【導(dǎo)讀】段，按照設(shè)計(jì)改造生物體或生物原料，為人類生產(chǎn)出所需要產(chǎn)品或達(dá)到某種目的?，F(xiàn)代生命科學(xué)：目前，普遍認(rèn)為現(xiàn)代生命科學(xué)系統(tǒng)的建立開(kāi)始于16世紀(jì)。本特征是人們對(duì)生命現(xiàn)象的研究牢固地植根于觀察和實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上。纖維素等有機(jī)物，也包括一些無(wú)機(jī)化學(xué)品，甚至某些礦石?；蚬こ毯图?xì)胞工程看作生物工程的上流處理技術(shù)，將發(fā)酵工程和酶工程看作生物工程。在石器時(shí)代后期，我國(guó)人民就會(huì)利用谷物造。譯了遺傳密碼，揭開(kāi)了DNA編碼的遺傳信息是如何傳遞給蛋白質(zhì)這一秘密?？梢灾苯訉?dǎo)人人體內(nèi)進(jìn)行基因治療。此外，還有采用基因打靶技術(shù)培育轉(zhuǎn)基因克隆羊、利用乳腺生產(chǎn)藥用。1977年11月，美國(guó)人工方法化學(xué)合成了人生長(zhǎng)激素釋放抑制素基因。DNA探針，主要用來(lái)診斷遺傳性疾病和傳染性疾病。

　　

【正文】 酶，或通過(guò)過(guò)量表達(dá)現(xiàn)有的消化酶來(lái)彌補(bǔ)被抑制的消化酶。解決該缺陷的方法是將兩種不同的蛋白酶抑制劑同時(shí)轉(zhuǎn)化到植物中，或?qū)Φ鞍酌敢种苿?進(jìn)行改造以提高抑制劑與靶蛋白的親和力。目前已有十多種蛋白酶抑制劑基因被轉(zhuǎn)移到植物中，其中大部分工作集中于豆科、茄科和禾本科的絲氨酸蛋白酶抑制劑基因的轉(zhuǎn)移。 植物凝集素轉(zhuǎn)基因植物。植物凝集素 (1ectin)是一種糖蛋白或結(jié)合糖的蛋白質(zhì)，存在于多種植物中，特別是富含于植物種子和儲(chǔ)藏器官。當(dāng)昆蟲(chóng)攝取含凝集素的食物后，植物凝集素與昆蟲(chóng)腸道黏膜上的糖配體結(jié)合，從而影響營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收。目前成功用于植物抗蟲(chóng)基因工程的凝集素基因有雪花、蓮凝集素基因、豌豆凝集素基因；麥胚凝集素基因、半夏凝集素基因等。 Gatehous 等報(bào)道， 將雪花蓮凝集素基因轉(zhuǎn)移到馬鈴薯中可以延緩桃蚜的發(fā)育期，降低其生殖力并抑制種群的生長(zhǎng)。 （ 2）抗病毒轉(zhuǎn)基因植物 。 植物病毒病害已成為植物病害的最大類群之一，隨著基因工程技術(shù)的發(fā)展，為培育抗病毒的植物品種開(kāi)辟了新的途徑。目前已有多種方法獲得抗病毒轉(zhuǎn)基因植物。 利用植物自身編碼的抗病毒基因培育抗病毒植物。許多植物對(duì)病毒具有天然的抗性，將這些基因克隆并轉(zhuǎn)化到其他植物中，可使轉(zhuǎn)化的植物獲得抗病毒的能力。已報(bào)道在植物中有幾種基因，其編碼的蛋白具有抗病毒的功能。商陸抗病毒蛋白 (pokeweed antiviral protein， PAP)是存在于商陸葉片細(xì)胞中的一種小分子糖蛋白，它可以抑制病毒蛋白的活性，具有廣譜抗病毒能力。 Lodge 等將編碼 PAP 蛋白的基因轉(zhuǎn)移到煙草中，獲得的轉(zhuǎn)化株能抵抗多種病毒的侵染。病毒侵染植物時(shí)，植物會(huì)產(chǎn)生過(guò)敏性壞死斑，而過(guò)敏性壞死斑的形成 41 是由植物內(nèi)一種稱為 N 基因表達(dá)的結(jié)果。