转基因技术简介

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DNA片段。DNA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。

“转基因”这个在全球承受无尽争议的词汇，成为2014年“科学美国人”中文版《环球科学》杂志年度十大科技热词之一。而争议的关键在于人类是否像自己所认为的那样，已经可以代替上帝改造自然。毕竟人类曾经认为地球是宇宙的中心。

(1)提取目的基因 

从生物有机体复杂的基因组中,分离出带有目的基因的DNA片段，或者人工合成目的基因，或从基因文库中提取相应的基因片段和PCR技术进行目的基因的增殖。

(2)将目的基因与运载体结合 

在细胞外,将带有目的基因的DNA片段通过剪切、粘合连接到能够自我复制并具有多个选择性标记的运输载体分子（通常有质粒、T4噬菌体、动植物病毒等）上，形成重组DNA分子。

(3)将目的基因导入受体细胞 

将重组DNA分子注入到受体细胞(亦称宿主细胞或寄主细胞) ,将带有重组体的细胞扩增，获得大量的细胞繁殖体。

(4)目的基因的筛选

从大量的细胞繁殖群体中，通过相应的试剂筛选出具有重组DNA分子的重组细胞。

(5)目的基因的表达 

将得到的重组细胞，进行大量的增殖，得到相应表达的功能蛋白，表现出预想的特性，达到人们的要求。

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。

人工转基因技术和人工杂交技术是两个概念

植物杂交技术是自体基因重组过程，不改变繁殖特性，但有组合优质基因的几率，基本不会产生变异基因，即没有剥夺其基本特性的作物。它可通过原生质体之间的融合、细胞自体细胞重组、自体遗传物质自由组合转移、自体染色体工程技术获得，不改变植物的遗传特性，可以提高优质率水平，从而培育出高产、优质、抗病毒、抗虫、抗寒、抗旱、抗涝、抗盐碱、等的作物新品种。

人工杂交技术可分为植物杂交和杂交畜牧

植物杂交是指近缘种间的有性繁殖，嫁接不属于此列。利用体细胞杂交技术可以做到远缘的杂交（比如紫菜甘蓝、番茄马铃薯）。

杂交畜牧是指两个不同近交系之间，优质品种的雌雄畜牧进行有计划的交配，杂交所产生的第一代动物，具有两亲本遗传的优质特性，用于改良家畜品质，有着正常的生长周期和正常繁殖能力的畜牧品种。

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，人工转基因技术与传统技术有着同样的目的，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，人工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，而人工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。而人工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，人工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。

目前，转基因技术已广泛应用于医药、工业、农业、环保、能源、新材料等领域。

药物领域

目前已有基因工程疫苗、基因工程胰岛素和基因工程干扰素等药物。其使用基因拼接技术或DNA重组技术（即转基因技术），指按照人们的意愿，定向地改造生物的遗传性状，产生出人类需要的基因产物，以此生产出的药物原料和药品。

基因工程疫苗

使用DNA重组生物技术，把天然的或人工合成的遗传物质定向插入细菌、酵母菌或哺乳动物细胞中，使之充分表达，经纯化后而制得的疫苗。应用基因工程技术能制出不含感染性物质的亚单位疫苗、稳定的减毒疫苗及能预防多种疾病的多价疫苗。

已经商业化使用的部分基因工程疫苗：

乙肝疫苗、丙肝疫苗、百日咳基因工程疫苗、狂犬病基因工程灭活疫苗、肠道病毒71型基因工程疫苗、产肠毒素大肠杆菌基因工程疫苗、轮状病基因工程疫苗、Asia Ⅰ型口蹄疫病毒(FMDV)的感染表位重组蛋白疫苗、弓形虫基因工程疫苗、肠出血性大肠杆菌基因工程疫苗等。

基因工程胰岛素

在2013年举办的第七届联合国糖尿病日主题活动上，与会专家指出“中国目前糖尿病患者数达1.14亿，全球的1/3”。糖尿病的病因是胰岛素分泌缺陷或其生物作用受损，所以最常用的治疗方法就是以注射胰岛素的方式补充人体内胰岛素。要获得胰岛素，最初只能从牛和猪的胰脏中提取。但是，每100千克动物胰腺只能提取出4-5克胰岛素，产量低，远不能满足患者的需求。

