第一篇：淺談基因工程在番茄抗旱方面的作用論文

摘要：番茄抗旱性是由許多微效基因座和數百個影響干旱形態和生理反應的基因控制的, 闡明番茄抗旱的分子機制、開發分子標記輔助選擇將有助于加速培育具有抗旱性的番茄新品種。本文概述了番茄抗旱分子機制的研究進展、番茄在干旱條件下的形態特征變化和抗旱育種, 重點闡述了番茄抗旱性基因工程改良方面的研究進展, 為進一步應用現代生物技術進行植物抗旱性基因工程改良和分子標記輔助選擇育種提供方法和思路。

關鍵詞：番茄;抗旱;育種;基因工程;綜述;

中國人口眾多, 農業生產所用的淡水資源十分匱乏, 人均僅有2 200 m3, 是全球人均淡水資源最貧乏的國家之一(王海波, 2011)。干旱缺水在眾多非生物脅迫中是最具破壞性的, 同時也是限制作物產量和品質的一個重要影響因素(Tuberosa&Salvi, 2006)。其中生殖生長期受干旱影響最大, 在生殖階段干旱脅迫可以直接導致作物的產量損失大于50%(Boyer, 1982)。

干旱脅迫通常伴隨著熱脅迫或其他脅迫, 植物使用多種策略來響應干旱脅迫并且通過多種信號級聯和滲透調節等形態和生理改變以適應干旱。Levitt(1981)認為, 植物適應干旱的機理可分為避旱、御旱和耐旱, 并且將御旱性和耐旱性統稱為抗旱性。避旱即植物在干旱來臨之前加速發芽, 縮短生命周期以避免干旱脅迫;御旱即植物在干旱初期, 脅迫尚不嚴重時, 通過改變地上部和根系性狀以減少水分損失, 維持較高的水勢, 以應對干旱脅迫;耐旱即植物演變出一系列的緩解機制如積累滲透保護劑, 防止細胞內水分散失;產生脅迫感應信號, 抗氧化劑和活性氧(ROS)清除劑;降低光合酶活性以降低光合作用等生理生化反應, 在嚴重干旱脅迫下維持細胞結構的穩定性。盡管已經有一些策略能夠提高植物的抗旱性, 但由于抗旱性狀的生理和遺傳復雜性, 在改善抗旱性或開發抗旱品種方面進展緩慢。

番茄(Solanum lycopersicum L.)是全世界栽培最廣泛的蔬菜作物之一, 全球番茄產量達到1.6億t, 其中超過30%產自中國(聯合國糧農組織,同時, 番茄也是植物科學研究的重要模式植物之一。番茄原產地在南美洲熱帶地區, 屬于需水量較多的一種蔬菜作物, 環境脅迫中干旱脅迫是限制番茄產量和品質的主要制約因素(柏成壽和陸幗一, 1991)。因此選育抗旱性強的番茄品種是重要的育種目標。目前, 主要通過常規育種、生物技術或兩者結合的方法改良植物的抗旱性。近年來, 諸多學者圍繞著番茄抗旱性做了大量頗具價值的研究工作, 為番茄抗旱性的改良奠定了基礎。干旱對番茄形態特征的影響

1.1 干旱對番茄根系的影響

根系發育直接受環境因素的影響, 擁有一個健壯的根系對于提高作物的抗旱性非常重要。最具代表性的智利番茄(S.chilense)生長在世界上最干旱的地區, 其發達的根系能夠促進植株吸收深層土壤的水分(Chetelat et al., 2009)。Champoux等(1995)認為, 水稻根系厚度、根系表面積、每分蘗根干質量、最大根深度和根/莖比均與田間抗旱性呈正相關。楊再強等(2016)發現, 在干旱脅迫時土壤中番茄的淺層根系會減少, 根系深扎、根表面積增加, 然而隨著干旱脅迫的加劇, 植物正常的生長機制遭到破壞, 導致根長、根表面積和根尖數等降低, 根系的正常生長受到顯著抑制。

1.2 干旱對番茄葉片的影響

水分脅迫或其他逆境信號會誘導多種離子進出保衛細胞, 造成保衛細胞內成分發生變化, 從而導致保衛細胞形態改變, 造成氣孔關閉、卷葉、植物的蒸騰速率降低, 與植物抗旱性有關的葉片性狀包括葉片形狀(卷葉)、角質層、氣孔密度、氣孔孔徑、葉片滲透調節等。

Kadioglua等(2012)發現, 水稻、玉米、小麥和高粱等作物的葉片適度卷曲可以改變植物葉片結構, 增強光合作用, 通過減少水分蒸發流失延遲衰老并增加冠層光透射。當干旱脅迫嚴重時, 通過誘導并加速植物葉片的衰老來減少綠葉面積, 從而減少蒸騰和水分的消耗(安玉艷和梁宗鎖, 2012)。但是在作物生產中, 干旱脅迫引起的葉片衰老, 導致干旱解除后作物冠層面積的減少和光合同化能力的降低, 進而引起整株早衰并最終導致作物產量和品質的下降(Rivero et al., 2007)。

氣孔在控制植物蒸騰失水、降低葉片表面的高溫、吸收CO2進行光合作用以及促進植物生長方面扮演著極其重要的角色(Damour et al., 2010)。番茄氣孔大部分集中于葉片下表皮, 葉片下表皮的氣孔密度遠遠大于上表皮;隨著土壤水分虧缺強度的增加, 葉片上表皮氣孔密度逐漸增大, 而下表皮氣孔密度呈現先減小后增大的趨勢(劉朝霞, 2016)。潘那利番茄(S.pennellii)葉片表皮具有較多氣孔, 可吸收和利用空氣中的水分, 并且葉片上有豐富的蠟質, 可以降低干旱情況下的水分喪失, 對干旱脅迫具有明顯的耐受性(Chetelat et al., 2009)。番茄抗旱性育種的研究進展

種質資源是育種的基礎。由于番茄是一種嚴格的自花授粉植物, 經過長期的馴化和選育, 番茄的遺傳背景逐漸變窄(Rick, 1986)。因此, 通過廣泛的育種策略豐富番茄的種質資源對番茄育種極其重要。研究人員正努力通過常規育種技術、分子輔助育種和轉基因技術等育種方法獲得抗旱性強的番茄品種。

2.1 番茄抗旱性基因工程改良研究進展

轉基因技術能夠打破物種界限、克服生殖障礙, 把重要的抗旱基因整合到品種中, 能夠快速、有效地改良作物的抗旱性。植物為了適應干旱脅迫, 進化出多個調節不同干旱響應基因的互作信號傳遞鏈, 這些干旱響應基因用于產生在干旱條件下起作用以增強植物抗性的蛋白質, 如轉錄因子(TF)、酶、分子伴侶和其他功能性蛋白等。目前, 已經有很多基因通過超量或抑制表達來檢測基因在植物抗旱中的作用, 并且取得了很大的進展, 這些在抗旱中有功能的基因不但可以直接改良植物的抗旱性, 也可以開發標記, 為分子標記輔助選擇(MAS)育種奠定基礎。

2.1.1 抗旱相關轉錄因子

植物堿性亮氨酸拉鏈蛋白(b ZIP)、干旱響應元件結合蛋白(DREB)、NAC和鋅指(Zinc finger)蛋白等編碼多種TF家族成員, 能夠提高植物抗旱性(Yamaguchi-Shinozaki&Shinozaki, 2006;Ariel et al., 2007;Ciftci-Yilmaz&Mittler, 2008;Fang et al., 2008), 這些TF基因的異位表達或抑制可能激活多種脅迫耐旱機制。

