科普-中华学生百科全书-第333章
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阶段就会起作用，向土壤中的根瘤发出信号，欢迎它们来作客、“定居”。
当基因工程方兴未艾之时，一个极其动人的主意很自然地跳了出来：如
果把豆科作物的固氨基因转移给水稻、小麦、棉花，那该多好！不要说省去
了成亿吨的化肥，也不要说省去了施肥的大量劳力，就对于改善土壤结构、
保护生态环境来说，这也是功德无量的好事。
所以，在整个植物基因工程中，固氮基因的转移成了王冠上的明珠。许
多学者孜孜不倦地进行着研究，希望早日攻下这座堡垒。让我们来看看植物
基因工程的进展。
植物基因工程有多种方式，如杂交育种、细胞融合、DNA 重组等等。其
中，最复杂也最先进的当属 DNA 重组。由于植物基因工程的对象都是结构和
遗传规律比较复杂的高等植物，而且植物细胞有比较坚实的细胞壁，所以，
要将外来的基因导入植物细胞要比导入微生物和动物细胞困难得多。寻找一
种合适的载体，是这一技术的关键。
70 年代，两位比利时人在这个关键问题上取得了突破。他们发现了一种
大颗粒质粒——Ti 质粒，这种质粒能顺利地进入植物细胞的核内，把自己所
带的 DNA 片段“硬塞”给植物的 DNA。Ti 质粒的“娘家”是一种根癌土壤杆
菌，所以它把 DNA 片段硬塞给植物后，植物就会生癌。这可是会致命的癌，
不是豆科植物的那种根瘤。从这一点来说，Ti 质粒是个坏种。可是它具有携
带、硬塞 DNA 片段的通天本领，科学家就请它来当运输大队长，带上特定的
DNA 片段，进入特定的植物细胞。试验下来，居然一切顺利。
从事 Ti 质粒研究的科学家越来越多，而 Ti 质粒立下的功劳也越来越多。
由它带进植物细胞并得到表达的基因已有数十种。这中间有其他植物的基
因，也有微生物的基因、动物基因，甚至还有人的基因——人的生长基因，
真是有点不可思议！
除了 Ti 质粒，人们还找到了其他的载体，如某些病毒；还采取了其他手
段，如微量注射。听以，植物基因工程至今已是硕果累累。我们随手可以捡
出几个例子：
接受了细菌的杀虫毒素基因的烟草——这种烟草不怕虫咬了；
导入了抗枯萎基因的棉花——这种棉花不会得枯萎病了；
接受了抗除草剂基因的水稻——在这种水稻的田块里可以放心施用除草
剂了；
导入了大豆、玉米的蛋白质基因的水稻、小麦——它们的蛋白质含量比
同类高出一大截。
非常可惜的是，将豆科植物的固氮基因转移给重要经济作物的研究，尚
未有重大进展。科学家们通过 DNA 重组，已经使大肠杆菌也具备了像根瘤菌
那样的固氮能力。然而，要使稻麦、棉花接受固氮基因长出根瘤，至今仍困
难重重。
不过，既然植物基因工程已经取得了那么多丰硕成果，既然已经明确固
氮基因转移是植物基因工程的辉煌目标，既然已经有许多科学家在为实现这
一辉煌目标而奋斗，我们有理由相信，不需要施肥的稻、麦、棉花，总有一
天会在地球上出现，在地球上推广。
细菌的贡献
80 年代初，美国最高法院接到了一份不同寻常的诉讼状，其内容令法官
们颇感棘手。
原告美国通用电力公司是一家著名的企业，被告专利局则是政府机构。
诉讼的缘由是：通用电力公司用基因工程研制出一种细菌，这种细菌胃口奇
大，能高速度清除海面石油污染，有较高的利用价值。通用电力公司为这种
细菌向专利局申请专利。专利局认为这种细菌只是一种生物，没什么专利可
言，从来没有这方面的先例。通用电力公司则据理力争，说这种细菌是经过
