我国转基因生物技术研究进展

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我国转基因生物技术研究进展

　摘要：科技的发展日新月异，研究者们为了使植物获得一些更为优良的特性，而对植物进行

转基因改良，植物转基因技术是研究基因功能的基础性技术，也是目前科学研究的必要手段。

当前，转基因技术是国际热议的焦点话题，国际上存在对转基因技术以及有关食品的反对声

音，但实际上，转基因技术的发展，极大提高了人类科学和农业发展水平。为了将转基因技术

更多的被接受和利用，文中对各种转基因技术的概念及研究现状进行阐述。

Research status of transgenic technology in China

Li Haiyan Wu Xiaoxia Li Wenbin

从欧洲到亚洲，从国外到国内，转基因食品一直是社会公众关注的焦点。主要有 3种意见。第

一，来自从事转基因研究的科学家和知名的科普专家，他们从转基因正面的角度进行阐述。第

二，是由一些哲学家、社会科学家、伦理学家以及某些反对转基因的知名媒体人，通过收集一

“ ”些耸人听闻的案例和试验结果，他们向公众传播一些转基因会亡国灭种的信息。第三，保持

中立的，他们不会对自己专业之外的科学问题随便发表意见和建议，进而避免造成误导广大群

众。

植物转基因技术是研究基因功能的基础性技术，也是目前科学研究的必要手段。转基因技术是

将组合、结合、剪切分离的 DNA 分子，在对应作物基因组中导入的一种技术，该技术能将相

对应作物基因进行重组与改善，进而有效的更改作物性状，以达到预期状态。转基因方法是通

过分子生物学手段将外源特定基因导入到植物受体中，使外源基因整合到植物基因组中稳定遗

传，从而使植物获得特定的基因[1]。利用转基因技术，对植物体内的 1个或多个基因进行敲

除、沉默、过量表达，以改变植物体内该基因的表达情况。通过观察植物体性状的变化进而发

掘基因的功能、认识植物体的生长调控机理。对于较大基因组，通常会将目标基因提取后，与

特定的载体进行连接。通过农杆菌、基因枪等转化介质，导入到基因组较小且基因功能明确的

模式植物中。例如双子叶模式植物拟南芥、单子叶模式植物水稻[2]。转基因技术可以满足很多

需要，例如导入一些耐盐碱植物的基因，这样可使粮食作物在盐碱地里生存，提高土地的利用

率；再如导入抗寒、抗旱基因可提高植物的抗逆性，在自然环境不利的年份、地区增加收成。

植物抗病基因、种子贮藏蛋白基因、苏云金杆菌抗虫基因是植物目标基因当中使用频率较高

的，以上几种基因常在加强农作物质量、预防病害和虫害中使用[3]。中国自从 1997 年开始进

口转基因大豆，到 2017 年中国进口大豆达到 9 500 多万t，约占全球大豆贸易量的 70%，目前

中国已经是世界第一大豆进口国。这主要归因于转基因技术的应用。就目前来看，应用于转基

因安全检测中的技术手段非常多，可以用合适的检测技术来分析转基因中外来基因的安全水平

[4]。国内外转基因检验方法有很多种，在选择转基因安全检测技术时应从多方面考虑。常见的

包括以核酸为检测目标物的方法，包括 PCR 法、芯片法等。另外是以特定的表达蛋白为目标

物的检测方法，包括蛋白质电泳、酶联免疫分析技术（ELISA）。此外，还有高通量测序技

术、电化学发光技术、光谱分析技术和酶分解技术等。

　　 1　聚合酶链式扩增技术

核酸的检测是研究最多、应用最广的。检测对象主要是调控元件（如35S 启动子、NOS 终止

子）、标记基因（筛选特征）和外源结构基因。根据检测仪器分为，聚合酶链式反应

（PCR）、可视芯片法、数字 PCR 法等。所有这些应用都以从样本中提取 DNA 为检测基

础。PCR 方法分为普通 PCR 和荧光 PCR 两种。主要通过使用 PCR 仪，通过设计引物，对特征

性片段扩增后进行检测。普通 PCR 使用凝胶电泳定性，而荧光 PCR 是通过标记探针在扩增过

程中对目的片段进行检测。同时对核酸进行定量，通过利用多对引物同时扩增来实现多个基因

的高通量筛选，进行快速准确的定性定量。

1.1 PCR 技术

聚合酶链式扩增技术（Polymerase chain reaction,PCR）是目前应用最为广泛的转基因产品的检

测方法，包括定性 PCR 和定量 PCR(Quantitative PCR,qPCR）。聚合酶链式反应通常可以对 1

个DNA 片段放大扩增检测。基于 PCR 反应原理开展多重检测，达到检测目的。实时定量 PCR

阵列/芯片法（Real-time PCR array），是利用内含特定引物组合的 96 孔或384 孔预制板用于高

通量转基因筛查，结合已知的转基因信息列表，这种转基因检测策略能够有效地简化试验操

作，增加检测通量。除此之外，能够实现多个靶位点的同步快速检测，保证检测结果的准确性

以及可靠性。通过设计合成特异的引物，利用此技术进行植物源性转基因检测分析。此外，应

用毛细管凝胶电泳技术分析检测转基因产品，可以达到 0.01%的检测灵敏度。LAMP 环介导等

