2 基因枪射向农作物改良

过去，人们只听说过世界上有火枪、步枪、机关枪、冲锋枪等；可如今，时代不同了，从未听说过的基因枪问世了。所谓基因就是具有一定遗传效应的脱氧核糖核酸（DNA）分子上的特定片段。所谓“基因枪”就是一种具有类似普通枪的击发原理可以将载有外源DNA的1μm的小子弹以40米/秒的速度直接射入植物细胞中，使附带的DNA在植物细胞中得到表达。基因枪按其动力不同可分为火药引爆基因枪、压缩气体驱动的基因枪、高压放电基因枪。火药引爆基因枪的特点是塑料子弹和阻挡板。塑料子弹的前端有外源DNA的钨（或金）颗粒。当火药引爆时，塑料子弹带着钨（或金）颗粒向下高速运动，至阻挡板时，塑料子弹被阻遏，而其前端的钨（或金）颗粒继续高速向下运动，击中样品室中的靶细胞。压缩气体驱动的基因枪，是以氦气、氢气、氮气等驱动的PDS-100系统。它把载有外源DNA的钨（或金）颗粒悬滴在金属网上，在压缩气体的冲击下，射入靶细胞。高压放电基因枪，其优点是可以无线调节，通过改变工作电压、颗粒运行速度及射入深度，可准确控制载有外源DNA的钨（或金）颗粒到达能够再生的细胞层。

基因枪最早是由美国康乃尔大学生物化学系Santord等于1983年研制出来的，加速的动力是火药爆炸。他们为什么要设计、生产这种新式“基因枪”呢？这是因为人们在利用植物基因工程转移基因时，通常是借助农杆菌来完成的。进入20世纪80年代后，随着科学技术的发展和基因工程对市场的需求，一些转移基因的新技术就登台了，如PEG（聚乙二醇）介导法、电击穿孔法、基因枪法等，其中最引人注目的、最受欢迎的是基因枪法。这是因为基因枪法有许多长处。首先是基因枪法无宿主限制。过去采用土壤农杆菌只对某些双子叶植物敏感，而对单子叶禾谷类作物不敏感。基因枪法对各种植物及动物、微生物都适用。其次是受体类型广泛。PEG、电击等介导的基因转移需要以原生质体为受体，而基因枪法可选用易于再生的受体，如叶圆片、悬浮细胞、种子胚、愈伤组织等，只要具有潜在分化能力的组织或细胞，都可以用基因枪加以轰击。其三，可控度高，采用高压放电或高压气体驱动，可将金属颗粒射入特定层次的细胞，从而大大提高了遗传转化效率。基因枪操作技术简单、快捷，而且对受体细胞的正常生命活动影响小。其缺点是花费较大，转化效率较低，但可以与其他转基因技术结合使用。农杆菌介导法和基因枪法各有自己的优缺点，通过结合两种方法的特性，互相取长补短，就有可能提高转化效率。

基因枪的诞生，为基因工程提供了方便，为农作物、动物、微生物遗传育种提供了一条广阔的途径。目前，已经取得了丰硕成果。1987年，Klein等首次报道用基因枪加速的钨颗粒对面积为1平方厘米、具有2 000多个细胞的洋葱组织块进行轰击时，约有90%的细胞同时被穿孔，使表面吸附有烟草花叶病毒RNA的钨颗粒进入洋葱细胞，并在受体细胞中检测到了病毒RNA（核糖核酸）的复制。许多国家在大豆、棉花、小麦、烟草、水稻、玉米、菜豆、洋葱、甜橙、葡萄等农作物上都用基因枪法获得转基因植株，有的还进入了田间试验。另外这种方法也用于基因治疗和抗体制备，并已取得成效。