植物的b ZIP轉錄因子能通過參與脫落酸(ABA)信號轉導途徑, 調控植物對干旱脅迫的反應。Orellana等(2010)研究Sl AREB1在番茄中的功能作用時, 將Sl AREB1基因在番茄中超量表達, 轉基因番茄植株顯著提高了對干旱和高鹽脅迫的耐受性, 同時大規模基因表達分析顯示Sl AREB1能夠上調與高鹽、干旱和氧化應激相關基因的表達。

一些DREB/CBF基因在ABA獨立的干旱響應過程中起重要作用, 并且通過分離和鑒定該家族的很多成員發現, 它們能夠改良植物的抗旱性。首先在擬南芥中發現DREB(包括兩個亞類:DREB1和DREB2)在干旱脅迫中起作用(Liu et al., 1998)。將擬南芥的At CBF1轉錄因子在rd29A啟動子的控制下, 在番茄中異源表達, 能夠顯著提高轉基因番茄植株對干旱脅迫的耐受性, 并且植株正常生長(Singh et al., 2011)。然而Li等(2012)研究發現, 當SIDREB基因在番茄中超量表達時, 由于合成赤霉素的關鍵基因下調表達, 導致轉基因番茄葉片擴大和節間伸長受到限制, 從而造成矮小的表型, 由此提高了轉基因番茄的抗旱性。

NAC由NAM、ATAF和CUC組成, 屬于植物特有的TF家族, 番茄中共有102條NAC蛋白, 這個家族的部分基因參與植株對病原體、病毒感染和環境刺激的反應(Souer et al., 1996;Nuruzzaman et al., 2013)。Liu等(2014)研究發現, 將NAC轉錄因子Sl SRN1沉默能夠增加轉基因番茄對生物脅迫的敏感性, 如因灰葡萄孢菌、丁香假單胞菌而感染疾病, 但會提高轉基因番茄對氧化、高鹽、干旱脅迫的耐受性。Sl NAC4調控干旱和高鹽的相關基因表達, 在番茄抗旱過程中起著很重要的作用(Zhu et al., 2014)。由此, NAC蛋白可以作為功能基因資源, 用于改善植物對生物和非生物脅迫的耐受性(Nakashima et al., 2012;Puranik et al., 2012)。

其他轉錄因子, 如乙烯響應因子(ERF)不僅能夠促進植物種子萌發、果實成熟、器官脫落、病原體反應和衰老, 還能夠參與植物脅迫反應(Narayana, 1991);并且其他研究還證明, ERF的TF家族參與植物脅迫反應(Lorenzo et al., 2003)。Klay等(2014)研究發現, 屬于番茄ERF家族的轉錄因子Sl-ERF.B.3基因在干旱以及鹽分脅迫下被下調表達, 但有趣的是低溫、高溫脅迫會誘導其表達。超量表達1個番茄的WRKY轉錄因子Sl WRKY39, 顯著提高了番茄的抗旱能力(Sun et al., 2015)。番茄的1個SR/CAMTA轉錄因子Sl SR1和Sl SR3L負向調控番茄的抗病能力, 但是正向調控番茄的抗旱性(Li et al., 2014a)。

2.1.2 氧化調控相關基因

活性氧(ROS)會導致脂質過氧化、蛋白質和核酸的變性等, 可通過抑制ROS積累以減輕干旱脅迫, ROS的清除是由一系列酶和非酶抗氧化劑以及有機化合物完成的(Gill&Tuteja, 2010)。

過氧化氫酶(CAT)是一種抗氧化酶, 屬于ROS清除劑, 負責將H2O2分解成水和氧氣, 以維持植株體內活性氧的平衡。將源自大腸桿菌的過氧化氫酶(cat E)基因引入番茄的葉綠體后, 轉基因株系對過氧化氫具有更高的親和性, 并且轉基因番茄中cat E基因過表達不僅能夠提高因冷脅迫或干旱脅迫而引起的氧化損傷的耐受性, 還能夠提高由除草劑百草枯引起的氧化應激的耐受性(Mohamed et al., 2003)。

在高等植物中, 超氧化物歧化酶(SOD)作為抗氧化酶和ROS的清除劑, 負責催化超氧自由基產生的O2和H2O2。在植物細胞中根據酶的活性位點上具有不同的金屬(Fe2+、Mn2+和Cu2+), 以及它們在亞細胞定位中不同的位置(細胞質、線粒體、過氧化物酶體和葉綠體), 將其分為幾種SOD異構體(Wang et al., 2007;Aydin et al., 2014)。如Mn SOD基因在番茄植株中的過表達能提高對高鹽和干旱脅迫的抗性, 且降低了電解質的滲透率, 這意味著Mn SOD能夠降低活性氧對轉基因番茄的損傷(Wang et al., 2007)。

葡萄糖-6-磷酸脫氫酶(G6PDH)在戊糖磷酸途徑中首先氧化葡萄糖-6-磷酸(G6P), 是該反應的限速酶, 并且能夠產生大量的NADPH。G6PDH活性增強能夠為抗氧化系統提供NADPH, 以去除過量的ROS, 保護細胞膜的穩定性(Santo et al., 2012)。G6PDH啟動子中具有不同的ABA響應元件, 其表達部分是由于ABA的誘導(Cardi et al., 2011)。G6PDH在干旱條件下與ABA合成相關的NCED, ABA信號轉導因子PP2C, 參與脯氨酸合成的P5CS, 參與ROS清除的抗壞血酸過氧化物酶(APX)等其他干旱相關基因均在番茄的應激反應中呈現顯著上調和活性增強, 并且在干旱條件下呈現持續增長的狀態(Landi et al., 2016)。綜上所述, 干旱誘導ABA合成和信號傳導, 特異性激活ABA應答基因, G6PDH則被特異地誘導, 以此滿足清除系統(例如APX)增加引起的增加還原劑的需求, 從而調節和穩定ROS的增量, 進而提高了植物的抗旱性(Landi et al., 2016)。

2.1.3 信號傳導相關基因

當細胞壁首先感知非生物脅迫后會激活涉及不同脅迫基因的信號轉導(Oliveira et al., 2014)。轉錄后蛋白修飾如蛋白磷酸化/去磷酸化, 蛋白降解/修飾和第二信使的感應如Ca2+, 它們在脅迫信號傳導和調節中發揮重要作用。一些TF和干旱響應蛋白需要通過被磷酸化/去磷酸化或修飾等翻譯后調節以獲得活性, 例如編碼絲裂原活化蛋白激酶(MAPK)、編碼CIPK蛋白激酶的基因、編碼鈣依賴蛋白激酶(CDPK或CPK)和編碼蔗糖非酵解型蛋白激酶鈣依賴蛋白激酶(Sn RK)等的基因都在干旱脅迫信號傳導和調節途徑中起作用。MAPK在耐受脅迫相關的信號網絡中起關鍵作用(Huang et al., 2012)。將植物暴露于各種非生物脅迫條件下時, MAPK參與ABA的調節過程(Hirayama&Shinozaki, 2007), Li等(2013)使用VIGS方法發現Sp MPK1、Sp MPK2和Sp MPK3基因通過影響ABA-H2O2途徑影響H2O2的產生和氣孔的運動來增強番茄的耐旱性。超表達Sl MPK7的轉基因番茄會積累較少的ROS、更多的脯氨酸和可溶性糖以及誘導脅迫響應基因表達, 提高轉基因番茄對非生物脅迫的耐受性(Yu et al., 2016)。CIPK和CDPK是兩種類型的Ca2+-敏感蛋白激酶, 據報道Md SOS2L1(源自蘋果的CIPK激酶)能夠增加番茄和蘋果中抗氧化代謝物的水平(Hu et al., 2016)。Sn RK是廣泛存在于植物中的一類Ser/Thr類蛋白激酶, 在植物抗逆生理過程中具有重要的作用, 例如在番茄中抑制表達Sl Sn RK2.1、Sl Sn RK2.2顯著提高了轉基因番茄對滲透脅迫的耐受性以及對氧化脅迫的耐受性, 番茄的耐鹽性和耐旱性明顯增強(Yang et al., 2015)。

