科普-中华学生百科全书-第554章
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改变了灰碱法制革污染环境的弊端。此外，蛋白酶还可作为药品来治疗消化
系统的疾病，能有效地治疗胃疼、食欲不振、腹泻。目前，人们对蛋白酶的
使用更为广泛，在许多行业中，蛋白酶都表现出卓绝的才干。
大肠杆菌的神功
大肠杆菌是单细胞微生物，寄生在人和动物的肠道中。由于它分布广泛，
繁殖迅速， 每 25 分钟就繁殖一代，因而大肠杆菌就成了在基因工程中常用
的一种微生物，并在基因工程中显示了神奇的功能，被人们誉为制造生物新
品种的“细菌工厂”。
1960 年，瑞士科学家观察到大肠杆菌内有一种限制性的核酸内切酶，后
来被美国科学家进一步证实并应用于遗传学的研究。结果表明，大肠杆菌的
限制性核酸内切酶可以成为切割 DNA 分子的一把锐利的“剪刀”。
1973 年，美国科学家把大肠杆菌的两个不同的 DNA 分子重新组合在一
起，然后把这个组合的 DNA 引进大肠杆菌中，结果重组的 DNA 表现出了双亲
的遗传特性。次年，科恩等人又成功地将金黄色葡萄球菌的 DNA 和大肠杆菌
的 DNA 重组在一起。接着，他们又将高等动物青蛙的 DNA 与大肠杆菌的 DNA
重组在一起。这些试验的成功，表明各种生物在亿万年间所形成的种类之间
的天然屏障，开始在微小的大肠杆菌面前崩溃了。人类向合成生命的自由王
国迈进了一大步。
大肠杆菌在人工合成基因方面也担当着重要角色。1977 年 11 月，美国
一些著名科学家合作，首次用人工合成基因移植到大肠杆菌内，使大肠杆菌
分泌出了极为珍贵的人脑激素——生长素的抑制素（简称 SS）。这是基因工
程取得的第一项引起世界轰动的重大成果。此后不久，美国另一研究组织宣
布，他们把人工合成的人体胰岛素基因转移到大肠杆菌内，也获得成功，并
且生产出少量的胰岛素。这是大肠杆菌为基因工程创造的又一奇迹。现在科
学家已经使用基因工程技术，通过大肠杆菌来制造人的生长激素（HGH）、干
扰素、尿激酶和镇痛化学物质β—内腓酞等。
最近，遗传学家又把大肠杆菌分解的半乳糖基因切割下来，装在一种噬
菌体上，放进病人的纤维细胞中，借大肠杆菌的基因来治疗半乳糖血症（一
种先天性的代谢缺陷症）获得成功，从而使临床上采用基因疗法来根治遗传
病的设想正在成为现实。预计应用基因工程技术来产生阻止癌细胞繁殖的基
因，以便彻底根治癌症的设想，在不久的将来一定能够实现。
细菌仿制人脑激素
既然遗传密码的载体是由物质构成的，那末能不能像塑料和化学合成纤
维那样，对遗传密码也进行人工合成呢？比诗人更富于幻想的遗传工程师，
开始了这场伟大的进军！ 1977 年底，美国一些遗传工程师们，采用化学方
法合成了一个人脑激素的基因，并且把它引入大肠杆菌，创造出一种会产生
人脑激素的细菌，这就为工业化生产人脑激素开辟了道路。
人脑激素（生长激素释放的抑制因子）原来是由大脑分泌出的一种激素，
它对人体生长激素、胰岛素、高血糖素和促胃激素等多种重要激素的分泌，
都起着调节作用。在医学上，它对肢端肥大症、急性胰腺炎、糖尿病和胃肠
溃疡等都有良好的疗效。
美国科学家吉耶曼和沙利，曾经为这项研究工作辛勤劳动了二十几年。
到 1973 年才从实验中得知：人脑激素是一种多肽分子，由 14 个氨基酸构成。
