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基因編輯技術范文1

[關鍵詞]基因編輯技術； CRISPR/CAS9； ZFNs； TALENs

基因編輯技術是一項對基因組進行精確定點修飾的技術，可對特定DN段進行敲除、加入和替換等，從而在基因組水平上進行精確的基因編輯。此過程模擬了基因的自然突變，修改并編輯了生物的基因組，使研究人員可以在極短時間內模擬自然界漫長時間的基因演變，甚至能夠完成自然進化中無法完成的基因組改變。在科研領域，該技術可以快速構建模式動物，節約大量科研時間和經費；在農業領域，該技術可以人為改造基因序列，使之符合人們的要求，研制如改良水稻等糧食作物；在醫療領域，該技術可以更加準確、深入地了解疾病發病機制和探究基因功能，以及改造人的基因，達到基因治療的目的等。因此，基因編輯技術具有極其廣泛的發展前景和應用價值。

鋅指核酸酶（zincfinger nucleases，ZFN）、轉錄激活因子樣效應物核酸酶 （transcription activatorlike effector nucleases，TALENs）和成簇的、規律間隔的短回文重復序列CRISPR/Cas9（clustered regularly interspaced short palindromic repeats，CRISPR）是三大基因編輯技術。這3種技術皆是通過在特定的靶向序列處引入雙鏈斷裂缺口（doublestrand break，DSB），繼而通過NHEJ途徑（nonhomologous end joining，NHEJ）和HR（homologous recombination，HR）途徑這2種細胞內DNA修復機制完成修復。NHEJ途徑（nonhomologous endjoining，NHEJ）使基因MDNA缺口處有堿基的插入或者缺失，造成移碼突變，導致基因的敲除；HR（homologous recombination，HR）途徑在提供外源DNA模板的條件下使基因組DNA得到精確的基因修復或靶向基因的添加[1]。由此可見，這3種基因編輯技術本質上均是利用非同源末端鏈接途徑修復和同源重組修復，聯合特異性DNA靶向識別及核酸內切酶完成的DNA序列改變。

11ZFNs每個鋅指核酸酶單體都是由鋅指蛋白（zinc finger protein，ZFP）與非特異核酸酶結合的人工合成酶。此酶的N端部分是能識別含有特定DNA序列的鋅指蛋白，C端部分則由非特異性切割結構域Fok I以及連接DNA結合結構域和內切酶的肽段組成[23]。ZFN的特異性取決于ZFP，因此篩選高質量的ZFP是獲得高效、特異性的ZFN的前提[47]。ZFP通常由3～6個鋅指組成，每個鋅指識別基因組中連續的3個堿基。ZFP一旦與基因組中的特定序列結合，Fok I核酸內切酶便會形成二聚體發揮內切酶活性，產生DNA雙鏈斷裂的缺口，繼而通過細胞內修復機制對斷裂部位的基因進行修飾[811]（圖1）。ZFN的基因打靶效率一般能夠達到30%，可以做到針對特定序列設計ZFN來實現對靶基因的修飾。然而ZFN識別結構域存在的上下文依賴效應大大降低了ZFN設計和篩選效率。目前尚不能針對任意一段序列均可設計出滿足要求的ZFN，也不能在每一個功能性染色體區段都能夠順利找到適合的ZFN作用位點。在ZFN的篩選和設計方面存在較大的技術困難之外，其制備價格也比較昂貴。此外，ZFN的脫靶切割也往往會導致細胞毒性。綜上這些因素使得ZFN在基因治療領域的應用有一定的局限性。

12TALENsTALEN是植物病原菌黃單胞桿菌Xanthomonas sp.產生的TALE蛋白的中央區域結構域與FokⅠ核酸內切酶結構域組合而成的一類重組核酸酶。TALE蛋白的中央區域結構域是該蛋白識別特異DNA序列的結構域。它包含了155～195個蛋白單元模塊，每個模塊單元有34個氨基酸殘基，其中除第12和13位氨基酸可變外，其他氨基酸都是保守的。因此，這第12和13位氨基酸被稱作重復可變的雙氨基酸殘基（repeat variable diresidues，RVDs） 位點[12]，是靶向識別的關鍵。由于TALE存在多種變體，所以可以構建出靶向基因組中預設DNA靶位點的多種TALEN。相比ZFN技術，TALEN使用了TALE蛋白的中央區域結構域代替ZFP作為人工核酸酶的識別結構域，更好地解決了DNA序列識別特異性低的問題。TALE蛋白中央區域結構域對堿基的識別只由2個氨基酸殘基決定：組氨酸天冬氨酸特異識別堿基C，即HD（His Asp）C；天冬酰胺異亮氨酸識別堿基A，即NI（Asn Ile）A；天冬酰胺甘氨酸識別堿基T，即NG （AsnGly）T；天冬酰胺天冬酰胺識別堿基G或A，即NN（AsnAsn）G或A；天冬酰胺賴氨酸識別堿基G，即NK（Asn Lys）G；天冬酰胺絲氨酸可以識別A，T，G，C 中的任一種NS （AsnSer）A，T，C，G [1314]（圖2）。這種與DNA堿基一一對應的方式在設計上相對于ZFN要簡單得多。然而，在實際構建過程中，TALE分子的模塊組裝和篩選過程也比較繁雜，通常需要大量的測序工作。這使得該技術的使用成本較高，對于普通實驗室的可操作性較低。此外，TALEN分子比ZFN大得多，因而在不能高效導入細胞方面也限制了它的應用。

13CRISPR/Cas9CRISPR/Cas（clustered regularly interspaced short palindromic repeat sequences/CRISPRassociated protein）系統是在細菌和古細菌中發現的一種獲得性免疫系統[15]，由成簇的、規律間隔的短回文重復序列CRISPR與Cas蛋白組成，能特異性識別外源病毒或質粒的核酸物質，并對其進行剪切，起到防疫外源核酸入侵的作用[16]。其中CRISPR簇通過轉錄生成一段非碼RNA，即CRISPR前體

的靶標可設計為針對一個基因，也為針對多個基因，都能達到有效的特異性位點編輯的效果。CRISPR/Cas9系統已被公認為是繼“鋅指核酸內切酶（ZFN）”、“類轉錄激活因子效應物核酸酶（TALEN）”之后出現的第3代“基因組定點編輯技術”。ZNFs和TALENs作用時均是采用蛋白質對DNA序列的識別，而CRISPR/Cas9對靶序列的識別是RNA與DNA的堿基配對過程。該識別方式使得CRISPR/Cas9與前二者相比更為精準，降低了脫靶切割的幾率，減低了細胞毒性。CRISPR/Cas9所有成分都可以通過導入質粒進行表達，因此也省去了耗時耗力的蛋白質工程過程。同時，研究人員可以通過生物信息學分析，設計出針對絕大多數基因的特異性靶標識別crRNA。因此，與前2代技術相比，CRISPR/Cas9成本低、制作簡便、快捷高效、脫靶率低的優點使其迅速風靡于世界各地的實驗室，成為科研、醫療等領域的有效工具，逐漸成為當今分子生物學領域最炙手可熱的技術之一。然而CRISPR/Cas9 系統也存在著一些不完美之處：Cas9 蛋白對于目標序列的識別除了依靠crRNA序列的匹配之外，目標序列附近必須存在一些小的前間區序列鄰近基序（PAM），因此Cas9 蛋白對于設定序列的切割仍有局限性；另外和ZFNs及TALENs技術一樣，CRISPR/Cas9也面臨著如何控制雙鏈斷裂之后的非同源末端連接修復可能會隨機產生細胞毒性的問題。

14 NgAgoCRISPR是以RNA為向導尋找靶向序列，而NgAgo則是以DNA來擔任向導。韓春雨等的工作顯示，NgAgo可結合24個堿基的gDNA，比CRISPR結合19個堿基的gRNA要長5個堿基，因此理論上精確性要高1 024倍，脫靶率也較低。然而，不同于CRISPR/Cas9技術大量運用已獲得了實踐驗證，NgAgo的作用效果還有待于今后工作的檢驗。

2基因編碼技術的應用

21在基因治療中的應用隨著DNA雙螺旋結構的發現和以DNA重組技術為代表的現代分子生物學技術的發展，以及人類對疾病認識的不斷深入，越來越多的證據表明，許多疾病都與基因突變、缺失或表達異常有關，由此基因治療技術順勢而生。基因治療是指應用基因工程技術將正常基因或有治療作用的基因引入患者細胞內，以糾正致病基因的缺陷而根治疾病。其最核心的策略是通過細胞內基因修飾來治療疾病。近兩三年來，基因編碼技術作為該策略的新生力量開始活躍在基因治療的舞臺上，在癌癥、遺傳性疾病和逆轉錄病毒相關的傳染病等疾病的治療方面取得許多堪稱跨時代的佳績。

