1.3基因工程的应用基因工程自20世纪70年代兴起后，在短短的30年间，得到了飞速的发展，目前已成为生物科学的核心技术。基因工程在实际应用领域一一农牧业、工业、环境、能源和医药卫生等方面，也展示出美好的前景。植物基因工程硕果累累68%植物基因工程在农业中的应用发展迅速。从1996~70%2001年，在短短的5年中，全世界转基因作物的种植面积60%就增长了30倍。以转基因植物研究、开发和应用为标志的0农业技术革命，已经在一些国家展开。2001年，就世界范围来看，转基因植物种植面积首次突破5×10°hm。其中，40转基因大豆、棉花、油菜、玉米已进入大规模商业化应用30%22%阶段，这四种转基因作物种植面积占相关作物种植面积的20%比例已达到：大豆63%，玉米19%，棉花13%，油菜5%10%我国转基因作物的种植面积也迅速增长，前已位居世界第四（图1-16)。美球阿根廷加拿大中国植物基因工程技术主要用于提高农作物的抗逆能力（如图1-162001年转基因作物种植面积最抗除草剂、抗虫、抗病、抗干旱和抗盐碱等，以及改良大的西个国家及其所占比例农作物的品质和利用植物生产药物等方面。抗虫转基因植物全世界每年因虫害造成农作物的损失约占总产量的13%，达数千亿美元，对农业害虫的防治，大多是依靠化学农药。大量使用化学农药不仅造成了严重的环境污染，损害了人类健康，而且大大增加了生产成本。因此，从某些生物中分离出具有杀虫活性的基因，将其导人作物中，使其具有抗虫性，已成为防治作物虫害的发展趋势。目前，已间世的转基因抗虫植物主要有水稻（图1一17）、棉、玉米、马铃薯、番茄、大图1-17转基因抗虫水档豆、蚕豆、烟草、苹果、核桃、杨、菊花、转基因抗虫水霜（绿色植株）与对黑和白花三叶草等。用于杀虫的基因主要是（黄色枯蒸植株）专题1基因工程17
B毒蛋白基因、蛋白酶抑制剂基因、淀粉酶抑制剂基因、植物凝集素基因等。例如，我国转基因抗虫棉就是转人BI毒蛋白基因培育出来的，它对棉铃虫具有较强的抗性。生物技术资科卡可用于转基固植物的抗虫基因B青蛋白茶因是从苏云金茅意杆菌中分高出复合物·从而断或降低蛋白静的活性，使昆虫来的抗虫基国，当害虫食用含有转基固的植物时不能正常提取，消化食物中的蛋白质，这种复合B基因编妈的蛋白质会进入害业的肠道在消化核还魅制量民出分没过量的消化嗨，引起害更的酶的作用下，要白质能够降解成相对分子质量比庆食反应，软小的，有毒的多肽，多肤结合在肠上皮细愈的淀粉毒换制剂基固产生的淀粉酶抑制剂可以特异性受体上，会导致细胞膜穿孔，细胞肿胀裂种制昆虫消化道中的淀粉酶活性，使害虫不能消解，最后造成害虫死亡，由于B毒蛋白对哺乳动化所摄取的淀粉，从而妞所害虫的能量来源物无毒害作用，固而广定用于抗虫转靠国植物植物教集素基固控制植物合成种糖蛋白蛋白酶抑制削基因广泛存在于植物中·它产这种情蛋白可与尼虫质遇粘膜上的菜种物质结生的抑制剂可与害虫消化道中的蛋白牌结合形成，合，从而彩响客虫对营养物质的班收和利用。售近几年来，我国拥有自主知识产权的转基因抗虫棉的研究和应用，取得了突飞猛进的发展，从1998年占据市场份额的10%，已经提高到2000年的64.4%，居主导地位仅2002年我国抗虫棉的栽培面积已达95×10°hm，增加收益约20亿元人民币。非转基国小麦抗病转基因植物植物像人一样也会生病。引起植物生病的微生物称为病原微生物，主要有病毒、真菌和细菌等。例如，许多栽转基因小麦培作物由于自身缺少抗病毒的基因，因此，用常规育种的方法很难培育出抗病毒的新品种，而基因工程技术，为培图1-18抗编毒的转基磨小麦育抗病毒植物品种开辟了新的途径，目前，人们已获得抗烟草花叶病毒的转基因烟草和抗病毒的转基因小麦（图1一18）、甜椒（图1一19）番茄等多种作物。抗病转基因植物所采用的基因，使用最多的是病毒外壳蛋白（coatprotein，CP）基因和病毒的复制酶基因：抗真菌转基因植物中可使用的基因有儿丁质酶基因和抗毒素合成基因。抗造转基因植物环境条件对农作物的生产会造成很大影响。例如，盐图1-19抗病毒的转基因甜椒18专题1基因工程
碱、干旱，低温、涝害等不利的环境条件，是造成低产、减产的常见因素。目前，全球的盐碱和干旱地区分别占陆地面积的13，还有许多地区属于高寒地区。这些不利的环境条件也会对农业生产造成影响：由于盐碱和干早对农作物的危害与细胞内渗透压调节有关，自前科学家们正在利用些可以调节细胞渗透压的基因，来提高农作物的抗盐碱和抗干早的能力，这在烟草等植物中已获得了比较明显的成果。科学家们还研究开发出了一批耐寒作物，使它们在图1-20我丽学家在实验日中观察寒冷的环境条件下：良好地生长，例如，将鱼的抗冻蛋白转鱼抗冻蛋白基固的摄装基因导人烟草和番流（图1一20），使烟罩和番的耐寒能力均有提高。此外，将抗除草剂基因导人大豆、玉米等作物（图1一21），喷酒除草剂时，杀死田间杂草而不损伤作物。