關于轉基因生物安全專題2第一節轉基因植物的發展第二節轉基因動物研究進展第三節轉基因微生物研究進展第四節基因工程疫苗第2頁,共70頁，星期六，2024年，5月第一節轉基因植物的發展研究成功的轉基因植物超過35科120種糧食作物、蔬菜、水果和林木抗除草劑、抗蟲、抗病、抗逆、品質改良、發育調控、藥物生產。1983年含有抗生素抗性基因的轉基因煙草第3頁,共70頁，星期六，2024年，5月轉基因作物發展現狀農業生物技術應用國際服務組織（ISAAA）第4頁,共70頁，星期六，2024年，5月2011年全球共有29個國家的1670萬名農民種植了1.6億公頃的轉基因作物，占全球耕地的10％。這面積相當于中國可耕地面積的1.3倍，約等于美國的可耕地面積。第5頁,共70頁，星期六，2024年，5月第6頁,共70頁，星期六，2024年，5月2008年，抗除草劑轉基因大豆、玉米、油菜和紫苜蓿的種植面積占全部種植面積的63%。第7頁,共70頁，星期六，2024年，5月大豆，6580萬hm2，占總面積53%玉米，3730萬hm2，占總面積30%棉花，1550萬hm2，占總面積12%油菜，590萬hm2，占總面積5%第8頁,共70頁，星期六，2024年，5月第9頁,共70頁，星期六，2024年，5月轉基因林木發展現狀轉基因抗蟲林木抗蟲基因類型：蘇云金芽孢桿菌毒蛋白（Bt）基因、蛋白酶抑制劑（Pi）基因、外源凝集素（lectin）基因和昆蟲神經毒素基因。第10頁,共70頁，星期六，2024年，5月20世紀90年代初，轉Bt基因歐洲黑楊植株研制成功，表現出殺蟲性。轉基因植物能有效地控制林分的蟲口密度，使非轉基因植株在某種程度上得到轉基因植株的保護。第11頁,共70頁，星期六，2024年，5月雙價轉基因楊樹的研究

Bt基因和蛋白酶抑制劑（API）基因毛白楊第12頁,共70頁，星期六，2024年，5月抗病轉基因林木1986年美國首次獲得了抗病轉基因植株。編碼植物病毒的外殼蛋白基因植物細胞積累病毒外殼蛋白抑制侵染病毒的復制減輕病毒癥狀或推遲發生時間第13頁,共70頁，星期六，2024年，5月楊樹花葉病毒(PMV)------楊樹楊李痘病毒(PPV)----------杏兔np-1基因------------------毛白楊第14頁,共70頁，星期六，2024年，5月轉基因調控生殖發育DT-A基因銀灰楊×大齒楊雄性不育擬南芥LEAFY基因歐洲山楊×美洲山楊花期提前第15頁,共70頁，星期六，2024年，5月轉基因抗逆林木（相對薄弱）臭氧脅迫----抗氧化劑----超氧化物歧化酶(SOD)/谷胱甘肽(GSH)----抗逆效果鹽漬化沙漠化----耐鹽性----Na+/H+逆向轉運蛋白基因----耐鹽性提高第16頁,共70頁，星期六，2024年，5月木材特性香豆酸CoA連接酶基因美洲山楊木質素減少45%纖維素增加15%葉、莖、根生長加快GS基因楊樹谷氨酰胺合成增加可溶性蛋白增加葉綠素含量增加COMT基因歐洲山楊×美洲山楊木質素含量下降木質素結構改變纖維素含量增加第17頁,共70頁，星期六，2024年，5月第二節轉基因動物研究進展動物轉基因技術是通過現代生物學手段將外源DNA導入動物的基因組，進而影響其基因型和表現型的一類技術。主要技術手段包括重組DNA技術和胚胎生物技術。1971年利用精子將外源DNA轉入兔卵母細胞。