温扩增技术（Loop-mediated isothermal amplification method,LAMP）是在链置换 DNA 聚合酶的

作用下，60～65℃恒温条件下实现核酸扩增，通过观察浑浊度来判断是否有基因扩增，具有高

特异性、操作简单、成本低的特点[5]。最新的基因工程技术，CRISPR/CAS9 已经悄悄引领新

“ ” “ ”的时代，像一把魔剪可以让小麦变得抗病，帮助找回儿时番茄的美味。但分子生物学实验

室功能区之间的交叉或未明确分区，酶的高灵敏度反应，在核酸提取过程中容易形成气溶胶污

染，假阳性问题比较严重。

1.2 数字 PCR 检测技术

在转基因产品的分析检测技术当中，数字 PCR 检测技术是继定性以及实时荧光 PCR 技术后产

生的第三代PCR 技术，运用了分子生物学和统计学方法。其是将样品中的 DNA 稀释到单分子

的水平，扩增反应将几十扩增至几万个单元，并收集其荧光的信号，利用泊松分布计算或直接

计数样品中原始的含量或浓度，同时依据泊松概率分布原理，得到试验样品中的拷贝数或浓

度。该方法在单细胞以及基因分型等领域获得技术上的突破，主要是不依赖标准曲线的定量以

及扩增曲线检测的方法。在反应过程中与内参基因及标准曲线的扩增效率无关，实现了样品的

绝对定量。数字 PCR 技术包括芯片数字 PCR 以及微数字 PCR。前人研究利用数字 PCR 对转基

因大豆品系进行了定量的检测。而微数字 PCR 是把样品分散到诸多微孔中，进而进行扩增反

应。数字 PCR 技术目前还处在初步发展阶段，但其具备了高通量和准确性的优点，应用前景

广阔。

1.3 基因芯片检测技术

基因芯片（Microarray）又称 DNA 芯片（DNA Microarray），是芯片技术中研究最早、最为成

熟、应用最为广泛的产品。检测对象是以转基因生物体为材料，使用基因芯片检测方法，通过

测定基因组的序列，形成微距阵，通过将转基因产品DNA 按照一定规律排布在玻片上或硅片

上。基因芯片技术是对样品中不同种类的 DNA 的序列，通过固体在基质表面的上千个特定探

针，能够一次性准确地进行定性、定量筛查，具有高通量、集成化和自动化的特点。利用计算

机软件对基因序列进行计算处理，进而掌握转基因产品的相关特征信息。Turkec 等针对3个

GM 大豆和9个GM 玉米开发检测芯片[6]。另一种芯片为可视芯片，是通过把探针固定在薄膜

表面上，待检测核酸与探针结合后经酶的催化后，产生肉眼可见的杂交信号。可视芯片与膜芯

片法的原理相同，都是通过膜芯片杂交，对大豆、油菜中外源基因成分进行测定。通过单次反

应可筛选 8种外源性成分，主要是利用多对引物对样品中可能存在的外源基因进行 PCR 扩增，

最后达到快速高通量检测转基因成分的目的[5]。与 PCR 技术相比，芯片检测的成本较高，但

在检测通量方面具有巨大的优势，但是芯片法在开发过程中的前期成本昂贵，限制了芯片技术

方法的应用。

　　 2　蛋白质印迹检测技术

外来基因会干扰转基因产品中的蛋白质，使蛋白质中氨基酸分子结构发生很大的变化。蛋白质

印迹检测技术是指通过聚丙烯酰胺凝胶电泳检测，分离外源蛋白质，并与显色酶发生反应，进

而结合反应实现分离检测。其是以转基因产品中的蛋白质作为目标物，从样品中检测并提取目

标蛋白，进行特定的分离、比对或与抗原抗体相结合，最终实现对转基因产品中的特异性蛋白

进行检测。在对转基因产品进行蛋白质追踪检测时，对转基因中的蛋白质种类进行有效的提

取，并对转基因产品中蛋白质种类进行有效划分，明确各种蛋白质的氨基酸分子间结构的变化

趋势[4]。根据使用的仪器的不同，可以分为电泳法、液相色谱法和 ELISA 法等。电泳法常用

的介质是琼脂糖凝胶和聚丙烯酰胺凝胶。ELISA 法比较适用于在市场监督执法环节的快速筛

选，疑似阳性后可在实验室进一步阳性确认。相关人员利用蛋白质追踪技术分析转基因产品中

蛋白质中氨基酸分子结构的变化，明确转基因产品的质量水平[4]。例如转基因大豆蛋白的分离

检测可使用液相色谱，采用色谱检测技术，能够实现精准分析以及定量检测，该方法需要大量

样本的检测来建立图谱库，不同地域的原料谱图会有较大的差异，检测及确认工作量比较大。

　　 3　高通量测序技术

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摘要：

我国转基因生物技术研究进展　摘要：科技的发展日新月异，研究者们为了使植物获得一些更为优良的特性，而对植物进行转基因改良，植物转基因技术是研究基因功能的基础性技术，也是目前科学研究的必要手段。当前，转基因技术是国际热议的焦点话题，国际上存在对转基因技术以及有关食品的反对声音，但实际上，转基因技术的发展，极大提高了人类科学和农业发展水平。为了将转基因技术更多的被接受和利用，文中对各种转基因技术的概念及研究现状进行阐述。ResearchstatusoftransgenictechnologyinChinaLiHaiyanWuXiaoxiaLiWenbin从欧洲到亚洲，从国外到国内，转基因食品一直是社...

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