2.2 番茄抗旱性常規育種的研究進展

番茄抗旱性的常規育種主要采用大規模回交策略獲得集親本優良性狀于一體的新品種, 獲得超越親本的雜交后代或者由基因互作產生親本不具備的新性狀類型, 開發具有改良抗旱性和具有高產潛力的新品種(Slabbert et al., 2004)。許多研究表明, 野生番茄及其近緣野生種中含有豐富的耐旱基因, 將這些攜帶優良耐旱基因的野生番茄與普通栽培種番茄雜交, 可以將雙親的優良性狀整合到一起, 從而育成耐旱性強的番茄材料或新品種。例如耐旱野生番茄S.pennellii和普通栽培種番茄S.lycopersicum cv.M82進行雜交, 雜交后代與M82進行回交, 在干旱條件下后代的產量顯著高于親本(Gur&Zamir, 2004)。

由于常規育種是通過植株的表型性狀來推測抗旱性的基因型, 而抗旱性是由多個小的微效基因座控制, 且遺傳多樣性, 遺傳力低, 抗旱性相關性狀的基因型-環境相互作用水平較高, 所以番茄抗旱育種中常規育種的進展仍然相當緩慢。隨著現代生物技術的迅速發展, 人們開始利用分子生物學手段進行植物抗旱性分子改良研究。在利用基因工程改良番茄抗旱性的同時, 分子標記輔助選擇(MAS)技術也應用到改良作物抗旱育種實踐中。采用MAS技術能夠追蹤調控抗旱性狀的遺傳位點, 免去多年的大量田間測試工作, 提高選擇效率, 同時高分辨率的遺傳圖譜和物理圖譜建成之后, 就可以通過圖位克隆技術分離抗旱相關基因, 研究抗旱基因的功能。同樣, 標記輔助回交(MABC)的策略可以將抗旱供體基因型的主要數量性狀基因座(QTL)滲入高產但不抗旱或干旱敏感的受體親本中, 以提高植物的抗旱性。展望

番茄營養豐富, 風味獨特, 深受人們的喜愛。近年來我國番茄栽培面積不斷增加, 尤其是設施栽培。但是農業水資源匱乏是限制番茄生產的重要因素之一, 因此, 科學合理地進行番茄生產是眾多研究人員的目標。

在自然條件下, 干旱脅迫的時節、強度和持續時間是高度動態和不可預測的, 這使得抗旱性研究復雜化。因此, 如果條件允許, 在評估抗旱時應與其他主要的非生物脅迫如高溫和高鹽聯系起來, 因為干旱脅迫經常伴隨高溫脅迫的發生, 并且植物在響應這些脅迫時會在多種水平上發生交互作用。

通過轉基因的方法已經分離和鑒定了許多與作物抗旱性相關的基因。然而, 檢測這些基因對番茄抗旱性的影響主要在溫室、小盆中或僅在幼苗期間進行, 只有少數在田間檢測。由于田間干旱脅迫的復雜性, 那些溫室中對改良抗旱性有效的基因在用于育種程序之前必須在田間進行進一步評估。并且一些基因對作物正常生長或增產潛力會有負面影響, 例如植物在遭遇不利的環境時, 植株變得矮小, 減少能量或水分的流失以適應逆境。所以在番茄抗旱育種過程中, 在明確基因功能的基礎上, 還需要建立科學的抗旱評價體系。目前, 利用現代分子生物學和MAS結合的方法進行育種, 是提高番茄抗旱性的有效途徑。

基因組編輯也是一種精準、高效的基因工程方法。其中CRISPR/Cas(clustered regularly interspaced short palindromic repeats/CRISPR-associated protein)系統只需合成1個sg RNA就能實現對基因的特異性修飾, 操作簡單。利用此系統將番茄的Sl MAPK3基因進行定點敲除, 番茄表現對干旱高度敏感(Wang et al., 2017)。盡管關于基因編輯技術在番茄抗旱性方面的報道并不多, 但番茄具有高效的轉化方法、二倍體基因組、高質量的基因組序列以及極高的經濟價值, 在眾多雙子葉植物中是CRISPR/Cas9基因編輯技術的理想候選者(Brooks et al., 2014), 并且基因編輯技術能夠定向修飾基因, 能夠獲得不含轉基因痕跡的后代, 操作方便。因此基因編輯技術在改良番茄性狀、提高抗旱性方面極具潛力。

參考文獻

[1]安玉艷, 梁宗鎖.2012.植物應對干旱脅迫的階段性策略.應用生態學報, 23(10):2907-2915.[2]柏成壽, 陸幗一.1991.水分脅迫對番茄幼苗生長影響的研究.園藝學報, 18(4):340-344.[3]劉朝霞.2016.土壤干旱脅迫對番茄根系生長、氣孔特性及保護酶活性的影響[碩士論文].南京:南京信息工程大學.[4]王海波.2011.海水淡化用p H及電導率在線檢測系統研究[碩士論文].杭州:杭州電子科技大學.[5]楊再強, 邱譯萱, 劉朝霞, 陳艷秋, 譚文.2016.土壤水分脅迫對設施番茄根系及地上部生長的影響.生態學報, 36(3):748-757.

第二篇：基因工程論文

基因工程論文

一． 定義

基因工程（genetic engineering）又稱基因拼接技術和DNA重組技術，是以分子遺傳學為理論基礎，以分子生物學和微生物學的現代方法為手段，將不同來源的基因按預先設計的藍圖，在體外構建雜種DNA分子，然后導入活細胞，以改變生物原有的遺傳特性、獲得新品種、生產新產品。基因工程技術為基因的結構和功能的研究提供了有力的手段

二，基本操作步驟：

1．提取目的基因：一條是從供體，的DNA中直接分離基因；另一條是人工合成基因（1）直接分離基因：最常用的方法是“鳥槍法”，又叫“散彈射擊法”。鳥槍法的具體做法是：用限制酶將供體細胞中的DNA切成許多片段，將這些片段分別載入運載體，然后通過運載體分別轉入不同的受體細胞，讓供體細胞提供的DNA（即外源DNA）的所有片段分別在各個受體細胞中大量復制（在遺傳學中叫做擴增），從中找出含有目的基因的細胞，再用一定的方法把帶有目的基因的DNA片段分離出來。

（2）工合成基因的方法主要有兩條。一條途徑是以目的基因轉錄成的信使RNA為模版，反轉錄成互補的單鏈DNA，然后在酶的作用下合成雙鏈DNA，從而獲得所需要的基因。另一條途徑是根據已知的蛋白質的氨基酸序列，推測出相應的信使RNA序列，然后按照堿基互補配對的原則，推測出它的基因的核苷酸序列，再通過化學方法，以單核苷酸為原料合成目的基因。

2.目的基因與載體結合：將目的基因與運載體結合的過程，實際上是不同來源的DNA重新組合的過程。

3.將目的基因導入受體細胞：目的基因的片段與運載體在生物體外連接形成重組DNA分子后，下一步是將重組DNA分子引入受體細胞中進行擴增。

4.目的基因檢測與表達：在全部的受體細胞中，真正能夠攝入重組DNA分子的受體細胞是很少的。必須通過一定的手段對受體細胞中是否導入了目的基因進行檢測。重組DNA分子進入受體細胞后，受體細胞必須表現出特定的性狀，才能說明目的基因完成了表達過程。