癌癥治療方面：2015年11月英國倫敦大奧蒙德街醫院（Great Ormond Street Hospital）的醫生第一次依靠使用“分子剪刀”修改基因的療法，成功地治愈了一名患有“無法治愈的”白血病的1歲女孩“萊拉”（Layla）。其治療方案是利用TALEN蛋白對異體T細胞進行基因編輯，去除內源性TCR（提高腫瘤殺傷特異性）及CD52（避免藥物alemtuzumab的干擾），并命名為antiCD19 CART細胞，再將這些經過設計的“人工培育的免疫細胞”輸入患者體內去捕捉和殺傷腫瘤細胞。經過1個月的治療，這名女孩目前擺脫了癌癥，身體狀況很不錯，成為世界上首次用基因編輯治愈的白血病女孩[18]。此外，科學家們在過去的幾十年中已經確定了許多腫瘤治療中相關的基因，包括原癌基因、抑癌基因、基因組修飾類、基因抗藥性基因。近2年，研究者們已經開始利用基因編碼技術對上述基因開展了大規模的基因編輯修飾研究，預計今后幾年內會出現多項癌癥治療方面的重大突破。

遺傳性疾病治療方面：2015年底《Nature》雜志發表的對2016年熱點研究領域的展望（The science to look out for in 2016）中提到美國加利福尼亞州里士滿Sangamo生物科學公司將計劃開展利用ZFN糾正導致血友病基因缺陷的人體試驗，并對其研究成果表示非常期待。另外該公司還與馬薩諸塞州劍橋市的Biogen公司合作開始了另一項試驗，嘗試通過該技術提高β地中海貧血患者體內一種血液球蛋白的功能[19]。已有研究證實人β珠蛋白（HBB）基因的突變可能導致地中海貧血癥。我國中山大學黃軍就和他的團隊利用CRISPRCas9基因編輯技術，修改了人類胚胎HBB基因的DNA，為治療地中海貧血癥提供了可能。該研究中一共使用了86個胚胎，48 h后有71個胚胎存活，其中在54個接受了基因測試的胚胎中僅有28個胚胎的基因被成功修改，但其中只有一小部分包含替代的遺傳物質。該研究是史上第一例利用基因編輯技術改造人類胚胎細胞的案例。盡管該研究使用的胚胎均為無法發育成嬰兒、不能正常出生的胚胎，該成果的倫理問題在西方仍引發巨大爭議，由此《Nature》的記者和編輯們最終將黃軍就選入了年度十大人物之列[20]。多種肌肉營養障礙癥（duchenne muscular dystrophy，DMD）是表達dystrophin蛋白的基因發生移碼突變，導致不能形成有功能的抗肌萎縮蛋白dystrophin所引發的一種遺傳性疾病。2014年研究者已利用CRISPR技術成功修復了小鼠胚胎中的dystrophin基因缺陷。今年，西南醫學中心的Chengzu Long，杜克大學的Charles Gersbach，哈佛大學Amy Wagers 與MIT張鋒合作研究組這3個獨立的研究組又分別完成了小鼠成年體的基因修復。其中Chengzu Long研究組的研究方案為利用腺病毒將gRNA以及CRISPR/Cas9導入肌肉細胞，利用CRISPR/Cas9切除有缺陷的DN段，使小鼠能夠產生較短版本的有功能的dystrophin蛋白[21]。

逆轉錄病毒相關傳染病的治療方面：HIV病毒的基因會整合到病人的基因組上。利用抗逆轉錄病毒藥物治療僅能抑制HIV病毒的復制但對整合在細胞中的病毒DNA不起作用，一旦停止服用藥物這些病毒余孽就會起死回生，開始產生艾滋病原體。因此只有清除整合在宿主靶細胞上的HIV病毒基因才能實現根治艾滋病的夢想。2013 年，朱煥章等設計并獲得了一對能特異靶向多數HIV亞型基因保守區LTR （long terminal repeat） 的ZFN，并證實該ZFN能特異性靶向HIV感染及潛伏細胞系上的HIV1前病毒LTR，且介導了HIV1整合基因的高效切除，畝獲得了顯著抗HIV感染的效果[22]。今年，Rafal等[23]利用CRISPR/Cas9技術使帶有HIV病毒的T細胞失去活性，同時病毒復制在受感染細胞中降低了90%。這一治療方案預計在兩三年后開展臨床試驗。

22在新方法學及動物模型制備上的應用當前，各類基因敲除（knockout）和基因嵌入/置換（knockin）基因工程動物及細胞系已經成為現代醫學認識疾病發生發展規律、研究疾病預防和治療的重要實驗工具和手段。傳統的基因工程動物制備工藝――基因打靶技術是基于胚胎干細胞的一種同源重組技術。利用該技術制備基因修飾動物周期較長且存在生殖系統傳遞失敗的風險。新型的基因編碼技術系統可在小鼠受精卵中直接進行基因組編輯，因而快速、高效、低成本、無物種限制地一步生成基因工程動物。復旦大學生命科學學院遺傳工程國家重點實驗室的研究人員通過CRISPR/Cas9技術進行凝血因子Ⅸ（Factor Ⅸ，FⅨ）基因敲除，快速、高效地構建血友病乙模型小鼠，以期為血友病乙的研究提供更加便捷的途徑[24]。Park 等[25]使用TALEN 技術將誘導的多能干細胞中含有F8 基因的140 kb染色體片段倒置，建立了小鼠血友病A模型，并且再次通過TALEN基因編輯工具將其之前倒置的染色體片段再重新恢復到正常。實驗結果表明TALEN基因編輯工具既可以建立疾病模型，又可以介導疾病的再次糾正。軍事醫學科學院的研究人員利用CRISPR/Cas9介導的同源重組，將有絲分裂降解結構域MD（Mitosisspecial degradation domain，MD）插入到進基因組表達框上游，以期周期性持續降解細胞內CTCF（CCCTC binding factor，CTCF）蛋白，從而獲得CTCF蛋白特異性降解細胞系，為后續研究CTCF功能奠定基礎[26]。

此外，隨著現代生物技術的不斷發展和完善，基因編輯技術已經變為科研人員的新寵，越來越多的科學家運用其與其他技術相結合進行各種學術研究。第三軍醫大學西南醫院和重慶大學的研究人員通過CRISPR/Cas9介導的同源重組修復方法，用GFP標記HCC細胞中的內源多功能性因子Nanog，證明雄激素/雄激素受體軸可以通過直接結合其啟動子，增加Nanog的表達，并促進HCC細胞的干性和腫瘤發生[27]，從而初步闡明了肝癌發生的性別差異的機制。CRISPR/Cas9技術的成熟使得利用多重sgRNA載體高效、高通量編輯細胞內基因成為可能，為新型功能遺傳篩選創造了條件。IAA2（indole acetic acid 2）是擬南芥Aux/IAA生長素響應基因大家族中的一員。由于沒有該基因的失去功能型突變體，其功能和作用機制的研究受到了阻礙。研究人員在GoldenGate克隆技術的基礎上，將每3個sgRNA串聯到同一個入門載體中，再將入門載體與含Cas9表達框的目標載體LR反應，獲得最終的表達載體。結果表明，設計的6個sgRNA有4個發揮了作用，產生了堿基插入突變和大片段缺失突變等多種可遺傳的突變，所得到的突變體為后續的IAA2功能研究提供了良好的材料[28]。

23其他應用前景目前，世界各地的實驗室已將基因編輯技術應用于生物學研究的各個領域。

預防瘧疾：利用CRISPR/Cas9對蚊子的基因進行改造，使其攜帶一種抗瘧疾的基因，從而對瘧原蟲產生抑制，進而遏制瘧疾的傳播[29]。另一種改造為導入不孕基因，使瘧蚊滅絕[30]。

器官移植：利用CRISPR/Cas9基因編輯技術，對豬胰島素基因進行了無痕定點修飾，使豬胰島素基因編碼生產人胰島素，成功建立了完全分泌人胰島素的基因編輯豬。這為糖尿病人提供更為理想的臨床異種胰島移植供體。另外，有研究改造了豬肺基因以利于用于人體肺移植，以及去除了豬器官上的內源性逆轉錄病毒（PERV）以防止移植器官帶來的病毒感染[31]。

生物制藥：北京蛋白質組研究中心張普民教授及其研究團隊利用CRISPR/Cas9技術對豬受精卵的基因組進行了基因編輯，在豬白蛋白的基因區域插入了人白蛋白的編碼DNA，使豬只產生人白蛋白而不產生豬白蛋白[32]。

農業育種改良：利用CRISPR/Cas9技術幾年內可實現至少50～100年才能完成的育種改良工作。圣保羅Recombinetics公司利用該技術培育出不會長角的牛，從而使牛無須經歷被切去牛角的痛苦過程。目前該公司正致力于培育永遠不需要被的豬。

滅絕物種復活：加州大學圣克魯斯分校Ben Novak將滅絕的候鴿的博物館標本DNA與現存鴿子進行序列比對，并嘗試對現存鴿子進行基因改造，使這些鴿子變得更接近滅絕的候鴿。

