《生物学概念与途径》课程由饶毅2008年在北京大学设立和主持，面向所有大学生和研究生，目的是让年轻的学生了解生物学历史上，一些重要的概念是如何提出的，一些重要的途径和方法是如何用来解决重要且有深刻意义的生物学问题的。 大部分内容由饶毅讲授，带着大家一起解读1866年孟德尔的遗传学论文，解读1910年摩尔根的果蝇论文，解读1944年Avery、McLeod、McCarty如何提出DNA是遗传物质的论文。这些经典性的工作，让我们从思想上理解科学研究是怎么做的。 北京大学物理系的汤超教授、哈佛大学的谢晓亮教授、北京生命科学研究所的王晓东教授、北京大学化学院何川教授、清华大学的施一公教授、北京大学的植物生物学的邓兴旺教授和顾红雅教授，分别从物理的定量、化学与生物的交叉、生物化学的经典实验、化学角度的生物大分子、结构生物学、现代农业生物技术与种业发展、驱动演化的“力”等多学科，多角度讲授重要的概念和途径。 本课程重思想，重交叉，重培养学生的科学能力；培养科学研究的价值观（比如判断什么是好的科学），力求为未来科学探索树立参照系；老师提供一个起点，能看的多深，发展多远，取决于同学们的天赋和努力。 希望大家通过我们的慕课有所收获。
3.转基因技术——种植面积、市场份额与技术背景
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生物学概念与途径
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从本节课中
现代农业生物技术与中国种业发展-邓兴旺
伴随人口的指数性增长，中国乃至世界的粮食安全面临着严峻挑战，耕地面积萎缩、灌溉用水减少、全球气候变暖、水体富营养化等一系列问题逐步暴露。保障粮食安全根本出路在于发展现代农业生物技术。结合具体科研、产业实例，本次课程深入浅出介绍了常见的现代农业技术，如全基因组分子标记辅助设计育种技术、双单倍体快速全基因组纯化稳定育种技术、定点突变改良作物技术、转基因技术、新型杂交育种技术等。重点讲解了目前热议的转基因技术，包括该技术的研究历史、发展现状、技术原理、生产流程及黄金水稻等诸多实例，从转基因植株的获得、田间试验、政府审批至推向市场。
与讲师见面
饶毅教授
[音乐]
还有一个就是转基因技术。
我们这的同学都知道转基因技术是什么吧，都知道吧？
我们知道我们的大豆有多少是进口的？百分之多少？已经超过百分之八十了。
超过百分之八十，可能接近百分之九十了，每年都在增加，那个具体个位数现在不清楚了。
我们进口的大豆百分之百，没有一粒大豆例外，
都是转基因的。所以我们说有的报纸上
乱说一气，说什么不吃转基因，我估计这可能是不太可能的事情。
只要你们吃的豆腐、吃的油，因为现在油类里面豆油是
挺多的一类，因为它这个转基因大豆在南美、
北美种植，大面积种植，全部用机械化种植，成本很低，质量很好。
从巴西大豆装上轮船，运到我们的港口，上海港或者天津港，下船运到你的厂里。
你交的你买这个大豆的价钱，比我们从东北运来这个大豆要便宜很多，要便宜很多。
而且出油率，每一斤大豆出油率至少要高十个百分点。
你说，你说这怎么办？是吧，落后，落后是没有选择的。
光凭一份好意、一份好心或者一个义字，
在现在社会上还是挺难的，挺难的，除非你不吃不喝，每天坐在山上变成一个道士。
你要在真正的社会上还是，还是要凭实力的。
这个实力，人家就是好，就是便宜，你怎么办？你说。
大豆是 原产于中国，那为什么就是说我们自己这个种植量不行，是因为咱们土地不适合，还是？
嗯，对。
这个有几个问题，原产地是什么意思呢？就说是我们的祖宗最先把大豆变成农作物用，
并不说别的地方不长大豆。
比如说我们的猕猴桃。
猕猴桃，也是典型的中国是最先把它当成一个水果去吃的。
但现在好的猕猴桃都是新西兰进口的，是吧？
