第一篇：基因工程的利與弊

基因工程的利與弊

基因工程的原理: 基因工程又稱基因拼接技術(shù)和DNA重組技術(shù)，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(xiàn)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(gòu)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(chǎn)新產(chǎn)品。

操作方法是:將外源基因通過體外重組后導入受體細胞內(nèi)，使這個基因能在受體細胞內(nèi)復制、轉(zhuǎn)錄、翻譯表達的操作。它是用人為的方法將所需要的某一供體生物的遺傳物質(zhì)——DNA大分子提取出來，在離體條件下用適當?shù)墓ぞ呙高M行切割后，把它與作為載體的DNA分子連接起來，然后與載體一起導入某一更易生長、繁殖的受體細胞中，以讓外源物質(zhì)在其中“安家落戶”，進行正常的復制和表達，從而獲得新物種的一種嶄新技術(shù)。它克服了遠緣雜交的不親和障礙。

例如:將大鼠的生長激素基因?qū)胄∈笫芫?首先在大鼠的體細胞中提取染色體,分離目標基因.用限制性核酸內(nèi)切酶處理載體,再將載體與基因片段連接(這里用到DNA連接酶)。通過顯微注射的方法將這些重組基因注入小鼠的受精卵內(nèi),最后讓這些受精卵生長發(fā)育。結(jié)果小鼠生出幾只帶有大鼠生長激素基因的小鼠，這些小鼠的生長速度非?？欤鋫€體是同窩其他小鼠的1.8倍，成為“巨型小鼠”。

基因工程中的載體常選取大腸桿菌的環(huán)狀DNA，用到的工具酶有限制性內(nèi)切酶、DNA連接酶，其次還得用到DNA聚合酶。限制性核酸內(nèi)切酶，用來切割目的基因和載體，主要是2型酶；DNA連接酶，用來連接目的基因和載體，有兩類，連接平末端的和粘性末端的，若末端不相同連不起來的話，還得用DNA聚合酶來加片段，如加CCC-和GGG-，再用連接平末端的連接酶來連接。

將目的基因?qū)胧荏w細胞的方法有：

植物常用的是農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法、基因槍法和花粉管通道法。農(nóng)桿菌是普遍存在于土壤中的一種革蘭氏陰性細菌，它能在自然條件下趨化性地感染大多數(shù)雙子葉植物和裸子植物的受傷部位。農(nóng)桿菌通過侵染植物傷口進入細胞后，可將T-DNA插入到植物基因組中，并且可以通過減數(shù)分裂穩(wěn)定的遺傳給后代?；驑尫ɑ驹硎峭ㄟ^動力系統(tǒng)將帶有基因的金屬顆粒（金粒或鎢粒），將DNA吸附在表面，以一定的速度射進植物細胞，從而實現(xiàn)穩(wěn)定轉(zhuǎn)化的目的。花粉管通道法則是在授粉后向子房注射合目的基因的DNA溶液，利用植物在開花、受精過程中形成的花粉管通道，將外源DNA導入受精卵細胞，并進一步地被整合到受體細胞的基因組中，隨著受精卵的發(fā)育而成為帶轉(zhuǎn)基因的新個體。

動物則是利用顯微注射，或者滅活的病毒轉(zhuǎn)導。顯微注射相信大家已經(jīng)在上面的例子中已經(jīng)有所了解。滅活的病毒一般可以用于動物細胞的融合，在細胞分裂的一定階段利用滅活的病毒將不同源的動物細胞進行融合，從而實現(xiàn)基因重組的目的。

基因工程的應用領(lǐng)域：

基因工程主要有三大領(lǐng)域的應用,分別是遺傳育種、疾病治療、環(huán)境保護。

一、基因工程與遺傳育種。

1、轉(zhuǎn)基因植物。

傳統(tǒng)的育種方法有雜交育種、誘變育種、單倍體育種、多倍體育種。與傳統(tǒng)的育種方法相比，基因工程育種的優(yōu)勢在于目的性強，育種周期短，克服遠緣雜交不親和障礙。我們所熟知的轉(zhuǎn)基因植物有抗蟲轉(zhuǎn)基因植物，如轉(zhuǎn)基因抗棉鈴蟲品種?？共∞D(zhuǎn)基因植物，如抗病毒轉(zhuǎn)基因甜椒。其他抗逆轉(zhuǎn)基因植物，如轉(zhuǎn)魚抗寒基因的番茄。利用轉(zhuǎn)基因改良植物的品性，如矮桿抗倒伏小麥。利用轉(zhuǎn)基因提高農(nóng)作物產(chǎn)量，如轉(zhuǎn)基因大豆。

2、轉(zhuǎn)基因動物。

提高動物的生長速度，如將人的生長激素基因注射到小白鼠的受精卵中，得到超級小鼠。用于改良蓄產(chǎn)品品質(zhì)，如乳汁中含有人生長激素的轉(zhuǎn)基因牛。用于提高抗病能力，如將正常人的免疫基因轉(zhuǎn)到到免疫缺陷病人的體內(nèi)表達，以治療免疫缺陷病。用于生產(chǎn)藥用蛋白，如利用轉(zhuǎn)基因大腸桿菌生產(chǎn)胰島素。用轉(zhuǎn)基因動物做器官移植供體，如誘導人的細胞向人的耳朵方向發(fā)育，在將這些細胞放在小白鼠身上培養(yǎng)成人的外耳廓。

二、基因工程與疾病治療。

1.基因工程藥物。許多藥物的生產(chǎn)是從生物組織中提取的。受材料來源限制，產(chǎn)量十分有限，價格更是昂貴。利用基因工程技術(shù)就能很好的解決這一問題。微生物生長繁殖迅速，容易控制，適用于大規(guī)模的工業(yè)生產(chǎn)，將生物合成相應藥物的基因?qū)胛⑸锛毎麅?nèi)表達，讓它們產(chǎn)生相應的藥物，不但能解決產(chǎn)量問題，還能大大降低成本，讓廣大群眾能看得起病。例如：傳統(tǒng)的生產(chǎn)胰島素、干擾素的方法是直接從生物組織、細胞或血液中提取。產(chǎn)量小，方法復雜，難以大規(guī)模生產(chǎn)?，F(xiàn)在用基因工程制造“工程菌”，可以高質(zhì)量、低沉本、大量的生產(chǎn)胰島素干擾素?；蚬こ趟幬镌诩膊》烙矫嬉财鸬搅藰O大的作用，如利用基因工程生產(chǎn)乙肝病毒疫苗。

基因工程藥物除了可以從轉(zhuǎn)基因細菌途徑獲得,還可以從轉(zhuǎn)基因動物身上獲得.如利用轉(zhuǎn)基因奶牛生產(chǎn)生長激素.這些生長激素蘊藏在奶牛的乳汁里,我們只需擠出乳汁即可.2.基因診斷和基因治療.基因診斷也稱為DNA診斷或基因探針技術(shù),即在DNA水平分析檢測某一基因,從而對特定的疾病進行診斷.基因探針的制備要用放射性同位素(如32P)、熒光分子等標記DNA分子。然后利用DNA分子雜交原理，同源的DNA則會相結(jié)合。例如：病毒性肝炎分為很多種，甲肝、乙肝、丙肝等。我們提取不同病毒的基因，制作成基因探針，然后從病人身上提取病毒的基因，與各類探針混合。相應的病毒基因就會和相應的探針相結(jié)合，這樣我們就能快速的檢驗是哪種類型的肝炎。