3基因編碼技術的爭議與思考

基因編輯技術可謂當今生命科學界炙手可熱的前沿科技。顧名思義，該技術能夠對最基本的遺傳單位――基因直接進行設計和修改，其意義和價值可想而知。這使得各大公司迅速加入到基因編輯的產業之中。2015年8月，比爾及梅林達?蓋茨基金會和谷歌風投基金投資Editas醫藥公司1.2億美元；2015年10月杜邦與Caribou生物科學公司達成了合作協議，使用CrisprCas9技術來改進農作物（http：//wwwnaturecom/news/genomeediting7factsaboutarevolutionarytechnology118869）。中國基因編輯技術產業已走在世界的前列：在CRISPR技術數上中國僅次于美國，位居世界第2；目前50多家中國研究機構已提交了基因編輯專利；勁嘉股份與黃軍就團隊合作開展CRISPR技術治療地中海貧血在臨床應用方面的研究。中泰證券的分析師認為未來5年僅地中海貧血基因治療的國內潛在市場空間超過500億元。與此同時，隨著基因編碼技術的不斷發展，CRISPR/Cas9系統相對前兩代技術效率提升了10倍以上，操作容易程度提升了100～1 000倍，構建周期縮短至原來的1/12，成本由5 000美元降低至30美元，脫靶率依據最新技術已降低至目前檢測技術檢測不到的水平。脫靶率、效率、便攜性及成本的極大改善，使得該技術更平民化，技術門檻越來越低。它已成為許多車庫生物學家/草根生物學家以及生物黑客的新寵。都柏林生物黑客和企業家Andreas Stürmer說，CRISPR是有史以來最了不起的工具，可以在自己的家里玩（http：//wwwnaturecom/news/biohackersgearupforgenomeediting118236）。

但任何事物都有其雙面性，基因編輯技術產業雖然能夠造福于人類，然而上面所述的巨大的經濟利益驅動以及越來越低的技術門檻，再加上人類對自身健康改良的迫切心態極可能導致對該技術的濫用，進而對人類和地球環境形成威脅，甚至造成意想不到的生態災難。在美國國家情報總監詹姆斯?克拉珀的威脅評估報告中，“基因編輯”已經被列入“大規模毀滅性武器和武器的擴散”威脅名單，與核武器并列（https：//wwwtechnologyreviewcom/s/600774/topusintelligenceofficialcallsgeneeditingawmdthreat/）。因此，關于該技術運用的爭議從其誕生之日就已出現，并呈愈演愈烈之勢。現有爭議最集中之處為關于人類胚胎改造的倫理學爭議。史上第一、二例基因編輯技術改造人類胚胎細胞的研究皆出現在中國。2015年4月，中山大學黃軍就和他的團隊利用CRISPRCas9基因編輯技術，為治療地中海貧血癥修改了人類胚胎基因組[33]。2016年4月29日廣州醫科大學范勇團隊，宣布他們用基因編輯技術制造出一個能對艾滋病毒免疫的人類胚胎[34]。盡管這2例基因編輯研究都使用的是人類三核受精卵（不能正常發育的受精卵），但在國際上仍引起了廣泛的關注和全球科學家激烈的討論。討論的焦點不在于文章的學術價值，而在于改造人類胚胎細胞的倫理問題。由于基因編譯技術引發的倫理問題迫在眉睫，2015年12月1日，由美國國家科學院、美國國家醫學院、中國科W院和英國皇家學會聯合組織召集的人類基因組編輯國際峰會在華盛頓召開。會議重點了解各方對基因編輯技術的倫理問題的態度和想法。美國再生醫學聯盟主席蘭菲爾（Edward Lanphier）等在《Nature》雜志上發表評論文章稱，希望研究人員暫時不要對人類生殖細胞進行基因編輯，否則可能對后代產生無法預測的后果[35]。然而，人類胚胎改造的研究終究為大勢所趨。2016年2月1日，英國政府批準了倫敦弗朗西斯?克里克研究所 Kathy Niakan研究員對人類胚胎進行編輯的請求。這項研究成為世界首例獲國家監管機構批準的人類胚胎編輯研究。

綜上所述，日漸成熟的基因編輯技術已經成為了強力的生物、醫學工具，在癌癥、遺傳性疾病和逆轉錄病毒相關的傳染病等疾病的治療方面帶了巨大的突破，可以快速構建實驗新方法和動物模型，推動科研的發展，并在器官移植、生物制藥、農業育種改良、滅絕物種復活和中藥現代化等方面具有廣闊的應用前景。其價值甚至引起了普通民眾的廣泛關注。人類暢想將來它不僅可去除遺傳缺陷、治療疾病，還可導入長壽、健康、強力的基因，甚至制造完美人類。當然，任何事物都是一把雙刃劍，在樂觀暢想基因編輯技術可使人類變得更加完美的同時，也不要忘記濫用技術可能帶來的潛在風險和生態災難。建立針對基因編輯技術安全有效的檢測手段，制定合理健全的法律道德制度，才能使這項技術更好地應用和造福人類。

4基因編輯在中藥發展中的潛在前景

如何讓傳統中藥跟上生命科學現代化的步伐，使傳統中醫藥走出國門，讓世界接受中草藥，是當今中醫藥工作者面臨的難題。長期以來，由于中醫藥與現代醫學、生命科學之間缺乏有效溝通的橋梁，有逐漸被邊緣化的趨勢。中藥基因組計劃將現代生命科學的最新技術和研究成果應用于中藥研究，有望徹底改變中藥研究手段和方法的落后局面，架起傳統中醫藥學與現代生命科學之間溝通的橋梁。中國中醫科學院中藥研究所陳士林團隊在著名植物學雜志《Molecular Plant》發表丹參全基因組[36]，標志著作為常用中藥丹參的遺傳密碼被破譯，為揭示丹參主要藥理活性成分丹參酮和丹參酚酸生物合成及其調控的分子機制，促進丹參優良品種選育提供了重要的遺傳背景基礎。該工作構建了世界上首個藥用植物基因組框架圖，標志著我國中藥研究進入了基因組學時代。目前已有多個中草藥如印度大麻、赤靈芝、牛耳草、鐵皮石斛等完成了基因組測序。中草藥基因組研究的飛速發展為基因編輯技術在中草藥研究中的應用帶來了極佳的時機和廣闊的前景。今后研究者們可以以丹參研究為模板，借鑒國外的植物基因組研究計劃的經驗，對中草藥在結構基因組學、功能基因組學和生物信息學等方向展開研究。在此基礎上，利用基因編輯技術開展中藥藥效成分、藥材的生長及抗性相關基因的研究和改造工作，結合先進的育種方法，篩選出既保持“道地血統”，又優質、高產、抗病的中藥材優良品種。該工作既有利于實現中藥標準化生產，使中藥質量可控，又有利于解決當前中藥材資源面臨的“斷糧”困境。

中藥藥材是現代藥物研發最大的遺傳信息資源之一。我國在該方面具有得天獨厚的優勢。《本草綱目》中記載了1 892種藥用植物，1995年出版的《中華本草》收集了8 000多種藥用植物，而且其中不乏很多名貴，稀缺的藥材如人參，蟲草等。另有統計表明，我國中草藥已有12 000多種。基因編輯技術的成熟也為開發這個藥物基因資源帶來了良機。基因編輯技術在中藥資源的引入和應用，將會為解決這一問題帶來新的前景。通過基因編輯技術可以快速獲得藥材靶基因的突變或是導入異源基因，從而快速鑒定出該基因產物與藥理活性成分的相關性和重要性，發掘出新的或更高效的藥物相關基因，并可更清晰地闡明藥理活性成分生物合成及其調控的分子機制。

盡管將基因編碼技術引入中藥研究能為傳統中草藥帶來新發展和突破，但與當今各個領域廣泛應用基因編碼技術相比，其在中藥研究中的應用還處于起步階段，還有許多基礎工作有待完善。比如這一技術的應用必須以完善的中藥基因資源為基礎，如果沒有對中藥特別是具有豐富藥理藥效學和臨床應用價值的名貴中藥的基因資源的研究與開發，基因技術體系的應用必然大打折扣。此外，也不能盲目的為了中藥的基因而基因，浪費大量的人力物力資源，應有的放矢的將目標集中在既具有重要臨床應用價值的名貴或瀕臨滅絕的中藥基因資源的研究與應用上，為中藥現代化搭建良好的基礎技術平臺，讓現代基因技術更好的為傳統中藥的發展服務。

[致x]李連達院士對本文的選題、框架設計等給予了諸多寶貴意見。

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基因編輯技術范文2

關鍵詞：轉基因；倫理；辯護；限度

轉基因技術及其應用，是現代科技發展的前沿領域，其在種植業、養殖業、食品加工和醫藥制造等領域的廣泛應用前景和巨大的商業利潤，已經引起了各國政府和眾多企業的高度重視。轉基因技術的應用已經或正在給人類帶來福祉，但與此同時，由于轉基因技術自身的特點及其難以準確預測的后果，人們對轉基因技術的倫理爭論一直就沒有停止過——倫理上的否定和倫理上的肯定兩種針鋒相對的立場同時存在。這說明，如果不能從倫理道德上為轉基因技術及其應用尋求恰當的理由，那么，這一新科技將不能獲得健康的發展。基于上述考慮，筆者力圖在本文中為轉基因技術及其應用尋求倫理上的支持，同時也力圖探討這種支持的限度。