1980年代初，美国一家公司通过转基因技术实现了人体胰岛素的工业生产。其原理是，将人的基因中负责表达胰岛素的那一段“剪切”下来，转入大肠杆菌或者酵母菌里，通过后者的快速增殖达到人体胰岛素的大量生产。全球大多数糖尿病人才得到了很好的胰岛素治疗。

食品领域

利用分子生物学技术，将某些生物的基因转移到农作物中去，改造生物的遗传物质，使其在性状、营养品质、消费品质方面向人类所需要的目标转变，从而得到转基因农作物。以转基因生物为直接食品，作为原料加工生产的食品，以及喂养家畜得到的衍生食品，在广义上都可以称为转基因食品。因其安全性被广泛质疑，国际社会对其尚存有很大争议。

它的研究已有几十年的历史，但真正的商业化是近十年的事。90年代初，市场上第一个转基因食品出现在美国，是一种保鲜番茄，这项研究成果本是在英国研究成功的，但英国人没敢将其商业化，美国人便成了第一个吃螃蟹的人，让保守的英国人后悔不迭。此后，转基因食品一发不可收。据统计，美国食品和药物管理局确定的转基因品种已有43种。

自1996年首例转基因农作物产业化应用以来，全球转基因技术研究与产业应用快速发展。发达国家纷纷把发展转基因技术作为抢占未来科技制高点和增强农业国际竞争力的战略重点，发展中国家也积极跟进，并呈现以下发展态势：

一是品种培育速度加快。随着生命科学、基因组学、信息学等学科的发展，转基因技术研究日新月异，研究手段、装备水平不断提高，基因克隆技术突飞猛进，一些新基因、新性状和新产品不断涌现。品种培育呈代际特征，全球转基因生物新品种已从抗虫和抗除草剂等第一代产品，向改善营养品质和提高产量的第二代产品，以及工业、医药和生物反应器等第三代产品转变，多基因聚合的复合性状正成为转基因技术研究与应用的重点。

二是产业化应用规模迅速扩大。截至2009年底，全球已有25个国家批准了24种转基因作物的商业化应用。以转基因大豆、棉花、玉米、油菜为代表的转基因作物种植面积，由1996年的2550万亩发展到2009年的20亿亩，14年间增长了79倍。

美国仍然是最大的种植国，2009年种植面积9.6亿亩；其次是巴西，3.21亿亩；阿根廷，3.195亿亩；印度，1.26亿亩；加拿大，1.23亿亩；中国，5550万亩；巴拉圭，3300万亩；南非，3150万亩。值得一提的是，2000年以来，美国先后批准了6个抗除草剂和药用转基因水稻、伊朗批准了1个转基因抗虫水稻商业化种植；加拿大、墨西哥、澳大利亚、哥伦比亚4国批准了转基因水稻进口，允许食用。

三是生态和经济效益十分显著。1996至2007年，全球转基因作物的累计收益高达440亿美元，累计减少杀虫剂使用35.9万吨。2008年，全球转基因产品市场价值达到75亿美元。

转基因技术具有广阔发展前景。作为人口大国，粮食安全是关系到我国社会稳定的重大战略问题。我国人多地少，农业资源短缺，干旱、高温等极端天气时有发生，农业用水长期存在供需矛盾。要确保口粮绝对安全，中国人的饭碗里就要装中国粮，就必须突破资源约束。归根结底，依靠科技创新研发和应用具有抗病虫、提升作物品质等功效的转基因技术，是解决粮食、生态安全和农业可持续发展的重要途径。

转基因技术的研发实践表明，与常规育种技术结合，抗虫和抗除草剂等基因作物的种植不仅能提高产量，而且能减少农药的使用，提升农产品品质，保护生态环境。

目前，我国大面积应用的转基因植物主要是抗虫和抗除草剂作物。记者了解到，上世纪八九十年代，我国棉区棉铃虫大爆发，棉田大幅减产。美国公司转基因抗虫棉乘势而入，一度几乎占领我国华北棉区全部市场。1991年起，我国科学家开始转基因抗虫棉研究，8年后，国产抗虫棉开始大规模产业化。目前，国产抗虫棉种植面积已占全国抗虫棉面积的95%以上，为国家的棉花生产安全作出重大贡献