基因工程的现状与发展趋势

题目：基因工程的现状与发展趋势 专业： 13食品科学与工程 学号： 132701105 姓名： 盛英奇 日期： 2015/7/1 【摘要】 从20世纪70 年代初发展起来的基因工程技术，经过40多年来的进步与发展，已成为生物技术的核心内容。生物学成为21世纪最重要的学科，基因工程及相关领域的产业将成为21世纪的主导产业之一。基因工程研 究和应用范围涉及农业、工业、医药、能源、环保等许多领域 。 【关键词】 基因工程技术；应用；前景；现状 一、墓因工程的原理及研究内容 基因工程是人们在揭示生命之谜的过程中建立起来的。早在300多年前，人们就发现，世界上生物尽管种类繁多，千姿百态，但都是细胞(如肉眼看不见的细菌等微生物)或者是由细胞构成的(如现存的200多万种多细胞动植物)。人们还发现，生物有遗传和变异的特征，遗传保证了生物种类的延续不断，变异则赋予生物种的进化，保证生物种类对环境的适应。而生物的所有特性及遗传变异都是由生物体细胞内的遗传物质所决定的，这种遗传物质就是被科学家称之为脱氧核糖核酸(简称DNA)的大分子物质，一般位于生物的细胞核内。DNA是由许多核昔酸连接而成的高分子化合物，如把DNA比喻成长链条，核昔酸就是组成这链条的一个个环节。生物细胞核内的DNA分子是由两条成对的多核昔酸长链互相缠人类开始学会干预生物的变异，即通过杂交、筛选等方式改变生物物种的某些特性，使之有利于人类，如水稻、小麦等作物的育种，家禽家畜优良品系的培育等，它是通过动植物父、母本交配繁殖时，生殖细胞内DNA上相应性状基因互相间可能出现的交换来实现的，这种交换的概率是人们不能控制的，所以选种的过程较为缓慢，需几年乃至几十年的时间，而且亲缘关系相差较远的生物种之间很难杂交。而本世纪o年代初诞生的基因工程，则是按照人类的需要，从某种生物体的基因组中，分离出带有目的基因(即所需基因)的DNA片段，运用重组DNA技术，对这些DNA片段进行体外操作，把不同来源的基因按照设计的蓝图，重新构成新的基因组(即重组体)，再将重组DNA分子插入到原先没有这类DNA片段的受体细胞(亦称宿主细胞)的DNA上，并使其不仅能“安家落户”，而且能“传种接代”，即能准确地把该外源基因的遗传特性在新的细胞(宿主细胞)里增殖和表达出来。就像一台机器上的零部件拆下来安装到另一台机器上。在生物体中，这种生命零件就是基因。因为用的是工程技术的方法原理，故称基因工程，亦叫遗传工程。用这种方法所形成的杂种DNA分子与神话中的那种狮首、羊身、蛇尾的怪物颇为相似。 由于细胞很小，DNA分子更小，肉眼根本不可能看见，也无法用手或机械工具操作，为此科学家发明了许多特殊的技术和工具，还有操作方法和程序，这些都是基因再程研究的内容，这些工作都非常复杂而艰巨。二、基因工程应用于植物方面 农业领域是目前转基因技术应用最为广泛的领域之一。 农作物生物技术的目是提高作物产量，改善品质，增强作物抗逆性、抗病虫害的能力。基因工程在这些领域已取得了令人瞩目的成就。由于植物病毒分子生物学的发展，植物抗病基因工程也也已全面展开。自从发现烟草花叶病毒 (TMV)的外壳蛋白基因导人烟草中， 在转基因植株上明显延 迟发病时间或减轻病害的症状，通过导人植物病毒外壳蛋白来提高植物抗病毒的能力，已用多种植物病毒进行了试验。在利用基因工程手段增强植物对细菌和真菌病的抗性方面，也已取得很大进展。植物对逆境的抗性一直是植物生物学 家关心的问题。由于植物生理学家、遗传学家和分子生物学 家协同作战，耐涝 、耐盐碱、耐旱和耐冷的转基因作物新品种 (系)也已获得成功。植物的抗寒性对其生长发育尤为重要。科学家发现极地的鱼体 内有一些特殊蛋白可以抑制冰晶的 增长， 从而免受低温的冻害并正常地生活在寒冷的极地中。将这种抗冻蛋白基因从鱼基因组中分离出来，导入植物体可 获得转基因植物 ，目前这种基因已被转入番茄和黄瓜中。 随着生活水平的提高，人们越来越关注口味、口感、营养成分、欣赏价值等品质性状。实践证明，利用基因工程可以有效地改善植物的品质，而且越来越多的基因工程植物进入了商品化生产领域，近几年利用基因工程改良作物品质也取得了不少进展，如美国国际植物研究所的科学家们从大豆中获 取蛋白质合成基因，成功地导入到马铃薯中， 培育出高蛋白马铃薯品种，其蛋白质含量接近大豆，大大提高了营养价值，得到了农场主及消费者的普遍欢迎。在花色、花香、花姿等性状的改良上也作了大量的研究。另外，大豆转基因技术应用领域十分广泛,主要应用在抗除草剂改良大豆品质抗病虫及抗逆境等方面。从1981年Whitely克隆了Bt(苏云金芽孢杆菌)毒白基因 crylA(b)以来，人们已从Bt中克隆出50多个毒素基因Benedict 等。认为虽 Bt 基因已转到大豆植物中，但表达量低抗虫效果不理想。从植物中分离出的昆虫的蛋白酶抑制基因，广泛应用的是豆胰蛋白酶抑制剂基因(CpTi)。对于许多给农业生产造成重大经济损失的害虫都具有抗性，由于 CpTi 的作用部位是酶活中心，所以CpTi所介导的抗性是比较稳定的Parrott4。报道已将 CpTi 转入大豆携有 CpTi 抗虫基因的愈伤组织，已获得正进一步鉴定雷勃钧等5应用花粉管通道法将种内种间属间外源总 DNA 成功导入受体大豆植株并获得一些有价值的遗传变异徐香玲等6用质粒做介导已将 PKT54B7C5质粒上的Btk-内毒素蛋白基因导入东北大豆黑农37黑农39等品种大豆抗虫基因已取得一些可喜进展抗除草剂的大豆已被美国批准进入市场近年来转基因大豆层出不穷转基因大豆面积在全球转基因作物面积中高居榜首。目前大豆基因组研究突飞猛进随着更高信息量的分子标记技术的应用和发展基因组内缺乏的大量遗传多态性的限制将被克服大量基因及各种性状的 QTLs 的准确定位将分子标记辅助育种推向应用基因克隆也已实施对于转基因作物对人及动物带来的毒副作用我国已建立了对转基因作物进行安全性评价的专门机构 农业生物基因工程安全委员会并颁布了相关的管理条例使转基因作物的安全管理制度化在饱和遗传图谱和分子标记的基础上,尤其是 QTLs 的分了标记基因定位,使操作单个 QTL 成为可能育种者可从单个主基因或单个 QTL 直接选择许多抗性基因被克隆转基因大豆数量也逐年增多,2000 年占主导地位的转基因大豆为全球转基因作物的 58%且均为抗除草剂大豆转基因大豆在 2000 年达到 2580 万公顷种植面积位居各类转基因作物之首25油分含量高蛋白含量高品质好营养丰富抗性强等性状将是大豆转基因研究方向因而转基因研究应从单基因的转化面向量基因转化向发展我国应加强国际间合作,充分利用我国的资源优势,充分利用现有成果, 用不同的分子标记来实现我们自己的研究目的利用分子标记,研究大豆的遗传多样性,为大豆种质资源收集保存和利用,为亲本选择大豆类群的划分和组建提供依据用分子标记分析育成品系用分子标记加速培育优质大豆种子的近等基因系使基因工程更好地服务于大豆遗传育种工作将基因工程与常规育种方法结合起来,可以准确地鉴定基因型可以先用常规方法把多个抗性基因组装在一起,然后利用分子标记技术快速准确地鉴定出多抗性基因型可见应用基因工程技术与常规育种方法紧密结合是大豆育种的一个突破方向而实现种间属间甚至动植物间的基因流动是另一个突破方。