1.基因工程技术在农业上的研究应用状况

基因工程是指在体外将核酸分子插入病毒、质粒或其它载体分子，构成遗传物质的新组合，并使之渗入到原先没有这类分子的寄主细胞内，而能持续稳定地繁殖。从定义上看，它首先强调外源核酸分子在另一种寄主生物细胞中进行繁殖的问题，这种跨越天然物种屏障的能力，是基因工程的第一重要特征。这表明，应用基因工程技术，人们就可以按照自己的主观愿望，创造出自然界原先并不存在的新的生物类型。通过基因工程技术，把来自不同生物的外源DNA插入到载体分子上，所形成的杂种DNA分子与神话传说中的那种具有狮首、羊身、蛇尾的怪物颇为相似。当前，科研人员正是利用基因工程这一特征，在动植物遗传改良上取得了前所未有的成就。

1.1 植物育种上的应用 农作物生物技术的目的是提高作物产量，改善品质，增强作物抗逆性、抗病虫害的能力。基因工程技术在这些领域，已取得令人瞩目的成就。

1.1.1 利用基因工程技术培育抗除草剂作物　化学除草剂在现代农业中起着十分重要的作用，新的除草剂也不断出现。作为一个理想的除草剂，它必须具有高效、广谱的杀草能力，而对作物及人畜无害，在土壤中的残留要短，不能增加农业成本太多。问题是现在要开发出一种新的符合上述要求的除草剂成本越来越高，选择的机率也在明显降低。50年代，从2000个化合物中可筛选出一个投入商品生产，到70年代，这个比例下降至1/7000，而80年代降低到差不多1/20000。然而，通过基因工程来提高除草剂的选择性以及对作物的安全性，具有重要的意义。同时，在作物导入高抗除草剂基因，也可使人们更自由地选择适合轮作套作的作物种类。现在，针对不同除草剂作用机理，已获得抗除草剂基因工程烟草、番茄、马铃薯、棉花、油菜、大豆、水稻等作物。

1.1.2 利用基因工程技术培育抗虫作物　自从将 B.t毒蛋白基因导入烟草表达后表现出抗虫特性以来，国内外不少实验室在这方面开展了工作，并已相继获得抗虫基因番茄、马铃薯、甘蓝、棉花、杨树等。目前，除了将一些毒蛋白基因导入植物外，一些昆虫毒素基因也已被用于抗虫基因工程，取得很大效果。

1.1.3 利用基因工程技术培育抗病作物　由于植物病毒的分子生物学的进展，植物抗病基因工程发展最快。自从发现将烟草花叶病毒（TMV）的外壳蛋白基因导入烟草中，在转基因植株上明显延迟发病时间或减轻病害的症状，通过导入植物病毒外壳蛋白来提高植物抗病毒的能力，已用多种植物病毒进行了试验。用黄瓜花叶病毒（CMV）、马铃薯X和Y病毒（PVX和PVY）、大豆花叶病毒（SMV）、苜蓿花叶病毒（AIMV）、木瓜环斑病毒等病毒的外壳蛋白基因导入植物后均得到类似的结果。利用基因工程手段增强植物对细菌和真菌病的抗性方面，也取得很大进展。

1.1.4 利用基因工程技术培育抗逆性强的作物　植物对逆境的抗性一直是植物生物学家关心的问题。由于植物生理学家、遗传学家和分子生物学家协同作战，转基因耐涝性、耐盐碱、耐旱性和耐冷性的作物新品种（系）也已获得成功。如 Murata等通过向烟草导入拟南芥叶绿体的甘油3磷酸乙酰转移酶基因，以调节叶绿体膜脂的不饱和度，使获得的转基因烟草的抗寒性增加。

1.1.5 利用基因工程技术改良作物品质　在作物的品质改良方面，近几年取得不小进展。种子及其他贮藏器官（块茎、块根、鳞茎等）中蛋白质的含量及其氨基酸的组成、淀粉和其他多糖化合物以及脂类物质的组成，直接关系到这些食物的营养价值或在工业上的用途。由于不少贮藏蛋白的基因或与这些贮藏物质代谢过程有关的代谢过程而改变这些器官中的物质组成，甚至使植物产生的反义RNA基因，就有可能通过调控有关的代谢过程而改变这些器官中的物质组成，甚至使植物产生新的或者修饰过的化合物。在蛋白质改良方面，由于特定作物种子中往往缺少某几种必需氨基酸，人们的注意力集中于通过基因工程改变蛋白质的必需氨基酸的组成而改善植物的营养价值。例如，将巴西坚果的富含蛋氨酸的2S清蛋白基因转入烟草，在菜豆种子的贮藏蛋白基因的启动子的驱动下，表达的蛋白质中18%的氨基酸为蛋氨酸，在转基因烟草的蛋白质中蛋氨酸的含量增加了30%。也有人将编码高含硫氨基酸的蛋白质基因导入豆牧草，使之在茎中高度表达，大大提高了其作为饲料的营养价值。同时，基因工程在调控植物的淀粉及其他多糖化合物方面，也取得较大进展。在改变油料作物油脂的组成方面，近几年已取得一系列重要的突破，这方面的主要目标是改变油脂中不饱和度以及脂肪链的长度。例如：通过导入硬脂酸ACP脱氢酶的反义基因，在转基因油菜和芜菁的种子中硬脂酸的含量2%增加到40%，增加20倍。

1.1.6 利用基因工程调控植物激素和生长发育　对植物生殖生长过程（包括花的形成、发育、雄性不育、自交不亲和性、胚胎发育等）的调控，在作物生产及园艺上均十分重要。最为成功的是利用基因工程产生雄性不育系。另外，有人将一种叫flo的基因导入杨树，竟使之开花提前了好几年。基因工程在调控植物激素和生长发育方面的应用近年来发展很快。

