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一、基因工程前程似錦
40 多年以前， 有兩位分別叫畢生和克裏克的美國科學家初次弄清楚了生物體遺傳物質DNA 的結構， 這一重大發現很快就給整個生物科學帶來了一次重大革命。70 年代初， 一種被稱之為基因工程的技術誕生了！ 它的出現使許多以前認為是天方夜譚的事成為了現實： 如米粒像玉米一樣大的水稻， 能產牛奶的豬， 可自己殺蟲的各種農作物等等。
基因工程又叫遺傳工程， 它就像一種分子手術一樣可按人們的需要來改變生物的性狀。它的實施過程大致如下： 我們知道， 生物體的任何性狀都是由它的DNA 的一個片段決定的， 我們把決定生物體某一性狀的DNA 片段叫基因。有一種酶叫DNA 限製性內切酶， 它可以根據我們的需要將DNA 上的某個基因切下來， 這就是基因工程的第一步。然後我們可以把切下來的基因接到噬菌體或細菌的一種質粒DNA 上， 這一過程叫重組， 而用於連接基因的噬菌體DNA 或細菌DNA 叫載體， 載體DNA 連接基因後的產物叫重組子。基因工程的第三步就是把重組子再插到動物、植物或細菌中， 讓我們切下來的基因在那裏安家落戶並產生新的性狀。
基因工程這一前所未有的嶄新技術在它誕生至今的20 年時間裏， 給工業、農業和醫學等領域帶來了鼓舞人心的變化， 使人類對解決自己麵臨的許多問題充滿了信心和希望。
由植物病毒引起的各種農作物的病毒病每年給農業生產帶來了巨大的損失， 估計全世界每年至少損失300 ～400 億美元。對於防治植物病毒至今沒有有效的農藥， 也沒有其他有效的措施。但基因工程技術的發展為我們防治植物病毒帶來了希望。病毒的結構很簡單， 裏麵是核酸芯子， 外麵包圍了一層蛋白質的外殼。科學家們發現核酸芯子和外殼是分別合成的， 然後以一對一的方式組裝成植物病毒。有趣的是， 如果核酸芯子和外殼蛋白的數量懸殊的話就不能進行組裝， 病毒也就無法進行繁殖。根據這一原理， 科學家們將病毒的外殼蛋白基因切下來然後接到了植物的DNA 上， 使植物中產生大量的外殼蛋白， 這樣就培育出了可以抵抗各種病毒的“超級植物”。目前， 能抵抗多種病毒的超級煙草、番茄、棉花、黃瓜等幾十種作物均已問世， 這種“超級作物”在田間栽培時可以免受多種植物病毒的危害。例如我國科研人員培育的超級黃瓜和煙草在大田栽培時， 其他的普通煙草和黃瓜已是病痕累累了， 它們卻安然無恙。
有一種細菌叫蘇雲金杆菌， 它可以產生一種叫Bt 蛋白的殺蟲物質， Bt 蛋白可以殺死白菜、黃瓜、棉花、煙草等作物的幾十種害蟲。過去， 以蘇雲金杆菌製成的生物農藥在防治蟲害中發揮了很好的作用， 而現在用基因工程的方法則更是巧奪天工。科學家們將蘇雲金杆菌中產生Bt 蛋白的基因用基因工程的方法切下來， 然後再接到農作物的DNA
上， 結果培育出了數十種能自己產生殺蟲物質的農作物新品種。這種可自我殺蟲的“超級植物”在田間生長時， 它們的生長、發育、開花和結果與普通農作物一模一樣， 但它們的葉子上、莖杆上可自己合成Bt 蛋白， 害蟲隻要啃上幾口就命歸黃泉了。因此， 它們可免受多種害蟲的危害。目前， 能自我殺蟲的農作物已經有40 餘種， 現在正進行試種實驗，
它們將在今後的農業生產中發揮重要作用。
