基因工程的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

1、. 題目：基因工程的現(xiàn)狀與開展趨勢【摘要】從20世紀(jì)70 年代初開展起來的基因工程技術(shù)，經(jīng)過40多年來的進(jìn)步與開展，已成為生物技術(shù)的核心容。生物學(xué)成為21世紀(jì)最重要的學(xué)科，基因工程及相關(guān)領(lǐng)域的產(chǎn)業(yè)將成為21世紀(jì)的主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)之一?；蚬こ萄?究和應(yīng)用圍涉及農(nóng)業(yè)、工業(yè)、醫(yī)藥、能源、環(huán)保等許多領(lǐng)域 。 【關(guān)鍵詞】 基因工程技術(shù)；應(yīng)用；前景；現(xiàn)狀 一、墓因工程的原理及研究容 基因工程是人們在提醒生命之謎的過程中建立起來的。早在300多年前，人們就發(fā)現(xiàn)，世界上生物盡管種類繁多，千姿百態(tài)，但都是細(xì)胞(如肉眼看不見的細(xì)菌等微生物)或者是由細(xì)胞構(gòu)成的(如現(xiàn)存的200多萬種多細(xì)胞動植物)。人們還發(fā)現(xiàn)，生物有遺傳和

2、變異的特征，遺傳保證了生物種類的延續(xù)不斷，變異則賦予生物種的進(jìn)化，保證生物種類對環(huán)境的適應(yīng)。而生物的所有特性及遺傳變異都是由生物體細(xì)胞的遺傳物質(zhì)所決定的，這種遺傳物質(zhì)就是被科學(xué)家稱之為脫氧核糖核酸(簡稱DNA)的大分子物質(zhì)，一般位于生物的細(xì)胞核。DNA是由許多核昔酸連接而成的高分子化合物，如把DNA比喻成長鏈條，核昔酸就是組成這鏈條的一個(gè)個(gè)環(huán)節(jié)。生物細(xì)胞核的DNA分子是由兩條成對的多核昔酸長鏈互相纏人類開場學(xué)會干預(yù)生物的變異，即通過雜交、篩選等方式改變生物物種的*些特性，使之有利于人類，如水稻、小麥等作物的育種，家禽家畜優(yōu)良品系的培育等，它是通過動植物父、母本交配繁殖時(shí)，生殖細(xì)胞DNA上相應(yīng)性

3、狀基因互相間可能出現(xiàn)的交換來實(shí)現(xiàn)的，這種交換的概率是人們不能控制的，所以選種的過程較為緩慢，需幾年乃至幾十年的時(shí)間，而且親緣關(guān)系相差較遠(yuǎn)的生物種之間很難雜交。而本世紀(jì)o年代初誕生的基因工程，則是按照人類的需要，從*種生物體的基因組中，別離出帶有目的基因(即所需基因)的DNA片段，運(yùn)用重組DNA技術(shù)，對這些DNA片段進(jìn)展體外操作，把不同來源的基因按照設(shè)計(jì)的藍(lán)圖，重新構(gòu)成新的基因組(即重組體)，再將重組DNA分子插入到原先沒有這類DNA片段的受體細(xì)胞(亦稱宿主細(xì)胞)的DNA上，并使其不僅能安家落戶，而且能傳種接代，即能準(zhǔn)確地把該外源基因的遺傳特性在新的細(xì)胞(宿主細(xì)胞)里增殖和表達(dá)出來。就像一臺機(jī)器

4、上的零部件拆下來安裝到另一臺機(jī)器上。在生物體中，這種生命零件就是基因。因?yàn)橛玫氖枪こ碳夹g(shù)的方法原理，故稱基因工程，亦叫遺傳工程。用這種方法所形成的雜種DNA分子與神話中的那種獅首、羊身、蛇尾的怪物頗為相似。 由于細(xì)胞很小，DNA分子更小，肉眼根本不可能看見，也無法用手或機(jī)械工具操作，為此科學(xué)家創(chuàng)造了許多特殊的技術(shù)和工具，還有操作方法和程序，這些都是基因再程研究的容，這些工作都非常復(fù)雜而艱巨。二、基因工程應(yīng)用于植物方面 農(nóng)業(yè)領(lǐng)域是目前轉(zhuǎn)基因技術(shù)應(yīng)用最為廣泛的領(lǐng)域之一。 農(nóng)作物生物技術(shù)的目是提高作物產(chǎn)量，改善品質(zhì)，增強(qiáng)作物抗逆性、抗病蟲害的能力?；蚬こ淘谶@些領(lǐng)域已取得了令人矚目的成就。由于植物病