基因治療，一般是向目標細胞引入正常功能基因，以糾正或補償基因的缺陷。包括體外基因治療和體內(nèi)基因治療。例：治療腺苷酸脫氫酶基因缺陷造成的重度免疫缺陷。

三、基因工程與環(huán)境保護。

如：利用基因工程培育“超級細菌”分解石油。用基因工程培養(yǎng)出“吞噬”汞和降解土壤中的DDT的細菌，以及能夠凈化鎘污染的植物。生產(chǎn)基因工程聚羥基烷脂，用于制造生物可降解塑料。

基因工程可能對人類社會造成的諸多影響： 基因工程是把雙刃劍，在給人類帶來眾多福利的同時也帶來了許多顯性的以及潛在的危害。

基因工程對人類有利方面在上文中已經(jīng)詳細的闡述過，這里我們著重了解基因工程的負面影響。

國內(nèi)外學者對轉(zhuǎn)基因技術(shù)的負面影響作了大量研究，出現(xiàn)了許多相關(guān)報道，如英國的權(quán)威科學雜志《自然》刊登了美國康奈爾大學副教授約翰?羅西的一篇論文，可推測BT轉(zhuǎn)基因玉米花粉中含有毒素，引起世界震驚。另據(jù)報道，英國倫理和毒性中心的實驗報告說，與一般大豆相比，耐除草劑的轉(zhuǎn)基因大豆中，防癌的成分異黃酮減少了。與普通大豆相比，兩種轉(zhuǎn)基因大豆中的異黃酮成分減少了12％～14％。

1.可能危害有益昆蟲類群

大量轉(zhuǎn)基因農(nóng)作物轉(zhuǎn)入了Bt毒蛋白基因作為其抗蟲的外源基因，雖然其表達產(chǎn)物Bt毒蛋白對人類無害，但若是以農(nóng)作物為食的害蟲消失殆盡，以這些害蟲為食的益蟲也將遭受滅頂之災了。長期大面積種植這種作物可能會對有益昆蟲類群造成難以挽回的危害，一旦這種現(xiàn)象發(fā)生，不僅會對農(nóng)業(yè)造成危害，也將是對生態(tài)環(huán)境的沉重打擊。

2.可能導致土壤肥力下降和化肥的濫用

大量種植以抗雜草基因作為外源基因的轉(zhuǎn)基因作物，要是田間無雜草的生長枯萎腐爛,長此以往會使土壤中自然的腐殖質(zhì)逐漸消耗殆盡，使土壤本身的肥力下降，為了保證產(chǎn)量，農(nóng)民不得不大量使用化肥，從而導致土壤結(jié)構(gòu)的改變，土質(zhì)的惡化以及環(huán)境（主要是水）的污染。

3.轉(zhuǎn)基因食品的其他安全性問題

食用轉(zhuǎn)基因食物，有可能被轉(zhuǎn)基因DNA侵入人體細胞，產(chǎn)生病原病毒。同時，轉(zhuǎn)基因DNA有可能插入人體細胞的基因組，由于插入位點的隨機性，可能造成有害和致死效應，包括癌癥。

基因多樣性是最難控制的，轉(zhuǎn)基因技術(shù)是否對人類所處的生態(tài)環(huán)境，食物鏈等形成間接的影響也確實應該引起人們的注意。從營養(yǎng)成分的基因改良角度考慮,轉(zhuǎn)基因食品的氨基酸、碳水化合物、脂肪以及其它微量成分的種類及構(gòu)成高分子物質(zhì)的排列順序有所變化，天然毒素的含量也可能發(fā)生變化，因此必須對轉(zhuǎn)基因食品與常規(guī)食品的關(guān)鍵成分進行實質(zhì)等同性鑒定，來判定其是否可以安全食用。

21世紀是生物技術(shù)蓬勃發(fā)展的時代，基因工程的興起是生物技術(shù)革命的必然結(jié)果，盡管基因工程給人帶來的利弊尚不明確，但其給人帶來的好處是顯而易見的。希望隨著基因工程的不斷發(fā)展，使轉(zhuǎn)基因的安全性能得到保證，人們能更好、更安全的利用基因工程帶。

第二篇：基因工程對治療遺傳病的利與弊

計科07-2 李進龍 08073381 基因工程對治療遺傳病的意義

基因工程（genetic engineering)就是是在分子水平上對基因進行操作的復雜技術(shù)，是將外源基因通過體外重組后導入受體細胞內(nèi)，使這個基因能在受體細胞內(nèi)復制、轉(zhuǎn)錄、翻譯表達的操作。它是用人為的方法將所需要的某一供體生物的遺傳物質(zhì)——DNA大分子提取出來，在離體條件下用適當?shù)墓ぞ呙高M行切割后，把它與作為載體的DNA分子連接起來，然后與載體一起導入某一更易生長、繁殖的受體細胞中，以讓外源物質(zhì)在其中“安家落戶”，進行正常的復制和表達，從而獲得新物種的一種嶄新技術(shù)。這一技術(shù)現(xiàn)被用于眾多領(lǐng)域，其中以醫(yī)療為主，主要用于遺傳病，腫瘤和傳染病等方面，并已獲得重大成就，至今為止基因治療方案以逾百種，現(xiàn)就其對治療遺傳病方面的突出成就進行分析。

所謂遺傳病,是指遺傳物質(zhì)發(fā)生改變或者由致病基因所控制的疾病,通常具有垂直傳遞和終身性的特征.因此,遺傳病具有由親代向后代傳遞的特點.這種傳遞不僅是指疾病的傳遞,最根本的是指致病基因的傳遞.所以,遺傳病的發(fā)病表現(xiàn)出一定的家族性.父母的生殖細胞(精子和卵細胞)里攜帶的致病基因,通過生殖傳給子女并引起發(fā)病,而且這些子女結(jié)婚后還可能把致病基因傳給下一代。而基因治療有以下幾種策略：1.基因置換（gene replacement）：基因置換就是用正常的基因原位替換病變細胞內(nèi)的致病基因，使細胞內(nèi)的DNA完全恢復正常狀態(tài)。2.基因修復（gene correction）：基因修復是指將致病

基因的突變堿基序列糾正，而正常部分予以保留。3.基因修飾（gene augmentation）又稱基因增補，將目的基因?qū)氩∽兗毎蚱渌毎康幕虻谋磉_產(chǎn)物能修飾缺陷細胞的功能或使原有的某些功能得以加強。4.基因失活（gene inactivation）：利用反義技術(shù)能特異地封閉基因表達特性，抑制一些有害基因的表達，已達到治療疾病的目的。如利用反義RNA、核酶或肽核酸等抑制一些癌基因的表達，抑制腫瘤細胞的增殖，誘導腫瘤細胞的分化。用此技術(shù)還可封閉腫瘤細胞的耐藥基因的表達，增加化療效果。5.免疫調(diào)節(jié)（immune adjustment）：將抗體、抗原或細胞因子的基因?qū)爰踩梭w內(nèi)，改變病人免疫狀態(tài)，達到預防和治療疾病的目的。如將白細胞介素-2導入腫瘤病人體內(nèi)，提高病人IL-2的水平，激活體內(nèi)免疫系統(tǒng)的抗腫瘤活性，達到防治腫瘤復發(fā)的目的。6.其它：增加腫瘤細胞對放療或化療的敏感性：采用給予前體藥物的方法減少化療藥物對正常細胞的損用力。如向腫瘤細胞中導入單純皰疹病毒胸苷激酶基因，然后給予病人無毒性GCV藥物，由于只有含HSV-TK基因的細胞才能將CGV轉(zhuǎn)化成有毒的藥物。而基因工程技術(shù)利用限制性內(nèi)切酶的“刀子”和DNA連接酶之“膠水”,“引進”優(yōu)秀基因，切除劣制基因，按人的意愿改造遺傳特性，治愈遺傳病。