大家知道， 大豆、綠豆、扁豆、豌豆等豆科植物的根莖部表麵都有許多的小瘤子， 叫作根瘤。根瘤內生活著一類叫固氮菌的細菌， 它們可以把空氣中的氮氣固定下來， 並轉變為可被植物利用的含氮物質， 因此豆科植物是不需要施氮肥的。豆科之外的其他植物如小麥、水稻、玉米、棉花等卻沒有這種本領， 因此在栽培時要多次施用尿素、碳酸氫銨、硝酸銨等氮肥。因此很久以來人們就在想， 要是水稻、小麥等作物也能利用空氣中的氮氣就好了。基因工程技術的發展在這方麵也給我們帶來了希望的曙光， 現在很多細菌的固氮基因已被切割下來， 科研人員正在想方設法把它們接到水稻、小麥等作物的DNA 上， 雖然目前還沒有成功， 但總有一天會取得成功。到那時就不必花費大量的人力和物力去興建化肥廠了。
基因工程在工業生產上也是大有用武之地。目前， 基因工程在工業生產上的應用主要有兩大方麵： 一是通過基因工程對微生物發酵工業的菌種進行改造， 使它們極顯著地提高產量和質量； 二是將一些有用的基因用基因工程的方法引入到微生物中， 使微生物產生一些對人類十分有價值的新產品， 主要是一些高效的藥物。在以下的篇幅中將簡要介紹前一個問題， 而後一個問題將在下一節中進行介紹。
頭孢黴素是50 年代發現的一種類似於青黴素的抗生素， 它是治療肺炎球菌、葡萄球菌等幾十種細菌感染的特效藥。頭孢黴素是用一種叫頭孢黴的真菌發酵生產的。研究發現， 一個叫EF 的基因是合成頭孢黴素的關鍵部件或設備。於是， 有一位科學家用基因工程的方法把EF 基因從一株真菌中切下來， 然後再接到另一株真菌上， 結果發現這一株接上了新的EF 基因的真菌的頭孢黴素產量比原來提高了15 % 。
d-澱粉酶是一種十分重要的工業用酶， 是用枯草杆菌生產的。1974 年有一位日本科學家將納豆芽孢杆菌的R 基因引入到枯草杆菌中， 結果使後者的d-澱粉酶產量提高了近5 倍。
有很多細菌可以吃石油為生， 但由於石油的成份十分複雜， 大多數細菌隻能消化石油中的一部分， 而其他成份仍然存在。1975 年有一位美國科學家做了一個十分有趣的試驗： 他把4 種不同的細菌消化石油的能力結合在一起， 製造了一種“超級細菌”。結果發現這種“超級細菌”的胃口大得驚人， 它可以把石油中2/ 3 的碳氫化合物吃掉。現在經常發生萬噸油船沉落大海的事故， 結果造成數百平方公裏的海水被石油汙染， 對於處理這種事故， “超級細菌”無疑是可以大顯身手的。
基因工程又叫遺傳工程， 它就像一種分子手術一樣可按人們的需要來改變生物的性狀。它的實施過程大致如下： 我們知道， 生物體的任何性狀都是由它的DNA 的一個片段決定的， 我們把決定生物體某一性狀的DNA 片段叫基因。有一種酶叫DNA 限製性內切酶， 它可以根據我們的需要將DNA 上的某個基因切下來， 這就是基因工程的第一步。然後我們可以把切下來的基因接到噬菌體或細菌的一種質粒DNA 上， 這一過程叫重組， 而用於連接基因的噬菌體DNA 或細菌DNA 叫載體， 載體DNA 連接基因後的產物叫重組子。基因工程的第三步就是把重組子再插到動物、植物或細菌中， 讓我們切下來的基因在那裏安家落戶並產生新的性狀。
基因工程這一前所未有的嶄新技術在它誕生至今的20 年時間裏， 給工業、農業和醫學等領域帶來了鼓舞人心的變化， 使人類對解決自己麵臨的許多問題充滿了信心和希望。
由植物病毒引起的各種農作物的病毒病每年給農業生產帶來了巨大的損失， 估計全世界每年至少損失300 ～400 億美元。對於防治植物病毒至今沒有有效的農藥， 也沒有其他有效的措施。但基因工程技術的發展為我們防治植物病毒帶來了希望。病毒的結構很簡單， 裏麵是核酸芯子， 外麵包圍了一層蛋白質的外殼。科學家們發現核酸芯子和外殼是分別合成的， 然後以一對一的方式組裝成植物病毒。有趣的是， 如果核酸芯子和外殼蛋白的數量懸殊的話就不能進行組裝， 病毒也就無法進行繁殖。根據這一原理， 科學家們將病毒的外殼蛋白基因切下來然後接到了植物的DNA 上， 使植物中產生大量的外殼蛋白， 這樣就培育出了可以抵抗各種病毒的“超級植物”。目前， 能抵抗多種病毒的超級煙草、番茄、棉花、黃瓜等幾十種作物均已問世， 這種“超級作物”在田間栽培時可以免受多種植物病毒的危害。例如我國科研人員培育的超級黃瓜和煙草在大田栽培時， 其他的普通煙草和黃瓜已是病痕累累了， 它們卻安然無恙。