1982年將大鼠生長激素基因導入小鼠受精卵。第18頁,共70頁，星期六，2024年，5月動物轉基因技術顯微注射、病毒轉染、電脈沖法和胚胎干細胞等一系列技術。第19頁,共70頁，星期六，2024年，5月轉基因動物的應用在基礎生物學研究中，用于研究真核細胞的基因轉錄和表達調控以及個體發育的分子調控規律；在生產中，可以提高動物產品的生產效率和質量；在動物抗病育種中，可以提高動物對疾病的抵抗力；在醫學領域，可以生產用于人體器官移植的動物器官。第20頁,共70頁，星期六，2024年，5月轉基因動物用于基因功能的基礎生物學研究獲得基因敲除轉基因小鼠800余種，用于研究基因的功能。在未來時間內，轉基因動物的研究不會局限于生產某一種對農業或醫學有重大經濟價值的動物品系或品種，越來越大的研究將針對生物學本身。第21頁,共70頁，星期六，2024年，5月轉基因動物在醫學領域的應用建立診斷和治療人類疾病的轉基因動物模型動物學家通過精準地失活某些基因或增強某些基因的表達來制作各種各樣的研究人類疾病的動物模型。全世界已經建立了30多種人類遺傳疾病的鼠模型，如AIDS、老年性癡呆、原發性高血壓、糖尿病、鐮狀細胞貧血癥等。第22頁,共70頁，星期六，2024年，5月CD4融合基因轉hCD4陽性兔外周血漿淋巴細胞（PBL）未檢測到檢測到hCD4mRNA和蛋白質F1代第23頁,共70頁，星期六，2024年，5月2.生產人類器官移植用途的轉基因豬異源器官移植（xenotransplantation）利用轉基因動物作為組織器官的來源。其供量大、費用低廉，有著廣闊的產業化前景。在關鍵時刻，可以將轉基因豬的肝臟或心臟臨時移植給病人，使病人能夠存活到找到適用的人類器官，這樣的移植可以在短期內實現。第24頁,共70頁，星期六，2024年，5月豬內源逆轉錄病毒（procineendogenousretrovirus，PERV）RT-PCR和免疫雜交方法對患者的血清進行了分析，結果沒有發現一例PERV，這無疑更增加了人們從事豬器官用于人的研究的信心。第25頁,共70頁，星期六，2024年，5月3.應用轉基因動物乳腺生物反應器生產藥用蛋白利用轉基因動物生產藥用蛋白血液乳腺尿腺優越性：生產成本低產量高產品純化簡易產品質量高、安全性好第26頁,共70頁，星期六，2024年，5月4.

轉基因動物生產人類營養醫療用品（或保健品）第27頁,共70頁，星期六，2024年，5月轉基因在動物生產中的應用對動物進行基因改良，促進動物生長，提高畜產品品質和產量乳糖酶由人小腸分泌，把鮮奶中的乳糖降解成葡萄糖和半乳糖。含有人血中制造鐵質和提供牙齒生長的蛋白質，及提供產後初乳中預防細菌的主要蛋白質小玫瑰第28頁,共70頁，星期六，2024年，5月動物抗病育種禽白血病病毒(ALV)MX1基因馬利克氏病病毒(MDV)抗ALV的新品系的雞抗禽流感雞抗MDV病毒的雞利用轉基因技術提高動物的抗病性也具有廣闊的應用前景。第29頁,共70頁，星期六，2024年，5月中國轉基因動物研究進展“七五”技術攻關設立“動物個體表達系統研究”的課題，啟動了轉基因動物研究。農業部“七五”生物技術重點項目中，設立了“動物轉基因技術研究”的課題“863”計劃中，把“豬的基因工程育種”列為重點項目之一。