5、毒分子生物學(xué)的開展，植物抗病基因工程也也已全面展開。自從發(fā)現(xiàn)煙草花葉病毒 (TMV)的外殼蛋白基因?qū)藷煵葜校?在轉(zhuǎn)基因植株上明顯延 遲發(fā)病時(shí)間或減輕病害的病癥，通過導(dǎo)人植物病毒外殼蛋白來提高植物抗病毒的能力，已用多種植物病毒進(jìn)展了試驗(yàn)。在利用基因工程手段增強(qiáng)植物對細(xì)菌和真菌病的抗性方面，也已取得很大進(jìn)展。植物對逆境的抗性一直是植物生物學(xué) 家關(guān)心的問題。由于植物生理學(xué)家、遺傳學(xué)家和分子生物學(xué) 家協(xié)同作戰(zhàn)，耐澇 、耐鹽堿、耐旱和耐冷的轉(zhuǎn)基因作物新品種 (系)也已獲得成功。植物的抗寒性對其生長發(fā)育尤為重要?？茖W(xué)家發(fā)現(xiàn)極地的魚體 有一些特殊蛋白可以抑制冰晶的 增長， 從而免受低溫的凍害并正常地生活在

6、寒冷的極地中。將這種抗凍蛋白基因從魚基因組中別離出來，導(dǎo)入植物體可 獲得轉(zhuǎn)基因植物 ，目前這種基因已被轉(zhuǎn)入番茄和黃瓜中。 隨著生活水平的提高，人們越來越關(guān)注口味、口感、營養(yǎng)成分、欣賞價(jià)值等品質(zhì)性狀。實(shí)踐證明，利用基因工程可以有效地改善植物的品質(zhì)，而且越來越多的基因工程植物進(jìn)入了商品化生產(chǎn)領(lǐng)域，近幾年利用基因工程改進(jìn)作物品質(zhì)也取得了不少進(jìn)展，如美國國際植物研究所的科學(xué)家們從大豆中獲 取蛋白質(zhì)合成基因，成功地導(dǎo)入到馬鈴薯中， 培育出高蛋白馬鈴薯品種，其蛋白質(zhì)含量接近大豆，大大提高了營養(yǎng)價(jià)值，得到了農(nóng)場主及消費(fèi)者的普遍歡送。在花色、花香、花姿等性狀的改進(jìn)上也作了大量的研究。另外，大豆轉(zhuǎn)基因技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)

7、域十分廣泛,主要應(yīng)用在抗除草劑改進(jìn)大豆品質(zhì)抗病蟲及抗逆境等方面。從1981年Whitely克隆了Bt(云金芽孢桿菌)毒白基因 crylA(b)以來，人們已從Bt中克隆出50多個(gè)毒素基因Benedict 等。認(rèn)為雖 Bt 基因已轉(zhuǎn)到大豆植物中，但表達(dá)量低抗蟲效果不理想。從植物中別離出的昆蟲的蛋白酶抑制基因，廣泛應(yīng)用的是豆胰蛋白酶抑制劑基因(CpTi)。對于許多給農(nóng)業(yè)生產(chǎn)造成重大經(jīng)濟(jì)損失的害蟲都具有抗性，由于 CpTi 的作用部位是酶活中心，所以CpTi所介導(dǎo)的抗性是比擬穩(wěn)定的Parrott4。報(bào)道已將 CpTi 轉(zhuǎn)入大豆攜有 CpTi 抗蟲基因的愈傷組織，已獲得正進(jìn)一步鑒定雷勃鈞等5應(yīng)用花粉管通

8、道法將種種間屬間外源總 DNA 成功導(dǎo)入受體大豆植株并獲得一些有價(jià)值的遺傳變異徐香玲等6用質(zhì)粒做介導(dǎo)已將 PKT54B7C5質(zhì)粒上的Btk-毒素蛋白基因?qū)霒|北大豆黑農(nóng)37黑農(nóng)39等品種大豆抗蟲基因已取得一些可喜進(jìn)展抗除草劑的大豆已被美國批準(zhǔn)進(jìn)入市場近年來轉(zhuǎn)基因大豆層出不窮轉(zhuǎn)基因大豆面積在全球轉(zhuǎn)基因作物面積中高居榜首。目前大豆基因組研究突飛猛進(jìn)隨著更高信息量的分子標(biāo)記技術(shù)的應(yīng)用和開展基因組缺乏的大量遺傳多態(tài)性的限制將被克制大量基因及各種性狀的 QTLs 的準(zhǔn)確定位將分子標(biāo)記輔助育種推向應(yīng)用基因克隆也已實(shí)施對于轉(zhuǎn)基因作物對人及動物帶來的毒副作用我國已建立了對轉(zhuǎn)基因作物進(jìn)展平安性評價(jià)的專門機(jī)構(gòu) 農(nóng)

