轉(zhuǎn)基因常識(shí)知多少

問(wèn) 什么是轉(zhuǎn)基因技術(shù)？

答：通常所說(shuō)的轉(zhuǎn)基因技術(shù)是指人為將一種生物的一個(gè)或幾個(gè)已知功能基因轉(zhuǎn)移到另一種生物體內(nèi)“安家落戶(hù)”，使該生物獲得新功能的一種技術(shù)。1973 年基因克隆技術(shù)誕生，1982 年科學(xué)家利用轉(zhuǎn)基因技術(shù)構(gòu)建了世界上第一個(gè)重組大腸桿菌，用于生產(chǎn)胰島素，同年誕生了全球首例轉(zhuǎn)基因煙草。自1996 年起，轉(zhuǎn)基因作物開(kāi)始大規(guī)模商業(yè)化種植。

問(wèn) 什么是轉(zhuǎn)基因生物？

答：轉(zhuǎn)基因生物是指利用基因工程技術(shù)改變基因組構(gòu)成，用于生產(chǎn)或者產(chǎn)品加工的動(dòng)植物、微生物及其產(chǎn)品。主要包括三類(lèi)：第一類(lèi)是轉(zhuǎn)基因動(dòng)植物（種子、畜禽、水產(chǎn)苗種）、微生物及其產(chǎn)品，第二類(lèi)是轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品的直接加工品，第三類(lèi)是含有轉(zhuǎn)基因的動(dòng)植物、微生物或者其產(chǎn)品成分的種子、種畜禽、水產(chǎn)苗種、農(nóng)藥、獸藥、肥料和添加劑等產(chǎn)品。

轉(zhuǎn)基因生物又稱(chēng)為“基因修飾生物”，英文是Genetically Modified Organism，通常用英文縮寫(xiě)GMO 來(lái)表示。在國(guó)外，轉(zhuǎn)基因生物還被稱(chēng)為基因工程生物（Bioengineering，BE）、現(xiàn)代生物技術(shù)生物、遺傳改良生物體、遺傳工程生物體、具有新性狀的生物體、改性活生物體（Living Modified Organism，LMO）等，但在我國(guó)用的都是“轉(zhuǎn)基因生物”，以上國(guó)外術(shù)語(yǔ)和我國(guó)的轉(zhuǎn)基因生物是同一概念。

問(wèn) 基因是怎么轉(zhuǎn)入生物體的？

答：基因轉(zhuǎn)入生物體是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程。以轉(zhuǎn)基因植物為例，人們通過(guò)分子生物學(xué)技術(shù)手段克隆得到我們認(rèn)為有價(jià)值的基因，并將其構(gòu)建到一種稱(chēng)之為轉(zhuǎn)化載體的工具上，然后通過(guò)植物轉(zhuǎn)基因方法（包括農(nóng)桿菌介導(dǎo)轉(zhuǎn)化法、基因槍法等）轉(zhuǎn)入到我們想改變的作物的染色體上。然后通過(guò)篩選和遺傳穩(wěn)定性測(cè)試，來(lái)鑒定這個(gè)基因是否成功轉(zhuǎn)入并可以穩(wěn)定遺傳。再通過(guò)對(duì)該作物性狀的考察和安全性測(cè)試，決定這個(gè)轉(zhuǎn)基因作物是否具有商業(yè)生產(chǎn)價(jià)值。每個(gè)環(huán)節(jié)都需要在各種嚴(yán)格的實(shí)驗(yàn)條件下操作才能成功實(shí)現(xiàn)。