綜述所述：基因工程對治療遺傳病的意義在于首先，它有可能成為征服遺傳病最有效的武器。目前已發(fā)現(xiàn)各種基因病3000種，過去對這些病束手無策，而利用基因療法有可能根治。例如，有種疾病叫萊斯克·奈漢綜合癥。這種病人思想遲鈍，大腦麻痹，經(jīng)查明是

由于病人體內(nèi)缺少一種叫HPRT的基因。1984年美國的研究人員把人工合成的 HPRT基因，引進病人骨髓干細胞內(nèi)獲得了成功；還有一種叫β－地中海貧血癥的遺傳病，也是基因的問題，造成血紅蛋白β肽鏈合成減少。美國加利福尼亞大學的研究人員，將正?；蛞M到兩名病人的細胞內(nèi)也獲得成功。從而，為人類征服各種基因病開創(chuàng)了道路。許多科學家還認為，癌癥也是致癌基因受到某些環(huán)境因素刺激而導致的惡作劇?；蚬こ虨槿祟悘氐渍鞣f惡的癌魔也帶來了曙光！基因工程更深遠的意義，在于它為未來提高人類的遺傳素質(zhì)，作出難以估量的貢獻。人們總有一天，能集人類遺傳信息之精華，重組最優(yōu)秀的人體遺傳物質(zhì)，培養(yǎng)出具有特殊天賦，健康、聰明、活潑的后代，使優(yōu)生學不斷產(chǎn)生質(zhì)的飛躍。

第三篇：生物類論文：基因工程的利與弊

基因工程的利與弊 劉建

20101103805 內(nèi)蒙古師范大學生命科學與技術(shù)學院 生物科學（漢班）

呼和浩特

010022

摘要

基因工程對于人類的利弊一直是個爭議的問題，主要是這項技術(shù)創(chuàng)造出原本自然界不存在的重組基因。但它為醫(yī)藥界帶來新希望，在農(nóng)業(yè)上提高產(chǎn)量改良作物，也可對環(huán)境污染、能源危機提供解決之道，甚至可用在犯罪案件的偵查。但它亦引起很大的憂慮與關(guān)切。當此科技由嚴謹?shù)膶嶒炇肄D(zhuǎn)移至大規(guī)模醫(yī)藥應用或商業(yè)生產(chǎn)時，我們?nèi)绾卧u估它的安全性？此項技術(shù)是否可能因為人為失控，反而危害人類健康并破壞大自然生態(tài)平衡？

關(guān)鍵詞：基因工程

轉(zhuǎn)基因

道德倫理

正文

生物學家早在一百多年前就知道，生物的表征遺傳自其親代。生物細胞的細胞核，含有染色體，其組成分為DNA。DNA含有四種堿基--腺嘌呤（adenine，），胸腺嘧啶（thymine，），胞嘧啶（cytosine，）和鳥嘌呤（guanine，（它們分別簡稱A、T、C、G）。這些堿基在DNA中看似雜亂無章，但它們的排列順序，正代表遺傳訊息。每三個堿基代表一種胺基酸的密碼。基因就是這些遺傳密碼的組合，亦即代表蛋白質(zhì)的胺基酸序列。每個基因含有啟動控制區(qū)，以調(diào)控基因的表達。

基因工程技術(shù)（基因工程是一項很精密的尖端生物技術(shù)?？梢园涯骋簧锏幕蜣D(zhuǎn)殖送入另一種細胞中，甚至可把細菌、動植物的基因互換。當某一基因進入另一種細胞，就會改變這個細胞的某種功能。）在醫(yī)藥及農(nóng)業(yè)上應用廣泛。這項尖端科技加上最近突破性的生殖科技，卻引發(fā)人們極大的隱憂及爭論。

觀點：辨證地看待基因工程的利與弊 基因工程對當今社會的發(fā)展功不可沒。

一、基因工程是在對促進生物學的發(fā)展具有重要意義

基因工程是在分子生物學、分子遺傳學、微生物學、細胞工程等學科發(fā)展和研究成果的基礎上誕生的，反過來也可促進現(xiàn)代生物學的發(fā)展。生物界是通過長期的進化發(fā)展而來的，因而通過基因工程手段，不僅可以闡明生命發(fā)生的現(xiàn)象和規(guī)律，揭示重要基因功能以及重要性狀形成的分子機制，還能模擬自然界生物進化歷程，更進一步豐富和完善生物進化的理論，促進生物學研究的全面發(fā)展。

二、基因工程在社會各個方面廣泛應用

醫(yī)藥業(yè)，可生產(chǎn)重要藥品，很大限度地降低生產(chǎn)成本；治療過去人們認為難以治愈的遺傳疾病和各類部分疾病，解除人類病痛煩惱，提高人體健康水平和人均壽命。

基因工程同時有望解決糧食危機和溫室效應之類的環(huán)境污染問題。（1）基因工程用來篩檢及治療遺傳疾病。

遺傳疾病乃是由于父或母帶有致病基因?；蚝Y檢法可以快速診

斷出該類基因；基因治療法則是用基因工程技術(shù)來治療這類疾病。產(chǎn)前基因篩檢可以診斷胎兒是否帶有某種遺傳疾病，這種篩檢法甚至可以診斷試管內(nèi)受精的胚胎，早至只有兩天，尚在八個細胞階段。試管胚胎就是其中的一個例子。做法是將其中之一個細胞取出，抽取DNA，偵測其基因是否正常，再決定是否把此胚胎植入母親的子宮發(fā)育。胎兒性別同時也可測知。（2）基因治療法——遺傳病人的福音

目前醫(yī)學界正在臨床試驗多種遺傳病的基因治療法。最早采用基因治療的是一種先天免疫缺乏癥，又稱氣泡男孩癥（bubble-boy disease），患病嬰幼童因為腺脫胺（adenosine deaminase）基因有缺陷，骨髓不能制造正常白血球發(fā)揮免疫功能，必須生活在與外界完全隔離的空氣罩內(nèi)。最新的治療法是由病人骨髓分離出白血球的干細胞，把正常的酵素基因接在經(jīng)過改造不具毒性的反錄病毒（retrovirus），藉此病毒送入白血球干細胞，再將干細胞送回病人體內(nèi)，則病人可產(chǎn)生健康的白血球獲得免疫功能。這項臨床試驗，在美國的女病童證明很成功。（3）轉(zhuǎn)基因農(nóng)業(yè)時代的到來

由于基因工程突破了不同物種間基因難以交流這一天然障礙，所以應用基因工程，通過跨物種的基因交流實現(xiàn)物種的定向遺傳改良或創(chuàng)造新物種，對自然環(huán)境及人類生活各個方面產(chǎn)生廣泛而深刻的影響。

在育種方面，它可應用于植物抗蟲、抗病、抗除草劑、抗逆等抗性遺傳改良以及培育高產(chǎn)量和高品質(zhì)的動植物品種。目前全世界正重視發(fā)展永續(xù)性農(nóng)業(yè)（sustainable agriculture），希望農(nóng)業(yè)除了具有經(jīng)濟效益，還要生生不息，不破壞生態(tài)環(huán)境。基因工程正可幫忙解決這類問題?；蚬こ炭梢愿牧嫁r(nóng)糧作物的營養(yǎng)成分或增強抗病抗蟲特性?？梢栽黾有笄蓊惖纳L速率、牛羊的泌乳量、改良肉質(zhì)及脂肪含量等。