一、福音與憂慮：轉基因技術及其特點

基因一詞是英語“gene”的音譯，它源于印歐語系，是“開始”、“生育”的意思。很久以來，人們并不明白遺傳的奧秘。19世紀的細胞學說、達爾文的進化論與孟德爾的遺傳定律，為近代生物學的發展奠定了基礎。孟德爾從豌豆實驗中推導出存在著專門承擔遺傳作用“種質”的遺傳因子，從而演繹出孟德爾遺傳規律。1909年，丹麥學者約翰遜提出用基因來指稱任何一種生物中控制任何遺傳性狀而其遺傳規律又符合孟德爾定律的遺傳因子。1910年，摩爾根通過果蠅白眼突變研究，確證基因位于染色體上，隨后創立了基因論。1953年Waston和Crick創立了DNA雙螺旋結構，首次揭示了DNA分子的結構、組成及功能，開創了從分子水平揭示生命現象本質的新紀元，揭開了現代生物技術發展的序幕。1972年，美國斯坦福大學的生物化學教授PaulBerg和Jackson利用限制性內切酶和連接酶，得到了第一個體外重組的DNA分子，開啟了重組DNA技術的先河，這是人類歷史上第一次有目的的基因重組的成功嘗試。運用重組DNA技術將外源的優良目的基因導入受體細胞或組織，改變其遺傳組成后產生物質及其后代，這就是轉基因技術。這項技術可以把任何外源的基因包括人、植物、動物、微生物甚至人工合成的基因，整合到植物、動物、微生物細胞中，使其具有人們所需要的各種性狀。可見，轉基因技術使人獲得一種改變生物遺傳性狀、創造新物種的能力。

隨著轉基因技術的出現，人類跨入了基因工程時代：人們可以按照自己的意愿從生物體最基礎的遺傳物質——DNA水平上來改造生物體，進而改造整個自然界。正因為如此，轉基因技術在農業、工業、醫療方面都有廣泛的應用。轉基因技術的應用包括：(1)種植業。轉基因技術應用于植物育種，產生轉基因作物，改變植物的遺傳特性，不僅可獲得抵御各種害蟲和病毒、以及除草能力的作物，而且可以大大提高作物的產量和質量；培育各種奇花異草等園藝品種。(2)養殖業。轉基因技術應用于動物育種，產生轉基因動物，即人工改變基因，使之具有優質、速生、高抗性等人類需要的優良特性的家畜家禽新品種。(3)醫藥業。利用轉基因細胞進行細胞培養，利用轉基因微生物發酵培養或利用轉基因動植物作為生物反應器來生產胰島素、干擾素等珍稀藥物，利用動植物生產疫苗等。(4)食品加工業。利用轉基因技術改良曲霉、酵母等微生物品種，發酵生產食品添加劑和加工助劑、醬油、奶制品等，達到提高產量或改善風味等目的。此外，轉基因技術作為生物學領域的成果，正通過大量邊緣學科和相關行業的轉化、吸收，迅速滲透到電子、信息、乃至機電、環保等其他行業，極大地改變了這些領域里的生產、管理、組織模式。成為推動生產力進步的強大內動力。總之，以轉基因技術為基礎的生物技術“代表著最有前途的技術方向，是本世紀最具有影響的高新技術新興產業帶，是最有生命力的經濟增長鏈，是未來前景最有競爭力的產業群”。

當然，轉基因技術是一種完全不同于傳統生物育種技術的新技術，它有自身的特點，這些特點主要有如下幾個方面：首先，轉基因技術打破了物種之間的界限，例如，在自然進化中似乎不可能突破的動物和植物之間的界限因為轉基因技術的出現而變成了現實；其次，也因為轉基因技術突破了物種之間的界限，從而也使人類可以人為地改變自然物種的進化方向與進化速度，它可能導致這樣一種結果，在自然進化狀態下也許要經歷漫長的時間才可能出現的新物種，在轉基因技術條件下短時間就可以出現；由此，它引發出轉基因技術的第三個特點，即它所可能導致的后果更加難以預測。轉基因技術和其他技術不同，它是一種生物技術即它是按照人的目的對生命存在的一種改造，創造出的是一些具有特殊性狀的生物新品種，它不像無機物的合成那樣，如果說無機物的合成品仍然是無機物，那么轉基因技術的“作品”卻是有生命的，它能夠再生，而且其性狀可以遺傳給下一代。這些也許是“提前”到來的新物種會給整個生物界(包括人類)帶來什么樣的影響，實在難以預測，這也就更加加深了人們的憂慮。例如，人們已經憂慮轉基因技術的應用可能導致減少生物的多樣性，破壞生態平衡，增加某些疾病的人畜共患幾率，等等。

正因為轉基因技術的上述特點，使得人們圍繞它所進行的倫理爭論一直就沒有停止過，可以說，所有圍繞轉基因技術進行的倫理論爭，都是基于轉基因技術的上述特點而展開的。

二、道德還是不道德：圍繞轉基因技術的倫理論爭及評析

圍繞轉基因技術的倫理論爭，表現在不同的學術流派中，這里限于篇幅，主要分析兩種針鋒相對的觀點，即倫理上的反對與倫理上的支持。

先來看看對轉基因技術在倫理上持反對立場的觀點。從轉基因技術誕生的那天起，認為轉基因技術違反倫理的觀點就一直沒有停止過，有相當多的學者甚至普通民眾都持這一立場。大致說來，這種反對立場又可以相對區分為兩個不同的層次：一是從根本上否定轉基因技術本身，有人把這一立場概括為“本質方面”反對；另一種是從轉基因技術的后果即其安全性和風險方面反對轉基因技術，這一立場則通常被概括為“非本質方面”反對。實質上，“非本質方面”的反對嚴格說來并不是一種倫理上的判斷，它潛藏的結論是：假如人類有足夠能力來規避轉基因技術應用中所導致的不安全性后果，那么，是可以進行轉基因技術的研究和應用的，因此，對于非本質方面的反對立場，我們在這里不打算作分析。

從本質上反對轉基因技術的最激烈的觀點，來自于自然中心主義的倫理觀。自然中心主義的倫理觀有如下幾個基本論點：首先，它把對生命的尊重作為倫理學的理論基石，認為無論是人、動物還是植物，凡是有生命的存在都應當得到道德上的同等尊重。泰勒指出：“采取尊重自然的態度，就是把地球自然生態系統中的野生動植物看作是具有固有價值的東西。”其次，尊重自然也就是尊重作為整體的生物共同體，承認構成共同體的每種動植物都具有內在價值。生命的、固有的、內在的價值就是因為生命本身自成目的。對于人和其他動植物生命個體來說，由于各自都具有一種內在目的性，并且其他生命的內在目的性勿需人的內在目的性來確證，所以人不具有高于其他生命的特質。因此，第三，應把保持自然的“完整、穩定和美麗”作為人類行為的終極目的和對人對自然的行為進行道德判斷的終極尺度。在人的倫理責任中應包含不干涉其他生命體的存在、不作惡、保持對其他生命的尊重，并為自己的錯誤行為作出補償等內容。

基于以上理由，自然主義的倫理觀認為跨越雜交屏障的基因轉移是非自然的，是對自然不合理的干涉，因而是不道德的。他們認為，改造自然有兩種方式：一種是貼近自然或模仿自然的方式，另一種則是遠離自然或非自然的方式。雖然不能說轉基因是反自然的方式，但與傳統的更符合自然的方式相比，當然是更為遠離自然，是非自然的。第一，它是快速的，只用短短幾年甚至幾個月或幾天時間就可以把一個外來物種的基因片斷(遺傳物質)轉移到另一個物種中，并表達這個外來基因的產物——蛋白質。第二，轉基因技術是激進的和大跨度的，可以把兩個風馬牛不相及的物種的基因結合在一起。比如，將土壤微生物毒蛋白基因轉移到水稻身上，使后者抗蟲；把北極魚的基因轉移到西紅柿身上，使其抗寒。而在自然的進化方式中，當然也存在基因交流和融合，但一是不會產生這種狂飆突進式的基因轉移，二是不會產生這種大跨越式的遺傳物質融合。一種物質的某一性狀和特征需要適應環境若干年才會形成和鞏固，它在進化上是緩慢的，也是非常安全的。迅速的基因轉移既可能讓一個物種內部難以適應外來基因全面而有機的融入，也會使得這一物種由于特殊外來基因表達后產生新的特性(如抗蟲)而與環境和其他物種的關系難以迅速磨合，造成一系列問題。因此，轉基因的方式違背了自然的內在規律，是非自然、反進化的。