三．基因工程應用：

1．與醫藥衛生

（1）生產基因工程藥品（2）基因診斷（3）基因治療

2．與農牧業、食品工業

（1）農業：培育高產、優質或具特殊用途的動植物新品種。

（2）畜牧養殖業：培育體型巨大、品質優良的轉基因動物；利用外源基因在哺乳動物體內的表達獲得人類所需要的各種物質，如激素、抗體及酶類等。（3）食品工業：為人類開辟新的食物來源。

3．與環境保護

（1）用于環境監測：用DNA探針可檢測飲水中病毒的含量

（2）用于被污染環境的凈化：分解石油的“超級細菌”；“吞噬”汞和降解土壤中DDT的細菌；能夠凈化鎘污染的植物；構建新的殺蟲劑；回收、利用工業廢物等。

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第三篇：基因工程論文

淺談基因工程的應用

及發展前景

姓名：**** 課堂編號：*** 學號：******** 專業年級：******** 指導老師：*** 摘要：20世紀70年代以來基因工程技術在世界范圍內迅速興起，為揭開生命世界的奧秘打開了一條通道，它被人們寄予著緩解饑餓與貧困的期待，也凝聚這人們改善生活質量，提高生活水平的美好憧憬，這就是基因工程賴以存在與發展的意義所在。

關鍵詞：基因工程 農業 醫學 環保 前景

Abstract：70 years since the 20th century，genetic engineering technology in the world is rising rapidly，to uncover the mysteries of life and the world opens up a channel，it is the people sent to the expectations of hunger and poverty relief，but also unite the people improve their quality of life，improve living standards good vision，and this is genetic engineering which the meaning of existence and development.基因工程，又稱DNA 重組技術，是指在基因水平上，以人工的方法取得目的基因，在體外重組于載體上，形成重組DNA分子，然后將重組DNA 分子轉入受體細胞進行復制、轉錄和翻譯，從而產生人們所需要的目的基因的產物。基因工程技術打破了天然物種屏障，人們可以按照主觀愿望，將來自不同生物體的DNA 片段組合到一起，并獲得新的表達產物。

基因工程技術的不斷發展使其在農業、醫學、環保等方面取得了廣泛的應用，帶來了巨大的科學價值和經濟效益。基因工程通過基因重組實現產品的改良，例如獲得殺蟲或抗病活性，產生更多的代謝產物，或產生新型代謝產物等。通過基因工程技術產生的基因工程體一般可以產生經濟或社會效益，或具有明顯的產生經濟或社會效益的潛力。以下通過基因工程在農業、醫學和環保三個方面來說明基因工程的應用及發展前景。基因工程用于農業方面

農業是目前基因工程技術引用最廣泛的領域之一，農作物生物技術的目的是提高作物產量，改善品質，增強作物抗逆性、抗病蟲害的能力。基因工程在這些領域已取得了令人矚目的成就。由于植物病毒分子生物學的發展，植物抗病基因工程也也已全面展開。例如：中國科學院把抗病毒基因轉到了水稻的細胞里，由此培育出的植株可以抵抗水稻常見的一些病害，并能穩定遺傳抗蟲。同時，植物基因工程技術的興起為創造植物雄性不育系提供了新的策略和可能[1]。人們采用特異性啟動子與RNA酶基因構建嵌合基因這一策略來實現創造雄性不育系。事實證明，這在煙草、油菜、小麥、水稻和一些果樹雨中中取得了成功。

另一方面，轉基因技術的實現也為農業創造高質量、高產量的新品種。轉基因技術能培養出多種快速生長的轉基因魚、轉基因羊、產奶量高的轉基因牛等[2]。隨著生活水平的提高，人們越來越關注農業產品的口味、口感、營養成分、欣賞價值等品質性狀。實踐證明，利用基因工程可以很好地改善植物的品質，在人們的不斷努力下，越來越多的基因工程農業產品進入了市場，利用基因工程改良作物品質也取得了不少進展，如美國Florida Gainesville大學的科學家將外源高分子量面筋蛋白基因導入普通小麥中，獲得了含量更多的高分子量面筋蛋白質的小麥，這樣的小麥面筋蛋白具有良好的延伸性和彈性[3]。基因工程用于醫學方面

目前，以基因工程藥物為主導的基因工程應用產業已成為全球發展最快的產業之一，發展前景非常廣闊。基因工程藥物主要包括細胞因子、抗體、疫苗、激素和寡核甘酸藥物等。它們對預防人類的腫瘤、心血管疾病、遺傳病、糖尿病、包括艾滋病在內的各種傳染病、類風濕疾病等有重要作用。在很多領域特別是疑難病癥上，基因工程工程藥物起到了傳統化學藥物難以達到的作用。我國科學家應用安福隆治療慢性乙型病毒性肝炎患者45 例，第1個月每天肌肉注射1 次安福隆500 萬u，后改為隔天肌肉注射1次，療程為6個月；與給予甘利欣、維生素C等保肝藥物治療的對照組47例進行了比較。結果治療組肝功能復常率、HBVDNA 陰轉率、HBeAg 陰轉率、HBeAb 陽轉率均明顯高于對照組并有顯著統計學意義。該臨床研究證明安福隆治療慢性乙型病毒性肝炎療效確切[4]。

同時了，基因工程的發展使得基因診斷得到廣泛的應用。一些遺傳病和癌癥的發病與基因的突變有關，在基因水平可以做出正確的診斷。常用的方法有DNA分子雜交，檢測基因的缺失、重排、基因拷貝數擴增等。在多聚酶鏈式反應技術發明后，使基因診斷方法趨于簡便。可以不必做DNA分子雜交，而直接從擴增的DNA分子做酶切分析。有的不需做酶切而從擴增片段的長度就可作為找診斷指標。用PCR法擴增片段做RFLP分析，又成俄日擴增片段長度多態性——AmpFLP [5]。

基因工程用于環保方面

工業發展以及其它人為因素造成的環境污染已遠遠超出了自然界微生物的凈化能力，已成為人們十分關注的問題。基因工程技術可提高微生物凈化環境的能力。美國利用DNA重組技術把降解芳烴、萜烴、多環芳烴、脂肪烴的4種菌體基因鏈接，轉移到某一菌體中構建出可同時降解4種有機物的超級細菌，用之清除石油污染，在數小時內可將水上浮油中的2 /3烴類降解完，而天然菌株需1年之久。90年代后期問世的DNA改組技術可以創新基因，并賦予表達產物以新的功能，創造出全新的微生物，如可將降解某一污染物的不同細菌的基因通過PCR技術全部克隆出來，再利用基因重組技術在體外加工重組，最后導入合適的載體，就有可能產生一種或幾種具有非凡降解能力的超級菌株，從而大大地提高降解效率。

生物柴油作為一種新型可再生能源，其生產原料主要為含油植物，如大豆、油菜、棕櫚和蓖麻等。此外，將含油微藻作為生物柴油原料，也在逐漸成為一個新的研究領域。用微藻生產生物柴油具有更多優勢，科學家利用小球藻生產的生物柴油，不僅具有傳統化石柴油相當的密度、粘度和熱值，而且具有更低的冷濾點和良好的發動機低溫啟動性能[6]。

目前國外已有許多公司開始利用基因工程研究生物柴油及其他生物燃料，圣地亞哥藍寶石能源生物科技公司稱，他們有望在2011年前銷售由藻類生產出的“汽油”；科羅拉多州的Solix 生物燃料公司的第一個試點工廠，計劃于今年夏天正式投產營運[7]。鑒于基因工程所開發的生物燃料是能源發展的大勢所趨，致力于開發并大量生產生物燃料的公司，最后獲得的不僅僅是可觀的利潤，他們還將創造歷史。基因工程的發展前景