問(wèn) 自然界中存在基因轉(zhuǎn)移現(xiàn)象嗎？

答：基因轉(zhuǎn)移現(xiàn)象在自然界中廣泛存在，例如玉米的異花授粉屬于種內(nèi)基因轉(zhuǎn)移，農(nóng)桿菌侵染植物產(chǎn)生根瘤屬于種間基因轉(zhuǎn)移。農(nóng)桿菌是普遍存在于土壤中的一種革蘭氏陰性細(xì)菌，它在自然條件下就能感染大多數(shù)雙子葉植物的受傷部位，并誘導(dǎo)植物產(chǎn)生冠癭瘤或發(fā)狀根。這是由于農(nóng)桿菌的細(xì)胞中有一段T-DNA，通過(guò)侵染植物傷口進(jìn)入細(xì)胞后，可將T-DNA插入到植物基因中。自然界中農(nóng)桿菌對(duì)植物侵染作用的發(fā)現(xiàn)，是植物轉(zhuǎn)基因技術(shù)快速發(fā)展的基礎(chǔ)。

問(wèn) 轉(zhuǎn)基因技術(shù)目前主要 應(yīng)用于哪些領(lǐng)域？

答：目前，轉(zhuǎn)基因技術(shù)廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥、農(nóng)業(yè)、工業(yè)、環(huán)保、能源等領(lǐng)域。

轉(zhuǎn)基因技術(shù)首先在醫(yī)藥領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。1982 年，美國(guó)食品藥品管理局（FDA）批準(zhǔn)全球首例利用轉(zhuǎn)基因微生物生產(chǎn)的人胰島素商業(yè)化生產(chǎn)。此后，利用轉(zhuǎn)基因技術(shù)生產(chǎn)的藥物層出不窮，如乙肝疫苗、丙肝疫苗、干擾素、人生長(zhǎng)激素、新冠疫苗等。

其次轉(zhuǎn)基因技術(shù)廣泛應(yīng)用的領(lǐng)域是農(nóng)業(yè)，包括轉(zhuǎn)基因動(dòng)物、植物及微生物的培育，其中轉(zhuǎn)基因農(nóng)作物發(fā)展最快，具有抗蟲(chóng)、抗病、耐除草劑等性狀的轉(zhuǎn)基因作物得到大面積推廣，全球轉(zhuǎn)基因作物種植面積從1996 年的170 萬(wàn)公頃增至2019 年的1.9 億公頃。隨著品質(zhì)改良、養(yǎng)分高效利用、抗旱耐鹽堿的轉(zhuǎn)基因作物紛紛面世，轉(zhuǎn)基因技術(shù)在促進(jìn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展方面發(fā)揮了重要作用。

轉(zhuǎn)基因技術(shù)在工業(yè)中也應(yīng)用廣泛，如利用轉(zhuǎn)基因工程菌生產(chǎn)食品用酶制劑、添加劑和洗滌酶制劑，將轉(zhuǎn)基因技術(shù)及轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品用于乳制品發(fā)酵、釀酒工業(yè)生產(chǎn)等。此外，轉(zhuǎn)基因技術(shù)還廣泛應(yīng)用于環(huán)境保護(hù)和能源領(lǐng)域，如污染物的生物降解以及利用轉(zhuǎn)基因生物生產(chǎn)燃料酒精等。