多數(shù)過(guò)敏性壞死斑反應(yīng)是由單個(gè)基因控制，將 N基因轉(zhuǎn)移到番茄中，獲得的轉(zhuǎn)基因番茄對(duì)煙草花葉病毒（ TMV）表現(xiàn)了強(qiáng)烈的過(guò)敏反應(yīng)。此外，植物病程相關(guān)蛋白 pathogenesisrelated protein， PR 蛋白 )對(duì)病毒也 表現(xiàn)了一定的抗性，它是植物受到病毒襲擊或其他因子影響后產(chǎn)生的一種蛋白，它可能參與植物細(xì)胞壁的抗侵染作用。 病毒外殼蛋白轉(zhuǎn)基因植物。病毒外殼蛋白 (coat protein， CP)轉(zhuǎn)基因植株抗病毒的機(jī)制有兩種觀點(diǎn)：其一是認(rèn)為將病毒外殼蛋白基因轉(zhuǎn)移到植物細(xì)胞后，轉(zhuǎn)化株內(nèi) CP 基因表達(dá)的蛋白能將入侵病毒裸露的核酸包裹，從而阻止入侵病毒核酸的翻譯和復(fù)制；其二是認(rèn)為 CP 基因的表達(dá)可抑制入侵病毒的脫殼，從而抑制病毒的繁殖。自 1986 年 Beachy 等將 TMV 外殼蛋白基因轉(zhuǎn)移到煙草后，至今已有 30 多種植物病毒的 CP 基因轉(zhuǎn)移到煙 草等十多種雙子葉植物中，并獲得了抗性強(qiáng)弱不等的轉(zhuǎn)基因植株，某些轉(zhuǎn)基因植物已釋放到大田中，取得了明顯的經(jīng)濟(jì)效益。如 Monsanto 公司將 TMV 的 CP 基因轉(zhuǎn)移到番茄中，轉(zhuǎn)基因植株的接種后 發(fā)病率小于 5％，產(chǎn)量幾乎不受影響；而對(duì)照株發(fā)病率為 100％， 果實(shí)減產(chǎn) 26％ — 35％。 病毒復(fù)制酶轉(zhuǎn)基因植物。將病毒 RNA 復(fù)制酶基因改造后導(dǎo)入植物體后，可干擾病毒的復(fù)制，從而達(dá)到抗病毒的目的。將編碼 TMV Ul 復(fù)制酶部分非結(jié)構(gòu)蛋白的基因片段導(dǎo)入煙草后，獲得了對(duì) TMV Ul 及其相近株系病毒侵染的抗性。將 CMV 缺損型復(fù)制酶基因?qū)霟煵?后，轉(zhuǎn)化株對(duì) CMV 表現(xiàn)了高度的抗性。病毒復(fù)制酶轉(zhuǎn)基因植株對(duì)病毒抗性遠(yuǎn)高于病毒外殼蛋白轉(zhuǎn)基因植株，但其詳細(xì)機(jī)制還不清楚。 （ 3）抗真菌轉(zhuǎn)基因植物 。 植物對(duì)真菌等病害微生物的防御主要包括機(jī)械防護(hù)和生物學(xué)保護(hù)兩個(gè)方面。當(dāng)致病菌入侵植物時(shí)，植物細(xì)胞壁的結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，細(xì)胞壁的強(qiáng)度和硬度增加。另一方面，植物細(xì)胞被誘導(dǎo)合成多種活性物質(zhì)如硫堇、抗毒素和幾丁質(zhì)酶等，以抑制真菌的生長(zhǎng)和入侵。幾丁質(zhì)酶轉(zhuǎn)基因植物。幾丁質(zhì)酶 (chitinase)廣泛存在于植物和微生物中，它能降解幾丁質(zhì)，該酶一般由單基因編碼。由于幾丁質(zhì)是許多植物病原 真菌細(xì)胞壁的主要成分，因而利用幾丁質(zhì)酶轉(zhuǎn)基因植物在防治植物真菌病害中有重要意義。幾丁質(zhì)酶對(duì)真菌的抑制作用是通過(guò)水解菌絲尖端新合成的幾丁質(zhì)而發(fā)揮的。