那很多东西，这些东西就说你落后，就是你落后，所以原产地这个是，这是原产地了。
咱们土地并不如他们更适合种大豆？
不是，我觉得东北的土地可能在全世界土地里面应该是最好的，
最好的之一，至少是。
就是你种子的质量差，你的产量低，
产量低，或者你的质量不好，或者你缺一个抵抗某一个病的一个
能力，就说一来传染病你就没啦，
它不怕。
实际上有的时候很简单，到时候我给大家看，可能还有个照片，
我们肯定有时间看到那个照片。
我们的木瓜全是转基因的，你们不知道而已，
因为要是不是转基因就没啦。有个病毒一来就是，病毒啊它是感染的，全是感染的，风啊、
虫子啊把它从一棵传到另一棵，就是把整个，这个木瓜是没有了，绝产了。
但是这夏威夷，有个夏威夷州的科学家搞出一个转基因木瓜。
然后就在全世界推广了，就全世界推广了，现在这个木瓜，你们可以再测一下，我估计，
我们吃的木瓜应该也是这个，除非是另外人搞的另外一个，对，原来的肯定是不行了。
讲讲转基因技术，因为这个是大家，
社会上就是，实际上是不懂生物的人特别感兴趣的事。
你要当个什么领导呀，当个什么艺术家呀，什么当个
公众人物，好像都感兴趣，而且他们可能觉得比 你学生物的要懂得多似的，是吧？实际上，难说，难说。
对。
转基因技术实际上应该说是简单的一个技术。
为什么呢？因为我们传统的育种是几百个、上千个基因在那选。
转基因技术是最基本的概念，就是一次性
导入一个基因，或者几个基因，到现目前为止还没有超过十个，就导到一株植物里面去。
现在已经能导到八、九个了，一次性。
这个转基因，在对社会上的这个影响还是蛮大的，因为大家有兴趣，因为它的影响大。
这是13年统计的，
这个转基因的真正在大田里面种，是96年开始的，
96年开始的，到明年20年，到明年才20年。
所以这一个新的技术是实际上，就是很短的一个刚刚开始的一个事。
刚刚开始，但这个发展的速度是非常快的，这个种植面积，种植面积。
转基因种子他们说占全球市场的35，过了三分之一了。
你要看看，也是13年，看看世界上各种国家的比一比。
北美和南美是最厉害的，
然后印度、加拿大，加拿大也是北美的。
印度的多是为什么多呢，大家可能也不一定知道。
是农民抢先就用了，政府不批的。
印度的政府可能比我们还保守，
政府死活不批，那农民说这个好我们就种了，那结果我们全国的农民种的都是转基因棉花了。
那印度说，那还是批了吧，就批了。
就现在，现在是合法了。
开始是呈非法状态。
我们中国一直到目前为止从，允许的就是转基因棉花，转基因棉花。
最开始中国的应该在世界上排位说不定排在美国后面，是第二位了。
但是中国在，在十多年期间一点都没变， 还少了，因为种棉花种植面积越来越少了，棉花种植面积越来越少了。
因为总面积就那么多，你最多就百分之百种嘛，也就那么多。
所以这个一直没怎么变，所以这个排位是慢慢慢慢往下跑了。
巴西、阿根廷这都是这个大的种植国，种植国。那我们大豆主要从美国、
巴西、阿根廷，这些地方运来的，都从美洲运来的。
运了很远很远，结果到了中国还更便宜。
看，还有一个社会的传说，说美国人不吃转基因，都让中国人吃了。
这个我们大家学生物的人知道这是不可能的事，为什么不可能呢？你看看它这个几大作物。
这是美国13年的种植面积，当然还有这最近十年左右吧。
玉米是哪个，是这个红的，玉米，红的是百分之九十。
我看看大豆，这个大豆是
90还是93吧，90。
就说美国的大豆和玉米都是超过百分之九十的，而且每年都在慢慢地递增。
但它这个在美国种植是不可能到百分之百的，因为美国生物安全法规定，
你每一块田，种了转基因边上必须有一个保护带，非转基因的。
什么意思呢？你不要虫子全杀死了，虫子还得有东西要吃。
这样的话呢，那个虫子它就不抗你这个转基因的作物，
它不抗的话你明年还可以用，你一旦做绝了它就抗。
这虫子不抗它没法活，它只有通过突变才能活下来。