與自然中心主義立場相接近的是宗教神學的立場，它認為自然界是上帝按照最完美的方式創造出來的，因此，自然的存在本身就是最完美最和諧的存在，轉基因技術以人為的方式打破了自然完美與和諧，是對上帝的蔑視和玩弄，因而是不道德的。

以上是從倫理道德上反對轉基因技術的立場。另一方面，也有從倫理道德上支持轉基因技術的，這種立場主要來自于人類中心主義者。

人類中心主義也有幾個基本觀點：首先，它認為，人道原則應該成為倫理學深層的價值論基礎，人類整體的長遠生存利益應該成為人們行為的終極目的，以及人類對待自然的行為進行道德判斷的終極尺度，在人類與自然的相互作用中應將人類的利益置于首要地位。其次，人類實踐行為的目的不是為了實現自然規律，合乎自然的結果只是為了人類更好的生存。拋開人類利益，人類就沒有實現外部自然規律的義務和責任。再次，在自然界，基因的突變和交流是廣泛存在的，這是進化的動因，也是進化最主要的來源之一。很多的野生物種之間基因的交流就導致我們這樣一個多種多樣的世界。轉基因技術與傳統的以及新近發展的亞種間雜交技術相比，在基本原則上并無實質差別。它只不過是傳統的生物技術的延伸而已，是自然的。最后，為了滿足人類的各種需要，我們應該發展轉基因技術。

應該說，上述兩種相互對立的倫理立場都有一定的道理。自然中心主義者看到了自然界非人類生命存在具有自己的內在價值，這種內在價值并不需要人類來加以確證，因此，人類應對自然界中的生命存在保持應有的尊重，這一點，無論是從理論上還是從實踐上看都具有一定的合理性。事實上，如果我們不是狹義地理解價值這個范疇，即不再把價值僅僅理解為物對人的關系，而是把價值理解為相互作用與影響的存在之間的意義關系，那么，在自然的演化系統中，任何一種存在都是有確定的價值與意義的，非人類生命存在的價值的確不需要人類來確證。因此，人類并沒有比其他生命存在更為優越的地位。在這個意義上，提出人類應尊重自然界中非人類生命存在的權利是有道理的。從實踐上看，在人類歷史的發展過程中，正是由于我們過分強調了人類對于非人類生命存在的優越地位，把自然中的非人類存在僅僅當作對于人類而言的工具性價值，才導致了人類對自然的瘋狂掠奪，導致了生態危機，也使人類的生存環境惡化。改變這種狀況的一個重要途徑，就是轉化人類在處理自身與自然關系時的價值思維模式。否則，人類將永遠不可能實現與自然界中非人類的生命存在和諧相處，共生共榮。

但是，自然中心主義的倫理觀根本不考慮人類在自然中是一種特殊存在，即人類是迄今為止在自然界中惟一可以認識自然必然性、利用自然必然性從而在一定程度上超越自然必然性的存在這一客觀的、科學的事實，力圖把人的活動降低為動物活動的水平，則是錯誤的。在漫長的自然演化過程中，人類從生物世界中脫穎而出，獲得了超出其他生命存在的智慧，使人類獲得了一定程度的自由：人可以以自己的需要、目的與愿望為尺度，對自己置身其中的自然進行否定性的實踐活動，使之符合自己的需要。這種對自然的否定性的實踐活動正是人類文化發生的最深刻的根源。可以說，人類在自然中的大多數活動都帶有否定性的特點，在某種意義上，即是對自然的“不尊重”。自然中心主義者無視這一點，并不是實事求是的態度。如果說自然中心主義者無視人類活動的特殊性，而力圖把人類活動降低為動物的水平的話，那么人類中心主義者則恰好相反，他們看到了人類和人類活動的特殊性，肯定人類的活動不可能是一種簡單地重復自然必然性的活動，而是從自己的需要、愿望和目的出發，力圖把自己從自然必然性中提升出來的活動，因此，人類不可能不干預自然。要求人類的活動還原為其他生命存在的本能地適應自然的活動，是沒有道理的。應該說，人類中心主義的這一立場也具有一定的合理性。但是，人類中心主義者把人類的特殊性無限放大了，把人類的需要、目的與愿望當作衡量其他生命存在的惟一尺度，非人類的生命存在只有在人類的需要、目的與愿望面前去尋找自己存在的理由。因此，只要有需要，人類就可以利用自己的智慧任意去操縱自然。從理論上說，人類中心主義者的上述立場，是對“價值”這一范疇作了非常狹義的理解，即只把價值看作是物對人的需要滿足的關系，而不是把價值理解為相互作用的對象之間的意義關系，這是典型的人類的“狂妄”。從實踐上看，上述思維方式導致了人與自然之間的緊張，現代社會中人類生存環境的惡化與其有著密切的聯系。

最后，還應該指出，盡管自然中心主義和人類中心主義存在著沖突與對立的一面，但是兩者又有共同的局限，即它們都堅持一種自然與人類兩分的立場，把自然的演化過程和人類的活動對立起來，從而使得他們無論是對轉基因技術的倫理支持還是對轉基因技術的倫理否定，都沒有足夠的理由。擺脫這一困境的思路，就是要超越自然中心主義和人類中心主義，在一個更高的基礎上去考察轉基因技術存在的倫理理由及其限度。

三、支持與限度：新自然觀視野中轉基因技術的倫理維度

如在對轉基因技術進行倫理判斷時，既不能堅持自然中心主義的立場，也不能堅持人類中心主義的立場，那么，轉基因技術還能獲得倫理上的支持嗎?我們的回答是肯定的，即它是可以獲得倫理上的支持的。但是，我們同時又認為，這種倫理上的支持并不是至上的，而是相對的、有限度的。我們的觀點是，在對待轉基因技術的倫理立場上，必須要考慮兩個倫理維度：一方面，我們要考慮自然的權利，尊重自然；另一方面，我們也要考慮人類的利益，尊重人類活動的目的。一句話，要把自然的權利和人類的權利結合起來，在兩者之間保持必要的張力，從而使自然和人類實現和諧共生。

之所以做出這樣的判斷，是基于對人類中心主義對自然權利和價值的漠視所帶來的生態環境惡化以及自然中心主義對人類權利和價值的漠視所導致人類無所作為的后果的判斷。我們認為，要給轉基因技術一種恰當的倫理理由，有必要突破傳統自然中心主義和人類中心主義的思維模式，在一個新的更高的基礎上來重新思考自然與人類的關系。在這里，我們提出一種新的自然觀，以作為我們這一立場的理論基礎。這種新自然觀的主要內容可以概括為：從人的現實存在的特點出發，把人的活動納入自然演化的總體進程來加以考察，以此來進一步思考人類在自然演化進程中的權利、義務與責任，并以此來透視轉基因技術的倫理合理性及其限度。

把人類的活動納入自然演化的進程來思考，無論是從客觀事實存在上看還是從思想史上看，都是有依據的。從客觀事實存在上看，人類本身是自然界長期演化的結果，這意味著人類的出現既是自然界中增添了一個新的成員，同時，人類也就成為自然生態系統中的一個環節而參與自然的總體的演化過程。

從思想史的角度看，盡管有不少的思想家把人類的活動和自然的演化對立起來，或者強調人類活動對于自然演化的優先地位(如人類中心主義者)，或者把自然的演化看作是既定完美與和諧的，人類的活動只會對這種完美與和諧的破壞(如自然中心主義者)，但是把人類的活動納入自然演化過程進行思考的思想學說卻仍然是存在的，最典型的就是中國智慧中的儒家學說。儒家的主流思想是認為天人合一，人性與天地萬物之性相通，因此，人只要能盡自己的本性，就能盡天地萬物之本性，因而能夠參與天地萬物的演化過程。“唯天下至誠，為能盡其性；能盡其性則能盡人之性；能盡人之性，則能盡物之性；能盡物之性，則可以贊天地之化育；可以贊天地之化育，則可以與天地參矣。”(《中庸》)雖然，這里強調“能盡人之性”是“能盡物之性”的前提，但是，這決不是以人為尺度來輔量裁成萬物。因為，依儒家的立場，天地之性恰恰在于它能促成萬物自由地生長發育，即所謂“生生之德”，也就是真正意義上的仁德。所以，盡人之性以參與天地萬物的演化過程，不是以犧牲非人類的生物存在的利益為前提的，從而它不表現為人類中心主義。但既然是人參與其中的演化過程，它也就必然地帶上人類的價值目的與追求，因此，它又不可能表現為對自然地消極服從，因而，它和自然中心主義也有著本質的區別。這一點，從儒家的仁者情懷中可以看得非常清楚。儒家認為，天地有自己演化的規律，但必然之中有偶然，在自然界中，經常會產生“離經叛道”的情形，使生命存在并不能按照自己的本性來伸張、發育自己，改變這種現狀的責任就落到了通天地之道的人的身上，所謂“儒者與天地萬物為一體。假使一物不得其所，便是吾仁未有盡處”。另外，儒家還認為，自然只是提供了萬物演化的可能性，這種可能性向現實性的轉化，也需要通過人的活動，即所謂“天地設位，圣人成能；人謀鬼謀，百姓與能”(《易傳·系辭上》)。當然，“天地設位，圣人成能”的過程，同樣不是人的主觀隨意的過程，相反，它是一個充分考慮了人的生命理想和非人類存在的本性的過程，是“近取諸身，遠取諸物”的過程，因而，也就是一個充分考慮了人的活動目的和自然界中其他生命存在的價值與意義的過程。總之，中國傳統的儒家思想，確乎在一定程度上體現了這樣一種思維方式：即既把人的活動納入自然的演化過程，同時又充分注意到了人作為一種特殊的存在而在自然演化中所起的特殊作用的思維方式。這種思維方式，正是我們今天超越自然中心主義和人類中心主義的重要思想資源。

即使從宗教神學的立場上看，我們也同樣可以把作為人的活動的具體形式的轉基因技術的應用看作是自然演化的重要環節。因為，作為造物主，上帝既然賦予了人類以智慧，那就意味著人類必然要運用自己的智慧來從事自己的活動，這正是順從了造物主的意愿。相反，如果人類不運用自己的智慧，反倒是對上帝的不尊重，是違反了上帝的旨意!