正常的植物中幾丁質(zhì)酶的活性很低，但當(dāng)病原真菌侵染植物時(shí)能誘導(dǎo)產(chǎn)生很高的幾丁質(zhì)酶活性。 Broglie 等將菜豆幾丁質(zhì)酶的 cDNA 與 CMV 35S 啟動(dòng)子重組，導(dǎo)人煙草和番茄中，轉(zhuǎn)化株對(duì)立枯絲核菌 (Rhizoctoniasolani)的抗性顯著提高。 42 植物抗毒素轉(zhuǎn)基因植物。植物抗毒素是植物對(duì)病原真菌侵染抵抗所產(chǎn)生的有毒性低分子化學(xué)物質(zhì)。不同的植物可產(chǎn)生不同的抗毒素，目前已 從不同的植物中鑒定了 200 多種植物抗毒素，它們大多數(shù)是類黃酮與類萜類物質(zhì)。病原真菌對(duì)非寄主植物抗毒素比較敏感，植物抗毒素的合成和積累與植物的抗病性密切相關(guān)。抗毒素 (stibene)存在于花生、葡萄等植物中，將合成該抗毒素的關(guān)鍵酶 的 基因克隆并導(dǎo)入煙草中，轉(zhuǎn)化株對(duì)病原菌的抵抗能力大大提高。 抗逆轉(zhuǎn)基因植物。 植物的生活周期中會(huì)遇到各種各樣不利環(huán)境條件如鹽堿、旱、寒和熱等的挑戰(zhàn)，面對(duì)這些不利的逆境，植物只能通過(guò)機(jī)體自我調(diào)節(jié)而生存下去。隨著基因工程技術(shù)的發(fā)展，人類可以有目的地改造生物的特性，使之能在某些惡劣的 環(huán)境下生存，從而為解決人類的生存與環(huán)境問(wèn)題提供新的途徑?？果}轉(zhuǎn)基因植物。土壤鹽堿化是影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重要問(wèn)題之一，全球鹽堿地約占陸地面積的 1/3，在我國(guó) 15 億畝 (1 畝 =)耕地中約有 1 億畝為鹽堿地，此外還有 5 億多畝為鹽堿荒地。土壤鹽漬化是限制植物生長(zhǎng)、導(dǎo)致農(nóng)作物減產(chǎn)的重要因素。在鹽脅迫下植物的外部形態(tài)和內(nèi)部生理特性都發(fā)生一系列變化： ①鹽脅迫能抑制植物組織器官的生長(zhǎng)，加速發(fā)育過(guò)程，使?fàn)I養(yǎng)生長(zhǎng)期和開(kāi)花期縮短。 ②鹽脅迫對(duì)植物的光合作用具有抑制效應(yīng)，光合作用的有關(guān)酶類受到抑制，導(dǎo)致植物光合作用能力下降 。 ③植物內(nèi)源激素發(fā)生改變，如脫落酸 (abscisicacid， ABA)的水平明顯上升。 植物的耐鹽是在一系列酶的調(diào)節(jié)下而發(fā)揮作用的，這些酶或蛋白分別參與植物的滲透調(diào)節(jié)、離子區(qū)域化和離子的選擇吸收。參與植物細(xì)胞內(nèi)滲透調(diào)節(jié)的是一類小分子有機(jī)化學(xué)物如脯氨酸、甜菜堿等，這些小分子的合成酶是耐鹽相關(guān)基因研究的一個(gè)重點(diǎn)。通過(guò)對(duì)滲透調(diào)節(jié)劑合成基因的克隆和轉(zhuǎn)移，可大大提高植物的抗鹽性。將大腸桿菌和菠菜的醛脫氫酶基因轉(zhuǎn)移到煙草中，獲得了具有高抗鹽能力的轉(zhuǎn)基因植株。將枯草桿菌果聚糖合成酶基因轉(zhuǎn)化煙草細(xì)胞后，也獲得了具有高抗鹽 的轉(zhuǎn)化株?？缒み\(yùn)輸?shù)鞍讓?duì)植物的耐鹽性也起重要作用，它決定植物細(xì)胞內(nèi)鹽離子濃度的水平。 抗旱轉(zhuǎn)基因植物。