DNA 重组后培养出来的基因工程菌，是一种彻头彻尾的新菌种，其商品价值
应该获得专利保护，不容许别家企业随意使用。双方各执一词，相持不下，
最终官司打到了最高法院。
这场官司折腾了一年之久，最后以有利于原告的裁决告终。社会各界人
士对这场官司的关注倒不在于谁家胜诉，因为官司本身的内容是意义深远
的。它使人们确确实实地感受到，基因工程菌在各个生产领域都有用武之地，
几乎无所不能。基因工程将对传统的生产方式、传统的工艺流程和传统的思
想观念发起铺天盖地的冲击。
拿石油开采来说，以前油井开采到一定程度就要报废，成为废井，废井
里倒不是没有原油了，而是剩下的原油含蜡比较多，很粘稠，不容易开采。
针对这种情况，美国科学家研制出一种喜欢“吃”蜡的基因工程菌。把这种
工程菌投放到废井里，它们就像“老鼠跳进米缸”一样，欢天喜地，一边大
量吃蜡，把蜡分解掉；一边高速繁殖后代，前仆后继地完成吃蜡的任务。要
不了多长时间，剩下的原油就变稀了，容易开采了。这样，“废井”获得了
新生，又会奉献出一批原油。这种基因工程菌不仅研制成了，而且已经大量
投入生产，每年都能创造出很可观的经济效益。
在冶炼工业方面，基因工程菌的表演令人欢欣鼓舞。
传统的冶炼工业有两种生产方式，一种是物理型的——高温熔炼；一种
是化学型的——用药剂浸泡后提取。从 80 年代起，出现了一种生物型的冶炼
方式，那就是细菌冶炼。大自然中存在着一些喜欢“吃”金属的细菌。例如，
一种氧化亚铁硫杆菌就特别喜欢吃硫化物矿石，这些矿石的主要成份是硫和
金属（包括铁、铜、锌等）的化合物。这种细菌把矿石小颗粒吃下肚以后会
进行分解，硫被排出体外，金属则留在体内。这样，进行细菌冶炼就是十分
简单的事：把矿石放到细菌培养液里浸着，过一段时间收集细菌的尸体，略
加处理就能得到纯度很高的金属了。像氧化亚铁硫杆菌那样喜欢吃金属的菌
种为数不少，食性也多种多样，喜欢吃金的、吃铀的、吃镉的……各有所好。
细菌冶炼的成本较低，原料利用率较高，产生的有毒废物很少，是一种很有
潜力的冶炼方式。
然而，大自然中这些喜欢吃金属的细菌，不同程度地存在一些缺陷，繁
殖较慢、适应环境的能力较差等等。单靠它们，要大面积推广细菌冶炼是有
困难的。基因工程专家们就着手对这些细菌进行改造。改造有两条途径，一
种是通过 DNA 重组改造这些细菌的遗传特性，使它们提高繁殖能力和适应能
力；另一种是干脆把吃金属的基因转移到大肠杆菌和某些酵母菌中去，让这
些繁殖快、适应能力强的菌种来完成冶炼金属的任务。这两条改造途径都取
得了一定进展。有人预言，不出 20 年，冶炼工业将发生革命性的变化——高
温冶炼和化学提炼的设备将大批消失，基因工程菌将成为冶炼工业的主力
军。
除了冶炼工业，基因工程菌在食品工业、化学工业、塑料工业等领域也
日益活跃。许多重要产品都可以用基因工程菌来合成、生产，例如饮料、乳
酪、乙醇、有机酸等等。
值得一提的是，这些生产流程都要在发酵罐里完成，要按发酵工程的工
艺流程来实现。原先发酵工程里使用的微生物，是通过筛选、诱导突变等手
段来取得生产性能最好的菌株，进行大量培养，然后投入应用。而基因工程
菌则是对微生物的基因开刀，进行改造，人为地获取最好的生产性能。所以，
基因工程菌是基因工程与发酵工程的结合点。可以这样说，基因工程通过发
酵工程的工艺来实现许多生产目的，而发酵工程采用了基因工程菌则是如虎
添翼，两腋生风。
癌症克星
今天，人类视癌症为洪水猛兽，人们谈“癌”色变。癌症虽不是死亡率