9、業(yè)生物基因工程平安委員會并公布了相關(guān)的管理?xiàng)l例使轉(zhuǎn)基因作物的平安管理制度化在飽和遺傳圖譜和分子標(biāo)記的根底上,尤其是 QTLs 的分了標(biāo)記基因定位,使操作單個(gè) QTL 成為可能育種者可從單個(gè)主基因或單個(gè) QTL 直接選擇許多抗性基因被克隆轉(zhuǎn)基因大豆數(shù)量也逐年增多,2000 年占主導(dǎo)地位的轉(zhuǎn)基因大豆為全球轉(zhuǎn)基因作物的 58%且均為抗除草劑大豆轉(zhuǎn)基因大豆在 2000 年到達(dá) 2580 萬公頃種植面積位居各類轉(zhuǎn)基因作物之首25油分含量高蛋白含量高品質(zhì)好營養(yǎng)豐富抗性強(qiáng)等性狀將是大豆轉(zhuǎn)基因研究方向因而轉(zhuǎn)基因研究應(yīng)從單基因的轉(zhuǎn)化面向量基因轉(zhuǎn)化向開展我國應(yīng)加強(qiáng)國際間合作,充分利用我國的資源優(yōu)勢,充分利用現(xiàn)有成

10、果, 用不同的分子標(biāo)記來實(shí)現(xiàn)我們自己的研究目的利用分子標(biāo)記,研究大豆的遺傳多樣性,為大豆種質(zhì)資源收集保存和利用,為親本選擇大豆類群的劃分和組建提供依據(jù)用分子標(biāo)記分析育成品系用分子標(biāo)記加速培育優(yōu)質(zhì)大豆種子的近等基因系使基因工程更好地效勞于大豆遺傳育種工作將基因工程與常規(guī)育種方法結(jié)合起來,可以準(zhǔn)確地鑒定基因型可以先用常規(guī)方法把多個(gè)抗性基因組裝在一起,然后利用分子標(biāo)記技術(shù)快速準(zhǔn)確地鑒定出多抗性基因型可見應(yīng)用基因工程技術(shù)與常規(guī)育種方法嚴(yán)密結(jié)合是大豆育種的一個(gè)突破方向而實(shí)現(xiàn)種間屬間甚至動植物間的基因流動是另一個(gè)突破方。三、基因工程應(yīng)用于醫(yī)藥方面 我國的基因工程制藥產(chǎn)業(yè)起步于八十年 代后期。在各級政府的重

11、視支持和企業(yè)的積極參與下，我國的基因工程藥物開展十分迅猛。從1989年批準(zhǔn)的第一個(gè)基 因工程藥物：基因重組人干擾素alb(外用 )開場， 我 國的基 因工程制藥產(chǎn)業(yè)實(shí)現(xiàn)了零的突破，并迅速開展壯大。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，至1998年底，全國涉及基因工程技術(shù)的單位接近100家，其中已申報(bào)基因工程藥物并在有關(guān)部門登記立項(xiàng) 的單位約為60余家，已取得基因工 程藥物或疫苗試生產(chǎn)或正式生產(chǎn)文號的單位有30余家。全國已批準(zhǔn)上市的基因工程藥物和疫苗產(chǎn)品共計(jì)15種，尚有近百種醫(yī)藥生物技術(shù)產(chǎn)品正在進(jìn)展臨床或臨床前研究開發(fā)。1998年全國整個(gè)基因工程 制藥產(chǎn)業(yè)的銷售額已到達(dá)7.2億元人民幣，1996年1998年的年增長率到