“九五”期間，“動物乳腺生物反應器研究”增列重點項目。“十五”期間，“體細胞克隆牛與轉基因體細胞克隆牛生產技術體系”項目。“十一五”科學技術發展規劃強調將發育與生殖研究作為一項重大科學專項。第30頁,共70頁，星期六，2024年，5月動物乳腺生物反應器第31頁,共70頁，星期六，2024年，5月轉基因實驗動物研究1984-1987年中國科學院遺傳所獲得轉人β-珠蛋白、生長激素、大腸桿菌galk和gpt基因小鼠2000年中國農業大學生物技術國家重點實驗室將“生物鋼”蛋白基因在小鼠乳腺中表達中國農業大學和華中農業大學合作，研究轉基因小鼠乳腺表達人瘦蛋白第32頁,共70頁，星期六，2024年，5月轉基因家畜研究2002年1月18日，中國第一頭本土克隆牛“委委”在山東曹縣中大動物胚胎工程中心通過剖腹產誕生。由于嚴重缺氧，“委委”出生后未順利站起。“委委”之所以被稱為我國第一頭土生土長的克隆牛，是因為從培育克隆胚胎到克隆胚胎移植都是中國人在自己的國家完成的。第33頁,共70頁，星期六，2024年，5月2002年10月13日，中國首例轉基因克隆牛在深圳誕生。第34頁,共70頁，星期六，2024年，5月2003年10月17日體細胞克隆牛“巖娃”對全球性胃病的預防和治療方面將會有重要意義，同時也具有重要的經濟價值和社會價值。人巖藻糖轉移酶基因（治療人類胃潰瘍疾病）綠色熒光蛋白基因新霉素抗性基因第35頁,共70頁，星期六，2024年，5月2000年中國農業大學轉基因克隆綿羊用CMV啟動的neo和gfp基因構件轉染羊的顆粒細胞，得到陽性細胞后直接進行克隆，體外發育的克隆囊胚均表達gfp基因。第36頁,共70頁，星期六，2024年，5月中國科學養遺傳與發育生物學研究所與揚州大學合作，將促紅細胞生成素基因和人乙型肝炎表面抗原基因導入山羊，獲得了兩種乳腺特異性表達的轉基因山羊。第37頁,共70頁，星期六，2024年，5月轉基因禽類的研究轉基因雞改變現有品種的遺傳特性，如增加對病毒及球蟲病的抗性，提高喂食效率，降低雞蛋中的脂肪含量和膽固醇水平，提高肌肉質量，等等。目前已獲得轉禽類白血病病毒（ALV）的外殼蛋白基因env的轉基因雞，并證明獲得的轉基因雞對禽類白血病病毒具有一定的抗性。第38頁,共70頁，星期六，2024年，5月轉基因淡水魚類研究中國科學院水生生物研究所，首次將人生長激素基因（hGH）轉入魚，制作出了提高生長速度、增加抗逆性以及為發育生物學和插入突變提供研究材料——轉基因魚。當前，我國的轉基因魚已達到國際先進水平。第39頁,共70頁，星期六，2024年，5月2002年，“轉基因黃河鯉魚”首次在公眾面前亮相，它帶有草魚生長激素基因，1年內可長2-3斤，味道鮮美，蛋白質含量較高、脂肪含量相對較低。由于魚類易于逃逸、擴散，因此轉基因魚的生態安全性問題很值得去研究。只有解決了生態安全性問題，才能真正使轉基因魚廣泛應用于漁業生產。第40頁,共70頁，星期六，2024年，5月轉基因微生物研究進展20世紀80年代以來，現代生物技術迅速發展，在醫藥、農業、食品、化工、環境和能源等領域發揮了巨大的經濟效益和社會效益。