以上述立場來看待轉基因技術及其應用，我們就不會簡單地認為轉基因技術是反自然的，是對自然界中非人類存在的生命的不尊重。

更進一步，當我們考慮自然存在及其演化方式時，我們將更加清楚地看到轉基因技術及其應用的自然本性。我們知道，在自然界中，生物之間、生物和無機物之間，都在以不同的方式進行物質、信息和能量的轉化，人類和自然的其他存在之間同樣存在著以自己的方式進行的物質、能量、信息的轉化。這種轉化是自然存在和演化的方式，沒有它，就無所謂自然，因此，這里并不存在從人類的視角來看的道德與不道德的問題。老虎吃羊或其他比自己弱小的動物，我們并不會對之進行道德評價，因為這是自然的演化方式。轉基因技術的應用同樣可以看作是人類與非人類之間進行的物質、信息和能量的轉化方式。既如此，我們又怎能簡單地對其進行倫理上的“是”或“否”的判斷呢?

上面的分析是不是意味著人類所有的針對自然的活動，都不需要進行倫理道德上的考慮?是不是都不需要受倫理道德的制約呢?答案當然是否定的。我們在上面反復提到，不能對轉基因技術進行“簡單的”倫理上的“是”或“否”的判斷，恰好意味著對轉基因技術進行倫理判斷的復雜性，這種復雜性來源于人類存在的特殊性：人類雖然是自然大家庭中的一員，但他卻是自然中最為特殊的成員——人是一種有智慧的、自由的存在。正是這樣一種特殊性，使人類的活動不同于非人類的其他生命存在的活動。如果說，非人類的生命存在的活動完全受著自然這個整體的必然性的制約，只能是一種被動地適應自然的活動，那么，人類則完全有可能憑借自己的智慧認識、利用并在一定程度上超越這種必然性。人類對自然必然性的超越，意味著自然的演化過程帶有了更多的“人類性”因素——人類總是力圖以自己的需要、愿望和目的為尺度，使自然的演化朝著自己所欲求的方向發展。這就導致了在自然這個大家庭中，人類活動的自主自為性與非人類生命存在活動的被動適應性之間的沖突。這種沖突提供了我們對人類活動進行倫理考量的可能性和必要性。

基因編輯技術范文3

1引種試驗地自然生態概況

試驗地為背風向陽、土層較為深厚的坡地，海拔為1 500m，年均溫7.8 ℃，極端最低溫為-25 ℃，無霜期為145 d(天)，平均晝夜溫差為15.7 ℃，年降雨量為400～500mm，土壤pH值7.1，無污染。

2引種表現

2.1植物學特征

該品種樹姿較為開張，枝條柔軟，表皮光滑。1年生枝紅褐銹色，皮孔突起，分布不均勻；2年生枝灰褐色。葉芽三角盾形，灰褐色，飽滿，鱗片松散，鱗片頂端為毛狀；花芽卵圓形，褐紅色，頂端露有綠白色，鱗片緊湊，有光澤。節間長1.48cm。葉長4.7cm、寬1.88cm，葉柄長1.37cm，葉緣鋸齒狀。花筒紫紅色，花萼5枚，花瓣5枚粉白色，瓣長1.81cm、寬1.37cm，雄蕊28～37枚，平均高1.67cm，雌蕊1枚，高1.37cm。

2.2果實經濟性狀

果實成熟后外果皮呈灰色，干癟、皺皮，自然裂開。堅果扁半圓形，大而均勻，先端漸尖，淺褐色，表面光滑，有較深點凹，平均堅果重3.7 g。殼厚0.23cm，出仁率37.6 %。果仁飽滿，端正均勻、整齊、粒大，平均單仁重1.48 g，味香甜，脂肪含量高達58 %，品質佳。

2.3生長結果習性

幼樹生長旺盛，萌芽率高，成枝力強。1年生枝生長量大，最長可達52.7cm，平均為28.3cm。定植第4年樹高為1.83m、干徑6.7cm、冠幅1.38m×2.16m。第3年可掛果，具有明顯的早果性。以短果枝和花束狀果枝結果為主，花粉量大，可自花結實。異花授粉可明顯提高坐果率。

2.4物候期

在婁煩，4月5～10日花芽膨大，4月15～20日始花，4月20～25日為盛花期，4月25～30日為末花期。5月中旬新梢開始生長，旺盛生長期為7月上旬至8月上旬，約占全年總生長量的63 %左右。9月果實成熟，10月下旬開始落葉。

2.5適應性和抗逆性

在婁煩引種試栽生長發育良好，表現出明顯的抗逆性。在婁煩，2年生樹在不加保護條件下可安全越冬，表現抗寒能力較強；在年降雨量小，又無澆灌條件下，生長發育較好，表現明顯的抗旱性。

3栽培關鍵技術

3.1提高栽植成活率

婁煩縣主要依靠自然降雨，灌溉條件差，尤其春季干旱少雨。為了提高栽植成活率，根據當地秋雨較多、土壤濕度較好的實際情況，引種當年進行秋栽，在土壤封凍前壓苗埋土越冬；第2年春溫度回升到15 ℃以上時，注意觀察頂芽，當大多出現萌動時放苗，并做“積水坑”，上覆雜草，成活率達到了95.7 %。

3.2促進早期花芽形成

幼樹期對營養枝在6月中下旬實施撐、拉、墜等人工措施，以緩和生長勢，促進成花。營養枝處理后，養分大多集中供應于枝芽部位，極有利于形成充實花芽，經觀察，運用此手段處理的營養枝有許多的芽可形成花芽并易坐果，而未經處理的營養枝雖部分枝條也能形成腋花芽，出現零星開花現象，但大多由于花芽不充實坐不住果。

3.3配備授粉樹

該品種雖可自花結實，但進行異花授粉后

可明顯提高坐果率。據2006年和2007年連續的對比試驗觀察，異花授粉比自花授粉坐果率提高了18.6 %，所以生產栽培需配置授粉樹，比例為3∶1或2∶1。

3.4充實枝干防抽條

針對該品種生長旺盛的特點，幼樹期除對營養枝要在7月下旬前盡可能采取拉、墜等措施使其緩和生長外，對骨干枝延長頭在8月上旬應實施摘心，同時遇秋雨澇時，要注意排水，以充實枝干，提高抗抽條能力，以免由于嚴冬、春旱、大風而引發枝干失水。

3.5越冬防護

基因編輯技術范文4

（邯鄲市第四建筑安裝有限公司河北邯鄲056000）

【摘要】分析了鍋爐引風機的工作狀態，討論了變頻器用于引風機進行變頻調速的工作原理，介紹了一個具體案例的改造效果及節能效益。

關鍵詞 引風機；變頻器；調速；節能

Boiler Fan Frequency Control Technique Application Analysis

Gao Bao-ping

(Handan City, the fourth Construction and Installation Co.HandanHebei056000)

【Abstract】Analysis of Boiler Fan working status, discusses the working principle of the drive for the drawing fan frequency control, and introduces the effect of reconstruction and energy-saving benefits of a particular case.