12、達(dá)80。預(yù)計(jì)2000年我國的基因工程藥物銷售額將到達(dá)22.8億元。目前，以基因工程藥物為主導(dǎo)的基因工程應(yīng)用產(chǎn)業(yè)已成為全球開展最快的產(chǎn)業(yè)之一，開展前景非常廣闊?；蚬こ趟幬镏饕?xì)胞因子、抗體、疫苗、激素和寡核甘酸藥物等。它們對預(yù)防人類的腫瘤、心血管疾病、遺傳病、糖尿病、包括艾滋病在的各種傳染病、 類風(fēng)濕疾病等有重要作用。在很多領(lǐng)域特別是疑難病癥上，基因工程工程藥物起到了傳統(tǒng)化學(xué)藥物難以到達(dá)的作用。我們最為熟悉的干擾素(IFN)西還是新生事物，需要實(shí)踐慢慢地檢驗(yàn)。轉(zhuǎn)基因生物和常規(guī) 繁殖生長的品種一樣，是在原有品種的根底上對其局部性狀進(jìn)展修飾或增加新性狀，或消除原來的不利性狀，但常規(guī)育種是通過自

13、然選擇，而且是近緣雜交，適者生存下來，不適者被淘汰掉。而轉(zhuǎn)基因生物遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了近緣的圍，人們對可能出現(xiàn)的新組合、新性狀會不會影響人類安康和環(huán)境，還缺乏知識和經(jīng)歷， 按目前的科學(xué)水平還不能完全準(zhǔn)確地預(yù)測。 所以，我們要在抓住機(jī)遇，大力開展基因工程技術(shù)的同時(shí)，需要嚴(yán)格管理，充分重視轉(zhuǎn)基因生物的平安性。在未來的十年，我國開展基因工程藥物的思路應(yīng)是：準(zhǔn)確把握國際生物技術(shù)的開展趨勢。結(jié)合我國的實(shí)際情況，充分發(fā)揮我國基因工程藥物方面的優(yōu)勢，重點(diǎn)開展重大關(guān)鍵技術(shù)的創(chuàng)新、引進(jìn)和已有技術(shù)的集成應(yīng)用，采取 立足創(chuàng)新，創(chuàng)引結(jié)合，集成應(yīng)用。需求導(dǎo)向，產(chǎn)學(xué)研三結(jié)合，優(yōu)勢互補(bǔ)，重點(diǎn)突破的開展戰(zhàn)略。戰(zhàn)略目標(biāo)是增強(qiáng)我國基因工程

14、藥品的創(chuàng)新能力和國際競爭力，使 我國的基因工程藥物不僅要占領(lǐng)國市場，還要在國際市場上有所突破，在未來的十年大力提高我國基因工程技術(shù)研究開發(fā)的整體水平，促使基因工程制藥產(chǎn)業(yè)成為整個(gè)制藥產(chǎn)業(yè)的新的經(jīng)濟(jì)增 長點(diǎn)。四、基因工程應(yīng)用于化工方面 以基因工程為核心的生物技術(shù)在化工領(lǐng)域應(yīng)用的研究也取得很大成績，如研究用酶工程技術(shù)生產(chǎn)丙烯酞胺、環(huán)氧丙烷等根本化工產(chǎn)品，以便將化學(xué)法生產(chǎn)這些產(chǎn)品的高溫高壓環(huán)境改變?yōu)樯锓椒ǖ某爻涵h(huán)境。現(xiàn)在，應(yīng)用微生物生產(chǎn)丙烯酞胺的技術(shù)已經(jīng)研究成功，正進(jìn)展產(chǎn)業(yè)化開發(fā)。用基因工程技術(shù)生產(chǎn)的工業(yè)酶制劑還可用于日常生活和工業(yè)生產(chǎn)，如洗滌用的脂肪酶、纖維素酶和蛋白酶，造紙用的脂肪酶，紡織

15、用的淀粉酶等都已投放市場。 此外，一些先進(jìn)國家還把基因工程作為開發(fā)信息技術(shù)的新措施，使基因工程跟微電子技術(shù)攀親，形成嶄新的生物電子技術(shù)，它是利用基因重組技術(shù)原理，通過電子計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)出能進(jìn)展信息處理的微型高分子元件(也叫生物集成塊)，從而利用蛋白質(zhì)生產(chǎn)一種只有細(xì)胞則大小的生物電子計(jì)算機(jī)，現(xiàn)美國科學(xué)家已經(jīng)研制成功生物集成塊，并取得專利。這類措施還包括生物傳感器的研究等。五、基因工程應(yīng)用于食品工業(yè)方面 酶是生物細(xì)胞產(chǎn)生的有催化活性的蛋白質(zhì)，它參與生物體各種化學(xué)變化。動物、植物、微生物都可作為酶的來源。由于酶具有專一性強(qiáng)，催化效率高，作用條件溫和等特點(diǎn)。酶的應(yīng)用可增加產(chǎn)量，提高質(zhì)量，降低原材料和能源消

