基因工程技术的应用

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摘要：20世纪70年代，人类建立了DNA重组技术，基因工程从此得到迅速发展。目前，基因工程已经被广泛应用于农业、畜牧业、医药及环保等领域。本文简单介绍基因工程在这些领域的发展与应用。

关键词：基因工程 DNA重组应用 发展现状

沃森（Waston）和克里克（Crick）在1953年提出DAN的双螺旋模型，奠定了基因工程的理论基础。20世纪70年展起来的DNA重组技术，促进了基因工程的迅速发展。通过基因工程，人类可以按照自己的意愿，利用DNA的重组技术在体外对基因进行改造和重组，最后将重组后的基因导入受体细胞内，从而按照人类的意愿改造生物的遗传信息。基因工程目前已被广泛地应用于农业、畜牧业、医药及环保等领域。

1.基因工程在农业上的应用

传统育种主要是通过有性杂交产生变异，可通过选择固定优良变异，在提高作物产量、提高作物的抗逆性等方面做出重要贡献。但是，传统育种方法只能近缘杂交，不能远缘杂交，因此可利用的资源越来越少，传统育种面临着越来越大的挑战。基因工程克服了传统方法不能远缘杂交的问题，在育种方面贡献巨大。人类可以通过植物基因工程技术，培育出符合人们需要的、具有更高价值的作物[1-2]。

基因工程在农业上的应用可谓硕果累累，基因工程可提高农作物的抗逆能力（如抗病、抗虫、抗干旱、抗除草剂等）、改良农作物的品质以及可利用植物生产药物等。提高抗逆性的原理是：从某些生物中分离出具有抗病、杀虫活性、抗干旱、抗除草剂的基因，并将其导入作物中并表达，使其具有抗逆性。荷兰和以色列两国的科学家从草莓细胞线粒体中提取一种酶基因，将其导入拟南芥菜中，使转基因拟南芥菜产生两种能吸引害虫天敌的化合物，从而达到杀虫的目的。西红柿很容易腐烂，运输和储藏很不方便，因此都是在西红柿未完全成熟时就摘取下来，在运输过程中再催熟，降低了西红柿的口感。而利用基因工程技术培育出来的西红柿不易腐烂，便于贮藏和运输，允许西红柿完全成熟后再摘取，销售时仍能拥有良好的口感。

2.基因工程在畜牧业上的应用

随着基因工程技术的发展，人们不断培育出生长速度更快、体型更大、产量更高、更具观赏性以及抗疾病能力更强的家畜家禽品种[3]。1982年科学家利用基因工程技术将大白鼠的生长激素基因导入到小白鼠的受精卵内，培育出体型比正常白鼠大的“大白鼠”。同样地，科学家又将牛的生长激素基因导入小白鼠的受精卵内，得到了体型超大的“超级小白鼠”。此后，人类不断培养出转基因猪、鱼、牛、羊、兔等等。基因工程为畜牧业的发展做出重要的贡献。（1）通过基因工程，人类可以对家畜家禽的性别进行预选。这对于产奶和产蛋的家畜家禽来说非常重要，因为这些只由雌性动物来完成。（2）通过基因工程，人类可以改良动物的品质。例如转基因羊的净毛平均产量要比一般的绵羊高出62%，而通过基因工程技术，用高产奶的优质奶牛的细胞，可以培育出大量高产奶的奶牛，大幅度提高畜牧业的经济效益。（3）通过基因工程，人类可以培养出抗病能力强的动物品种。在家畜家禽的饲养过程，常遇到“瘟疫”，出现家畜家禽大面积死亡，给畜牧业带来重大损失。通过向家畜家禽移植抗病毒基因，可显著提高它们的抗病能力，避免经济损失。（4）通过转基因工程，可以培育出更具观赏性的动物。例如像老鼠一样大的兔子，像猫一样大的迷你型小马。同时，有些昆虫在夜里能发出迷人的荧光，通过基因工程技术，可以将这些昆虫的发光基因导入鱼内，从而培育出极具观赏性的“荧光鱼”。

3.基因工程技术在医药领域的应用

基因工程在制药领域拥有独一无二的优势。例如，胰岛素是治疗糖尿病的特效药，在基因工程胰岛素之前，它只能从猪、牛等动物的胰腺中提取，而100 kg的胰腺只能提取4-5克的胰岛素，因此其价格极高。通过基因工程细菌发酵法生产胰岛素[4]，具有经济、简单和易操作等优点。将事先重组好的胰岛素基因植入大肠杆菌，每2000 L大肠杆菌培养液中就能生产出100 g的胰岛素。通过基因工程细菌发酵法可大批量生产胰岛素，大幅度降低其价格。干扰素在治疗病毒感染方面可谓是“万能灵药”，以往都是从人的血液中提取，300000 L血液才能提取1克的干扰素，因此极其昂贵。我国利用基因工程技术生产出干扰素α-2b，其具有抗病毒、抑制肿瘤细胞增生提高人体免疫功能的作用，被公认为肿瘤生物治疗的首选药物。

此外，基因工程还可应用于疫苗的研发和生产。其原理是利用基因工程技术分离出病原中的保护性抗原基因，将其导入原核或真核系统中并表达，制成疫苗。基因工程疫苗不同于传统方法制备的疫苗，由于它只含有致病细菌或病毒的抗原，因此更安全有效。

4.基因工程在环保上的应用：

随着工业的发展，地球的自清洁能力已经远远跟不上人类排放污染物的速度。近年来，人类对自身生存环境越来越重视，环境保护不断被提起。但是，迫于人口以及经济发展的压力，人类还是有意或无意地污染地球环境。墨西哥石油泄露事件以及我国的渤海石油泄露事件对环境造成严重的影响。原来金黄色的沙滩被黑色的石油所覆盖，许多海鸟因羽毛被石油粘结在一起坠落在海水中溺亡。此外，这些泄露的石油还会覆盖在海水表面，使许多海洋生物找不到食物而饿死。大自然降解石油的速度非常缓慢，因为普通的细菌只能降解石油中的某种烃类。而基因工程培育的“超级细菌”则可以分解石油中的大部分烃类。通过将这些“超级细菌”种植在沙滩上，就能达到有效降解石油的目的。同时，基因工程培育的部分“超级细菌”还可以吞食并转化高毒性的汞和镉等生金属。

5.基因工程是一把“双刃剑”

综上所述，基因工程为人类做出重要的贡献。但是，人们要清醒地认识到，基因工程是一把“双刃剑”，用得好可以造福人类，用不好则会伤害人类，甚至造成灾难性后果。同时，基因工程技术的安全性还没有完全得到证实，基因工程技术的推广面临着越来越大的挑战。