由于基因工程運用DNA分子重組技術，能夠按照人們預先的設計創造出許多新的遺傳結合體，具有新奇遺傳性狀的新型產物，增強了人們改造動植物的主觀能動性、預見性。而且在人類疾病的診斷、治療等方面具有革命性的推動作用，對人口素質、環境保護等作出具大貢獻。所以，各國政府及一些大公司都十分重視基因工程技術的研究與開發應用，搶奪這一高科技制高點。其應用前景十分廣闊。我國基因工程技術尚落后于發達國家，更應當加速發展，切不可坐失良機。

但是，任何科學技術都是一把雙刃劍，在給人類帶來利益的同時，也會給人類帶來一定的災難。比如基因藥物，它不僅能根治遺傳性疾病、惡性腫瘤、心腦血管疾病等，甚至人的智力、體魄、性格、外表等亦可隨意加以改造；還有，克隆技術如果不加限制，任其自由發展，最終有可能導致人類的毀滅。基因工程這一生物技術最大的特征就在于它與人類的生命健康和生活質量息息相關，而且這種相關性要強于其他任何科學技術。在解決這些倫理問題之前，我們必須要先確立解決這些倫理問題的基本思路。只有把基本思路規劃好，才能有針對性的解決問題，避免走彎路。解決基因工程倫理問題的基本思路可以概括為四個基本原則，即不傷害原則、有利原則、尊重原則以及公正原則[8]。

還有，盡管目前的轉基因動植物還未發現對人類有什么危害，但不等于說轉基因動植物就是十分安全的，畢竟這些東西還是新生事物，需要實踐慢慢地檢驗。轉基因生物和常規繁殖生長的品種一樣，是在原有品種的基礎上對其部分性狀進行修飾或增加新性狀，或消除原來的不利性狀，但常規育種是通過自然選擇，而且是近緣雜交，適者生存下來，不適者被淘汰掉。而轉基因生物遠遠超出了近緣的范圍，人們對可能出現的新組合、新性狀會不會影響人類健康和環境，還缺乏知識和經驗，按目前的科學水平還不能完全精確地預測。所以，我們要在抓住機遇，大力發展基因工程技術的同時，需要嚴格管理，充分重視轉基因生物的安全性。

基因工程技術還在發展階段，它的許多用途和功能仍有待我們去發掘，趨利避害是我們發展基因工程技術的基本原則，讓基因工程技術成為社會發展與人們生活水平提高的福音。

參考文獻：

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第四篇：基因工程論文

學號：13054107

基因工程結課論文

靶向MRP1基因pRNAT-H1.1/shuttle-RFP重組質粒表達載體構建

院（系）名

稱： 理學院 專業

名

稱： 生物科學 學

生

姓名： 姜己玉 所

在班

級： 13-1

目錄

摘要............................................................................................................................................2 第一章 緒論..............................................................3 1..1RNAi的研究進展....................................................3 1.1.1RNAi的分子作用機制...........................................3 1.1.2 RNAi 的特點..................................................3 1.1.3 siRNA簡介.........................................................3 1.1.4 s iRNA 的設計原則..........................................3 1.2 用于 RNA i 的載體....................................................4 1.2.1 載體的選擇..................................................4 1.2.2 質粒人工構建的目的.................................................4 1.3 MRP1 的研究進展......................................................4 第二章 實驗材料與方法.....................................................5 2.1 實驗材料.............................................................5 2.1.1 宿主菌.............................................................5 2.1.3 載體通用引物................................................5 2.1.5 主要儀器..........................................................5 2.2 試驗方法.........................................................5 2.2.1 shRNA 的設計與退火..................................................5 2.2.2 合成干涉片段的退火..........................................6 2.2.3 重組載體的構建..............................................6 2.2.4 菌落PCR初步篩選陽性重組子..................................7 2.2.5 測序鑒定重組載體...............................................7 第三章 結果與分析.........................................................8 3.1 質粒經HindⅢ和BamHI雙酶切后膠回收結果...........................8 3.1.1 質粒經HindⅢ和BamHI雙酶切后結果.............................8 3.1.2 目的片段的回收................................................8 3.2 重組質粒的菌落PCR...................................................8 3.3 重組質粒大量提取......................................................8 3.4 重組質粒測序結果.................................................8 參考文獻..................................................................9

摘 要

癌癥嚴重威脅著人類的健康，其發病率呈上升趨勢。化療作為其常規臨床治療手段，在癌癥治療中具有手術和放射治療不能替代的作用。腫瘤細胞的多藥耐藥性（multidrug resistance, MDR）是導致腫瘤細胞化療失敗的主要原因。腫瘤細胞產生多藥耐藥的原因較為復雜，多藥耐藥相關蛋白1（Multidrug Resistance-associated Protein 1，MRP1）的過度表達是導致其產生多藥耐藥的主要原因之一。RNA干擾(RNA interference，RNAi)是近年來發現的能快速、高效、特異的沉默目的基因表達的技術，如能通過RNAi技術沉默MDR1基因，逆轉腫瘤細胞的多藥耐藥性將為改善癌癥病人的化療效果奠定基礎。

目的：本課題選用pRNAT-H1.1/shuttle-RFP表達穿梭載體。構建針對mrp1 mRNA的RNA干擾表達載體。

方法：將預先根據MRP1基因序列設計合成的編碼siRNA的cDNA序列與pRNAT-H1.1/shuttle-RFP質粒載體連接，構建靶向mrp1 siRNA重組質粒。將重組質粒轉化E.coli DH5α后大量提取重組質粒，經菌落 PCR和 DNA測序分析檢測重組載體構建結果。

結果：成功構建靶向MRP1基因pRNAT-H1.1/shuttle-RFP重組質粒表達載體。為下一步抑制mrp1基因在腫瘤細胞中的表達奠定基礎。

關鍵詞：RNA干擾；MRP1；pRNAT-H1.1/shuttle-RFP質粒；穿梭載體

第1章 緒 論

1.1 RNAi的研究進展

RNA干擾(RNA interference , RNAi)是由雙鏈RNA分子介導的序列特異性轉錄后基因沉默過程，為一種雙鏈RNA分子在mRNA 水平上關閉相關基因表達的過程，是一項新興的基因阻斷技術。RNAi有望成為分析人類基因組功能的有力工具，在腫瘤病因、免疫機制及治療等方面的研究上有廣闊的發展前景。

1.1.1 RNAi的分子作用機制

RNAi的作用機制在眾多學者的努力研究下日漸明朗。不同生物體內的RNA干擾作用機制也各有不同，但是主要可以分為兩種類型：特異效應作用機制與非特異效應作用機制。特異性效應一般發生在短雙鏈RNA（21～23nt）上，非特異性效應發生于長雙鏈RNA（30nt以上）。

1.1.2 RNAi的特點

RNAi具有高效性，也就是說與細胞內的mRNA的量相比，注入細胞內的siRNA的量要少得多。但由于循環放大機制的存在，仍可以有效地阻斷目的基因的表達；同時，RNAi也具有高特異性，小干擾RNA由dsRNA降解得到的，除在序列識別中不起主要作用的正義鏈3′端的兩個堿基以外，其余堿基均為必需。

1.1.3 siRNA簡介

RNA干擾作用是通過siRNA（small interfering RNA，siRNA）這類小RNA分子作為較穩定的中間介質實現的。通過對植物的研究證明，雙鏈RNA復合體降解為35nt左右的小RNA分子后通過序列互補與mRNA結合，進而降解mRNA。