（4）農(nóng)林漁牧的應用——生態(tài)環(huán)保

目前全世界正重視發(fā)展永續(xù)性農(nóng)業(yè)（sustainable agriculture），希望農(nóng)業(yè)除了具有經(jīng)濟效益，還要生生不息，不破壞生態(tài)環(huán)境?；蚬こ陶蓭兔鉀Q這類問題?；蚬こ炭梢愿牧嫁r(nóng)糧作物的營養(yǎng)成分或增強抗病抗蟲特性。可以增加畜禽類的生長速率、牛羊的泌乳量、改良肉質(zhì)及脂肪含量等。

（注：基因工程的應用并不只有以上部分，我只對以上部分發(fā)表個人觀點。）

金無足赤的基因工程

每一項科學技術(shù)都有他們的利與弊。在利用各項技術(shù)的同時我們應該衡量一下他們的弊，用最正確，對于大自然最和諧的方法去應用每一項科學技術(shù)。

目前有大部分人還不愿意吃轉(zhuǎn)基因食品，但轉(zhuǎn)基因食品已無處不在，我們無法預測這項技術(shù)所帶來的災難性后果，但我們清楚這種毀壞將是不可逆的。1998年，美國媒體報導了對英國羅伊特研究

所普斯陶教授的專訪，他警告人們關(guān)注未充分證明其安全性就已經(jīng)推廣的轉(zhuǎn)基因食品，經(jīng)過試驗：用轉(zhuǎn)基因土豆喂老鼠后，老鼠發(fā)生器官生長異常，體重和器官重量減輕，并且免疫系統(tǒng)遭到破壞。1998年8月，英國教授普茲泰發(fā)現(xiàn)，老鼠食用了轉(zhuǎn)基因土豆之后免疫系統(tǒng)遭到破壞；美國也有一些害蟲的天敵因轉(zhuǎn)基因植物致死的報導；2005年5月22日，英國《獨立報》又披露了知名生物技術(shù)公司“孟山都”的一份報告，以轉(zhuǎn)基因食品喂養(yǎng)的老鼠出現(xiàn)器官變異和血液成份改變的現(xiàn)象。這些消息在帶給全世界震驚的同時，也使更多的人懷疑食用轉(zhuǎn)基因原料制成食品的安全性。

安全性問題

（1），未進行較長時間的安全性試驗：基因化食品改變了我們所食用食品的自然屬性，它所使用的生物物質(zhì)不是人類食品安全提供的部份，未進行長時間的安全試驗，沒有人知道這類食品是安全的。

（2），產(chǎn)生毒素：基因化食品能產(chǎn)生不可預見的生物突變，會在食品中產(chǎn)生較高水平和新的毒素。Losey,J.E.等（1999）報導，在一種植物馬利筋葉片上撒有轉(zhuǎn)基因Bt玉米花粉后，普累克西普斑蝶食用葉片就少，長得慢，4天的幼蟲的死亡率44%。而對照組（飼喂不撒Bt玉米花粉的葉片）無一死亡。轉(zhuǎn)基因作物產(chǎn)生的殺蟲毒素可由根部滲入周圍，但尚不清楚會產(chǎn)生何種影響。

（3），過敏或變態(tài)反應：基因技術(shù)會在食品中產(chǎn)生不能預見的和未知的變態(tài)反應原。據(jù)報告，對巴西堅果產(chǎn)生過敏的主體也會對用

該堅果基因工程化而得到的大豆產(chǎn)生過敏?？茖W家把巴西胡桃的特性移植到黃豆上去，結(jié)果卻使一些對胡桃過敏的人在攝取黃豆時有過敏的可能。植物凝血素（Lectin）對有些害蟲來說是有毒的，轉(zhuǎn)基因食品不得含有此類有毒物質(zhì)。

（4），減少食品的營養(yǎng)價值或降解食品中重要的成份：基因化的目的是去除或滅活人們認為不需要的物質(zhì)，這些物質(zhì)可能是未知的，但它是基本的。比如它有自然的抑制癌癥的能力（Pariza,M.W.，1990）。美國的研究資料表明，在具有抗除草劑基因的大豆中，異黃酮類激素等防癌的成份減少了?；蚧称返奶摷傩迈r感迷惑消費者。具有芳香、有光澤的紅色蕃茄能貯藏幾周，但營養(yǎng)價值較低。消費者在購買水果或蔬菜時，僅依靠外觀和質(zhì)地，因此，不能準確判定該產(chǎn)品的真實質(zhì)量。營養(yǎng)物質(zhì)在環(huán)境中自然循環(huán)受到轉(zhuǎn)基因微生物的干擾。

（5），產(chǎn)生抗菌素耐藥性細菌：基因技術(shù)采用耐抗菌素（如抗卡那霉素、氨芐青霉素、新霉素、鏈霉素等）基因來標識轉(zhuǎn)基因化的農(nóng)作物，這就意味著農(nóng)作物帶有耐抗菌素的基因。這些基因通過細菌而影響我們。英國的研究顯示，轉(zhuǎn)基因作物中的突變基因可能會進入到生物有機體，突變的基因如跨越種群和轉(zhuǎn)移至細菌，其結(jié)果可能會導致新的疾病。雖然這種機會可能性很小，但如出現(xiàn)無法治療的并廣泛傳播的對生命造成嚴重威脅的疾病時，其后果不堪設想。荷蘭科學家發(fā)表在《新科學家》雜志的試驗結(jié)果稱，設計一人造胃，對人消化轉(zhuǎn)基因食物的過程進行模擬，發(fā)現(xiàn)DNA滯留在腸內(nèi)，同時一些轉(zhuǎn)基

因細菌能夠把自己的抗生素抗性基因轉(zhuǎn)移給人造胃的細菌。如果類似結(jié)果發(fā)生在人和動物體內(nèi)，就可能培養(yǎng)出功效最強的、抗菌素也無法殺死的超級細菌。英國新食品和工藝顧問委員會就禁止一種用抗氨芐青霉素基因作標識的轉(zhuǎn)基因改良玉米趨勢飼喂牛，因其中含有的DNA仍保持原樣，并有可能加速對抗菌素的抗藥性。

（6），產(chǎn)生的問題不能進行追蹤：若不進行標識，我們的公共衛(wèi)生當局就無力因出現(xiàn)問題發(fā)現(xiàn)其來源，潛在性的危害值得懷疑。

（7），副作用能殺害人體：Mayeno,A.N.等（1994）報告，發(fā)生一種新的，不明原因的病癥，主要表現(xiàn)為嗜酸性肌痛。臨床表現(xiàn)有麻痹、神經(jīng)問題、痛性腫脹、皮膚發(fā)癢、心臟出現(xiàn)問題，記憶缺乏、頭痛、光敏、消瘦（Brenneman,D.E.等，1993；Love,L.A.等，1993）。后查明系日本一公司生的基因化工程細菌產(chǎn)生的色氨酸所致。食用者在3個月后發(fā)病，導致37人死亡，1500人體部份麻痹，5000多人發(fā)生偶爾性無力。據(jù)測定，含量為0.1%便可殺死人體。

（8）轉(zhuǎn)基因植物對農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)(Agro-ecosystem)的影響： 1.增加殺蟲劑的使用 2.抗性的選擇和轉(zhuǎn)運到可兼容的其它植物中 3.產(chǎn)生新的農(nóng)田雜草基因流和雜交 4.轉(zhuǎn)基因植物自身變?yōu)殡s草插入性狀的競爭 5.產(chǎn)生新的病毒

