轉(zhuǎn)基因技術(shù)的理論基礎(chǔ)來源于進(jìn)化論衍生來的分子生物學(xué)。

基因片段的來源可以是提取特定生物體基因組中所需要的目的基因，也可以是人工合成指定序列的DNA片段。DNA片段被轉(zhuǎn)入特定生物中，與其本身的基因組進(jìn)行重組，再?gòu)闹亟M體中進(jìn)行數(shù)代的人工選育，從而獲得具有穩(wěn)定表現(xiàn)特定的遺傳性狀的個(gè)體。該技術(shù)可以使重組生物增加人們所期望的新性狀，培育出新品種。

“轉(zhuǎn)基因”這個(gè)在全球承受無(wú)盡爭(zhēng)議的詞匯，成為2014年“科學(xué)美國(guó)人”中文版《環(huán)球科學(xué)》雜志年度十大科技熱詞之一。而爭(zhēng)議的關(guān)鍵在于人類是否像自己所認(rèn)為的那樣，已經(jīng)可以代替上帝改造自然。畢竟人類曾經(jīng)認(rèn)為地球是宇宙的中心。

(1)提取目的基因 

從生物有機(jī)體復(fù)雜的基因組中,分離出帶有目的基因的DNA片段，或者人工合成目的基因，或從基因文庫(kù)中提取相應(yīng)的基因片段和PCR技術(shù)進(jìn)行目的基因的增殖。

(2)將目的基因與運(yùn)載體結(jié)合 

在細(xì)胞外,將帶有目的基因的DNA片段通過剪切、粘合連接到能夠自我復(fù)制并具有多個(gè)選擇性標(biāo)記的運(yùn)輸載體分子（通常有質(zhì)粒、T4噬菌體、動(dòng)植物病毒等）上，形成重組DNA分子。

(3)將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞 

將重組DNA分子注入到受體細(xì)胞(亦稱宿主細(xì)胞或寄主細(xì)胞) ,將帶有重組體的細(xì)胞擴(kuò)增，獲得大量的細(xì)胞繁殖體。

(4)目的基因的篩選

從大量的細(xì)胞繁殖群體中，通過相應(yīng)的試劑篩選出具有重組DNA分子的重組細(xì)胞。

(5)目的基因的表達(dá) 

將得到的重組細(xì)胞，進(jìn)行大量的增殖，得到相應(yīng)表達(dá)的功能蛋白，表現(xiàn)出預(yù)想的特性，達(dá)到人們的要求。

轉(zhuǎn)基因技術(shù)的原理是將人工分離和修飾過的優(yōu)質(zhì)基因，導(dǎo)入到生物體基因組中，從而達(dá)到改造生物的目的。由于導(dǎo)入基因的表達(dá)，引起生物體的性狀，可遺傳的修飾改變，這一技術(shù)稱之為人工轉(zhuǎn)基因技術(shù)（Transgene technology）。

人工轉(zhuǎn)基因技術(shù)就是把一個(gè)生物體的基因轉(zhuǎn)移到另一個(gè)生物體DNA中的生物技術(shù)。具有不確定性。常用的方法和工具包括顯微注射、基因槍、電破法、脂質(zhì)體等。轉(zhuǎn)基因最初用于研究基因的功能，即把外源基因?qū)胧荏w生物體基因組內(nèi)（一般為模式生物，如擬南芥或斑馬魚等），觀察生物體表現(xiàn)出的性狀，達(dá)到揭示基因功能的目的。

人工轉(zhuǎn)基因技術(shù)和人工雜交技術(shù)是兩個(gè)概念

植物雜交技術(shù)是自體基因重組過程，不改變繁殖特性，但有組合優(yōu)質(zhì)基因的幾率，基本不會(huì)產(chǎn)生變異基因，即沒有剝奪其基本特性的作物。它可通過原生質(zhì)體之間的融合、細(xì)胞自體細(xì)胞重組、自體遺傳物質(zhì)自由組合轉(zhuǎn)移、自體染色體工程技術(shù)獲得，不改變植物的遺傳特性，可以提高優(yōu)質(zhì)率水平，從而培育出高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、抗病毒、抗蟲、抗寒、抗旱、抗?jié)?、抗鹽堿、等的作物新品種。

人工雜交技術(shù)可分為植物雜交和雜交畜牧

植物雜交是指近緣種間的有性繁殖，嫁接不屬于此列。利用體細(xì)胞雜交技術(shù)可以做到遠(yuǎn)緣的雜交（比如紫菜甘藍(lán)、番茄馬鈴薯）。

雜交畜牧是指兩個(gè)不同近交系之間，優(yōu)質(zhì)品種的雌雄畜牧進(jìn)行有計(jì)劃的交配，雜交所產(chǎn)生的第一代動(dòng)物，具有兩親本遺傳的優(yōu)質(zhì)特性，用于改良家畜品質(zhì)，有著正常的生長(zhǎng)周期和正常繁殖能力的畜牧品種。

自從人類耕種作物以來，我們的祖先就從未停止過作物的遺傳改良。過去的幾千年里農(nóng)作物改良的方式主要是對(duì)自然突變產(chǎn)生的優(yōu)良基因和重組體的選擇和利用，通過隨機(jī)和自然的方式來積累優(yōu)良基因。遺傳學(xué)創(chuàng)立后近百年的動(dòng)植物育種則是采用人工雜交的方法，進(jìn)行優(yōu)良基因的重組和外源基因的導(dǎo)入而實(shí)現(xiàn)遺傳改良。

因此，人工轉(zhuǎn)基因技術(shù)與傳統(tǒng)技術(shù)有著同樣的目的，其本質(zhì)都是通過獲得優(yōu)良基因進(jìn)行遺傳改良。但在基因轉(zhuǎn)移的范圍和效率上，人工轉(zhuǎn)基因技術(shù)與傳統(tǒng)育種技術(shù)有兩點(diǎn)重要區(qū)別。

第一，傳統(tǒng)技術(shù)一般只能在生物種內(nèi)個(gè)體間實(shí)現(xiàn)基因轉(zhuǎn)移，而人工轉(zhuǎn)基因技術(shù)所轉(zhuǎn)移的基因則不受生物體間親緣關(guān)系的限制。

第二，傳統(tǒng)的雜交和選擇技術(shù)一般是在生物個(gè)體水平上進(jìn)行，操作對(duì)象是整個(gè)基因組，所轉(zhuǎn)移的是大量的基因，不可能準(zhǔn)確地對(duì)某個(gè)基因進(jìn)行操作和選擇，對(duì)后代的表現(xiàn)預(yù)見性較差。而人工轉(zhuǎn)基因技術(shù)所操作和轉(zhuǎn)移的一般是經(jīng)過明確定義的基因，功能清楚，后代表現(xiàn)可準(zhǔn)確預(yù)期。

因此，人工轉(zhuǎn)基因技術(shù)是對(duì)傳統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展和補(bǔ)充。將兩者緊密結(jié)合，可相得益彰，大大地提高動(dòng)植物品種改良的效率。

目前，轉(zhuǎn)基因技術(shù)已廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥、工業(yè)、農(nóng)業(yè)、環(huán)保、能源、新材料等領(lǐng)域。

藥物領(lǐng)域

目前已有基因工程疫苗、基因工程胰島素和基因工程干擾素等藥物。其使用基因拼接技術(shù)或DNA重組技術(shù)（即轉(zhuǎn)基因技術(shù)），指按照人們的意愿，定向地改造生物的遺傳性狀，產(chǎn)生出人類需要的基因產(chǎn)物，以此生產(chǎn)出的藥物原料和藥品。

基因工程疫苗

使用DNA重組生物技術(shù)，把天然的或人工合成的遺傳物質(zhì)定向插入細(xì)菌、酵母菌或哺乳動(dòng)物細(xì)胞中，使之充分表達(dá)，經(jīng)純化后而制得的疫苗。應(yīng)用基因工程技術(shù)能制出不含感染性物質(zhì)的亞單位疫苗、穩(wěn)定的減毒疫苗及能預(yù)防多種疾病的多價(jià)疫苗。