【Key words】Induced draft fan;Inverter;Speed;Energy

1. 概述

鍋爐作為能源轉換的重要設備，在電力、機械、冶金、化工、紡織、造紙、食品等行業，以及民用采暖中都占據著重要的角色。根據生產負荷需求，鍋爐要隨時調整生產狀態，改變供熱量的多少。用戶在選配風機時，都是根據工藝要求中出現的最大負荷來確定容量，所以存在著“大馬拉小車”的現象。鍋爐的引風機、鼓風機和二次風機的風量是通過調節風門大小來實現的，而用來帶動風機的電動機的轉速是不可調節的，因此造成大量的調節損失和電能的浪費。基于這種情況，本文提出采用變頻調速技術控制鍋爐引風機電機，極大地改善了工藝操作人員工作條件，改善了風機設備的起動性能，實現了無級調速，可以節約35%左右的電能，從而達到了節能降耗、減少設備噪聲污染的目的。

2. 問題的提出

通常在工業生產、產品加工制造業中風機設備主要用于鍋爐燃燒系統、烘干系統、冷卻系統、通風系統等場合，根據生產需要對爐膛壓力、風速、風量、溫度等指標進行控制和調節以適應工藝要求和運行工況。而最常用的控制手段則是調節風門、擋板開度的大小來調整受控對象。這樣，不論生產的需求大小，風機都要全速運轉，而運行工況的變化則使得能量以風門、擋板的節流損失消耗掉了。在生產過程中，不僅控制精度受到限制，而且還造成大量的能源浪費和設備損耗，從而導致生產成本增加，設備使用壽命縮短，設備維護、維修費用高居不下。風機類設備多數采用異步電動機直接驅動的方式運行，存在啟動電流大、機械沖擊、電氣保護特性差等缺點。不僅影響設備使用壽命，而且當負載出現機械故障時不能瞬間動作保護設備，時常出現泵損壞同時電機也被燒毀的現象。近年來，出于節能的迫切需要和對產品質量不斷提高的要求，利用變頻器易操作、免維護、控制精度高，并可以實現高功能化等特點，因而采用變頻器驅動的方案開始逐步取代風門、擋板、閥門的控制方案。

3. 改造方案

（1）通常工業鍋爐上的引風機都是電機以定速運轉，再通過改變引風機入口的擋板開度來調節風量。而風機的最大特點是負載轉矩與轉速的平方成正比，而軸功率與轉速的立方成正比，因此如將電機的定速運轉改為根據需要的流量來調節電機的轉速就可節約大量的電能。要提高引風機電動機的工作效率，節約電能，可以在引風機電動機上裝上調速裝置，根據工作的情況調節調速器裝置的速度可以滿足工作狀況的要求。實現這一目標的最佳調速裝置就是變頻器。為此，我們在某廠2#鍋爐引風機上進行了實踐。不必對原系統進行大改動，僅增加一變頻器柜，我們選用的變頻器為富士FRN280P11-4CX，額定容量396 kVA，額定輸出電流520 A，配用電抗器型號為CR4-280B。

（2）在2# 鍋爐引風機原電氣控制系統基礎上進行電氣改造，拆除原進線交流接觸器，增加中間繼電器，其它部分均不變。

（3）因為變頻器在風機改造方面得到廣泛的應用，改造后，可根據工藝狀況需要而調節變頻器的輸出頻率，以滿足工藝要求。當工藝狀況需要時，讓電動機高速運行以達到工藝要求；當工藝狀況允許時，使電動機低速運轉節約電能。引風機變頻器運行受鍋爐燃燒控制系統DCS 的控制。調節DCS電流輸入信號，控制變頻器的輸出頻率，以達到穩定工況及提高鍋爐熱效率和節能之目的。2# 鍋爐引風機改造電氣原理圖如圖1 所示。

4. 變頻調速的特點及節能分析

4.1鍋爐引風機電機在沒有實現變頻調速控制之前，一般采用“降壓起動”，并且正常運行后，電動機全壓、全速運行，而引風機風量的大小則通過風門來調節。一般情況下，風門的開度為50%～80%，電機只能是滿負荷運行，電動機的工作效率很低，造成很大浪費。變頻調速技術的基本原理是根據電機轉速與工作電源輸入頻率成正比的關系：n=60f（1-s）/p，（式中n、f、s、p 分別表示轉速、輸入頻率、電機轉差率、電機磁極對數）；通過改變電動機工作電源頻率達到改變電機轉速的目的。變頻器就是基于上述原理采用交-直-交電源變換技術、電力電子、微電腦控制等技術于一身的綜合性電氣產品。利用變頻調速技術，變頻器很好地解決了引風機根據工況直接控制風量的大小而滿足工況的要求, 變頻器是無級調速的，用變頻器改造風機，具有以下特點：（1）起動、停止平衡，無級調速，調速范圍大；（2）工作可靠，能長期穩定運行；（3）操作簡便，維護量小；（4）輸出特性可滿足風機性能要求；（5）節能效果顯著。

4.2根據風機的流量變化與轉速成正比，壓力變化與轉速成正比，而功率變化與轉速變化立方成正比。因此，當風機轉速降低時，風量減少，電機功率成立方比下降。

5. 風機類負荷變頻調速節能原理

風機是將電動機的軸功率轉變為流體壓力與流量的設備。過去很少采用轉速控制的方法，多是由鼠籠式異步電機拖動進行恒速運轉，當需要改變流量時，調節節流閥和擋板，這種方法雖然控制簡單，但不節能，不經濟，動態跟蹤性能也很差。變頻調速節能是相對于閥門調節而言，采用變頻調速器后，將閥門全開，通過改變電機電源頻率的方法來改變電機轉速。由流體力學可知，流量q 與轉速n 的一次方成正比，風壓h 與轉速n的平方成正比，功率P與轉速n 的立方成正比，即：q=qe伊（n/ne），h=he伊（n/ne）2，P=qe伊（n/ne）3，式中，qe為風機的額定流量，he為風機的額定壓力，qe 為風機的額定功率，ne 為風機的額定轉速。由上面的公式可知，調節風機流量時，可通過轉速進行調節，此時風機軸輸出功率與轉速的立方成正比。風機流量、轉速、軸功率及電源頻率關系如表1 所列。

6. 改造效果

6.12# 鍋爐引風機通過應用變頻調速技術后，改變了原有的操作方式，實現了遠程控制，能夠有效地適應鍋爐生產過程，使系統運行穩定，保持風機高效運轉，電機實現了軟啟動，無沖擊電流，設備故障率大大降低，維修費用大為減少。拖動系統應用變頻調速技術，在大大節約電能的基礎上，使長期輕載運行的引風機工作在低轉速、低電壓的狀態下，這樣就使電機發熱少、溫升低，延長了使用壽命。變頻調速技術也提高了功率因數，使電網損耗減少，效率提高，同時降低了風機噪音，改善了生產環境。另外變頻器自我檢測、故障診斷、保護功能齊全，可有效地防止事故擴大化。

6.2通過對變頻器在工業鍋爐上的應用進行總結，具有以下優點。

（1）節電降耗效果顯著，操作簡便，調節平衡，尤其與微機控制相聯更體現了優越性，深受司爐工的歡迎。（2）平滑啟動及電機轉速下降，機械磨損減小，故障率下降，減少了停機、停爐對生產的影響。（3）擋板和調節閥的機械磨損、卡死等故障不復存在了，大大減少了設備維護、維修費用。

7. 結語

鍋爐引風機等風機類設備采用變頻調速技術實現節能運行是我國節能的一項重點推廣技術，受到國家政府的普遍重視，實踐證明，變頻器用于風機類設備驅動控制場合取得了顯著的節電效果，是一種理想的調速控制方式。既提高了設備效率，又滿足了生產工藝要求，并且因此大大減少了設備維護、維修費用，還降低了停產周期。

參考文獻

［1］方大千主編. 節能計算手冊［M］. 北京：電力工業出版社，2006.

基因編輯技術范文5

一、造成學生數學成績兩極分化的原因

（一）學生自身的原因

1.缺乏學習意志和學習自信心

和小學數學相比，初中數學無論是容量還是難度都有所加大加深，同時初中教師輔導也相對減少，這樣更加需要學生具備較強的學習獨立性了。有的學生升入初中后，不能很快地適應這種變化，從而出現了感情脆弱、意志薄弱的情緒，一旦遇到困難就會沮喪直至失去自信，從而導致數學成績不理想。

2.在知識與技能學習中缺乏系統性，導致知識斷層

初中數學的邏輯性、系統性相比小學要更強一些。第一，初中數學的教材編排特別注重銜接性，前后知識往往聯系非常緊密；第二，數學技能、技巧也是逐步遞升，基礎不扎實就易于造成知識斷層。若是這些問題不能及時解決，那么學生就很難形成系統的知識技能，從而導致學習成績發生兩極分化。

3.學習方法難以適應初中數學學習的要求

數學學習成績發生分化最明顯的一個階段就是八年級，其主要原因就是這個階段的學生正處于從形象思維向抽象思維、邏輯思維過渡的一個階段。而初中數學要求學生有更強的抽象邏輯思維能力，所以那些抽象邏輯思維能力比較慢的學生就會跟不上教學進展，從而導致學習成績下滑。

（二）教師的原因

人們常說“親其師，信其道”。首先，教師的個人素養對學生的學習有著直接的影響。在教學中我們發現，很多學生都是喜歡哪一個老師，就會喜歡學那個老師教的學科，成績也就相應地比較好；反之，若是學生不喜歡那個老師，也就不喜歡學習那門課程。在初中階段，數學作為一門重要學科，課時比較多，數學教師的教學壓力也比較大，這就對數學教師的素質提出了更高的要求。現在大多數初中生都缺乏抗打擊能力，又有著很強的逆反心理，數學教師稍不留心，就可能對學生的身心造成傷害，而學生的直接反應就是放棄數學學習，從而導致數學成績下滑。

另外，單一的教學方式也是造成兩極分化的一個重要原因。在課堂教學中，我們往往忽略了學生之間的個體差異，用統一的教學方法來進行教學，無法照顧到不同學習層次的學生，這樣會導致兩極分化。而那種老師統治課堂的“滿堂灌”的教學方式更是讓學生疲于應付，很難激發學生的學習積極性，從而也導致了兩極分化。

在教學中，教師不能根據實際情況調整自己的教學，不能采用恰當而有效的學習方法引導學生，不能引導學生積極思維等，都會導致學生學習被動，從而產生數學成績兩極分化的現象。

（三）家庭教育的原因

從家庭教育方面來看，許多家長總是按照成年人的標準來要求孩子，這樣就會給孩子造成過大的心理壓力，結果往往會導致學生無法承受重壓而干脆放棄學習。還有的家長因為工作忙或者其他各種各樣的原因，對孩子不聞不問，在這樣的家庭中成長的孩子由于缺乏良好的家庭教育而不能形成一個好的學習習慣。從而導致學習成績下降。所以說，家庭教育的缺失也是導致學生學習兩極分化的一個重要的原因。

二、消除學生數學成績兩極分化的對策

（一）培養學生對數學學習的興趣

興趣是最好的老師，若是能夠讓學生對數學學習產生濃厚的興趣，那么學生的求知欲就會被激發起來，從而能夠主動地投入數學學習中。要提高學生對數學學習的興趣有許多辦法，其中一個最重要的方法就是讓學生參與到教學中來，讓學生由學習的接受者變為學習的真正的主人。我們還可以創造機會讓每一個學生都能在數學學習中體驗到成功的樂趣，這樣也可以增強學生的學習興趣。數學教師還可以深入地挖掘數學中的趣味性，用趣味數學來吸引學生。此外，數學教師還應該努力提高自己的教學藝術等。

（二）尊重學生個體差異，增強學生的自信心

1.尊重學生的個體差異

教師要做到因材施教，充分地照顧到每一個學生，特別是對學困生更要給予特別的照顧。而對那些優秀生則應該為其提供更多的學習資料，使其得到更大地進步。

2.作業設計要采取等級化

在作業設計時，教師要針對不同層次的學生進行設計，讓每一個學生都能夠有學習的自信心。

（三）進行學法指導，培養學生良好的學習習慣

要讓學生養成良好的學習習慣，教師必須對學生的學習方法進行必要的指導，如學習計劃、預習、聽講、復習等。

（四）多與家長進行溝通

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【關鍵詞】金屬熱處理；形變；改善技術

前言

金屬在加工制造的過程中由于自身物理因素的影響，難免會出現一些變形的現象，隨著在工業領域人們對金屬部件的使用質量要求的不斷提高，在進行金屬零件使用加工的過程中，相關的制造單位會通過金屬熱處理的方式改善金屬的結構，使其在應用過程中達到新的剛度以及韌性，提高在使用過程中技術部件的質量。在進行金屬熱處理的過程中，由于金屬部件長相各不相同的原因，在實際的進行熱處理時，會出現金屬受熱不均、冷卻不均致使受力不均發生變現的現象，這種問題的出現使得在金屬熱處理面技術臨了前所未有的困難，為了強化金屬部件制品的質量，提高其使用的性能，在進行技術熱處理的過程中我們要合理的分析出問題出現的原因。通過科學有效的手段制定并改善技術措施的應用。

1、金屬熱處理變形的原因

在工業發展的過程中，金屬原件的使用涉及的范圍十分的廣闊。在我國制造業不斷興起的今天，各種金屬部件的加工使用已經成為了一種勢不可擋的趨勢。在我國汽車、輪船、飛機、建筑、五金水暖、等相關單位不斷強化自身素質以及產品質量的今天，在進行金屬部件的熱處理過程中，都提高了相應的技術質量標準。對相應的金屬部件提出了嚴格的管控要求。相關金屬部件制造部門在進行技術熱處理加工過程中，往往會出現金屬在熱處理過程中變形等現象。以下我就簡析一下金屬熱處理變形的原因。

1.1內應力塑性變形

金屬熱處理過程中加熱冷卻的不均勻和相變的不等時性，都會產生內應力，在一定塑性條件的配合下，就會產生內應力塑性變形。在加熱和冷卻過程中，零件的內外層加熱和冷卻速度不同造成各處溫度不一致，致使熱脹冷縮的程度不同，這樣產生的應力變形叫熱應力塑性變形。在加熱和冷卻過程中，零件的內部組織轉變而發生的時間不同，這樣產生的應力變形叫組織應力變形塑性變形。

1.2比容變形

在金屬熱處理過程中，各種相結構的組織比容不同，在相變時發生的體積和尺寸變化為比容變形。比容變形一般只與奧氏體中碳和金元素的含量、游離相碳化物、鐵素體的多少、淬火前后組織比容變化差和殘余奧氏體的多少和鋼的淬透性等因素有關。

2、金屬熱處理變形改善的技術措施

在進行金屬加工熱處理的過程中，我們需要知道在處理過程中金屬出現變形的原因，之后才能夠有效的將問題予以解決。在金屬熱處理施工的過程中，由于金屬部件在進行加工時都具有自己的頂的形態，在進行熱處理加工的過程中，難免會受到各種因素的影響，在實際的金屬熱處理變形問題出現的過程中，我們通過有效的分析得出了其變形的本質原因，所以在進行金屬熱處理的過程中，要想有效的對金屬變形問題進行改善，就必須通過正確的技術措施，對問題進行處理，以下我就介紹金屬在熱處理過程中重要的技術改善措施。

2.1合理安排零件結構

金屬熱處理后在冷卻過程中，總是薄的部分冷得快，厚的部分冷得慢。在滿足實際生產需要的情況下，應盡量減少工件厚薄懸殊，零件截面力求均勻，以減少過渡區因應力集中產生疇變和開裂傾向；工件應盡量保持結構與材料成分和組織的對稱性，以減少由于冷卻不均引起的畸變：工件應盡量避免尖銳棱角、溝槽等，在工件的厚薄交界處、臺階處要有圓角過渡：盡量減少工件上的孔、槽筋結構不對稱：厚度不均勻零件采用預留加工量的方法。

2.2金屬熱處理溫度的控制

在進行金屬熱處理的過程中，我們需要對金屬所受的溫度進行有效的控制，在實際的操作過程中，由于金屬受到溫度的影響會發生形變，所以如果溫度控制的方式存在誤差就有可能造成處理溫度不均勻，影響金屬處理的效果。金屬熱處理與處理過程中的溫度密切相關，金屬部件在加工過程中會影響內部結構，致使其發生形變，所以通過在AC3線后的有效控制將減弱金屬熱處理變形效果的發生。

2.3運用合理的冷卻方法

金屬淬火后冷卻過程對變形的影響也是很重要的一個變形原因。金屬熱處理冷卻速度越快，冷卻越不均勻，產生的應力越大，模具的變形也越大。可以在在保證模具硬度要求的前提下，盡量采用預冷；采用分級冷卻淬火能顯著減少金屬淬火時產生的熱應力和組織應力，是減少一些形狀較復雜工件變形的有效方法；對一些特別復雜或精度要求較高的工件，利用等溫淬火能顯著減少變形。

2.4控制爐內溫度的均勻性

在進行金屬熱處理加工的過程中，由于金屬部件的鍛造工藝各不相同，鍛造所形成的結構也各不相同，所以在進行爐內加熱的過程中由于金屬部件本身的結構影響，在進行受熱的過程中首先會出現受熱不均勻的現象。并且在進行加工的過程中，爐內熱量的爆發存在著不均勻的特性，在對金屬鍛造的過程中，由于爐內各部位溫度發生了不同的變化，在部件加工時會在不同部位出現不同的受熱溫度，所以應該在加工過程中首先使用預處理加熱技術，之后使用滲碳方式，提高爐內溫度均勻性。

2.5進行必要的預先金屬熱處理

最終金屬熱處理前的金相組織對最終金屬熱處理變形關系甚大，因此對形狀復雜、要求高、易產生變形的工件需要進行必要的預先金屬熱處理，以消除網狀碳化物和粗大晶粒。正火硬度過高、混晶、大量索氏體或魏氏組織都會使內孔變形增大，所以要用控溫正火或等溫退火來處理鍛件。金屬的正火、退火以及在進行淬火之前的調質，都會對金屬最終的變形量產生一定的影響，直接影響到的是金屬組織結構上的變化。實踐證明，在正火時采用等溫淬火可有效地使金屬組織結構趨于均勻，從而使其變形量減小。

結語

在金屬進行熱處理加工的過程中，雖然由于加熱處理過程中會使金屬出現變形，但是通過分析我們找到了原因；在進行金屬加熱處理的過程中，可以通過有效的技術措施解決金屬熱處理過程中出現的變形問題，提高金屬部件的使用質量。