（9）倫理道德問題

人類在基因領(lǐng)域已經(jīng)取得了巨大的進步，并通過基因工程在改變自然以服務于人的需要方面進展迅速。但是，在很長一段時間內(nèi)，人類對基因工程的哲學倫理學方面的問題重視不夠。這有兩方面的問題。一方面，在改造自然和征服自然的哲學觀下，基因工程引發(fā)了許多生態(tài)問題，特別是極大影響了生物多樣性，而生物多樣性正是自然可持續(xù)發(fā)展的基礎。另一方面，基因工程引發(fā)了許多社會倫理問題。從克隆技術(shù)到人類基因組的重大發(fā)現(xiàn)以來，這一問題日益突出了，而與這一進程相比，人類相應的社會倫理體系卻沒有建立起來。

基因倫理學就其內(nèi)容看，可有兩方面的內(nèi)容，一方面是生態(tài)倫理學，一方面是社會倫理學。就基因的生態(tài)倫理學而言，主要是為了規(guī)范和協(xié)調(diào)基因工程與生態(tài)環(huán)境之間的矛盾；就基因的社會倫理學而言，主要是為了規(guī)范和協(xié)調(diào)基因工程與社會倫理方面的矛盾問題。

生態(tài)倫理學對于植物基因研究工作的規(guī)范和合理約束，主要是出于生物多樣性的考慮。近些年來，植物基因的研究取得了長足進步，這些進步推動了一系列農(nóng)業(yè)革命，而尤以糧食革命為重。但是，這種以植物基因優(yōu)化為基礎的革命，卻導致了物種多樣性的破壞。比如，它使人們食用的糧食從5000多種銳減到150多種。與此類似的是，化肥對增產(chǎn)和縮短生長期起了舉足輕重的作用，但也造成了土壤板結(jié)和地表破壞。同樣的情況也發(fā)生在動物基因的研究與應用中。比如，試管牛和試管羊為人們控制生物性別提供了基礎，這一技術(shù)使人類有可能實現(xiàn)對生物種群的控制。對某一種群來說，雄性數(shù)量不需要很多，但雌性數(shù)量卻舉足輕重，根據(jù)自然法則，雄雌出生概率大致相當，因此，如何在出生中盡量增大雌性數(shù)量和減少雄性數(shù)量就十分關(guān)鍵。但

這樣一來，勢必造成種群雄雌比例的失衡，從而造成自然生態(tài)失衡。當這種技術(shù)應用于人類時，問題更大。前段時間關(guān)于克隆技術(shù)的討論表明，基因的克隆技術(shù)一旦用于人類，可能帶來或引起的麻煩甚至不是我們能夠想象到的。

隨著基因技術(shù)的發(fā)展，“天才論”、“血統(tǒng)論”有可能死灰復燃?！疤觳耪摗?、“血統(tǒng)論”的問題在哲學史上由來已久，柏拉圖在《理想國》中，就曾以金銀銅等為血統(tǒng)論的合理性做了說明，這也在很長時期內(nèi)存在于人類社會的歷史中，而且至今存在于不同的人種間。但類似凡高、愛因斯坦等許多已被證明的“天才”，在基因上可能恰恰是有缺陷的。事實上，基因技術(shù)本身也很難造成各方面能力均衡的所謂什么方面都正常的人。

【結(jié)語】

不久的將來，基因工程技術(shù)仍只限于轉(zhuǎn)殖少數(shù)的基因，如此培育出來的生物仍將是我們熟悉的生物。但是有很多疾病及生物特征是由多數(shù)基因決定的，而且基因常常不是獨立行使功能，它們會受環(huán)境的影響。譬如一組基因會造成某人罹患氣喘，但癥狀受生活的環(huán)境影響很大。一個人罹患糖尿病的機率，也與環(huán)境因子（飲食條件）息息相關(guān)。一個天才鋼琴家的音樂天賦包括聽力及靈敏的雙手巧妙地配合，這跟他的遺傳基因、童年音樂的啟發(fā)、生活環(huán)境等都有關(guān)連。所以我們在還未了解基因與環(huán)境因子的互動關(guān)系前，還不能奢望創(chuàng)造出具有超高智商的人，或是利用基因篩檢法篩選出具有特殊天賦的孩子。

21世紀是基因工程技術(shù)蓬勃發(fā)展的時代，基因工程的興起是生

物革命的必然結(jié)果，盡管基因工程的隱憂及爭論眾說紛紜，但其給人帶來的好處是顯而易見的。希望隨著生物界的不斷發(fā)展，使基因工程的安全性得到保證，讓人們在生活的各個方面都能感受基因工程給人類帶來的利益。

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9.楊汝德.2003.基因工程.廣州：華南理工大學出版社

10.張惠展.2005.基因工程.上海：華東理工大學出版社

第四篇：基因工程

基因工程技術(shù)的程序與應用

【摘要】基因工程技術(shù)是一項正在蓬勃發(fā)展的技術(shù)，它將給人類社會帶來一場深刻的變革，我們有必要了解基因工程的概念、原理、技術(shù)程序，以及基因工程在農(nóng)業(yè)、工業(yè)、醫(yī)藥等方面的應用和進展情況。

【關(guān)鍵詞】基因工程技術(shù)程序應用進展

基因工程（genetic engineering）又稱基因拼接技術(shù)和DNA重組技術(shù)，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(xiàn)代方法為手段，在分子水平上對基因進行復雜的操作，將不同來源的基因按預先設計的藍圖，在體外構(gòu)建雜種DNA分子，然后導入活細胞，使這個基因能在受體細胞內(nèi)復制、轉(zhuǎn)錄、翻譯表達，以改變生物原有的遺傳特性、獲得新品種、生產(chǎn)新產(chǎn)品。它是用人為的方法將所需要的某一供體生物的遺傳物質(zhì)——DNA大分子提取出來，在離體條件下用適當?shù)墓ぞ呙高M行切割后，把它與作為載體的DNA分子連接起來，然后與載體一起導入某一更易生長、繁殖的受體細胞中，以讓外源物質(zhì)在其中“安家落戶”，進行正常的復制和表達，從而獲得新物種的一種嶄新技術(shù)。它克服了遠緣雜交的不親和障礙?；蚬こ碳夹g(shù)為基因的結(jié)構(gòu)和功能的研究提供了有力的手段。

一 基因工程的技術(shù)程序

基因工程的基本原理是在體外將不同來源的DNA進行剪切和重組，形成鑲嵌DNA分子，然后將之導入宿主細胞，使其擴增表達，從而使宿主細胞獲得新的遺傳特性，形成新的基因產(chǎn)物。它有3個基本的步驟：①從合適材料分離或制備目的基因或DNA片段。②目的基因或DNA片段與載體連接作成重組DNA分子。③重組DNA分子引入宿主細胞，在其中擴增和表達。不同種類生物的生物學特性不同，其基因工程在操作上和具體技術(shù)上必然有所差異，但技術(shù)核心都是DNA的重組，即利用一系列的DNA限制性內(nèi)切酶、連接酶等分子手術(shù)工具，在某種生物DNA鏈上切下某個目標基因或特殊的DNA片段，然后根據(jù)設計要求，將其接合到受體生物DNA鏈上。

一個完整的用于生產(chǎn)生產(chǎn)目的的基因工程技術(shù)程序包括的基本內(nèi)容有：①外源目標基因的分離、克隆以及目標基因的結(jié)構(gòu)與功能研究。②適合轉(zhuǎn)移、表達載體的構(gòu)建或目標基因的表達調(diào)控結(jié)構(gòu)重組。③外源基因的導入。④外源基因在宿主基因組上的整合、表達及檢測與轉(zhuǎn)基因生物的篩選。⑤外源基因表達產(chǎn)物的生理功能的檢定。⑥轉(zhuǎn)基因新品系的選育和建立以及轉(zhuǎn)基因新品系的效益分析。⑦生態(tài)與進化安全保障機制的建立。⑧消費安全評價。