已經(jīng)商業(yè)化使用的部分基因工程疫苗：

乙肝疫苗、丙肝疫苗、百日咳基因工程疫苗、狂犬病基因工程滅活疫苗、腸道病毒71型基因工程疫苗、產(chǎn)腸毒素大腸桿菌基因工程疫苗、輪狀病基因工程疫苗、Asia Ⅰ型口蹄疫病毒(FMDV)的感染表位重組蛋白疫苗、弓形蟲基因工程疫苗、腸出血性大腸桿菌基因工程疫苗等。

基因工程胰島素

在2013年舉辦的第七屆聯(lián)合國(guó)糖尿病日主題活動(dòng)上，與會(huì)專家指出“中國(guó)目前糖尿病患者數(shù)達(dá)1.14億，全球的1/3”。糖尿病的病因是胰島素分泌缺陷或其生物作用受損，所以最常用的治療方法就是以注射胰島素的方式補(bǔ)充人體內(nèi)胰島素。要獲得胰島素，最初只能從牛和豬的胰臟中提取。但是，每100千克動(dòng)物胰腺只能提取出4-5克胰島素，產(chǎn)量低，遠(yuǎn)不能滿足患者的需求。

1980年代初，美國(guó)一家公司通過轉(zhuǎn)基因技術(shù)實(shí)現(xiàn)了人體胰島素的工業(yè)生產(chǎn)。其原理是，將人的基因中負(fù)責(zé)表達(dá)胰島素的那一段“剪切”下來，轉(zhuǎn)入大腸桿菌或者酵母菌里，通過后者的快速增殖達(dá)到人體胰島素的大量生產(chǎn)。全球大多數(shù)糖尿病人才得到了很好的胰島素治療。

食品領(lǐng)域

利用分子生物學(xué)技術(shù)，將某些生物的基因轉(zhuǎn)移到農(nóng)作物中去，改造生物的遺傳物質(zhì)，使其在性狀、營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)、消費(fèi)品質(zhì)方面向人類所需要的目標(biāo)轉(zhuǎn)變，從而得到轉(zhuǎn)基因農(nóng)作物。以轉(zhuǎn)基因生物為直接食品，作為原料加工生產(chǎn)的食品，以及喂養(yǎng)家畜得到的衍生食品，在廣義上都可以稱為轉(zhuǎn)基因食品。因其安全性被廣泛質(zhì)疑，國(guó)際社會(huì)對(duì)其尚存有很大爭(zhēng)議。

它的研究已有幾十年的歷史，但真正的商業(yè)化是近十年的事。90年代初，市場(chǎng)上第一個(gè)轉(zhuǎn)基因食品出現(xiàn)在美國(guó)，是一種保鮮番茄，這項(xiàng)研究成果本是在英國(guó)研究成功的，但英國(guó)人沒敢將其商業(yè)化，美國(guó)人便成了第一個(gè)吃螃蟹的人，讓保守的英國(guó)人后悔不迭。此后，轉(zhuǎn)基因食品一發(fā)不可收。據(jù)統(tǒng)計(jì)，美國(guó)食品和藥物管理局確定的轉(zhuǎn)基因品種已有43種。

自1996年首例轉(zhuǎn)基因農(nóng)作物產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用以來，全球轉(zhuǎn)基因技術(shù)研究與產(chǎn)業(yè)應(yīng)用快速發(fā)展。發(fā)達(dá)國(guó)家紛紛把發(fā)展轉(zhuǎn)基因技術(shù)作為搶占未來科技制高點(diǎn)和增強(qiáng)農(nóng)業(yè)國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的戰(zhàn)略重點(diǎn)，發(fā)展中國(guó)家也積極跟進(jìn)，并呈現(xiàn)以下發(fā)展態(tài)勢(shì)：

一是品種培育速度加快。隨著生命科學(xué)、基因組學(xué)、信息學(xué)等學(xué)科的發(fā)展，轉(zhuǎn)基因技術(shù)研究日新月異，研究手段、裝備水平不斷提高，基因克隆技術(shù)突飛猛進(jìn)，一些新基因、新性狀和新產(chǎn)品不斷涌現(xiàn)。品種培育呈代際特征，全球轉(zhuǎn)基因生物新品種已從抗蟲和抗除草劑等第一代產(chǎn)品，向改善營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)和提高產(chǎn)量的第二代產(chǎn)品，以及工業(yè)、醫(yī)藥和生物反應(yīng)器等第三代產(chǎn)品轉(zhuǎn)變，多基因聚合的復(fù)合性狀正成為轉(zhuǎn)基因技術(shù)研究與應(yīng)用的重點(diǎn)。

二是產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用規(guī)模迅速擴(kuò)大。截至2009年底，全球已有25個(gè)國(guó)家批準(zhǔn)了24種轉(zhuǎn)基因作物的商業(yè)化應(yīng)用。以轉(zhuǎn)基因大豆、棉花、玉米、油菜為代表的轉(zhuǎn)基因作物種植面積，由1996年的2550萬(wàn)畝發(fā)展到2009年的20億畝，14年間增長(zhǎng)了79倍。

美國(guó)仍然是最大的種植國(guó)，2009年種植面積9.6億畝；其次是巴西，3.21億畝；阿根廷，3.195億畝；印度，1.26億畝；加拿大，1.23億畝；中國(guó)，5550萬(wàn)畝；巴拉圭，3300萬(wàn)畝；南非，3150萬(wàn)畝。值得一提的是，2000年以來，美國(guó)先后批準(zhǔn)了6個(gè)抗除草劑和藥用轉(zhuǎn)基因水稻、伊朗批準(zhǔn)了1個(gè)轉(zhuǎn)基因抗蟲水稻商業(yè)化種植；加拿大、墨西哥、澳大利亞、哥倫比亞4國(guó)批準(zhǔn)了轉(zhuǎn)基因水稻進(jìn)口，允許食用。

三是生態(tài)和經(jīng)濟(jì)效益十分顯著。1996至2007年，全球轉(zhuǎn)基因作物的累計(jì)收益高達(dá)440億美元，累計(jì)減少殺蟲劑使用35.9萬(wàn)噸。2008年，全球轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品市場(chǎng)價(jià)值達(dá)到75億美元。

轉(zhuǎn)基因技術(shù)具有廣闊發(fā)展前景。作為人口大國(guó)，糧食安全是關(guān)系到我國(guó)社會(huì)穩(wěn)定的重大戰(zhàn)略問題。我國(guó)人多地少，農(nóng)業(yè)資源短缺，干旱、高溫等極端天氣時(shí)有發(fā)生，農(nóng)業(yè)用水長(zhǎng)期存在供需矛盾。要確?？诩Z絕對(duì)安全，中國(guó)人的飯碗里就要裝中國(guó)糧，就必須突破資源約束。歸根結(jié)底，依靠科技創(chuàng)新研發(fā)和應(yīng)用具有抗病蟲、提升作物品質(zhì)等功效的轉(zhuǎn)基因技術(shù)，是解決糧食、生態(tài)安全和農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要途徑。

轉(zhuǎn)基因技術(shù)的研發(fā)實(shí)踐表明，與常規(guī)育種技術(shù)結(jié)合，抗蟲和抗除草劑等基因作物的種植不僅能提高產(chǎn)量，而且能減少農(nóng)藥的使用，提升農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)，保護(hù)生態(tài)環(huán)境。

目前，我國(guó)大面積應(yīng)用的轉(zhuǎn)基因植物主要是抗蟲和抗除草劑作物。記者了解到，上世紀(jì)八九十年代，我國(guó)棉區(qū)棉鈴蟲大爆發(fā)，棉田大幅減產(chǎn)。美國(guó)公司轉(zhuǎn)基因抗蟲棉乘勢(shì)而入，一度幾乎占領(lǐng)我國(guó)華北棉區(qū)全部市場(chǎng)。1991年起，我國(guó)科學(xué)家開始轉(zhuǎn)基因抗蟲棉研究，8年后，國(guó)產(chǎn)抗蟲棉開始大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化。目前，國(guó)產(chǎn)抗蟲棉種植面積已占全國(guó)抗蟲棉面積的95%以上，為國(guó)家的棉花生產(chǎn)安全作出重大貢獻(xiàn)