1.1.4 siRNA的設計原則

RNAi 作用的成功與否，關鍵在于siRNA序列的結構，不同結構的siRNA序列沉默基因的效率差別很大，2001年，Elbashir S M等[應用化學合成法合成了siRNA，并發現可以誘導哺乳動物發生RNAi，他們進而據此提出了siRNA 設計方法：1)從起始密碼下游50~100nt開始搜索siRNA以避免出現于5′或3′端的UTRs 的蛋白結合位點，；

2)搜索5′AA(N19)UU序列，如果沒有相應序列，可以選擇5′AA(N21)或5′NA(N21)；3)G/C含量在32%~79%之間[16]； 4)要確定siRNA對靶基因的特異性，可以利用Blast軟件在基因組中進行比對，；5)設置在基因組中無對應序列的siRNA的對照siRNA。但是，Elbashir S M等的設計方法siRNA 篩選效率仍然很低，要更好的掌握RNAi。

1.2 用于RNAi的載體

基因工程中，攜帶目的基因進入宿主細胞進行擴增和表達的工具，稱為載體。是指能夠運載外源DNA片段進入受體細胞，具有自我復制能力，使外源DNA片段在受體細胞中得到擴增和表達，不被受體細胞的酶系統所破壞的一類DNA分子。載體具有以下的功能：（1）運送外源基因高效轉入受體細胞；（2）為外源基因提供復制能力或整合能力；（3）為外源基因的擴增或表達提供必要的條件。

1.2.1載體的選擇

質粒是為一種1-200kb不等的雙鏈、閉環的DNA分子。是染色體外穩定遺傳，并能以超螺旋狀態存在于宿主細胞中的因子。RNA干擾實驗通常選用質粒作為載體。質粒載體是為適應實驗室操作在天然質粒的基礎上人工構建的。但是，天然質粒的缺點是分子量大，拷貝數低，所以為使分子量盡可能減少，必須去掉大部分的非必需序列，以便于基因工程操作。

1.2.2 質粒人工構建的目的

天然存在的野生型質粒由于分子量大、拷貝數低、單一酶切位點少、遺傳標記不理想等缺陷，因而不適合用作基因工程的載體，必須對之進行改造構建

1.3 MRP1的研究進展

MRP1的底物 直接通過細胞毒性分析和底物刺激的ATP酶測量進行識別MRP1的底物的，底物是由大量的多樣化的疏水復合物，有機陰離子結合物以及陰離子非結合性底物所組成。典型的結合型底物包括：谷胱甘肽，葡糖醛酸和硫酸鹽結合物，MRP1的組織分布 MRP1在體內的表達可以說是無所不在。

第2章 實驗材料與方法

2.1 實驗材料

2.1.1 宿主菌

E.coli DH5α：為感受態宿主菌由北京鼎國生物技術有限責任公司提供。

2.1.2 質粒載體

pRNAT-H1.1/shuttle-RFP質粒。pRNAT-H1.1/shuttle-RFP質粒特性如下：pRNAT-H1.1/shuttle 是一種腺病毒siRNA穿梭質粒，shRNA的表達由人的轉錄啟動子H1 Promoter啟動，H1啟動子屬于PolⅢ啟動子，該啟動子總在其下游的固定距離開始轉錄合成RNA，轉錄過程遇到4~5個連續的U即終止，非常精確；同時CMV Promoter為真核生物啟動子，可在該質粒中高效啟動紅色熒光蛋白的表達；MCS為多克隆位點。

2.1.3 載體通用引物

正向引物（M13）：5′-GTTTTCCCAGTCACGAC-3′ 反向引物（Rev）：5′-GAGTTAGCTCACTCATTAGGC-3′

2.1.4 主要試劑、具酶及儀器

質粒快速提取試劑盒，Sanprep柱式DNA膠回收試劑盒，10×PCR buffer，dNTP，Marker(1kb,100bp)，Goldview DNA染料，EDTA Bio Basic Inc 溶菌酶，LiCl Amresco RNase Sigma bacto-typtone Bio Basic Inc bacto-yeast extract Bio Basic Inc PEG8000，HindⅢ NEB，BamHI NEB，T4DNA連接酶 NEB，Taq酶，微量振蕩器（MM-2型），微量振蕩器（MM-2型），恒溫空氣搖床，電子天平，紫外分析儀（ZF型），低溫離心機（SK18），低溫離心機（SK18），PCR儀（9600型），ABI 恒溫磁力攪拌器（2003-16），恒溫水浴鍋，自動雙重純水儀

2.2 實驗方法

2.2.1 shRNA的設計與退火

根據siRNA設計原則[34]，根據MRP1靶序列，設計合成四對互補反向重復脫氧核糖核酸序列，中間間隔9nt莖環序列(TTCAAGAGA)，5′端帶有BamHⅠ酶切位點，3′端帶有HindⅢ酶切位點，用BLAST進行同源性分析，確定與其他基因無同源性。shRNA的 5

DNA模板由上海生工合成，單鏈干涉片段退火后形成雙鏈。根據2個靶序列設計的2對DNA干涉片段mrp1-1，mrp1-2。

2.2.2 合成干涉片段的退火

合成片段的退火體系：各管混勻后90℃保溫3分鐘，37℃保溫1h，再取5μL退火溶液加45μL 滅菌雙蒸水混勻，使干涉片段終濃度為8ng/μL。

2.2.3 重組載體的構建

（1）將含有pRNAT-H1.1/shuttle-RFP質粒的大腸桿菌接種入盛有200mL LB培養基（含2μg/mL氨芐青霉素）的500mL三角瓶中，置37℃振蕩培養過夜（置搖床中160r/min）。（2）實驗前預先配制溶液Ⅱ，溶菌酶。預冷溶菌酶、溶液Ⅰ和溶液Ⅲ。取出菌懸液，觀察菌體生長狀況，將菌懸液分裝于兩個250ml離心桶中，調平。預冷離心機至4℃，4℃下8000r/min離心5min，棄上清，得菌體。（3）加預冷的溶液Ⅰ50ml于每離心桶，混勻，洗滌沉淀。8000r/min離心5min，棄上清，得沉淀。此步驟的目的為出去培養基，以獲得更純的細菌沉淀物。（4）用17ml溶液Ⅰ吹散重懸細菌沉淀物，加3ml新配制的溶菌酶溶液，溫和混勻，室溫放置10min，裂解大腸桿菌。（5）加40ml新配制的溶液Ⅱ，以使菌體破碎，釋放質粒DNA等內容物。緩慢顛倒數次，防止破壞基因組DNA，室溫放置3min。（6）加30ml預冷的溶液Ⅲ，緩慢顛倒數次，防止SDS破壞基因組DNA，冰浴放置15min。4℃下以10000r/min離心10min，然后將上清液全部倒入新離心桶中。（7）將上清液在4℃下以10000r/min離心10min，然后將上清液經8層紗布過濾至新離心桶中。（8）加0.6倍體積（約54ml）的異丙醇，充分混勻，室溫放置15min，以沉淀核酸。8000r/min離心15min，小心倒掉上清，敞開瓶口倒置于紙巾上，使殘余上清液流盡，晾干。（9）加15ml水再加15ml LiCl（預冷）混勻，靜置沉淀15min，4℃下10000r/min離心15min，以出去蛋白質和RNA。（10）倒上清于新的離心桶中，加30ml異丙醇，劇烈震蕩，靜置沉淀15min，在4℃下以10000r/min離心15min。再次沉淀核酸。（11）棄上清，得到沉淀的核酸。敞開瓶口倒置于紙巾上使殘余上清液流盡。（12）用70%乙醇洗滌沉淀，4℃下以10000r/min離心5min，棄去乙醇，離心桶敞口倒置于紙巾上，使乙醇揮發殆盡。此步驟可以沉淀DNA。（13）加2ml無菌水溶解沉淀，將液體吸到10ml離心管中，再吸2ml ddH2O沖洗瓶壁，隨后將洗液加到同一10ml離心管中，隨后加100μl RNaseA，37℃，水浴30min。以使RNA徹底分解。（14）加等體積含13％（w/v）聚乙二醇（PEG 8000）的1.6mol/L NaCl,充分混合，用微量離心機于4℃以12000轉/分，離心15分鐘，以回收質粒DNA。（15）沉淀用3ml70%乙醇重懸清洗，以除去PEG，12000r/min離心8min。（16）重復上步操作，將離心管倒扣于紙巾上10min，加1ml H2O溶解，用等體積酚/氯仿/異戊醇再抽提一次蛋白質，室溫下8000r/miin離心10min。（17）小心吸上清與另一離心管中，加2倍體積的預冷無水乙醇，再加0.1體積的NaAC（3mol，pH5.2），冰上沉淀20min，4℃下10000r/min離心15min，使DNA沉淀出來。（18）去上清加入3ml 70%乙醇重懸清洗，10000r/min 離心15min，晾干，用500μl無菌水溶解沉淀。