（一）外源目標基因的分離、克隆及功能結(jié)構(gòu)分析

獲合乎人類某種需要的取目的基因是實施基因工程的第一步，也是開展一項基因工程的前提和全部工作的核心。目前人們已經(jīng)能夠通過多種途徑和方法來獲取目標基因，其中主要有兩條途徑：一條是從供體細胞的DNA中直接分離基因；另一條是人工合成基因。

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(zhuǎn)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），1

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。如許多抗蟲抗病毒的基因都可以用上述方法獲得。用鳥槍法獲得目的基因的優(yōu)點是操作簡便，缺點是工作量大，具有一定的盲目性。又由于真核細胞的基因含有不表達的DNA片段，一般使用人工合成的方法。

目前人工合成基因的方法主要有兩條。一條途徑是以目的基因轉(zhuǎn)錄成的信使RNA為模版，反轉(zhuǎn)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(jù)已知的蛋白質(zhì)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。如人的血紅蛋白基因胰島素基因等就可以通過人工合成基因的方法獲得。

（二）構(gòu)建能在受體生物細胞中表達的重組目標基因

要使一個外源目標基因能整合到受體細胞的基因組中并能在整合后在受體基因組的調(diào)控下有效地轉(zhuǎn)錄和翻譯，就必須事先對目標基因的功能結(jié)構(gòu)用DNA重組技術(shù)進行適當?shù)男揎棧簿褪菍⒛繕嘶蚺c一種特別的DNA分子重組，這種特別的DNA分子稱為基因載體，目前所用的載體主要有以下幾類：質(zhì)粒、λ噬菌體、柯斯質(zhì)粒、病毒載體、YAC載體等，各類載體具有獨特的生物學特性，可用于不同的目標基因。

（三）外源重組目標基因的導入

將重組的外源目標基因轉(zhuǎn)入到宿主細胞中的過程稱為基因?qū)牖蚧蜣D(zhuǎn)移。接受外源基因的細胞稱為受體細胞。由于受體生物學特征的不同以及基因工程目的不同，外源基因?qū)氲姆椒ㄒ膊煌?，有的是用載體導入，有的是直接用物理的方法導入。目前使用的有轉(zhuǎn)化、轉(zhuǎn)染、電穿孔導入法、基因槍射入法、顯微注射法、脂質(zhì)體介導法等，向細菌等微生物中導入外源目標基因常用質(zhì)粒轉(zhuǎn)化和噬菌體轉(zhuǎn)染方法；向植物細胞中導入外源基因常用基因槍注入法和Ti質(zhì)粒導入法；能由原生質(zhì)體再生出植株的植物細胞還可以用電穿孔導入法及脂質(zhì)體融合法；動物的受精卵一般通過人工顯微鏡注射法導入外源基因；動物的體細胞可用電穿孔法和病毒轉(zhuǎn)染法導入外源基因，但對用于生產(chǎn)目的的基因工程常常避免用病毒轉(zhuǎn)染法。

（四）轉(zhuǎn)基因細胞或個體的鑒別和篩選

在對宿主的細胞進行了外源目標基因?qū)胩幚硪院?，有些細胞可能并沒有外源基因的進入，另有一些細胞可能在外源基因進入后因各種原因而不能使外源基因表達，因此必須對被進行了基因轉(zhuǎn)移處理的細胞或個體進行鑒別，以篩選出導入外源目標基因的轉(zhuǎn)基因細胞或個體。鑒別和篩選轉(zhuǎn)基因生物一般在兩個層面上進行：一是檢測目標基因是否表達，二是檢測目標基因是否整合到了宿主的染色體上和能否穩(wěn)定傳代。表達檢測的方法主要有轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物的印跡雜交法、免疫印跡檢測法、免疫組織化學檢測法等。整合檢測可通過DNA分子雜交來確定。

（五）轉(zhuǎn)基因品系的效益分析。

一個生產(chǎn)性能優(yōu)越的轉(zhuǎn)基因品系，首要的條件是目標基因的表達產(chǎn)物必須有正常的生理功能，另一個必要標志是其目標基因必須有適度的高效表達特性和可持續(xù)生產(chǎn)能力。

（六）生態(tài)與進化安全保障

由于轉(zhuǎn)基因生物與其他生物一樣具有可遺傳、易擴散及自主的特性，而且人類對生命、生態(tài)系統(tǒng)、生物的演化實際上還知之甚少，對不同物種間基因的人工組合，外源基因?qū)κ荏w生物進化的可能影響，轉(zhuǎn)基因生物對生態(tài)系統(tǒng)的長期影響

等都無法進行評估，因此如果人們不事先采取控制措施，轉(zhuǎn)基因生物一旦進入到自然環(huán)境中就可能打破生態(tài)平衡，破壞生態(tài)環(huán)境和自然種質(zhì)資源。對轉(zhuǎn)基因生物的控制措施有物理的方法和生物的方法：物理的方法就是通過各種嚴格的管理措施和物理屏障盡量使轉(zhuǎn)基因生物不能從實驗室逃逸進入到自然環(huán)境里去；生物的方法一般就是造成轉(zhuǎn)基因生物與非轉(zhuǎn)基因生物之間的生殖隔離，如利用三倍體不育的特性將用于生產(chǎn)的轉(zhuǎn)基因動物或植物變成三倍體等。

（七）消費安全評價

消費安全評價一般要考慮以下一些主要的方面：①導入外源目標基因本身編碼的產(chǎn)物是否安全。②外源目標基因是否穩(wěn)定。③使用的載體是否安全。④使用的報道基因（就是能產(chǎn)生很容易觀察的性狀的基因）是否會產(chǎn)生有害物質(zhì)。⑤外源基因?qū)牒笫欠駮T導受體生物產(chǎn)生新的有害遺傳性狀或不利于健康的成分。為了保護人類的健康，許多國家都已通過立法或其他形式對轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品進行消費安全評價和嚴格的管理，對進口轉(zhuǎn)基因食品嚴格限制。

二 基因工程的應用

基因工程在醫(yī)藥業(yè)中的應用。許多藥品的生產(chǎn)是從生物組織中提取的。受材料來源限制產(chǎn)量有限，其價格往往十分昂貴。微生物生長迅速，容易控制，適于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。若將生物合成相應藥物成分的基因?qū)胛⑸锛毎麅?nèi)，讓它們產(chǎn)生相應的藥物，不但能解決產(chǎn)量問題，還能大大降低生產(chǎn)成本。如基因工程胰島素、干擾素、人造血液、白細胞介素、乙肝疫苗等通過基因工程實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，均為解除人類的病苦，提高人類的健康水平發(fā)揮了重大的作用。

基因診斷與基因治療。遺傳病是長期困擾人類的一類不治之癥，迄今已發(fā)現(xiàn)的有3000多種。其根源于遺傳基因存在缺陷，主要特征是可隨生育而傳代?；蛑委熓前颜；?qū)氩∪梭w內(nèi)，使該基因的表達產(chǎn)物發(fā)揮功能，從而達到治療疾病的目的，這是治療遺傳病的最有效的手段。基本方法是：基因置換、基因修復、基因增補和基因失活等。如運用基因工程設計制造的“DNA探針”檢測肝炎病毒等病毒感染及遺傳缺陷，不但準確而且迅速。通過基因工程給患有遺傳病的人體內(nèi)導入正常基因可“一次性”解除病人的疾苦。