一突变那就是抗这个药了，一抗药了，你明年的转基因作物就不能种了。
所以这个法律上也是要保证，做事情不能做绝，是吧？也是有道理的。
所以就说它最高你看百分之九十八，九十八就不会再高了，就差不多了。
最后这个东西是，就是他们开玩笑说，在美国的食品不标记的就是转基因。
除非你标记说，我说不是转基因，那可能就不是转基因。
这个转基因，转基因作物实际上是两件事情，在技术上、在科学研究上
是两件事情，最后导致了转基因作物的这个利用。
一个事情就是植物的组织培养，组织培养，那就相当于我们现在什么干细胞呀，就这一类的实验，
不过在植物里面。这些研究是在上世纪的30年代开始的。
在上世纪的70年，70 年就已经完成了，没法再做了，因为都做到最好了。
就是什么意思呢，开始你一个器官培养，什么意思？就是把一个根拿来，一个枝拿来，搞点培养液，
无限地，无限地，长时间把它培养养活着，养活着，这是一个。
后面慢慢就说，到58年，我估计你们有的生物课，中学生物课可能说一些胡萝卜，是吧？
一个胡萝卜拿一块细胞，把它分成个体然后这个就是，这就是 当时是康奈尔大学的一个教授，在
58年就宣布他的一个实验成功了，就说，
由悬浮细胞胚最后，但他那个时候呢， 后面别的科学家评论，就说他那个时候还真不是真正的单细胞，
是单细胞形成一个小团小团的细胞，几个细胞接在一起，那确实是这样，
是一个细胞团最后形成了整体植株，整体植株。
到了差不多十年后吧，另外一个科学家
真正地做到，他把每一个细胞不让它成团，就是一个细胞让它慢慢分离，慢慢， 当然它分离多了以后也就成团了。
就说，从一个 细胞形成一个细胞团，再形成一个植株，这个是在
65年。到了这个70年的时候呢，做到什么程度呢？
就说一个细胞形成细胞团，这个细胞团变成一个胚胎，这个胚胎就是好像一个模仿这个正常的
生殖过程，有胚胎，这个胚胎最后就变成一个植株。就是说整个这个过程实际上我们这个
现在做这个动物干细胞研究，这就终极目标就是这个了，是吧。
你从一个细胞变成一个全功能正常的胚胎，
最后变成一个正常的个体，这不就是干细胞的最终极目标。
你做了这个以后，就是在个体上在做些别的一些区别了，就是细节的区别，但是技术上这是终极目标。
但植物的这个相当于干细胞研究，实际上是在上世纪的70
年代，已经完成了，而且很多实验室都可以重复了，用于不着再做了，很容易做了。
这是一个非常重要的，这是一个线，刚好是
70年完成。转基因技术呢，刚好是70年，70
年代下半叶到80年代初，最终成立了，做成了转基因技术。
这个转基因技术呢，应该说是在一个冠瘿病，是叫冠瘿病吗？我请TA同志翻译的。
这是一个，就是相当于一个植物肿瘤吧，植物瘤，植物瘤，
这个的发现就导致了转基因技术。这是一个实体啊，
有点像我们的洋葱头似的，洋葱头似的，这个剑兰，我都不太明白是
是洋葱头的一个学名吗？就它呢，就说在这个，这个地方就在
蒂和根，球茎，对，就是这个蒂和这个茎交界的地方，
有些植物能长瘤，这个现在实际上你们有的时候要注意在野外看注意有的是会长瘤的。
以前那个皇帝的那个那个什么太，什么太庙还是太府什么，
我忘了叫什么名字了，里面有几棵树，要去看的话那个树上有好几个瘤子，
那就是很可能就是这些瘤子，当然要做科学鉴定还没有呢，就表面上看起来像。
这些瘤子长起来也挺可怕的，实际上和人的瘤是很类似的，就是细胞的无限分裂。
它就是失控了，就老长老长老长失控了，这个是从这个开始导致的转基因技术的发现。
我为什么说这个瘤子就是和人的瘤子一样呢？1907年
，1907年，差不多110年
前，发现了这个瘤子是由于细菌导致的，
是因为这个根边上有一种特有的细菌。
这个细菌导致的这个瘤子的产生，当初发现的这个科学家叫 Erwin Smith，Erwin Smith
是什么位置呢？美国癌症协会会长，是吧，这个名分是很足的，是吧，植物瘤就是就是癌症。
因为他就当了这个癌症协会的会长。