1982年美國FDA批準了世界上第一例基因工程藥物重組人胰島素的正式生產以來，以基因工程藥物為主的各種基因工程產品陸續實現商品化生產。第41頁,共70頁，星期六，2024年，5月第42頁,共70頁，星期六，2024年，5月中國轉基因微生物的研究和應用的重點在農業方面，到2000年為止，在國家“863”計劃資助下，共分離克隆了殺蟲、防病、固氮等新基因89個，構建各類工程菌51株，其中5種菌劑獲準進入田間試驗，6種經安全性評估后進入環境釋放。第43頁,共70頁，星期六，2024年，5月轉基因微生物在農業生產領域的應用應用于農業生產上的轉基因微生物主要為轉基因微生物農藥、轉基因微生物肥料，以及利用轉基因微生物生產飼料酶。1.轉基因微生物農藥過量使用農藥環境污染食物殘毒病蟲害抗藥性生態破壞第44頁,共70頁，星期六，2024年，5月目前，中國是世界上農業重組微生物環境釋放面積最大、種類最多和研究范圍最廣的國家，所取得的成就受到各國科學家的廣泛關注和高度重視。轉Bt基因重組桿狀病毒、高毒廣譜殺蟲工程菌、棉鈴蟲核型多角體病毒殺蟲劑等多種基因工程微生物殺蟲劑經農業部安全性審批獲準進入田間釋放或中間試驗重組豬生長激素、高效表達植酸酶的重組畢赤酵母以及其他幾種基因工程疫苗也獲準進入中間試驗或環境釋放階段。第45頁,共70頁，星期六，2024年，5月轉基因Bt菌劑蘇云金芽孢桿菌（簡稱Bt）殺蟲劑是公認的一類無公害的生物農藥，也是目前國內外生產量最大、應用面積最廣的微生物殺蟲劑。全世界從Bt中發現并正式命名的ICP基因已有42大類250多種。馬鈴薯甲蟲玉米螟小菜蛾第46頁,共70頁，星期六，2024年，5月中國在Bt分子生物學的研究中也取得了很多成果：

1997年以來，我國自行克隆并經國際命名的新的殺蟲蛋白基因達28種，占國際同期新發現Bt基因總數的1/3。華中農業大學生命科學學院微生物農藥國家工程研究中心、農業部微生物重點實驗室研制的蘇云金芽孢桿菌高毒力菌株YBT-1520獲國家發明專利。福建農林大學生物技術中心研制的蘇云金芽孢桿菌遺傳改良工程菌TS16等殺蟲劑獲化學工業部的農藥生產證和農業部的農藥登記證和出口證。南開大學生命科學院微生物學系進行了蘇云金芽孢桿菌光譜基因工程菌的構建及新型高效菌株15A3的研究與開發，其成果已通過驗收和鑒定。第47頁,共70頁，星期六，2024年，5月轉基因病毒殺蟲劑世界上有記載的昆蟲病毒超過1000種，已開發投入市場的產品有30多種。中國研制了20多種病毒殺蟲劑。中山大學構建了第一株對害蟲具有迅速麻痹作用的基因工程桿狀病毒——重組粉紋夜蛾核多角體病毒（TnAT35）。

銀紋夜蛾甜菜夜蛾棉鈴蟲第48頁,共70頁，星期六，2024年，5月防治植物霜凍的轉基因工程菌冰核活性細菌可以誘發并加重植物霜凍第49頁,共70頁，星期六，2024年，5月利用無冰核活性細菌的生態位和營養競爭關系可以在一定程度上減少冰核活性細菌的數量，從而有效減輕植物霜凍的發生。防治植物霜凍的無冰核活性細菌活性工程菌于1982年研制成功，1987年進入田間試驗，防治草莓霜凍效果達70%以上。第50頁,共70頁，星期六，2024年，5月防治病害的轉基因工程菌1991年和1992年，工程菌NoGall在澳大利亞和美國獲準登記，成為世界上第一例商品化生產的植物病害生物防治基因工程細菌制劑，已在澳大利亞、美國、加拿大、日本和西歐的一些國家推廣。第51頁,共70頁，星期六，2024年，5月對昆蟲病原真菌的遺傳改良我國首次建立球孢白僵菌的農桿菌轉化體系，并從該菌中克隆了類枯草桿菌蛋白酶基因、幾丁質酶基因和真菌孢子形成相關基因。