最高的疾病，但它像魔鬼一样令人望而生畏。现在，全世界每年有 600 万癌
症患者辞别人间，其中发展中国家超过一半。几十年前一旦得了癌症，很少
有人能挣脱它的魔掌。现在，由于医学不断进步，癌症治愈率也在不断提高，
但这种治愈只是说“5 年内未复发或癌细胞不转移”。癌症不仅光顾老年人，
对青年和儿童也“一视同仁”。
现在，人们正运用生物工程技术研制新型药物，创造新颖的治疗方法，
即将形成第四代抗癌疗法。如运用杂交瘤技术研制的各类单克隆抗体，已成
为一个个“抗癌导弹”。目的临床试验单抗药物已近 40 种，其中 15 种是抗
癌新药，有 5 种已完成临床试验，正申请批准投放市场。从临床试验的适应
症来看，单抗主要用于结直肠癌、淋巴癌、乳腺癌、卵巢癌、肝癌、黑色素
瘤、白血病、前列腺癌和胰腺癌等癌症的治疗另外，无毒治癌的抗体也在加
紧试验，目前普通的抗癌药物或多或少有毒作用。我们正准备开始对现在没
有任何有效疗法的胰腺癌、乳腺癌和鳞状细胞肺癌的患者进行试验。我们也
曾对患鳞状细胞癌的病人用了这种抗体，结果表明无副作用反应而且抗体都
集中在肿瘤细胞上，因而即将对普通疗法 无效的晚期肺癌和对此疗法反应灵
敏的早期肺癌患者进行试验。
人们运用基因工程研制新型疫苗、新型药物和新型诊断试剂，取得了巨
大成功。
基因疗法是一种最新的治癌方法，通过此疗法可修饰矫正那些变化的染
色体（如化学药品中的农药、杀虫剂能损害人类负责传送基因信息的第 5 号
和第 7 号染色体），促使癌细胞“改邪归正，弃恶从善”。基因治疗虽然开
展仅 3 年多时间，但它是非常有发展前途的抗癌手段，被认为是癌症疗法新
纪元的开始。它的成功，定会成为一束射杀癌症恶魔的死光。脑瘤，是最难
治疗的一种癌症，其恶性最强的是脑胶质芽瘤。这种毒瘤美国每年有 5000
名新患者，其平均存活期限不超过 1 年，存活期达 5 年的不到 5．5％，迄今
没有任何有效疗法。美国国家神经疾病专家将含有胸腺嘧啶核苷酸激酶基因
的改变了遗传性的鼠逆病毒送进病人脑瘤细胞中，然后再注射抗病毒药，当
这种酶与抗病毒药一接触就能杀死肿瘤细胞，这为治疗脑癌带来了希望。恶
性黑瘤是一种致命的皮肤癌，科学家将恶性黑瘤病人的组织细胞进行离体培
养，再生细胞中插入肿瘤坏死因子（TNF）或白细胞介素（IL—2）基因，然
后送回病人体内。他们希望经过这样处理的细胞能对病人产生抗癌“免疫”
作用，从而引起病人的免疫系统袭击癌瘤。1992 年 6 月，专家们又开始了一
项体内基因疗法试验。他们不是把细胞取出用遗传工程方法使这些细胞表达
某种蛋白质，而是向一位 67 岁女患者的恶性皮肤肿瘤直接注射一种基因。该
基因来自一位健康人的淋巴细胞。他们希望该基因将在肿瘤细胞中表达，并
向肿瘤细胞发起免疫袭击。这种试验是第一次直接转移人转变遗传物质的试
验，表明人们已开始用 DNA 作为一种药物治疗癌症。
一场围歼癌症的战役已经打响很久了，生物工程向癌症发起的攻击将要
开始。现在我们还处于抗癌“魔弹”的制造与试验时期，但对这些用生物工
程制造的“魔弹”的效力充满信心。今后，将通过生物工程技术，以癌细胞
的 DNA 为对象，对癌遗传基因与患癌、癌抑制基因与防癌、细胞内信息传递
结构与患癌机制等开展基础研究，还将根据新的药效结构开发出治癌药物。
预计在大约 40 年后，人们将不再对癌症产生恐惧。
细胞工程
细胞工程的诞生
1978 年 7 月 26 日，这是个值得人类庆贺的日子。这一天，人类第一个
