命而言不可替代,人表现为癌的表型是因为所谓的癌基因和抗癌基因之间的平衡出现了问题,这不是单纯引入一个抗癌基因就可以解决的,过分的强调抗癌性也会带来其他的后果,比如p53是一个著名的抗癌基因,很多癌细胞都表现为p53功能的失活,可是另一个极端的实验证实在小鼠中过表达p53虽然可以抑制癌的发生,小鼠终其一生都不患癌,但也会导致小鼠的早衰的发生,即小鼠具有较短的寿命,所以苛求用所谓的其他动物的抗癌基因植入人体来发挥抗癌功能貌似可行,实则不可取,癌的攻克还是依赖于生命科学基础研究的进一步突破