基因工程在農(nóng)牧業(yè)、食品工業(yè)上的應用。運用基因工程技術(shù)，不但可以培養(yǎng)優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、抗性好的農(nóng)作物及畜、禽新品種，還可以培養(yǎng)出具有特殊用途的動、植物。如轉(zhuǎn)基因魚（生長快、耐不良環(huán)境、肉質(zhì)好），轉(zhuǎn)基因牛（乳汁中含有人生長激素），轉(zhuǎn)黃瓜抗青枯病基因的甜椒，轉(zhuǎn)魚抗寒基因的番茄，轉(zhuǎn)黃瓜抗青枯病基因的馬鈴薯，不會引起過敏的轉(zhuǎn)基因大豆，抗蟲棉等。

基因工程在環(huán)境保護工業(yè)方面的應用?；蚬こ套龀傻腄NA探針能夠十分靈敏地檢測環(huán)境中的病毒、細菌等污染。利用基因工程培育的指示生物能十分靈敏地反映環(huán)境污染的情況，卻不易因環(huán)境污染而大量死亡，甚至還可以吸收和轉(zhuǎn)化污染物。如有一種超級細菌，能快速分解石油，可用于清除被石油污染的海域。這種超級菌是美國科學家用基因工程方法，把降解不同石油化合物的基因移植到一個菌株內(nèi)而產(chǎn)生的。

總之，基因工程的發(fā)展將會給人類社會帶來巨大的變化。

三 基因工程的進展狀況

基因工程技術(shù)是一項正在蓬勃發(fā)展的技術(shù)，而且也已經(jīng)取得了許多重要的應用成果，但我們也應該看到，基因工程技術(shù)不是一項已經(jīng)成熟的技術(shù)，仍然還很粗糙和原始，在許多方面尚需完善和改進。

1．基因工程在技術(shù)上存在一定的不確定性和盲目性。目前的基因工程在技術(shù)上有很多的不確定性。這種不確定性表現(xiàn)在兩個方面，一是技術(shù)方面的不穩(wěn)定性，二是由于對不同生物的生理特性的了解不很深入，如我們將魚類抗凍蛋白基因轉(zhuǎn)移到不抗寒的羅非魚等熱帶魚中，雖然抗凍蛋白基因得到表達，但并沒有使受體魚產(chǎn)生預期的抗寒效果。目前我們所進行的基因工程基本上只能對簡單的、單基因控制的性狀進行設計和改造，操作對象只限于一些比較簡單的單因子基因。但生物絕大部分的重要性狀是由多個基因共同控制的，對這些多基因控制的性狀，現(xiàn)有的基因工程技術(shù)幾乎仍然是束手無策。我們對活的生物體中基因表達調(diào)控的機制知之甚少，有關(guān)的知識僅限于對啟動子和增強子有所了解，對生物體整體的調(diào)節(jié)復雜性的認識還剛剛開始。

2．在安全性方面存在著不確定性。對社會大眾來說，最主要和最關(guān)心的是基因工程的安全性問題，基因工程的安全性問題包括兩個方面：一是基因工程產(chǎn)品的消費安全問題，二是轉(zhuǎn)基因生物的生態(tài)安全問題。目前用轉(zhuǎn)基因技術(shù)生產(chǎn)出來的食品因其成分的某些改變是否會對人類的健康產(chǎn)生不良的影響，這需要實驗和時間來驗證。有著某種生存優(yōu)勢的轉(zhuǎn)基因生物如果進入到自然生態(tài)系統(tǒng)，就有可能排擠自然種群，降低生態(tài)系統(tǒng)里物種的多樣性，打破生態(tài)平衡。

所以我們在大力發(fā)展轉(zhuǎn)基因技術(shù)的同時，必須高度重視對轉(zhuǎn)基因動物、植物及微生物品種的生物控制和控制技術(shù)的研究。在轉(zhuǎn)基因品種的安全性沒有進行全面的評估和沒有可靠的生物控制措施之前，應嚴格禁止其進行生產(chǎn)和進入開放的自然生態(tài)系統(tǒng)，只有其生態(tài)安全性達到了傳統(tǒng)育種方法培育的新品種時，或無生殖能力的轉(zhuǎn)基因動物和植物才能允許進入自然界進行生產(chǎn)，也只有這樣才是有益于人類和社會進步的。

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第五篇：基因工程

《基因工程論文》

嗜熱解烴基因工程菌SL-21的構(gòu)建

學

院：生命科學學院 班

級：生物技術(shù)12-2 學

號：7011208209 姓

名：陳 昆 任課教師：張銳

嗜熱解烴基因工程菌SL-21的構(gòu)建

摘要﹕從以C15—C36直鏈烷烴為惟一碳源生長的解烴菌———地芽孢桿菌MD-2細胞中獲得了1個新的烴降解基因———烷烴單加氧酶基因sladA。將基因sladA克隆到質(zhì)粒pSTE33上,構(gòu)建了重組質(zhì)粒pSTalk。通過電轉(zhuǎn)化將pSTalk轉(zhuǎn)化入嗜熱脫氮土壤芽孢桿菌ZJ-3內(nèi),構(gòu)建了基因工程菌SL-21。SL-21兼具嗜熱和解烴的功能,在70℃條件下,14d后對原油的降解率達75.08%。研究結(jié)果表明,可以通過體外重組的方式向嗜熱菌中引入烴降解基因,從而構(gòu)建嗜熱解烴基因工程菌。關(guān)鍵詞:微生物采油;烴類降解菌;嗜熱解烴基因;質(zhì)粒;基因工程菌

微生物降解原油是微生物提高原油采收率的主要機理之一。研究結(jié)果表明,在解烴菌作用下原油的族組分發(fā)生變化,輕質(zhì)組分增加,粘度下降,改善了原油的流動性;同時,解烴菌還可以將烴類分子轉(zhuǎn)化成有機溶劑、表面活性劑、酸和氣體等驅(qū)油物質(zhì)。迄今為止,從自然界篩選的高效解烴菌絕大多數(shù)為嗜溫微生物,最適合生長溫度一般為20-45℃,很難適應油藏的高溫環(huán)境。筆者從1株解烴菌細胞中分離出1個新的烴降解基因———烷烴單加氧酶基因sladA,并采用基因工程手段將此基因轉(zhuǎn)化到另外1株最適合生長溫度為70℃的嗜熱菌體內(nèi),構(gòu)建了嗜熱解烴基因工程菌SL-21。該基因工程菌既具有高效的解烴功能,又能適應油藏高溫環(huán)境,在微生物采油中具有良好的應用前景。1.1 實驗材料

實驗材料包括限制性內(nèi)切酶EcoRⅠ和XhoⅠ;UNIQ-10柱式DNA膠回收試劑盒、PCR片斷回收試劑盒;大腸桿菌感受態(tài)細胞E.coliDH5α;pGEM-T easy載體;質(zhì)粒pSTE33 kanr,Ampr,EcoRⅠ/XhoⅠ;異丙基硫代半乳糖苷(IPTG)、十二烷基硫酸鈉(SDS)、氨芐青霉素(Amp)、卡那霉素(Kan)。LB培養(yǎng)基按文獻配制。無機鹽培養(yǎng)基組成:Na2HPO40.06g;KH2PO40.02g;NaNO30.2g;CaCl20.001g;FeSO40.001g;MgSO4 0.03g;蒸餾水100mL;pH值為7.2。嗜熱脫氮土壤芽孢桿菌ZJ-3,分離自勝利油區(qū)孤島油田中一區(qū)館3區(qū)塊采出液,最適合生長溫度為70℃;地芽孢桿菌MD-2,以C15—C36直鏈烷烴為惟一碳源生長,分離自勝利油區(qū)原油污染土壤。1.2 實驗方法