16、耗，改善勞動條件，降低本錢，甚至可以生產(chǎn)出其他方法難以得到的產(chǎn)品，促進(jìn)新產(chǎn)品、新技術(shù)和新工藝的興起和開展?？衫没蚬こ碳夹g(shù)培育出新的釀酒酵母菌株，用以改進(jìn)傳統(tǒng)的釀酒工藝。經(jīng)基因操作改造后的酵母還可生產(chǎn)出高產(chǎn)量的具全部天然活性的凝乳酶，這種酶用于干酪生產(chǎn)。它與從哺乳小牛胃中提取的傳統(tǒng)方法相比，不但產(chǎn)量高，還可大大節(jié)約本錢。應(yīng)用基因工程還可以生產(chǎn)出新型的蛋白質(zhì)，如制造面包用的淀粉酶、釀造用的乙酞乳酸脫氫酶等。利用基因工程技術(shù)研究開發(fā)基因工程作物，基因工程作物可用于生產(chǎn)食品原料和配料成分，如蛋白質(zhì)、酶、穩(wěn)定劑、增稠劑、乳化劑、甜味劑、防腐劑、著色劑和調(diào)味劑等In。有些遺傳工程和天然存在的食品具有保

17、健功能，稱作營養(yǎng)保健品。這類食品不僅含有營養(yǎng)成分，而且還含有其它化合物(如抗氧化劑、低膽固酵油或聚不飽和脂肪酸油、類黃酮、果聚糖、維素、胡蘿卜素、番茄紅素等。具有防病，減輕病癥，提高生活質(zhì)量，減緩衰老的功能。這些用作醫(yī)療的食品將會有很好的開展。六、基因工程應(yīng)用于環(huán)保方面 現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)帶來了很多環(huán)境問題，基因工程技術(shù)為環(huán)境保護(hù)提供了新的手段?；蚬こ虘?yīng)用于環(huán)境保護(hù)起始于20世紀(jì)80年代。目前己培養(yǎng)出能降解農(nóng)藥、除草劑、塑料、防治重金屬污染、去除石油污染的基因工程菌。經(jīng)基因改造的樹在生長過程中，可去除土壤、地下水中重金屬的污染，將可分解石油成分基因工程菌接種到海灘，可去除海灘的原油污染，其去除速度

18、比天然細(xì)菌快得多?！窘Y(jié)語】 由上所述，可見基因工程是一項(xiàng)帶有革命性的、具有戰(zhàn)略作用的高新技術(shù)，它的影響已經(jīng)深入到人類生活的各個(gè)方面，而且對社會經(jīng)濟(jì)開展和增進(jìn)人類安康必將發(fā)揮越來越大的作用。未來的前景是美好的，即將到來的21世紀(jì)是生物世紀(jì)，基因工程亦將在新世紀(jì)中取得更大成就，并將實(shí)現(xiàn)更大規(guī)模的產(chǎn)業(yè)化。 在科技高速開展的時(shí)代，國際間的競爭也是異常劇烈的。我國對于基因工程的研究起步稍晚，但開展很快。黨和政府對此也十分重視。然而，我們與世界上興旺國家相比，還有不小的差距。我們現(xiàn)在的任務(wù)，就是要充分認(rèn)識以基因工程為核心的生物技術(shù)開展趨勢，不失時(shí)機(jī)，制定開展策略，加大投入，組織研究力量，重點(diǎn)攻關(guān)，并且加快產(chǎn)業(yè)化的步伐，以期讓基因工程在我國實(shí)現(xiàn)四個(gè)現(xiàn)代化，增強(qiáng)綜合國力，提高人民生活中作出更大奉獻(xiàn)，同時(shí)也為國爭光、為人類造福。參考文獻(xiàn) 1樓士林，盛昌， 龍敏南，等基因工程M 科學(xué)， 2002 2慶軍， 董艷桐， 施冰植物抗蟲基因的研究進(jìn)展J林業(yè)科技，2002 27(2)： 22 26 3唐浩，黃炳科，王麗君，郝繼平，田秀平大豆遺傳育種中基因工程的應(yīng)用現(xiàn)狀與展