“试管婴儿”在英国呱呱落地，一声啼哭震惊了整个世界！她的诞生，虽然
引发了社会学和伦理学的议论，但重要的是使身患某些不孕症而又希冀后继
有人的夫妇，升腾起希望的曙光。迄今，试管婴儿的数目像几何级数一样跳
升，人类已有许多个“试管婴儿”诞生并健康成长。他们的诞生实现了生物
工程发展上的飞跃。通过科学家的设计和规划，奇迹不断出现，各种各样的
“试管婴儿”开始降临人间，令造物主也惊羡不已，自叹弗如！现在，已有
许多“试管婴儿”在农业（包括林、牧、渔）、医药、能源、环境保护等重
要行业留下了足迹。
“试管婴儿”是细胞工程的一大杰作。试管为什么可以孕育生命？何为
“细胞工程”？要弄清这些知识，我们还得将细胞工程发展史的镜头转到 300
多年前去。
1665 年的一天，英国建筑师罗勃特·虎克架起了那架自制的、简陋的显
微镜，将一块栎树皮（即软木）放在了显微镜下。他大概怎么也不可能意识
到，生命科学史的新的一页即将在他的手下揭开，这一天将成为生物学的一
些分支学科的起点。
就在这一天，罗勃特·虎克看到，显微下的栎树皮是由许多蜂窝状的小
格子组成的。这些小格子密密麻麻，形状相似，排列颇为规则。于是，他把
这些小格子定名为“细胞”。在拉丁文中，细胞的意思是“小室”。
在其后的一二百年中，对细胞的研究层层深入。人们逐渐发现，不仅树
皮是由细胞组成的，树身、树根、叶子、花、果实……植物的所有部位都是
由细胞组成的；不仅所有的植物是由细胞组成的，所有的动物也都是由细胞
组成的。连微生物也不例外，也是由细胞组成的；只不过有的微生物结构比
较简单，甚至是一个原始的、不完整的细胞。
当然，不同生物的细胞有很大差别，同一生物的不同器官组织的细胞也
有很大差别。
当初罗勃特·虎克在显微镜下看到的，只是一群死细胞的外壳——植物
细胞的细胞壁而已。作为一个完整的植物细胞，除了作为外壳的细胞壁之外，
还拥有细胞核、细胞质两大部分。动物细胞没有细胞壁，外边包着的是比较
薄而柔软的细胞膜，细胞膜里也是细胞核、细胞质两大部分。
最大的细胞有多大？最大的细胞直径有 10 多厘米，那是驼鸟蛋。
最长的细胞有多长？最长的细胞有 2～3 米长，比人还高，那是鲸的神经
细胞。
最小的细胞有多小？最小的细胞直径才 1 微米左右，1000 个这样的细胞
并排着，可以穿过针眼。那是一种叫做支原体的微生物。
到 19 世纪中叶，人们终于建立了完整的认识：一切动物和植物都是细胞
的集合体，细胞是生命的基本单位，动物和植物都是在细胞的繁殖和分化中
发育起来的。这一认识被称为细胞学说。
细胞学说是 19 世纪自然科学的三大发现之一。恩格斯对细胞学说曾给予
很高的评价。
进入 20 世纪，随着科学的发展，新技术、新工具、新方法不断涌现，人
们对细胞的研究越来越深入，从细胞整体的研究推进到亚细胞结构的研究和
细胞分子的研究。细胞的基本生命活动，包括在它的生长、发育、分化、分
裂等等，其规律日益清晰地呈现在人们的眼前。
对细胞核的研究更是激动人心。人们确认，细胞核里的染色体，正是遗
传物质 DNA 的载体，隐藏着神奇的遗传密码，控制着细胞的生长和繁殖，是
指挥整个生命活动的最核心的部位。
到 70 年代，一些走在前列的科学家开始有计划地对细胞进行培养，进行
改造，使细胞服从人类的意志，产生人类需要的物质，或是形成新的品种。
既然细胞是生命的基本单位，那么改造生命就应该从改造细胞开始。他们按
照这个思路进行了艰