2.2.4菌落PCR初步篩選陽性重組子

滅菌牙簽挑取LB篩選平板上圓滑單菌落，先在預先分隔并標記的另一LB平皿上劃板，然后點入制備好的PCR反應混合液，開始擴增。PCR反應條件為：94℃預變性2分鐘；94℃ 變性30s，55℃ 退火30s，72℃ 延伸45s，共35個循環；72℃ 延伸1分鐘，4℃保存，1.2％瓊脂糖凝膠電泳檢測PCR產物。劃板的平皿于37℃培養12-16h。

2.2.5 測序鑒定重組載體

將小提鑒定結果正確的質粒送交上海生工生物工程技術服務有限司，以載體反向引物為測序引物。將經鑒定后未發生突變的H1.1-

1、H1.1-2靶向MRP1基因siRNA重組質粒的宿主菌搖瓶擴大培養后，進行質粒大量提取,方法如2.1.2.3.1所述。

第3章 結果與分析

3.1 質粒經HindⅢ和BamHI雙酶切后膠回收結果

3.1.1 質粒經HindⅢ和BamHI雙酶切后結果

pRNAT-H1.1/shuttle-RFP質粒經HindⅢ和BamHI雙酶切，結果顯示單酶切產物大小約為6200bp，雙酶切產物略小于單酶切產物，與預期結果相符。

3.1.2 目的片段的回收

目的片段回收 ,結果顯示回收產物大小約為6Kb，與預期結果相符。

3.2 重組載體的菌落PCR 重組載體菌落 PCR電泳，結果顯示PCR擴增產物,電泳分析發現陽性產物可以擴增出560bp大小的條帶，假陽性產物不能擴增出560bp大小的條帶,與預期結果相符，可以初步篩選出陽性產物。

3.3 重組質粒大量提取

重組質粒大量提取后的電泳，結果顯示pRNAT-H1.1/shuttle-RFP 重組質粒大小約為6.2kb，與預期結果相符。

重組質粒大提并稀釋50倍以后在紫外分光光度儀Genespec上測其OD值。

3.4 重組質粒測序結果

pRNAT-H1.1/shuttle-RFP重組質粒測序鑒定，結果顯示重組質粒的堿基序列與預期結果一致，未發生堿基突變，說明pRNAT-H1.1/shuttle-RFP重組質粒構建成功。

參考文獻

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第五篇：基因工程論文

淮陰工學院生物課程論文 引言（或緒論）

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基因工程也稱遺傳工程，它主要是指通過DNA重組技術，對生物特定的基因進行復制（克隆）、改造（修飾、重組）或人工合成新的基因，以達到改造生物性狀乃至創造新的物種的目的。基因工程就是在基因水平（分子水平）上對生命體的操作。基因技術將可能給人類在疾病防治、健康保健直至延年益壽方面帶來的革命性變化勾起了人們對未來美好生活的無限憧憬。

1.1 基因工程應用于植物方面

農業領域是目前轉基因技術應用最為廣泛的領域之一。農作物生物技術的目的是提高作物產量改善品質,增強作物抗逆性、抗病蟲害的能力。基因工程在這些領域已取得了令人矚目的成就。由植物病毒分子生物學的發展,植物抗病基因工程也也已全面展開。自從發現煙草花葉病毒(TMV)的外殼蛋白基因導入煙草中,在轉基因植株上明顯延遲發病時間或減輕病害的癥狀,通過導入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行了試驗。在利用基因工程手段增強植物對細菌和真菌病的抗性方面,也已取得很大進展。植物對逆境的抗性一直是植物生物學家關心的問題。由于植物生理學家、遺傳學家和分子生物學家協同作戰,耐澇、耐鹽堿、耐旱和耐冷的轉基因作物新品種(系)也已獲得成功。植物的抗寒性對其生長發育尤為重要。科學家發現極地的魚體內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寒冷的極地中。將這種抗凍蛋白基因從魚基因組中分離出來,導入植物體可獲得轉基因植物,目前這種基因已被轉入番茄和黃瓜中。隨著生活水平的提高,人們越來越關注口味、口感、營養成分、欣賞價值等品質性狀。實踐證明,利用基因工程可以有效地改善植物的品質,而且越來越多的基因工程植物進入了商品生產領域,近幾年利用基因工程改良作物品質也取得了不少進展,如美國國際植物研究所的科學家們從大豆中獲取蛋白質合成基因,成功地導入到馬鈴薯中,培育出高蛋白馬鈴薯品種,其蛋白質含量近大豆,大大提高了營養價值,得到了農場主及消費者的普遍歡迎。在花色、花香、花姿等性狀的改良上也作了大量的研究。

1.2 基因工程應用于醫藥方面

目前,以基因工程藥物為主導的基因工程應用產業已成為全球發展最快的產業之一,發展前景非常廣闊。基因工程藥物主要包括細胞因子、抗體、疫苗、激素和寡核 淮陰工學院生物課程論文

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甘酸藥物等。它們對預防人類的腫瘤、心血管疾病、遺傳病、糖尿病、包括艾滋病在內的各種傳染病、類風濕疾病等有重要作用。在很多領域特別是疑難病癥上,基因工程工程藥物起到了傳統化學藥物難以達到的作用。我最為熟悉的干擾素(IFN)就是一類利用基因工程技術研制成的多功能細胞因子,在臨床上已用于治療白血病、乙肝、丙肝、多發性硬化癥和類風濕關節炎等多種疾病。目前,應用基因工程研制的艾病疫苗已完成中試,并進入臨床驗證階段;專門用于治療腫瘤的“腫瘤基因導彈”也將在不久完成研制,它可有目的地尋找并殺死腫瘤,將使癌癥的治愈成為可能。由中國、美國、德國三國科學家及中外六家研究機構參與研制的專門用于治療乙肝、慢遷肝、慢活肝、丙肝、肝硬化的體細胞基因生物注射劑,最終解決了從剪切、分離到吞食肝細胞內肝炎病毒,修復、促進肝細胞再生的全過程。經4年臨床試驗已在全國面向肝炎患者。此項基因學研究成果在國際治肝領域中,是繼干擾素等藥物之后的一項具有革命性轉變的重大醫學成果。