三、基因工程应用于医药方面 我国的基因工程制药产业起步于八十年 代后期。在各级政府的重视支持和企业的积极参与下，我国的基因工程药物发展十分迅猛。从1989年批准的第一个基 因工程药物：基因重组人干扰素alb(外用 )开始， 我 国的基 因工程制药产业实现了零的突破，并迅速发展壮大。据不完全统计，至1998年底，全国涉及基因工程技术的单位接近100家，其中已申报基因工程药物并在有关部门登记立项 的单位约为60余家，已取得基因工 程药物或疫苗试生产或正式生产文号的单位有30余家。全国已批准上市的基因工程药物和疫苗产品共计15种，尚有近百种医药生物技术产品正在进行临床或临床前研究开发。1998年全国整个基因工程 制药产业的销售额已达到7.2亿元人民币，1996年1998年的年增长率达到80。预计2000年我国的基因工程药物销售额将达到22.8亿元。目前，以基因工程药物为主导的基因工程应用产业已成为全球发展最快的产业之一，发展前景非常广阔。基因工程药物主要包括细胞因子、抗体、疫苗、激素和寡核甘酸药物等。它们对预防人类的肿瘤、心血管疾病、遗传病、糖尿病、包括艾滋病在内的各种传染病、 类风湿疾病等有重要作用。在很多领域特别是疑难病症上，基因工程工程药物起到了传统化学药物难以达到的作用。我们最为熟悉的干扰素(IFN)西还是新生事物，需要实践慢慢地检验。转基因生物和常规 繁殖生长的品种一样，是在原有品种的基础上对其部分性状进行修饰或增加新性状，或消除原来的不利性状，但常规育种是通过自然选择，而且是近缘杂交，适者生存下来，不适者被淘汰掉。而转基因生物远远超出了近缘的范围，人们对可能出现的新组合、新性状会不会影响人类健康和环境，还缺乏知识和经验， 按目前的科学水平还不能完全精确地预测。 所以，我们要在抓住机遇，大力发展基因工程技术的同时，需要严格管理，充分重视转基因生物的安全性。在未来的十年内，我国发展基因工程药物的思路应是：准确把握国际生物技术的发展趋势。结合我国的实际情况，充分发挥我国基因工程药物方面的优势，重点发展重大关键技术的创新、引进和已有技术的集成应用，采取 “立足创新，创引结合，集成应用。需求导向，产学研三结合，优势互补，重点突破”的发展战略。战略目标是增强我国基因工程药品的创新能力和国际竞争力，使 我国的基因工程药物不仅要占领国内市场，还要在国际市场上有所突破，在未来的十年内大力提高我国基因工程技术研究开发的整体水平，促使基因工程制药产业成为整个制药产业的新的经济增 长点。四、基因工程应用于化工方面 以基因工程为核心的生物技术在化工领域应用的研究也取得很大成绩，如研究用酶工程技术生产丙烯酞胺、环氧丙烷等基本化工产品，以便将化学法生产这些产品的高温高压环境改变为生物方法的常温常压环境。现在，应用微生物生产丙烯酞胺的技术已经研究成功，正进行产业化开发。用基因工程技术生产的工业酶制剂还可用于日常生活和工业生产，如洗涤用的脂肪酶、纤维素酶和蛋白酶，造纸用的脂肪酶，纺织用的淀粉酶等都已投放市场。 此外，一些先进国家还把基因工程作为开发信息技术的新措施，使基因工程跟微电子技术攀亲，形成崭新的生物电子技术，它是利用基因重组技术原理，通过电子计算机设计出能进行信息处理的微型高分子元件(也叫生物集成块)，从而利用蛋白质生产一种只有细胞那么大小的生物电子计算机，现美国科学家已经研制成功生物集成块，并取得专利。这类措施还包括生物传感器的研究等。五、基因工程应用于食品工业方面 酶是生物细胞产生的有催化活性的蛋白质，它参与生物体内各种化学变化。