科普-中华学生百科全书-第457章
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许多多有志于此的研究者。终于，在 1954 年，两位美国科学家找到了正确的
答案，建立了令人信服的模型——DNA 是由两条核苷酸链平行地围绕同一个
轴盘曲而成的双螺旋结构，很像是一把扭曲的梯子。两条长链上的核苷酸彼
此间——结成对子，紧紧连结。螺旋体每盘旋一周有 10 对核苷酸之多，而一
个基因大约有 3000 对核苷酸。
DNA 双螺旋结构的发现是生命科学史上一件划时代的大事。它对生物的
遗传规律提供了准确、完善的解释，是人们揭开遗传之谜的钥匙。那两位科
学家——华生和克里克，因此而获得了诺贝尔奖。
科幻原理
一个老板在一家基因公司的帮助下布置了一所“侏罗纪公园”，在公园
里展出的居然是 10 多种侏罗纪的爬行动物——恐龙。这些活生生的恐龙是从
哪里来的呢？是基因公司的专家们运用基因工程的力量创造出来的。他们从
恐龙蛋的化石里取得了尚有活力的一部分基因，又从某种琥珀里取得了一部
分恐龙基因。因为琥珀是古代昆虫化石，而这种琥珀里的昆虫是以吸食恐龙
血液为生的。他们通过电脑把这些基因组合在一起，再补充了一部分现代爬
行动物（如蛇、蜥蜴、龟之类）的基因，然后放入爬行动物的受精卵中，培
养成恐龙的胚胎，孵化出了恐龙。这所件罗纪公园当然是极富吸引力的。然
而不久就发生了悲剧：这些恐龙突破了防护设施，四处乱窜，伤害游客。于
是出现了一幕幕或恐龙追人，或人追恐龙的惊险场面……
当然，这些情节都是虚构的，这是一部科幻电影。
这样一个引人入胜的故事，最有趣的便是那充满神奇力量的基因工程。
而基因工程确实已经在现代生活中创造出一个又一个奇迹。
基因工程，又叫遗传工程，是生物工程的核心。它的功能是通过改换生
物的基因，使生物的遗传性状得到改变，产生符合人们需要的面目一新的新
生物。改换基因的工作称为基因重组，或者叫 DNA 重组，意思就是对 DNA 重
新进行组合。既然生物的所有性状都是由一定的基因控制的，那么，我们根
据需要可以设法在生物的 DNA 中增添、减少或改变某个基因，也就是一小段
DNA，就会使生物的性状发生符合我们意愿的变化，甚至成为一种新的生物种
类。这就是基因工程的基本原理。
原理是简洁明了的，做起来可就是万分艰难了。如果我们要在某个生物
细胞的 DNA 里加进一个另一种生物的基因，就要完成以下几个步骤：
1。在另一种生物的 DNA 上找到那个所需的基因，并准确地切下它来。
2。选一种作为运输工具的载体，把切下的基因连接到载体的 DNA 上，通
过载体带入生物细胞。如果这个生物细胞比较大，还有可能直接以注射的方
式使切下的基因进入生物细胞。
3。在许多动过这种手术的细胞中筛选出确实已经接受外来基因的细胞。
用来切取基因的，往往是某种酶（一种特殊的蛋白质）；用来担任载体
的，往往是质粒、噬菌体等有生命的小颗粒。这些都是以纳米（10…9 米）
为长度单位的小不点儿，操作的难度可想而知。再拿筛选来说，细胞接受外
来基因意味着表现出这个基因的功能，确定这一点需要精细的鉴别，而这种
细胞往往只占动过手术的细胞的百分之几。
加进去一个基因已经是千难万难了，要随心所欲地将基因排列组合，组
成一个完整的 DNA，并让它表现出功能，当然就更难了。到目前为止，像《侏
罗纪公园》里那家基因公司所完成的工作，还是不可能实现的。复活恐龙还
是很难想象的事。
然而，基因工程已经实现了许多在常人看来是很难想象的事。
你能想象老鼠长得像狗一样大吗？
1982 年，美国的两位基因工程学者把大白鼠的生长激素基因转移到小白
鼠的受精卵中，结果，培育出的小白鼠比普通的大两倍半。接着，台湾的学
者进行了类似的工作，培育出了像狗那么大的老鼠。
按照这个思路，把一些高大动物（如大象、牛等）的生长激素基因转移
到家畜的受精卵中，就可能培育出体重比原来重几倍的家畜来。美国一位学
者宣称，这项工作已经“没有不可逾越的障碍”。
进入 80 年代后期，基因工程的喜讯联翩而至：通过改换基因，培植出了
耐碱的水稻、高蛋白质的水稻、高产的棉花、抗病害的烟草，用改造过的大
肠杆菌、酵母菌生产珍贵药物，开采石油，冶炼金属，等等。
有的喜讯特别令人开怀：澳大利亚一家生物技术公司把蓝色花卉细胞中
的蓝色调基因分离出来，转移到玫瑰的植株细胞内，获得了蓝色的玫瑰花。
他们还打算培育黑玫瑰、黑郁金香等等。
有人说，基因工程几乎无所不能，它就像 20 世纪的造物主，使一批又一
批面目全新的生物从实验室走向社会、走向自然，最终将造就新的社会、新
的自然界。
植物基因工程
俗话说，“懒人种豆”。因为大家都知道，豆类作物不需要施肥，种下
后几乎可以坐等收获，是一种“懒人庄稼”。
豆类作物为什么不需要施肥呢？是因为它的根部会与土壤中的根瘤菌结
合而形成根瘤，而根瘤菌会把空气中的氮元素转变成植物能直接利用的形
式，源源不断地供给植物。这也就是说，每一棵豆科植物都拥有一座小型的
氮肥厂，自给自足，绰绰有余。土壤中根瘤菌到处都有，独有豆科植物对它
有吸引力。这是因为豆科植物有一种固氮基因，这种基因到根部发育到一定
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�
