第一篇第二十八章基因工程在农业及环保中的应用 (1)
基因工程技术人世以来，许多以前连想都不敢想的事情变成了现实，在人类的生活中，
无论是工业、农业，还是医学、环境等方面，基因工程技术都给人类带来了光明的前景。在
这里，将主要介绍它在农业及环境保护中的应用。
基因工程与农业
人的生存离不开食品。人口的不断增长，所需的食品量就必定不断增加，因此，食品
短缺问题是摆在人类面前的一个重要问题。国外一个由5名诺贝尔奖金获得者和10位世界著
名科学家组成的“未来行动委员会”预测：到2015年，世界人口可能增长到80亿，在今后的
十几年中，要满足人类对食品的需求，包括粮食、畜产品、水产品等在内的食品生产，必须
比现在要有成倍的增加。
人类为了生存，早就对农业进行过“革命”。在欧洲有人认为，到目前为止，农业已进行过
两次革
命：第一次是18世纪60年代，在农业生产中以畜力代替人力；第二次是20世纪50～70年代，
以机械代替畜力，同时伴随灌溉、化肥、农药、除草剂、人工授精及杂交育种等新技术的应
用。而基因工程技术则将引发起第三次农业革命。基因工程在农业上的作用是巨大的，有许
多问题可以用基因工程的方法去解决。
除草与防治病虫害
过去，田间人工锄草是件常规劳作，花费了不少的劳力。后来，人们为了从繁重的锄草劳动
中解放出来，发明了一种强力化学除草剂——草甘膦。试验结果表明，它的确能杀死田间
大多数杂草，但不幸的是，它也能杀死许多作物(主要是宽叶作物，如棉花)。研究表明，它
之所以能杀死这些植物，是因为它能阻断这些植物中的一种酶的形成，而这种酶正是这些植
物合成各芳香族氨基酸所必需的。因此，由于这种酶的缺乏，就导致了各芳香族氨基酸的缺
乏，也最终导致了不能合成生命所必需的蛋白质(这些蛋白质需要各芳香族氨基酸为原料)而
使这些植物死亡。基于上述认识，研究者通过基因工程方法，成功地把对草甘膦具有抗性的
基因转移到作物染色体上，使其产生的酶能消除草甘膦对作物的破坏作用，如不再阻断各芳
香族氨基酸合成时所需要的那种酶。所以，现在种上这种抗草甘膦的转基因作物，待田间杂
草出现时，喷上草甘膦就可方便地消除杂草，而作物仍安然无恙。由于人类本来就不能合成
这些芳香族氨基酸，建造其蛋白质时必须从食物中获得，所以除草剂对人类无害。
在过去的作物生产中，防治病虫害也是件常规的劳作，要花费不少的劳力和财力。转基
因植物也能抵御虫害侵袭。有一种番茄毛虫，由于食番茄叶而使番茄受到毁灭性损害。研究
发现，土壤杆菌中有一基因编码一种酶，能把昆虫(其中包括番茄毛虫)的一种胃酶转化成有
毒物质，可导致昆虫瘫痪死亡。研究者已分离出这种基因，并转移至番茄染色体上而成为转
基因番茄。试验表明，把这种转基因番茄与普通番茄种植在一起并施放番茄毛虫时，结果转
基因番茄枝叶繁茂和硕果累累，而普通番茄却被毛虫吃得片叶不留。许多植物害虫(如地老
虎)还专门毁坏植物的根。为了避免这一危害，研究者也已把上述土壤杆菌的那一基因转移
至与根群居的细菌中。昆虫在吃植物根的同时，也吃了与其生活在一起的转基因细菌。同样
，由于这种转基因细菌产生的酶，能使昆虫的一种胃酶转化成有毒物质，而导致
昆虫死亡。由于哺乳动物中没有昆虫中的那种胃酶，所以人吃这种转基因番茄时，不会产生
有害物质，从而对人体无害。
此外，培育抗寒、抗旱、抗盐碱的新品种，使荒芜的沙漠长出绿油油的牧草，使未开垦的不
毛之地长出丰硕的粮食。将叶绿体中的高光效基因转移到另一种品种中，以增加光合效率从
而大幅度增加粮食产量，达到为世界提供更多粮食的目的。还可以用基因工程技术改善粮食
中的蛋白质含量，如把大豆的蛋白基因转移到水稻中，把玉米醇溶蛋白基因转移到向日葵里
，在玉米中加入赖氨酸密码子，用基因工程技术选种、育种，用基因工程菌使农作物免遭冻
害……诸如此类，不胜枚举。
生物固氮
要提高农作物的产量，除了选育优良品种外还要有足够的肥料，这个问题也需要基因工程来
帮忙。
我们知道世界人口1999年已达到60亿，21世纪中期将突破100亿大关，而耕地面积却不断减
少。在今后几十年内要满足世界人口对食品的需要，粮食、畜产品和水产资源等食品的生产
，至少需要翻一番。
20世纪70年代末生物工程(新生物技术)的问世，使人们看到了解决食品短缺问题的希望。
利用细胞工程，通过细胞和组织培养技术进行快速繁殖(也叫试管苗)；通过基因转移技术等
培育出抗寒、抗旱、抗盐碱、抗病的新品种，以提高农作物产量和降低生产费用。目前，
利用生物工程，无论在农田作物、蔬菜、果木等的优良品种的选育上，还是在海洋资源的开
发上，都有很多成功的实例。
我们知道，豆科植物不施肥或少施肥也能丰收，这是什么原因呢？这是由于豆科植物能固定
空气中游离的氮。于是科学家们就通过基因工程把豆科植物的固氮基因转移到其他作物根际
周围的细菌体内，使它们也能固定氮素，供农作物生长。科学家们更进一步的研究，是通过
基因工程技术把豆科作物的固氮基因直接转移到禾本科(诸如稻、麦)的根上，使之能直接固
氮，这样，禾本科作物和豆科作物一样也能固定空气中的氮素，从而达到不施氮肥或少施氮
肥也能丰收的目的。
巨型家畜的产生
基因工程技术对发展畜牧生产也提供了广阔的前景。在基因工程技术的生产情况下，可使奶
牛的产奶量提高15%～20%，奶羊的产奶量提高8%～12%，猪日增重提高约15%，且瘦肉比例增
加。在饲料生产上采用基因工程技术，可以使饲料价格大幅度下降。
此外，人们还在考虑基因转移是否也可以改造多细胞生物的整个个体呢？如果可以的话，
这就意味着，可以把体形较大动物的生长素基因转移到较小动物中去，而使后者体重显著增
加。
答案是肯定的，巨型小鼠的产生就是一例。其产生过程如下：
(1)假孕小鼠和受精卵的准备。选择自然发情的正常雌小鼠2只：一只与事先扎好输精管的不
育雄鼠交配，造成假孕，使这只雌鼠成为假孕小鼠；另一只与正常雄小鼠交配14～16小时
后，剖腹从输卵管中取出受精卵。
(2)显微注射。把目的基因(大鼠生长素基因)用显微注射器注入受精卵。
(3)将注射有目的基因的受精卵移植至假孕小鼠中，以发育成个体。
(4)转基因动物的鉴定。同窝鼠中，巨型小鼠为转基因小鼠。转基因小鼠间交配，产生的
仍是巨型小鼠，说明这些小鼠在遗传上是稳定的，可一代一代地传递下去。
转基因小鼠试验的成功，使人们不禁设想，以此类推，如果把体形较大动物的生长素基
因转移到较小的经济动物中去，也应使后者的体重显著增加。例如，把大象的生长素基因转
入到猪中，就可能使猪长得像象那样大；把人的生长素基因转入到鱼中，就可能使鱼长得像
人那样大；把鲸的生长素基因转入牛羊等家畜中，也可能长得硕大无比。
如果有一天人们不喂鸡也能吃到没有蛋壳的鸡蛋，你也千万不要奇怪，因为有了基因工程，
什么都有了可能。
白色污染的克星
在我们周围环境的垃圾中，废纸木材都会自然腐烂，破铜烂铁也会被氧化、锈蚀，都会较快
地进入自然的物质大循环中。惟有那些被称为“白色污染”的塑料，由于它们极难分解而
成为自然环境的“癌症”。
现代遗传科学和基因工程技术的发展，科学家已查清具有分解塑料能力的蛋白酶的遗传
密码，并把具有这种分解能力的基因转入细菌内，得到了具有分解塑料能力的细菌。
科学家还发现，有些细菌在缺氧或缺氮条件下，会分泌出一种大分子聚合物以作为其食物的
补充，而这种聚合物正是天然塑料。显然，这种细菌必有分解塑料的基因。把这种细菌直接
放入“白色污染”地区，并给予缺氧条件，细菌就可把塑料分解。或者，把这种细菌分解塑
料的基因移植到另一种繁殖更快的菌体内，其分解塑料的能力便会大为增强。
救死扶伤的生力军——
基因工程在医学上的应用
众所周知，人类的健康受到各种疾病的威胁，每当人们找到一种治疗疾病的方法时，就会使
人类的平均寿命有所增加。例如，自从人类发现了牛痘，控制了天花后，就使人类的平均
寿命增加了10年。又如人类发现了青霉素，用它来对付各种细菌，这又使人类的平均寿命增
加10年。如今基因工程也加入了这一队伍，担当起救死扶伤的重担，那么它是如何发挥作用
的呢？
能制造药品的细菌工厂
多年来，人们被一些传染性的病毒病(如乙型肝炎)、癌症、艾滋病以及遗传病所困扰，科学
家们一直想利用人体天然存在的蛋白去治疗这些疑难病。例如，现在使用从人
的血液中提取白蛋白来预防和治疗疑难病，用从人体白细胞提取的干扰素治疗癌症等。可这
些提取的蛋白含量极低，难以大量生产，价格十分昂贵。
基因工程的出现使得人们的梦想的以实现。
1977年美国加州希望医学中心的科学家第一次使大肠杆菌产生了人脑中的一种激素——生长
激素释放抑制素，这个成就引起了世界范围的震动。那么，这个实验是怎么进行的呢？博耶
等人认为，可以用化学合成法人工合成这种激素的基因，这样可以避免从人类基因库
里分离这种基因的复杂工作。博耶等人首先把大肠杆菌染色体中的启动子分离出来。什么叫
启动子呢？启动子好似电灯的开关，只有打开开关电灯才能亮起来，而在生物体内，只有细
胞核里染色体上的启动子启动时基因才能产生蛋白质。他们把分离得到的启动子连接到人工