利用转基园改民植物的品质随着人们生活水平的提高人们对食品的要求不仅仅是吃饱，面且要富于营养。但是，我们吃的许多食品含有的营养成分并不平衡，例如，豆类食品中，含有蛋氨酸比较少，大米，玉米、小麦则含赖氨酸比较少。这些人体必需的氨基酸缺少后对人的健康不利。科学家将必需氨基酸图1-21转基固抗除草剂主米含量多的蛋白质编码基因，导入植物中，或者改变这些氨左侧颐酒除章剂后，杂草全服除掉，转基国压基酸合成途径中某种关键酶的活性，以提高氨基酸的含量。米生长正节一右侧术喷酒除草剂，杂草丛生例如，我国科学家将富含赖氢酸的蛋白质编码基因导入玉米，获得的转基因玉米中赖氨酸的含量比对照提高30%（图1 -22)。香茄含有丰富的维生素，但不耐储存，我国科学家将控制番药果实成熟的基因导入番范，获得转基因延熟番范，储存时间可延长1一2个月，有的可达80多天。自前，我国农业部已批准这种耐储存潘茄进行商品化生产。我国科学家还成功地将与植物花青素代谢有关的基因导人花卉植物矮牵牛中。转基因矮牵牛量现出自然界没有的颜色变异。雨1-22转基因高赖氧酸玉米大大提高了花开的观赏价值（图1一23）。图1一23转基因矮牵牛量现出原本没有的花色交异左例为对照、中间和右例为转基因后的变异！19专题1基因工程
异想天开发光树能做路灯吗？自然界有计多生物可以发光，它们发相连，公路将变成美丽的荧光世界。也许出的光有磷光和荧光两种。大家最熟态的不久的将来，你可以用各种各样的发光植是莹火虫，在夏天的夜晚，它们那“腾空物来装点你的庭院和家居，那是多么漂类星顾，拂树若花生”的美丽荧光，曾引亮、有趣！起人们的许多通想，科学家研完发现，莹火虫发光是发光器中的荧光素，在荧光酶的催化下发出的间歌光，荧光素和荧光酶都是由发光基固“指样”合成的。如果将发光基因导入植物，培育出发光植物是一件十分有趣的事情目前，科学家已培育出发光的烟草、棉花等。科学家们正计划培育一种发光的央竹桃，将其种植到高建公路的两劳，白天做行道树，夜晚做路灯照明，到那时，每当夜幕降临，公路两旁的央竹桃荧光闪闪，树树转入萤火虫荧光酷的转基因烟草苗动物基因工程前景广阔动物基因工程是20世纪80年代开始发展起来的，它从诞生那天起，就在动物品种改良，建立生物反应器，器官移植等很多方面显示了广阔的应用前景。用于提高动物生长建度动物基因工程技术可以提高动物的生长速率。由于外源生长激素基因的表达可以使转基因动物生长得更快，因此，科学家们将这类基因导入动物体内，以提高动物的生长速率，例如，将生长激素基因导人绵羊体内，转基因绵羊的生长速率比一般的绵羊提高30%，体型增大50%：将生长激素基因导人鲤鱼，9个月后有的转基因鲤鱼比对照重1.5kg图1-24)。图1-24转生长激素基因耀鱼（左）20专题1基因工程
用于改善高产品的品质动物基因工程技术的另一个重要作用是改善奋产品的品质。例如。有此人对牛奶中的乳糖不能完全消化或食用后会出现过敏、泻，恶心等不适症状，科学家将肠乳糖酶基因导入奶牛基因组，使获得的转基因牛分泌的乳汁，在其他营养成分不受影响的情况下，乳糖的含量大大减低。用转基动物生产药物最令人兴奋的是利用基因工程技术，还可以使哺乳动物本身变成“批量生产药物的工厂。科学家将药用蛋白基因与乳腺蛋白基因的启动子等调控组件重组在一起，通过显微注射等方法，导人哺乳动物的受精即中，然后，将受精卵送人母体内，使其生长发育成转基因动物。转基因动物进入泌乳期后，可以通过分泌的乳汁来生产所需要的药品，因而称为乳腺生物反应器或乳房生物反应器。目前，科图1-25转有人α-抗膝蛋白学家已在牛和山羊等动物乳腺生物反应器中表达出了抗影酶基因的转基因羊血酶、血清白蛋白生长激素和α-抗胰蛋白酶（图1-25）等重要医药产品。用转基园动物作采宝移植的供体.动物基因工程技术有可能使建立移植器官工厂的设想成为现实。日前，人体移植器官短缺是一个世界性难题。为此，人们不得不把目光移向寻求可替代的移植器官。由手猪的内脏构造、大小、血管分布写人极为相似，而且猪体内隐感的、可导致人类疾病的病毒要远远少于灵长类动物，是否可以用猪的器官来解决人类器官的来源问题呢？科学家将目光集中在小型猪身上。实现这一目标的最大难题是免疫排斥。目前·科学家正试图利用基因工程方法对猪的器官进行改造，采用的方法是将器官供体基因组导人某种调节因子，以抑制抗原决定基因的表达，或设法除去銀如某位心脏病人换上了经过抗原决定基因，再结合克降技术，培育出没有免疫排斥反改造的绪的心鞋，在生适中他应的转基因克隆猪器官。会遗到歧视吗？基固工程药品开军安起基因工程制药是制药行业突起的一支新军，不仅具有独特的优势，发展速度也很快。自20世纪80年代初，第一种基因工程药物一一重组人胰岛素投放市场以来，利用转基因的工程菌?生产的药物已有60多种。这些药物包括细胞因子，抗体、疫苗，激①用基因工程的方法，使外源基国得到高效率表活的菌类细胸样系一般称为“工程菌。专题1基因工程21