DNA的操作 基因組DNA小量提取,利用聚合酶鏈式反應(PCR)對DNA擴增、PCR產(chǎn)物的回收、酶切與連接,質(zhì)粒DNA提取和基因序列測定等均按文獻[13-14]方法進行。菌株培養(yǎng) 所涉及到的菌株培養(yǎng)均在溫度為70℃,轉(zhuǎn)速為180r/min的條件下進行振蕩培養(yǎng)。基因工程菌的構(gòu)建和篩選方法 ZJ-3感受態(tài)細胞的制備按文獻[13-14]方法進行。用構(gòu)建的重組質(zhì)粒pSTalk在最佳條件下電轉(zhuǎn)化ZJ-3感受態(tài)細 胞構(gòu)建基因工程菌。在含有50μg/mL Kan的LB瓊脂平板上挑選10個陽性克隆接種到5mL LB培養(yǎng)基中,培養(yǎng)過夜,獲得種子液。將該種子液接種到200mL以液蠟為惟一碳源的無機鹽培養(yǎng)基中,培養(yǎng)5d后用CCl4抽提剩余的液蠟,用紅外測油儀測定烴的剩余量,根據(jù)菌株降解液蠟的速率篩選出目的基因工程菌?；蚬こ叹恼T導表達及SDS-PAGE檢測挑取陽性克隆接種于含100μg/mL Amp的10mL的LB液體培養(yǎng)基中,180r/min下振蕩培養(yǎng)至光密度值達到0.6(檢測光波波長為600nm),加誘導物IPTG至終濃度為1mmol/L,振蕩培養(yǎng)8h,收集表達菌體,加SDS上樣緩沖液,于100℃水浴10min后上樣,用12%的SDS-PAGE電泳檢測。基因工程菌降油能力測試 將基因工程菌接入20mL LB培養(yǎng)基中,培養(yǎng)12h,以5 000r/min的速度離心5min收集菌體,用無菌生理鹽水洗滌菌體1次,加20mL無菌生理鹽水懸浮,作為菌株利用烷

烴生長的種子液。取菌懸液按1%接種量接入200mL無機鹽培養(yǎng)基中,加入2%孤島油田中一區(qū)館3區(qū)塊原油或2%的液體石蠟作為惟一碳源培養(yǎng),取樣稀釋涂布計數(shù)。原油降解實驗 在無機鹽培養(yǎng)基中添加2%的原油,按1%接種量接入基因工程菌,培養(yǎng)14d。用正己烷萃取降解后的原油,用氣相色譜儀測定原油飽和烴組分的降解情況。原油降解率為菌株降解前、后原油量的差值與菌株降解前原油量的比值。2 實驗結(jié)果與分析

2.1 MD-2基因組DNA的檢測

對MD-2基因組進行提取和純化。提取后的染色體DNA經(jīng)0.8%的瓊脂糖凝膠電泳檢測,相對分子質(zhì)量不小于23kb,說明提取的DNA完好。在檢測光波波長為260280nm條件下分別測出DNA的光密度,其比值為1.95,換算出DNA的質(zhì)量濃度為1 400g/mL,表明DNA純度較好,無蛋白、RNA、酚和多糖物質(zhì)的干擾。2.2 烷烴單加氧酶基因的克隆與序列分析依據(jù)美國國立衛(wèi)生研究院基因序列數(shù)據(jù)庫(Genbank)中的烷烴單加氧酶基因開放閱讀框兩端保守序列,設計了一對兼并引物以MD-2基因組DNA為模板進行PCR擴增,將約1.3kb的PCR產(chǎn)物回收后連接到pGEM-T easy載體上,轉(zhuǎn)入E.coliDH5α,挑取陽性克隆質(zhì)粒進行測序。測序結(jié)果經(jīng)Genbank檢索,表明該DNA序列是個新的烷烴單加氧酶基因,命名為sladA。2.3 基因工程菌的構(gòu)建及篩選

通過PCR擴增sladA后,將PCR產(chǎn)物用EcoRⅠ或XhoⅠ消化,分離純化出1 329bp的片斷,與經(jīng)EcoRⅠ或XhoⅠ消化的pSTE33質(zhì)粒連接,構(gòu)建成含sladA的重組質(zhì)pSTalk。經(jīng)電泳鑒定表明(圖1),重組質(zhì)粒構(gòu)建成功。

2.4 基因sladA在基因工程菌SL-21中的誘導表達

由基因工程菌SL-21全蛋白的SDS-PAGE圖譜可見(圖2),在烷烴單加氧酶基因sladA對應蛋白大小的地方掃描到高信號強度,表明sladA基因在SL-21中得以表達。2.5 基因工程菌SL-21碳源生長

基因工程菌SL-21在以原油和液體石蠟為惟一碳源的無機鹽培養(yǎng)基中培養(yǎng),在70℃和180r/min條件下,經(jīng)過3d的延滯期后進入對數(shù)期,菌體數(shù)增加。17d后,菌體數(shù)為接菌初期的5倍,表明SL-21能夠利用原油或液體石蠟作為惟一碳源生長。2.6 對原油的降解作用

由原油飽和烴組分的降解情況可看出(圖3),基因工程菌對原油有很明顯的降解效果,幾乎將飽和烴降解完全。經(jīng)對氣相色譜各峰面積對比,計算出各峰面積的含

量和飽和烴組分降解率(表2)?；蚬こ叹鶶L-21對原油的降解率為75.08%。

實驗結(jié)果表明,烴類降解菌地芽孢桿菌MD-2細胞提取的烷烴單加氧酶基因sladA可以在嗜熱脫氮土壤芽孢桿菌ZJ-3中表達。但不同的基因工程菌株中烷烴單加氧酶基因sladA表達的效率不同,需要通過菌株對原油的降解評價進一步篩選。獲得的對原油降解速率最高的基因工程菌SL-21能在70℃高溫條件下生長,并且對原油降解效果明顯。因此以體外重組方式向嗜熱菌中引入烴類降解基因構(gòu)建嗜熱解烴基因工程菌在技術(shù)上是可行的。3 結(jié)論

以地芽孢桿菌MD-2為目標菌株,克隆和表達了降解長鏈烷烴的單加氧酶基因sladA,并在嗜熱脫氮土壤芽孢桿菌ZJ-3中正確表達了基因sladA,構(gòu)建了基因工程菌SL-21?；蚬こ叹鶶L-21在70℃條件下,能以原油或液體石蠟為惟一碳源生長。14d對原油的降解率為75.08%,對原油飽和烴組分均有明顯的降解效果。該基因工程菌既可以用于微生物驅(qū)油技術(shù),又可以用于高溫油田污水的生物處理。利用基因工程的方法可以獲得既能耐受極端環(huán)境,又具有良好功能的基因工程菌株,是石油微生物菌種選育的重要方向。參考文獻: [1] 周金葵,王大威,廖明清,等.一株石油烴降解菌的篩選及性能研究[J].大慶石油地質(zhì)與開發(fā),2007,26(6):119-123.[2] 汪衛(wèi)東,汪竹,耿雪麗,等.美國微生物采油技術(shù)現(xiàn)場應用效果分析[J].油氣地質(zhì)與采收率,2002,9(6):75-76.[3] 袁長忠,宋永亭,段傳慧.微生物采油用營養(yǎng)物質(zhì)在石英砂上的靜態(tài)和動態(tài)吸附規(guī)律[J].油氣地質(zhì)與采收率,2009,16(4):74-76.[4] 修建龍,董漢平,俞理,等.微生物提高采收率數(shù)值模擬研究現(xiàn)狀[J].油氣地質(zhì)與采收率,2009,16(4):86-89.[5] 路璐,向廷生,黑花麗.本源微生物降解原油的飽和烴色譜分析[J].油氣地

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