新構建的含有前兩種基因的工程菌較單一基因工程菌殺蟲毒力提高近一倍，侵染致病時間縮短近一半。第52頁,共70頁，星期六，2024年，5月傳統氮肥土壤板結肥力下降耗費能源污染環境土壤中的微生物具有生物固氮、溶解磷鉀等特性。我國科研工作者已分離鑒定出10余株高固氮活性的菌株。2.轉基因微生物肥料第53頁,共70頁，星期六，2024年，5月動物消化飼料的過程中，僅僅利用自身的內源性酶，如淀粉酶、胃蛋白酶、胰脂酶、蔗糖酶、乳糖酶等，是不能充分利用動物飼料的。外源性飼料酶成為飼料工業的一個重大課題利用基因工程技術，可以大大提高各種飼料酶的活性、穩定性和耐熱性等。黑曲霉、米曲霉和無花果曲霉。3.轉基因微生物生產飼料酶制劑第54頁,共70頁，星期六，2024年，5月轉基因微生物在食品生產領域的應用啤酒和淀粉酶面包和蛋白酶奶酪和凝乳酶第55頁,共70頁，星期六，2024年，5月利用轉基因微生物生產酶制劑的主要目標是加強酶制劑的加工特性。利用基因工程技術改良菌種生產的第一種食品酶制劑是凝乳酶，美國2/3~3/4的奶酪生產使用了遺傳工程凝乳酶。轉基因微生物酶制劑產量高品質均勻穩定性好價格低廉第56頁,共70頁，星期六，2024年，5月轉基因微生物在藥物生產領域的應用發達國家2/3糖尿病患者治療所用的胰島素是基因工程產物。1982年進入市場，發展至今已取得很好的市場效益。現已有近40種基因工程蛋白質藥物投放市場：癌癥、血液病、艾滋病、乙型肝炎、細菌感染、骨損傷、代謝病、矮小癥、心血管病、糖尿病、不孕癥等疑難病。第57頁,共70頁，星期六，2024年，5月轉基因微生物在其他領域的應用環境保護

1980年美國第一個生物遺傳工程專利就是一種可吞噬石油的微生物，主要用途是清除海洋中泄露的石油。第58頁,共70頁，星期六，2024年，5月傳統工業改造利用工程菌株生產聚羥基丁酸作為原料制作的塑料產品可被自然環境中的微生物分解，有效消除白色污染。第59頁,共70頁，星期六，2024年，5月新能源開發利用轉基因手段制造的工程菌可以提高發酵效率，使之分解纖維素和木質素，以稻草、木屑、植物秸稈、食物的下腳料等作為原料生產酒精。第60頁,共70頁，星期六，2024年，5月基因工程疫苗基因工程疫苗代表了一種預防傳染性疾病的新途徑，有利于提高人類和動物的福利，減少抗生素的使用和病原體傳播。優點：成本低、生產簡單、質量高、熱穩定性好、可生產多價疫苗等。缺點：缺乏研究，具不確定性。第61頁,共70頁，星期六，2024年，5月基因工程疫苗的利用一個基因工程疫苗含有一個帶有很強病毒啟動子的細菌質粒、一個編碼免疫蛋白的基因和一個轉錄終止序列。質粒是長在細菌中，在鹽溶劑中純化和溶解，然后通過肌肉注射微量的DNA加速蛋白表達活性，以達到最終減少免疫反應、抗擊病毒作用。第62頁,共70頁，星期六，2024年，5月基因工程疫苗的研究進展獸用重組基因工程疫苗的類型病原：細菌、病毒、寄生蟲疫苗使用對象：牛、馬、豬、羊、犬、禽、兔、魚和其他野生動物。疫苗的類型：重組亞單位疫苗、基因缺失活疫苗、基因重組活疫苗。第63頁,共70頁，星期六，2024年，5月

重組亞單位疫苗是指將保護性抗原基因在原核或真核細胞中表達，并將基因產物