1.3 基因工程應用于環保方面

工業發展以及其它人為因素造成的環境污染已遠遠超出了自然界微生物的凈化能力,已成為人們十分關注的問題。基因工程技術可提高微生物凈化環境的能力。美國利用DNA重組技術把降解芳烴、萜烴、多環芳烴、脂肪烴的4種菌體基因鏈接,轉移到某一菌體中構建出可同時降解4種有機物的“超級細菌”,用之清除石油污染,在數小時內可將水上浮油中的2 /3烴類降解完,而天然菌株需1年之久。也有人把Bt蛋白基因、球形芽孢桿菌、且表達成功。它能釘死蚊蟲與害蟲,而對人畜無害,不污染環境。現已開發出的基因工程菌有凈化農藥的DDT的細菌、降解水中的染料、環境中有機氯苯類和氯酚類、多氯聯苯的工程菌、降解土壤中的TNT炸藥的工程菌及用于吸附無機有毒化合物(鉛、汞、鎘等)的基因工程菌及植物等。90年代后期問世的DNA改組技術可以創新基因,并賦予表達產物以新的功能,創造出全新的微生物,如可將降解某一污染物的不同細菌的基因通過PCR技術全部克隆出來,再利用基因重組技術在體外加工重組,最后導入合適的載體,就有可能產生一種或幾種具有非凡降解能力的超級菌株,從而大大地提高降解效率。基因工程存在的爭議

目前普遍的看法是，人類在基因技術如何影響人類社會傳統倫理道德方面的研究遠遠落后于對基因技術本身的研究。塞萊拉基因公司老板文特爾就曾鄭重指出，人類 淮陰工學院生物課程論文

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基因圖譜雖然由人類各國共享，但決不能濫用。我認為所有的科學創造、發明都應該以改善人類生活為目的，基因工程方面的研究也如此。我們應鼓勵基因科學的深入發展，國家也應該加大投入。但是克隆人以及一些武器發展方面的問題，就要靠社會的約束和管理，要靠人類自己的抉擇，畢竟科學都是有正反兩面性的。就基因工程技術本身而言，也存在著不少爭議，不得不讓人重視。

2.1 對遺傳工程的生物能否給予專利保護

就像過去歐洲圈占無生命的公有資源土地一樣，“圈地運動”同樣存于今天：美國一家公司用一種植物為原料制成抗癌物質，賺取上億美元,而這一植物的自然資源地的人們卻沒有拿到一分錢補償，這時就涉 及到生物遺傳資源能否擁有私有知識產權的問題。

2.2 要不要反對生物剽竊

不少發展中國家擁有原始遺傳資源，而發達國家卻擁有生物技術革命的手段，可以把基因庫資源變成商品。印度有一種訥木樹，一家西方公司從其中分離出有效成份，申請和獲得多項訥木提取液生產工藝的專利，這種被生物資源地稱之為“生物剽竊”的做法是否妥當。

2.3 人類能否成為知識產權

美國衛生研究院從巴拿馬婦女血液中分離一種病毒，可以生成研究艾滋病和白血病的抗體，并申請專利；印度近親結婚多，成為國際基因勘察目標，對遺傳缺陷和遺傳基因感興趣的“基因獵手”們蜂擁而至。這些做法在世界上正受到強烈的抵制，1994 年，40 多個國家的婦女反對美國公司申請和獲得乳腺癌基因的專利，因為這些基因是自然產物，不是人類發明，不應成為知識產權。

2.4 基因工程會不會給地球帶來嚴重的環境后果

基因可以隨著技術的發展和人類的應用而產生流動，這種“基因流”就帶來“遺傳污染”。比如消化木質素的遺傳工程酶對造紙業有極大的價值，可一旦這種細菌進入森林，則導致森林毀滅。更可怕的是基因武器，故意釋放危險的遺傳工程病毒，造成世界污染。

2.5 遺傳工程使動物受難

在科學實驗中插入突變基因的小鼠，常常發生沒有后腿、面裂、腦缺，世界動物 淮陰工學院生物課程論文

保護協會對這些實驗一直都持反對態度。

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2.6 轉基因動物的爭論

有兩種意見：一種是稱贊轉基因動物突破傳統技術，產生全新的生物，帶來無限商機，是一個進化的表現，是一個革命；另一種理論表示這在道德上違反了生物類群的遺傳本質，對進化歷史和傳統飼養的徹底背離。

2.7 遺傳工程食品會不會危及人類健康

致敏性生物基因的遺傳工程食品會引發人群嚴重變態反應。

2.8 遺傳工程動物器官移植的新憂慮

這項技術可能導致動物跨種系傳播，造成全球擴散，比如艾滋病。人類很久以來所追求和艱難保存的個人和公共的安全，可能在追求完美自身的遺傳改造過程中不可逆地喪失。在這種情況下，生物技術雖然有一個清楚的開端，目前卻沒有一個清楚的結尾。對于這些爭議，作為科技界，應該在保持清醒頭腦和良知的同時做出認真選擇，讓基因工程趨利避害，真正為社會和人類服務。轉基因食品的隱患

雖然轉基因食品研究歷史只有短短幾十年，但其提高產量、增強自身抗病抗蟲等優點較為明顯，另一方面，其潛在的風險，如過敏性、毒性及對環境影響也令世人關注。

3.1 毒性問題

一些研究學者認為，對于基因的人工提煉和添加，可能在達到某些人們想達到的效果的同時，也增加和積聚了食物中原有的微量毒素。

3.2 過敏反應問題

對于一種食物過敏的人有時還會對一種以前他們不過敏的食物產生過敏，比如：科學家將玉米的某一段基因加入到核桃、小麥和貝類動物的基因中，蛋白質也隨基因加了進去，那么，以前吃玉米過敏的人就可能對這些核桃、小麥和貝類食品過敏。

3.3 營養問題

科學家們認為外來基因會以一種人們目前還不甚了解的方式破壞食物中的營養成分。淮陰工學院生物課程論文

3.4 對抗生素的抵抗作用

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當科學家把一個外來基因加入到植物或細菌中去，這個基因會與別的基因連接在一起。人們在服用了這種改良食物后，食物會在人體內將抗藥性基因傳給致病的細菌，使人體產生抗藥性。

3.5 對環境的威脅

在許多基因改良品種中包含有從桿菌中提取出來的細菌基因，這種基因會產生一種對昆蟲和害蟲有毒的蛋白質。在一次實驗室研究中，一種蝴蝶的幼蟲在吃了含桿菌基因的馬利筋屬植物的花粉之后，產生了死亡或不正常發育的現象，這引起了生態學家們的另一種擔心，那些不在改良范圍之內的其它物種有可能成為改良物種的受害者。淮陰工學院生物課程論文

結

論

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生物技術是20世紀末期在現代分子生物學等生命科學的基礎上發展起來的一個新興技術領域，目前人們常說的生物技術一般指基因工程技術，是現代生物技術的核心。利用基因工程技術改變基因組構成而形成的動植物、微生物及其產品被稱為轉基因生物產品。由于基因工程技術在生產上的應用打破了無中間天然雜交的屏障，不同物種間的遺傳物質可以互相交流，因此人們有理由相信這種技術的實際應用會對人類、動植物、微生物及其生態環境構成危險或潛在風險，即生物安全。所以,我們要在抓住機遇,大力發展基因工程技術的同時,需要嚴格管理,充分重視轉基因生物的安全性。淮陰工學院生物課程論文

參 考 文 獻

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共 7 頁 樓士林,楊盛昌,龍敏南,等.基因工程[M ].北京:科學出版社,2002.李慶軍,董艷桐,施冰.植物抗蟲基因的研究進展[ J ].林業科技, 2002, 27 3 吳乃虎，基因工程原理.北京：科學出版社，1998 4 張慧展，基因工程.上海：華東理工大學出版社，2005