有一種細菌叫蘇雲金杆菌， 它可以產生一種叫Bt 蛋白的殺蟲物質， Bt 蛋白可以殺死白菜、黃瓜、棉花、煙草等作物的幾十種害蟲。過去， 以蘇雲金杆菌製成的生物農藥在防治蟲害中發揮了很好的作用， 而現在用基因工程的方法則更是巧奪天工。科學家們將蘇雲金杆菌中產生Bt 蛋白的基因用基因工程的方法切下來， 然後再接到農作物的DNA
上， 結果培育出了數十種能自己產生殺蟲物質的農作物新品種。這種可自我殺蟲的“超級植物”在田間生長時， 它們的生長、發育、開花和結果與普通農作物一模一樣， 但它們的葉子上、莖杆上可自己合成Bt 蛋白， 害蟲隻要啃上幾口就命歸黃泉了。因此， 它們可免受多種害蟲的危害。目前， 能自我殺蟲的農作物已經有40 餘種， 現在正進行試種實驗，
它們將在今後的農業生產中發揮重要作用。
大家知道， 大豆、綠豆、扁豆、豌豆等豆科植物的根莖部表麵都有許多的小瘤子， 叫作根瘤。根瘤內生活著一類叫固氮菌的細菌， 它們可以把空氣中的氮氣固定下來， 並轉變為可被植物利用的含氮物質， 因此豆科植物是不需要施氮肥的。豆科之外的其他植物如小麥、水稻、玉米、棉花等卻沒有這種本領， 因此在栽培時要多次施用尿素、碳酸氫銨、硝酸銨等氮肥。因此很久以來人們就在想， 要是水稻、小麥等作物也能利用空氣中的氮氣就好了。基因工程技術的發展在這方麵也給我們帶來了希望的曙光， 現在很多細菌的固氮基因已被切割下來， 科研人員正在想方設法把它們接到水稻、小麥等作物的DNA 上， 雖然目前還沒有成功， 但總有一天會取得成功。到那時就不必花費大量的人力和物力去興建化肥廠了。
基因工程在工業生產上也是大有用武之地。目前， 基因工程在工業生產上的應用主要有兩大方麵： 一是通過基因工程對微生物發酵工業的菌種進行改造， 使它們極顯著地提高產量和質量； 二是將一些有用的基因用基因工程的方法引入到微生物中， 使微生物產生一些對人類十分有價值的新產品， 主要是一些高效的藥物。在以下的篇幅中將簡要介紹前一個問題， 而後一個問題將在下一節中進行介紹。
頭孢黴素是50 年代發現的一種類似於青黴素的抗生素， 它是治療肺炎球菌、葡萄球菌等幾十種細菌感染的特效藥。頭孢黴素是用一種叫頭孢黴的真菌發酵生產的。研究發現， 一個叫EF 的基因是合成頭孢黴素的關鍵部件或設備。於是， 有一位科學家用基因工程的方法把EF 基因從一株真菌中切下來， 然後再接到另一株真菌上， 結果發現這一株接上了新的EF 基因的真菌的頭孢黴素產量比原來提高了15 % 。
d-澱粉酶是一種十分重要的工業用酶， 是用枯草杆菌生產的。1974 年有一位日本科學家將納豆芽孢杆菌的R 基因引入到枯草杆菌中， 結果使後者的d-澱粉酶產量提高了近5 倍。
有很多細菌可以吃石油為生， 但由於石油的成份十分複雜， 大多數細菌隻能消化石油中的一部分， 而其他成份仍然存在。1975 年有一位美國科學家做了一個十分有趣的試驗： 他把4 種不同的細菌消化石油的能力結合在一起， 製造了一種“超級細菌”。結果發現這種“超級細菌”的胃口大得驚人， 它可以把石油中2/ 3 的碳氫化合物吃掉。現在經常發生萬噸油船沉落大海的事故， 結果造成數百平方公裏的海水被石油汙染， 對於處理這種事故， “超級細菌”無疑是可以大顯身手的。