因为当初癌症也是比较大的一个病，但是
要真正找出一个病因的话，在植物里面还是先先知道了。这人长了癌症，谁知道怎么长的，是吧，大家都认为你吃东西吃错了，或者是
休息不好，就是一大堆，是吧，上火了等等等等，都不是真正的原因。
这个发现里面真正的是细菌。
当然这又好多年过去了，到了下一个重要的发现是43 年的时候，发现这个癌症啊，肿瘤是可以自主生长。
就说你把肿瘤拿下来可以培养它无限地生长， 也不要给它激素呀什么的，就是只要给它有足够的能量，碳水化合物，它就能够自主生长。
这个也是很重要的，到后面呢，研究的发现，48年的时候，发现这个瘤子呀，
细菌是有一个诱导因子的存在，这个诱导因子呢，导致了这个瘤子的产生。
那诱导因子呢，有的时候就搞丢了，细菌它又没法让植物产生瘤子了。
诱发能力还有转化能力，这个转化能力是什么意思呢？这些都搞了
20年后发现这个诱导细菌里面有一个因子可以诱导植物长瘤子，
那个诱导这个因子呢，是可以从一个细菌跑到另外一个细菌里面去。
你可以想象，这些年代还不知道什么DNA、 基因都还不知道，这到了这个时候应该有点知道了。
就是说这个诱导能力，是可以从一个
细菌跑到另外一个，本来一个另外一个细菌没有这个能力的， 但是这个因子跑过去了它那个就有这个能力了，这都是一些科学实验呐。
最后发现这个什么因子也好，这个能力也好，实际上就是一个质粒。
一个DNA，环状DNA分子，在这个细菌里面有的，把这个环状
DNA分子从 一个细菌转到另一个细菌里面去，另外一个细菌就能够让植物长瘤子了，长瘤子了。
这个就是到这个70年代了，
在77年，77年，
这个应该说一次一个非常重大，这个就 发现一个质粒了，是吧，你就是在电泳胶上看，有个DNA带。
这个带，哪个地方哪个细菌能致病，就有这个带，不致病就没有这个带了。
这个非常非常真的一个，一个连锁现象。发现T-DNA
是在1977年，77年中国刚好恢复高考的那一年，恢复高考，
北大也是招了第一批学生的那一年。77年发现了
T-DNA，T-DNA怎么发现的呢？就说他把这个瘤子的DNA，
这个瘤子，植物瘤子，这个瘤子已经没有任何细菌了， 没有细菌，它还是照样长，就说明这个瘤子的细胞是完全变了，变掉了。它
没有细菌但是把DNA提出来以后呢， 用这个细菌的
DNA做探针，做了一个叫Southern blot，
就是检测有没有同源基因。这个Southern blot也是在70年代
刚刚发明的就做了这么一个实验，就是看植物的DNA里面有没有这个质粒里面的
DNA，跟它一样的DNA，就做了这么一个实验。这个实验
应该说做分子生物学那个时候，实验室的人每一个人都会做的，不是一个很
大的一个什么事。就发现在植物这个肿瘤细胞里面，DNA
含有这个质粒里面的DNA，有一段DNA是同源的。 一杂交信号特别强，这个事情
在当时的话，这是一个不可想象的事情，你想一想就知道， 把基因，一个细菌的基因跑到植物基因组里面去了，
而且是可以传下来的。通过细胞分裂，分裂，一个细胞分裂那么多细胞，
而每个细胞都还带着这个基因，这个是不可想象的，就是相当于
这种不同原核生物把基因转到一个真核生物去了，而且变成真核生物的基因的一部分，遗传物质的一部分。
你别想这个事，实际上这个事是个挺，挺大的一件事，不可想象的一件事，就发现了这个事。
后面慢慢发现这个DNA呢，不光是在植物细胞里面，而且是在植物的核细胞里面。
而且这个T-DNA在81年，81年大家可以看一个《Science》
一篇文章，很短的文章，他就把这个DNA从那个植物细胞核里面提出来，而且克隆了一小片段，
测序了发现，其中一段这个叫T-DNA。T-DNA 就是Transfer DNA，
Transfer DNA就是从细菌转到植物细胞去的transfered
那一段DNA。就是一些很简单的名词， 整合到基因组里面去了，而且可以看到是插入的植物的基因组的某一个