問(wèn) 轉(zhuǎn)基因育種技術(shù)與傳統(tǒng)育種技術(shù)有什么區(qū)別和聯(lián)系？

答：轉(zhuǎn)基因育種技術(shù)與傳統(tǒng)育種技術(shù)在本質(zhì)上一脈相承，兩者的本質(zhì)都是通過(guò)改變基因及其組成獲得優(yōu)良性狀。伴隨著千百年來(lái)自然物種的進(jìn)化與人類(lèi)科技的進(jìn)步，世界農(nóng)業(yè)育種經(jīng)歷了原始馴化選育（育種1.0 版）、雜交育種（育種2.0 版）、分子育種（育種3.0 版）、智能設(shè)計(jì)育種（育種4.0版）四個(gè)階段。原始馴化育種大約始于1 萬(wàn)年前的新石器時(shí)代，由于缺乏育種理論與方法，人類(lèi)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)積累和肉眼觀察，選擇基因自然變異的農(nóng)業(yè)生物，經(jīng)長(zhǎng)期人工馴化獲得性狀改良的品種。20 世紀(jì)以來(lái)，遺傳理論的突破實(shí)現(xiàn)了基因資源的種內(nèi)轉(zhuǎn)移，以矮稈、雜種優(yōu)勢(shì)利用為代表的雜交育種技術(shù)掀起了一場(chǎng)“綠色革命”，糧食產(chǎn)量大幅度提高，美國(guó)的雜交玉米、墨西哥的矮稈小麥、我國(guó)的雜交稻和遠(yuǎn)緣雜交小麥都取得了劃時(shí)代的成就。從20 世紀(jì)中后期到21世紀(jì)，生命科學(xué)與生物技術(shù)興起，極大地推動(dòng)了育種技術(shù)的飛躍發(fā)展。以轉(zhuǎn)基因育種為代表的分子育種，以分子生物學(xué)理論為基礎(chǔ)，以重組DNA 技術(shù)為核心，將高產(chǎn)、抗逆、抗病蟲(chóng)、提高營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)等功能基因轉(zhuǎn)入受體生物中，從而獲得穩(wěn)定的新性狀，并培育新品種。目前，隨著基因組學(xué)、合成生物學(xué)以及計(jì)算生物學(xué)等前沿科學(xué)交叉融合發(fā)展，現(xiàn)代生物育種技術(shù)正從分子育種3.0 版跨入智能設(shè)計(jì)育種4.0 版的時(shí)代。

轉(zhuǎn)基因育種技術(shù)與傳統(tǒng)育種技術(shù)也有區(qū)別。傳統(tǒng)育種一般只能在個(gè)體生物物種內(nèi)實(shí)現(xiàn)基因轉(zhuǎn)移，操作對(duì)象是整個(gè)基因組，不能準(zhǔn)確地對(duì)某個(gè)基因進(jìn)行選擇，選育周期長(zhǎng)、工作量大、雜交后代的表型不可預(yù)測(cè)。轉(zhuǎn)基因育種的優(yōu)勢(shì)在于可以打破物種界限，拓寬遺傳資源的利用范圍，實(shí)現(xiàn)已知功能基因的定向高效轉(zhuǎn)移，使生物獲得人類(lèi)需要的特定性狀，為高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、抗逆農(nóng)業(yè)生物新品種培育提供了新的技術(shù)途徑。這種基于對(duì)基因進(jìn)行精確定向操作的育種方法，效率更高、針對(duì)性更強(qiáng)。例如，轉(zhuǎn)基因抗蟲(chóng)棉就是將蘇云金芽孢桿菌（簡(jiǎn)稱(chēng)“Bt”）中的殺蟲(chóng)蛋白基因轉(zhuǎn)移到棉花中，使棉花獲得抗棉鈴蟲(chóng)特性，減少農(nóng)藥使用，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)產(chǎn)增產(chǎn)、提質(zhì)增效；耐草甘膦大豆就是將自然界中分離的耐草甘膦的基因轉(zhuǎn)入大豆，從而在使用滅生性除草劑草甘膦除草時(shí)，就能做到只除草而不危及大豆生長(zhǎng)，既增加了種植密度、有效去除雜草，又能降低勞動(dòng)強(qiáng)度和除草成本，從而提高大豆種植效益。

問(wèn) 現(xiàn)在種植的農(nóng)作物都是天然產(chǎn)生的嗎？

答：現(xiàn)在種植的農(nóng)作物大多不是天然產(chǎn)生的，主要農(nóng)作物品種幾乎都是由野生植物經(jīng)栽培、馴化而來(lái)的，大約是從中石器時(shí)代晚期或新石器時(shí)代早期開(kāi)始，人類(lèi)開(kāi)始馴化植物的歷史距今約有一萬(wàn)年。在我國(guó)南方，水稻是最早被馴化的，在浙江余姚河姆渡遺址發(fā)現(xiàn)距今近7 000 年的稻作遺存。漢朝的《氾勝之書(shū)》和北魏的《齊民要術(shù)》均對(duì)利用單株選擇和混合選擇進(jìn)行留種、選種有過(guò)詳細(xì)的記載。我國(guó)種植大豆已有5 000 年歷史，文字記載最早見(jiàn)于《詩(shī)經(jīng)》“七月烹葵及菽”。人們?cè)陂L(zhǎng)期的生產(chǎn)活動(dòng)中將野生大豆馴化為栽培大豆，通過(guò)自然選擇和人工選擇，野生大豆進(jìn)化過(guò)程表現(xiàn)為豆莢和籽粒變大，由易裂莢變?yōu)椴涣亚v，植株變矮、莖增粗，由蔓生向直立方向發(fā)展，產(chǎn)量更高、更適于栽培管理，以滿(mǎn)足農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和消費(fèi)者的需要。