遗传工程师们先查了密码字典，把人脑激素中 14 个氨基酸的顺序，翻译成
DNA 的核苷酸顺序。因为每个氨基酸由三个核苷酸来编码，所以它们一共是 3
×14＝42 个核苷酸。按照这个顺序，把 42 个核苷酸用化学方法连接起来，合
成一个 DNA 分子。再通过一种运载体，把人工合成的 DNA 引入大肠杆菌。
结果大肠杆菌不但“愉快”地接受了这一批人造密码，并且在人造密码的指
令下，顺利地合成了人脑激素蛋白。
人脑激素本来只有高等动物和人的大脑才会产生，而且含量极少。吉耶
曼为了提取 5 毫克（相当于一粒绿豆那么小）的脑激素，竟用了五十只绵羊
的脑子！它的成本比阿波罗飞船从月球上带回一公斤岩石标本还高二至五
倍！
现在用细菌来生产，只要 10 升细菌培养液就能取得 5 毫克人脑激素，而
且产品纯度高。
把人造密码引入细菌，由细菌仿制人脑激素的成功，还为下一步得到更
多廉价而纯净的药物开拓了道路。通过合成基因生产人的绒毛膜催乳激素和
生长激素等试验都正在进对，成功只是个时间问题。
诱变青霉促增产
青霉素是治疗某些细菌性炎症的一种特效药。一个人发炎、高烧，医生
往往给他注射青霉素。现在，青霉素的价格很便宜，可是解放前这种药很贵，
一瓶青霉素竟要一两黄金！穷人根本买不起，而且我国不会制造。
青霉素是青霉分泌出的一种抗菌素。它是英国人弗莱明发现的。
弗莱明当时发现青霉素周围的培养基是透明的——细菌长不起来。他经
过研究，证实青霉素菌会产生一种杀菌物质——青霉素。于是，他提炼出青
霉素来治病。
人们立刻办工厂来生产青霉素，可是产量极低，每毫升培养液只含有几
十个单位，成本太高，而且供不应求。为了提高青霉素的单位产量，科学家
们开始设法培育高产菌种。
细胞遗传学家通过实验证明，用 X 光、紫外光或用某些化学药品进行处
理，可以大大增加基因或染色体发生变异的机会。这种方法叫“人工诱变”。
科学家们便用 x 光、紫外光和一些化学药品去处理青霉素，然后从其中挑选
产量较高的后代。经过反复试验，效果好极了。没有多久，青霉素的产量很
快就提高到每毫升几千单位；后来又提高到每毫升三四万单位。
在设备和原料没有多大变化情况下，现在一个工厂生产的青霉素相当于
过去一千个工厂的产量！这是人类育种史上独一无二的奇迹。
采用类似的方法，其它抗菌素，如土霉素、链霉素等，产量也提高了几
十倍、上百倍，从而大大地降低了成本。如果说，杂交玉米是二十世纪生物
科学对农业的重大贡献，那么，诱变育种则是生物科学对工业的重大贡献。
制造肥料的固氮菌
把豆类植物连根拔起，除了看到像胡须一佯的根毛之外，还能看到根毛
上长有许多的小圆疙瘩，这是由于一种微生物侵入植物根部后形成的“肿
瘤”，叫根瘤。
利用显微镜来观察根瘤，会发现根瘤中住着一种叫根瘤菌对细菌，它们
在侵入植物根部后能分泌一些物质刺激根毛的薄壁细胞，很快增殖就形成了
“肿瘤”。根瘤菌是依赖于植物提供营养来生活的，同时，它们也把空气中
游离的氮固定下来供给植物利用。一个小小的根瘤就像一个微型化肥厂一
样，源源不断地把氮转变成氨，供给植物吸收，使它们枝繁叶茂，欣欣向荣。
根瘤菌生产的氮肥不仅可满足豆科植物的需要，还能分出一些来帮助“远亲
近邻”，我国人民很就知道道豆粮间作可提高产量，并且有种豆肥田的习惯。
用微生物生产食油
随着世界人口剧增，油脂产量供不应求。为了解决油脂的供求矛盾，科
学家从微生物身上打主意，现在已初见端倪。