1.1.7 利用基因工程调节植物的次生代谢或用植物生产具有重要经济价值的蛋白质　植物的很多次生代谢产物广泛用于生产药物、化妆品、食品添加剂等，但是在天然植物中它们的含量通常很低。在研究了解次生代谢途径的前提下，导入在正常植物中作为代谢途径的限速酶的基因或有关的具调节功能的基因，有可能提高作物的特定次生代谢物的产量。例如将长春花的编码色氨酸脱羧化酶的基因导入烟草中使之由色氨酸产生生物碱原色胺，在转基因植物中酶活增加45倍，而色胺含量增加了260倍，结果1 g鲜重的植物材料可产生1 mg多的色胺。国内外一些实验室正在利用重组的植物病毒（如 MTV）感染植物，以产生大量有医用价值的蛋白。还有人将动物蛋白基因转入植物，使之在植物特定的器官表达，也已取得成功。

1.2 动物育种上的应用

1.2.1 利用基因工程改良动物　长期以来，人类通过选择育种培育了不少农用和玩赏动物，对于食用动物，则希望提高其生产效率，改变脂肪和瘦肉的构成，提高繁殖能力，增强抗病性。因此，转基因动物的出现为实现高效益牧业带来了利益。此外，对于开发动物体作为活的生物反应器、生产珍稀蛋白质等方面，均有很大的潜力。转基因动物的一种潜在的利用是，有可能将它作为专门生产一些特殊药物的"生物工厂"。在大鼠生长激素研究工作的基础上，通过将目的基因重组在乳汁蛋白质基因启动子的下游，已成功地培育了可在乳腺中高效表达的外源蛋白质的转基因小鼠。应用此种方法已能生产人类组织纤溶酶激活物和尿激酶。近年来在绵羊等大型哺乳动物的乳汁中生产药用蛋白质工作，已经取得了显著进展。90年代初期，G.Wright等人已成功地培育出一种其乳腺能分泌α1抗胰蛋白酶（α1 anti-trypsin，ATT）的转基因绵羊；K.M.Ebert等人也获得了可在乳腺中分泌一系列t PA的转基因山羊。这些转基因动物的培育成功，为我们提供了已经作了转译后加工的易于纯化的蛋白质来源。因此，应用转基因的羊或牛的乳汁制备药用蛋白质具有十分重要的经济意义，得到人们广泛的重视。此外，基因工程在培育生长速度快，品质优，抗逆性强的动物上也取得较大效果。

1.2.2 克隆技术　动物克隆技术早在70年代已为科学家所关注，而且不少国家已有了重要突破。1997年，英国克隆羊"多利"的产生，引起全球极大关注。"多利"是第一例经体细胞核移植出生的动物，是人类在这一领域研究中的重大突破，意味着可以快速地生产出大量的克隆动物。虽然，动物克隆引起了生物学界和人类伦理学的激烈的争论，但它至少有以下 3方面的意义：①克隆技术可以快速繁殖出成批优良种畜；②克隆动物是良好的实验材料；③克隆技术对于繁殖经济动物，拯救濒危动物或家畜遗传多样性的保存具有重大意义。

2. 基因工程在我国21世纪农业发展中的前景及对策

如前所述，由于基因工程运用DNA分子重组技术，能够按照人们预先的设计创造出许多新的遗传结合体，具有新奇遗传性状的新型生物，增强了人们改造动物植物的主观能动性，预见性，并且当前已在提高动植物产量，改善品质，增强抗逆性及生产特用产品上发挥了不可代替的作用，显示了巨大的潜力。当前，世界各国，包括美国、日本、加拿大等国家政府及其一些大公司都十分重视基因工程技术的研究与开发应用，纷纷投入大量的人力、物力、财力，抢夺这一高科技制高点。目前，转基因物质在美国的农作物种植和食品加工的各个环节中无处不在，其应用日益增长。至今，美国批准了35种转基因作物、几十种转基因酶和其它应用在食品加工过程中的转基因物质。当前我国基因工程技术尚落后于发达国家，更应当加速发展，迎头赶上，切不可坐失良机。对于基因工程技术，应考虑以下3点：①提高重要性认识，加大投入力度。21世纪将是一个高科技激烈竞争的时代，而主战场将是生物技术和信息技术。我国是一个人多地少，人均资源贫乏的国家，粮食与环境污染问题依然是下个世纪国民经济与社会发展的主要问题之一。而其因工程技术在农业上的特殊地位与作用，最有可能担此重任，因此，要充分认识其重要性，加大投入力度。②加强管理，有选择性地研制开发对当前生产有用的基因工程产品。我国还是一个发展中的大国，资金有限，对于基因工程的开发研究不可能面面俱到，应重点扶植一些有基础、条件较好的单位，并且将重点放在开发性研究上，21世纪初可优先考虑发展以下领域：农作物基因工程，畜禽鱼虾的基因工程技术，动植物中有价值产物的合成。③加速研究成果向产品化转变。21世纪基因工程技术将加快向产业化、商品化、环保化和国际化发展，其根本目的在于最大限度地提高资源产出率，劳动生产率和产品商品率，实现产业的社会经济和生态效益统一。在我国，研究领域与生产领域脱钩的现象依然严重，一些研究成果在鉴定之后就被锁在柜子里面，这样既不利于调动研究人员的积极性，也不能给社会带来任何实际好处。因此，要理顺科研与市场的关系，建立健全科研管理机制与体系，这是发展基因工程这一高科技不可缺少的外部环境。（陈小荣 钟蕾 http://www.kpzs.net/rural/161/200612/53355.html）