雜交育種始于美國，始于1910年前后。100多年來，雜交育種顯著增加了農(nóng)作物產(chǎn)量，但是越來越難以培育出更好的品種，這是因?yàn)椋弘s交育種是同一物種的雜交，玉米和玉米雜交，小麥和小麥雜交，水稻和水稻雜交；同一物種的雜交是DNA的重新組合，DNA上有多個(gè)基因，有的基因好，有的基因不好，好的取不出來，不好的去不掉，所以雜交品種都不能盡善盡美，都有缺陷。以抗蟲性狀為例，農(nóng)業(yè)害蟲主要是鱗翅目昆蟲，所有農(nóng)作物都不能真正抗鱗翅目昆蟲，因?yàn)檗r(nóng)作物就沒有抗鱗翅目昆蟲的基因；農(nóng)作物也是昆蟲的食物，如果有抗蟲基因，昆蟲就不會(huì)繁衍3億年而不衰。

幾千年前，紅薯通過農(nóng)桿菌屬感染獲得轉(zhuǎn)基因DNA，紅薯是天然的轉(zhuǎn)基因作物

目前世界上推廣的轉(zhuǎn)基因抗蟲作物轉(zhuǎn)的都是Bt基因

隨著遺傳學(xué)的發(fā)展，科學(xué)家在細(xì)菌中發(fā)現(xiàn)了抗蟲基因，這種細(xì)菌叫蘇云金芽孢桿菌。“蘇云金”是德國的一個(gè)地名，100多年前在那里發(fā)現(xiàn)了這種細(xì)菌，就用地名作為細(xì)菌名。蘇云金芽孢桿菌的英語縮寫為Bt，它的基因就叫Bt基因，Bt基因產(chǎn)生的蛋白就叫Bt蛋白，Bt蛋白被鱗翅目昆蟲吃了以后，與昆蟲腸道壁上的糖蛋白結(jié)合，導(dǎo)致昆蟲腸穿孔而死。那么把一個(gè)Bt基因轉(zhuǎn)入農(nóng)作物的細(xì)胞，插入農(nóng)作物DNA，就可產(chǎn)生Bt蛋白，就可抗蟲。

細(xì)菌的基因?yàn)槭裁纯梢圆迦胫参锏腄NA呢？因?yàn)橐磺猩锏腄NA，都是由4種核苷酸按一定的順序排列組成的，它們基礎(chǔ)單位是一樣的，那么A物種的一段DNA完全有可能插入B物種的DNA之中。這好比A鐵路的一段完全可以接到B鐵路之中；又好比大學(xué)食堂排隊(duì)打飯，A隊(duì)伍的幾個(gè)同學(xué)完全可以加塞到B隊(duì)伍之中?？茖W(xué)家發(fā)現(xiàn)，自然界本來就存在轉(zhuǎn)基因，細(xì)菌之間轉(zhuǎn)基因很常見，細(xì)菌給植物轉(zhuǎn)基因也會(huì)偶爾發(fā)生。研究發(fā)現(xiàn)，在幾千年以前，土壤農(nóng)桿菌的基因就轉(zhuǎn)給了紅薯。這么說來，人工轉(zhuǎn)基因其實(shí)是對(duì)自然的模仿。人工轉(zhuǎn)基因，方法有多種，最常用的方法是：讓土壤農(nóng)桿菌的一段DNA上的基因失效，然后把目的基因轉(zhuǎn)到土壤農(nóng)桿菌的這段DNA上，再把這段DNA轉(zhuǎn)入植物細(xì)胞，插入植物的DNA之中。

Bt基因產(chǎn)生的Bt蛋白可以讓昆蟲腸穿孔，但是對(duì)人和哺乳動(dòng)物無害，因?yàn)槿撕筒溉閯?dòng)物的腸道壁上沒有那種糖蛋白，而且人和哺乳動(dòng)物腸道里的核酸酶可以分解Bt基因，蛋白酶可以分解Bt蛋白，所以對(duì)人和哺乳動(dòng)物無害。