一位学者在加拿大多伦多大学举办的生物能量转化会上宣布，他从天然
气井周围的土壤中，分离出一种能利用阳光和二氧化碳合成油脂的节杆茵。
经人工培养出来的大量菌体的细胞中，充满了油脂，高达 85％以上。细胞中
的油脂可以用溶剂萃取。如果培养 1 吨菌体，就可收获 850 公斤的食油。
经过化验，这种食油是单甘油酯和三甘油酯的不饱和脂肪酸，质量远胜
猪油，味道可与花生油相媲美，证实是一种优质可供食用的油脂。利用阳光、
二氧化碳和糖类，就可以大量培养这种节杆菌，不需占用土地，不需大量劳
动力。工厂化生产只用几天时间，就可以收获一批油脂，产量大，价廉物美，
前景诱人。
用微生物生产高质量油脂，是生物工程的一大成就。赫尔大学的一位生
物学家也宣称，他找到了一种产油脂极高的“假丝酵母”。找到了能生产油
脂的微生物后，就可以通过基因工程，把能生产油脂的基因“嫁接”到其它
微生物身上。这样，能生产油脂的微生物品种就会愈来愈多。到那时，微生
物油脂工厂林立，人类就不愁油脂短缺了。
美酒飘香——细菌的功劳
每逢喜庆节日，我们的饭桌上总要摆上些酒。在我国，造酒有着悠久的
历史。但是我国的酒到底起源于何时，难以确切考察。有人认为在公元前 2550
年我国就可以造酒了。也有人说我国的酿酒起源于公元前 2140 年。不论哪一
种说法正确，总之，在四千多年前，我们的祖先便会酿酒了。
“清明时节雨纷纷，路上行人欲断魂，
借问酒家何处有，牧童遥指杏花村。”
这首许多小朋友都会背诵的诗，就是指我国颇有名气的山西杏花村生产
的汾酒。除汾酒外，像贵州的茅台酒，四川五粮液，陕西的西凤酒等都是在
国际上享有盛誉的好酒。关于酒有着许多美好的传说，如有人说当年有一位
神仙，路经杏花村，因喝酒过多而大醉，从口中吐出了酒流进杏花村的水井
中，从而井里的水就变成了酒。这些美丽的传说更加增添了人们对美酒的感
情。
当年，我国贵州的茅台酒参加巴拿马国际评酒大赛，因包装粗糙，而引
不起评委的注意，一位中国代表急中生智，将酒坛摔碎在评酒大厅，阵阵醇
香引来了评委的赞叹，使茅台酒荣获国际金牌而成为世界名酒。那么酒到底
是怎么来的呢？
其实，真正的酿酒大师是名不见经传的微生物。酿酒所用的微生物基本
上是真菌。由于酿酒的原料不同，菌种，工艺和发酵条件的不同，所酿造的
酒也就各有特色，品种千差万别，但归纳起来可把酒分为四类：即黄酒、白
酒、啤酒和果酒。
细菌织布
在制作红茶菌的过程中，表面上会形成一块乳白色的菌膜。这块菌膜是
红茶菌中的主角——胶醋酸杆菌。它能把培养液中的葡萄糖，巧妙地编织成
纤长、强韧的纤维素而形成菌膜。如果把一块刚形成的菌膜干燥，它的样子
酷似一张洁白的滤纸，质地柔软，比一般的纸要好得多。
这种细菌纤维素的纤维长，质地坚实，比棉麻纤维有过之而无不及。而
且微生物繁殖速度快，数量多，大量培养它们就可以大量生产细菌纤维。
美的北卡罗来纳大学的布朗教授发现，如果把一种纺织、造纸工业广泛
使用的萤光增白剂滴入杆菌培养基里，杆菌就会受到刺激，从而使更多束的
微细纤维合并在一起，变得粗些，并且生产速度也会比正常速度快三倍。这
种纤维比天然棉花的纤维长，因此织出的布会更结实些。
现在，布朗已经借助细菌“收获”了第一批“棉花”。但是，由于杆菌
要用葡萄糖培养，所以目前这种“棉花”价格还比较昂贵，尚不能与天然棉
花竞争。
为了解决这个问题，布朗着手应用基因工程，