現(xiàn)在種植的水稻、小麥和玉米都是經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期選育得到的品種，其野生種往往不能滿(mǎn)足農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和消費(fèi)者的需要，因?yàn)橐吧N落粒性強(qiáng)、產(chǎn)量低等，但野生品種所蘊(yùn)含的許多優(yōu)異基因，是育種所需的寶貴材料，對(duì)保障糧食安全、維護(hù)人類(lèi)生存發(fā)展具有重大意義。

問(wèn) 國(guó)際轉(zhuǎn)基因產(chǎn)業(yè)應(yīng)用現(xiàn)狀如何？

答：轉(zhuǎn)基因育種是生物育種的重要方面，也是迄今為止全球發(fā)展速度最快、應(yīng)用范圍最廣、產(chǎn)業(yè)影響最大的現(xiàn)代生物育種技術(shù)。根據(jù)國(guó)際農(nóng)業(yè)生物技術(shù)應(yīng)用服務(wù)組織發(fā)布的《2019年全球生物技術(shù)/轉(zhuǎn)基因作物商業(yè)化發(fā)展態(tài)勢(shì)》，從作物種類(lèi)來(lái)看，商業(yè)化種植的轉(zhuǎn)基因作物有大豆、玉米、棉花、油菜、苜蓿、甜菜等32 種，其中批準(zhǔn)數(shù)量較多的依次是玉米（35 個(gè)國(guó)家/地區(qū)）、大豆（31 個(gè)國(guó)家/地區(qū)）、棉花（27 個(gè)國(guó)家/地區(qū)）、油菜（15 個(gè)國(guó)家/地區(qū)）。從種植面積和國(guó)家來(lái)看，1996-2019 年全球轉(zhuǎn)基因作物的累計(jì)種植面積達(dá)27 億公頃，種植轉(zhuǎn)基因作物的國(guó)家發(fā)展到29 個(gè)，種植面積位列前10 位的國(guó)家依次是美國(guó)（7150 萬(wàn)公頃，占比38%）、巴西（5280 萬(wàn)公頃，占比28%）、阿根廷（2400 萬(wàn)公頃，占比13%）、加拿大（1250萬(wàn)公頃，占比7%）、印度（1190萬(wàn)公頃，占比6%）、巴拉圭（410 萬(wàn)公頃，占比2%）、中國(guó)（320 萬(wàn)公頃，占比2%）、南非（270 萬(wàn)公頃，占比1%）、巴基斯坦（250 萬(wàn)公頃，占比1%）以及玻利維亞（140萬(wàn)公頃，占比1%）。從種植比例來(lái)看，在已批準(zhǔn)商業(yè)化種植的主要國(guó)家中，轉(zhuǎn)基因作物種植比例已接近飽和。全球范圍內(nèi)主要轉(zhuǎn)基因農(nóng)作物的種植比例為：棉花79%，大豆74%，玉米31%，油菜27%。從性狀種類(lèi)來(lái)看，轉(zhuǎn)基因性狀以耐除草劑和抗蟲(chóng)為主，商業(yè)化的性狀有單一耐除草劑、單一抗蟲(chóng)和既耐除草劑又抗蟲(chóng)（復(fù)合性狀）3 種。這表明，轉(zhuǎn)基因作物正以非?？斓乃俣仍谠絹?lái)越多的國(guó)家和地區(qū)被投入應(yīng)用，為全球發(fā)展和環(huán)境保護(hù)做出了貢獻(xiàn)。