Bt基因有多個(gè)，如果昆蟲對(duì)這個(gè)Bt基因產(chǎn)生了抗性，還可以再轉(zhuǎn)另一個(gè)Bt基因。

目前世界上推廣面積最大的轉(zhuǎn)基因作物是抗除草劑草甘膦的

除草劑是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的主要標(biāo)志。沒有除草劑，發(fā)達(dá)國家就得一遍遍用機(jī)械除草，成本很高，也除不干凈；沒有除草劑，發(fā)展中國家就得一遍遍人工除草，農(nóng)民就離不開土地，就不能進(jìn)城打工。有了除草劑，若沒有抗除草劑作物，就得小心翼翼噴灑除草劑，這也費(fèi)工。有了抗除草劑的作物，用除草劑除草最省工。除草劑有幾十種，其中草甘膦除草效果最好、毒性最低、殘留最低，因而使用量最大。中國是草甘膦生產(chǎn)大國、使用大國、出口大國。

草甘膦除草原理是抑制植物氮代謝的酶的活性，氮代謝的終端產(chǎn)物是蛋白質(zhì)，蛋白質(zhì)是細(xì)胞的主要成分，氮代謝的酶沒了活性，氮代謝就停止了，蛋白質(zhì)就不能產(chǎn)生了，新的細(xì)胞也不能產(chǎn)生了，那么植物就死亡了。轉(zhuǎn)基因抗草甘膦作物，轉(zhuǎn)的是土壤農(nóng)桿菌的一個(gè)基因，這個(gè)基因可以讓氮代謝的酶增加50倍，抵消了草甘膦的作用還綽綽有余，所以草甘膦只除草，不傷作物。

第三種轉(zhuǎn)基因是抗病毒病的

以中國的轉(zhuǎn)基因番木瓜為例來說明抗病毒原理。番木瓜，從東南亞引進(jìn)，在南方種植，如甜瓜那么大，長在樹干上。飯店里的涼拌木瓜絲是未熟的番木瓜，長熟的番木瓜如甜瓜那般甜，可生食，可用來做涼菜、熱菜。番木瓜果樹常發(fā)生病毒病，無藥可治，以至絕收，唯有轉(zhuǎn)基因可抗病毒，2006年批準(zhǔn)商業(yè)化種植。

轉(zhuǎn)基因番木瓜抗病毒的原理是：把病毒基因組的復(fù)制酶基因轉(zhuǎn)入番木瓜細(xì)胞的基因組，因?yàn)檗D(zhuǎn)入的只是復(fù)制酶基因而不是病毒的基因組，所以番木瓜并不染病；病毒的復(fù)制酶基因轉(zhuǎn)入番木瓜細(xì)胞，就成了番木瓜的基因，不再是病毒的基因；當(dāng)病毒侵入番木瓜細(xì)胞后，這個(gè)復(fù)制酶基因就阻止病毒基因組的復(fù)制酶基因發(fā)揮作用，病毒便不能復(fù)制，也就不能致病。

轉(zhuǎn)基因番木瓜在南方推廣以后年年豐收，供應(yīng)全國。轉(zhuǎn)基因番木瓜和非轉(zhuǎn)基因番木瓜同樣安全。非轉(zhuǎn)基因番木瓜感染病毒很普遍，但植物病毒并不感染人，并且植物病毒可以被人體的消化酶分解為氨基酸、核苷酸而被吸收。轉(zhuǎn)基因番木瓜只轉(zhuǎn)了病毒的一個(gè)基因，而且基本不感染病毒，所以和非轉(zhuǎn)基因番木瓜同樣安全。

第四種轉(zhuǎn)基因是抗褐變的

以美國抗褐變土豆為例來說明。美國機(jī)械化、自動(dòng)化程度高，運(yùn)輸、倉儲(chǔ)、上貨架、上流水線，土豆難免擠壓、磕碰而破皮，破皮則褐變，褐變則品相不好，品相不好則不好賣，于是就通過轉(zhuǎn)基因防褐變。土豆里的酚與相應(yīng)的酶互不接觸，相安無事，但是破皮或切開以后，酚與酶就結(jié)合了，然后產(chǎn)生醌，醌為褐色。那個(gè)酶是相應(yīng)的基因產(chǎn)生的，抑制相應(yīng)的基因也就抑制了那個(gè)酶。把那個(gè)基因的一個(gè)片段復(fù)制下來，轉(zhuǎn)入土豆，原來的基因片段與轉(zhuǎn)入的基因片段因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)相同而相克，結(jié)果是“同歸于盡”，這也是“基因沉默”。那個(gè)基因沉默了，那個(gè)酶就不產(chǎn)生了，土豆破皮、切開就不褐變了。

2017年上市的美國轉(zhuǎn)基因防褐變蘋果也是類似的原理。