碱基或者是两个碱基之间，插了一段DNA，而这一段DNA 就是从细菌来的，细菌来的。
这个过程一个质粒，质粒里面的一段DNA插到植物基因组去了，
实际上这个东西就是个转基因，是吧。
细菌里面的一段DNA它就有两个border，就两个边界，两个边界是
知道的，只是这两个边界点之内的所有DNA都转到植物里面去了。
所以你要把这个东西，细菌做的这个东西，你要是能够控制的话，那就是转基因技术。
实际上我们现在用的转基因技术，就是把这个东西稍微规范化一点，
把无用的东西把它去除，需要的东西保留， 而这就是现代的转基因技术，说白了，就这么一点，就这么一点事。
那什么叫转基因呢？就是说细菌细胞把基因转到植物细胞。
你想一想这个事情，实际上是一个很难的事情，我估计比这个我们的
长征还要难的一件事情，为什么？这是一个细菌细胞，细菌的一段
DNA，一个圆形的质粒， 其中的一段，先要把它复制。后面研究发现这个复制是一个单链的形态，
单链形态被一大堆蛋白质包起来了。这一堆蛋白质，就像这个棉被似的，把它
DNA包上了以后，要从细菌的细胞，表面上有一个孔，
从那孔里面穿出来，然后穿过这个植物细胞壁，植物细胞壁还是挺厚的一个，
又穿过植物的细胞膜，然后又要找到植物的核膜的上的孔，又要找到进去，进去以后又要找到这个
DNA染色质上，这染色质上要找一个点，它能插进去。
就是从生物、化学或者是分子生物学
的角度，这是一个不可想象的一个复杂过程， 而且所有这些做这个过程的这些蛋白质、这些酶，
都是从细菌里面带过去，它本身就包在这个DNA表面上带过去。
原路，就是原路，就有点像我们的蒙古大军啊，一支部队，一路打到罗马，是吧，
所有的没有供给了，全部都是要靠自己，带着羊啊带着牛啊，就是边吃边打过去，
最后打到以后，所有东西用完了，然后就变成它的一部分了。就像我们的蒙古人就变成欧洲人 的祖先，是吧。
就是，就不回来了，就到在那了，这是一个这么一个过程。
这个过程呢，刚才我说了，它有一个叫T-DNA border，就是在两端呢有一个
25个核苷酸的一个重复序列，所有这些重复序列里面的都是都转进去了。
那我们后面再看看这个农秆菌啊，这个Ti plasmid就是transfer and
induce plasmid，就是能够induce这个这个癌症的， 实际上有两个border。这个画的不成比例啊，大概是个意思，示意图，
这里面它在农秆菌里面复制，还有一些别的基因。
非常巧妙，这个农杆菌，非常巧妙，
设计，它设计了什么呢？设计了有两类植物激素的合成酶。
你要产生这两个激素的话，那个植物就像发疯了，就是使劲使劲分裂，死活有别的事都不干。
它同时的让这个细胞里面含有另外一个酶， 这个酶呢，把植物的一个氨基酸变成一个修饰后的氨基酸，
这个就叫Opine或者，就是有两类
氨基酸，这个叫精氨酸、还有一个这个
叫什么？这中文名字太复杂了。反正就是有两类吧，总的来说有两类吧，就是一个氨基酸它把它修饰了，
这个修饰的氨基酸呢，植物是不用了的，就不能用这个氨基酸了。
别的细菌啊，别的动物，别的生物也用不了，
只有同一个，带同一个这个质粒的这个这个农秆菌才能用，为什么呢？
它另外还有另一个基因，它能把这个修饰的东西把它降解掉，
然后就变成一个正常的氨基酸，这个它就可以用了，它就是一个能源，是碳的来源以及它的能量来源。
所以这个农杆菌呢，它实际上是一种叫什么，就是一种 偷窃行为，是吧，合法了，变成把它偷窃行为合法化。
它就是把派了一个一对基因跑到植物细胞里面， 让那个植物第一无限生长，把所有营养都吸入到这个地方来，
生长以后干什么呢？就分泌一个化合物。
这个化合物呢，就是这个细菌自己才能用的，别人都用不了。
实际上是细菌生存的一种巧妙的办法，就用到这个一个办法， 但是这个办法现在又被人用了，有人又做转基因那种办法了。