动物、植物、微生物都可作为酶的来源。由于酶具有专一性强，催化效率高，作用条件温和等特点。酶的应用可增加产量，提高质量，降低原材料和能源消耗，改善劳动条件，降低成本，甚至可以生产出其他方法难以得到的产品，促进新产品、新技术和新工艺的兴起和发展。可利用基因工程技术培育出新的酿酒酵母菌株，用以改进传统的酿酒工艺。经基因操作改造后的酵母还可生产出高产量的具全部天然活性的凝乳酶，这种酶用于干酪生产。它与从哺乳小牛胃中提取的传统方法相比，不但产量高，还可大大节约成本。应用基因工程还可以生产出新型的蛋白质，如制造面包用的淀粉酶、酿造用的乙酞乳酸脱氢酶等。利用基因工程技术研究开发基因工程作物，基因工程作物可用于生产食品原料和配料成分，如蛋白质、酶、稳定剂、增稠剂、乳化剂、甜味剂、防腐剂、着色剂和调味剂等In。有些遗传工程和天然存在的食品具有保健功能，称作营养保健品。这类食品不仅含有营养成分，而且还含有其它化合物(如抗氧化剂、低胆固酵油或聚不饱和脂肪酸油、类黄酮、果聚糖、维素、胡萝卜素、番茄红素等。具有防病，减轻症状，提高生活质量，减缓衰老的功能。这些用作医疗的食品将会有很好的发展。六、基因工程应用于环保方面 现代工业生产带来了很多环境问题，基因工程技术为环境保护提供了新的手段。基因工程应用于环境保护起始于20世纪80年代。目前己培养出能降解农药、除草剂、塑料、防治重金属污染、清除石油污染的基因工程菌。经基因改造的杨树在生长过程中，可清除土壤、地下水中重金属的污染，将可分解石油成分基因工程菌接种到海滩，可清除海滩的原油污染，其清除速度比天然细菌快得多。【结语】 由上所述，可见基因工程是一项带有革命性的、具有战略作用的高新技术，它的影响已经深入到人类生活的各个方面，而且对社会经济发展和增进人类健康必将发挥越来越大的作用。未来的前景是美好的，即将到来的21世纪是生物世纪，基因工程亦将在新世纪中取得更大成就，并将实现更大规模的产业化。 在科技高速发展的时代，国际间的竞争也是异常激烈的。我国对于基因工程的研究起步稍晚，但发展很快。党和政府对此也十分重视。然而，我们与世界上发达国家相比，还有不小的差距。我们现在的任务，就是要充分认识以基因工程为核心的生物技术发展趋势，不失时机，制定发展策略，加大投入，组织研究力量，重点攻关，并且加快产业化的步伐，以期让基因工程在我国实现四个现代化，增强综合国力，提高人民生活中作出更大贡献，同时也为国争光、为人类造福。参考文献 1楼士林，杨盛昌， 龙敏南，等基因工程M 北京科学出版社， 2002 2李庆军， 董艳桐， 施冰植物抗虫基因的研究进展J林业科技，2002 27(2)： 22 26 3唐浩，黄炳科，王丽君，郝继平，田秀平大豆遗传育种中基因工程的应用现状与展望J黑龙江八一农垦大学学报林业科技，2003.15(1)：34 38 4冷春玲，李岩，徐娥，等 基因工程的发展与应用丹东师专学报，1999, 21 （75）:16-19. 5陆晓东基因工程技术应用现状简介卫生职业教育，2003, 21 （7）：156-157 6虎艳基因治疗研究进展生物学教学，2008, 33 （3）：2-5 7侯爱军 基因工程药物的发展现状及对策中国医药情报， 2006，6（6） 8张树庸等 基因工程科学普及出版社，1989 9陈悦娇 基因工程技术在食品工业的应用现状与展望 食品研究与开发，2003，2（24） 10张军梅 生物技术，基因工程技术的应用现状及其对人类社会的影响（陕西省榆林市农业十部学校，陕西榆林719000）