世界上有近三分之一的地區(qū)屬于干旱地區(qū)，即使在雨水充足的地方也會(huì)經(jīng)常出現(xiàn)短期缺水的現(xiàn)象，干旱給全球農(nóng)業(yè)和林業(yè)帶來(lái)了嚴(yán)重危害。隨著全球氣候的變化，干旱和沙漠化現(xiàn)象也越來(lái)越嚴(yán)重，并已經(jīng)威脅到人類的生存和發(fā)展。因此，培育耐旱植物對(duì)解決因缺水給農(nóng)業(yè)帶來(lái)的災(zāi)害具有重要意義。滲透調(diào)節(jié)是植物抗旱的重要方式，它包括主動(dòng)調(diào)節(jié)和被動(dòng)調(diào)節(jié)兩種，主動(dòng)調(diào)節(jié)是指植物通過(guò)對(duì)有機(jī)或無(wú)機(jī)溶質(zhì)的吸收、積累 43 和代謝活動(dòng)，降低細(xì)胞的滲透勢(shì)，從而維持細(xì) 胞正常的水勢(shì)。在多種植物滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)中，脯氨酸是一種主要的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，在植物體中它可由谷氨酸轉(zhuǎn)變而來(lái)，其中的一個(gè)關(guān)鍵酶催化脯氨酸的最后形成，將麥脯氨酸合成酶基因克隆并轉(zhuǎn)移到煙草中，轉(zhuǎn)化株能在高滲透勢(shì)的溶液中生活，表明轉(zhuǎn)化株可在相對(duì)缺水的條件下生活。 抗凍轉(zhuǎn)基因植物。植物在長(zhǎng)期的進(jìn)化過(guò)程中形成了一套與相應(yīng)環(huán)境相適應(yīng)的保護(hù)機(jī)制，改變植物生活環(huán)境因素如將生活在熱帶或亞熱帶的植物移栽到寒帶可能導(dǎo)致植物死亡，其原因是熱帶植物缺乏對(duì)過(guò)低溫度的保護(hù)機(jī)制。然而，人口增長(zhǎng)的巨大壓力要求我們迅速擴(kuò)大農(nóng)作物的種植面積和區(qū)域，培 育耐寒和抗凍的植物品種無(wú)疑是一種最佳的選擇?？箖龅鞍?(antifreeze protein， AFP)是一種能降低冰點(diǎn)和減少冰晶生長(zhǎng)速度的蛋白質(zhì)，在許多生物包括動(dòng)物和植物中都存在抗凍蛋白。目前研究的最多的是魚(yú)類動(dòng)物的抗凍蛋白，生活在兩極的海洋魚(yú)類主要靠血液中的 AFP 來(lái)降低體液的冰點(diǎn)，以防止因體液凍結(jié)而死亡?？箖龅鞍追譃閮纱箢悾汉堑目箖龅鞍缀筒缓堑目箖龅鞍住Ｒ贼~(yú)類的抗凍蛋白處理植物組織細(xì)胞，可減少細(xì)胞的冰晶生長(zhǎng)、降低冰凍溫度。將黃蓋鰈 AFP 基因轉(zhuǎn)移到番茄和煙草中，其組織提取物冰晶的生長(zhǎng)明顯受到抑制。 Hhomashow 等將 CBFl (Crepeating binding factor)基因?qū)霐M南芥，誘導(dǎo)一系列低溫調(diào)節(jié)蛋白的表達(dá)，使未經(jīng)低溫馴化的植株具有較強(qiáng)的抗寒能力，能抵御寒冷的氣候。 抗除草劑轉(zhuǎn)基因植物。在大田中雜草能與農(nóng)作物爭(zhēng)奪空間、陽(yáng)光和各種養(yǎng)分，導(dǎo)致農(nóng)作物減產(chǎn)。發(fā)達(dá)國(guó)家每年使用化學(xué)除草劑的費(fèi)用高達(dá)百億美元，然而除草劑對(duì)農(nóng)作物的生長(zhǎng)會(huì)造成一定的影響，這就限制了除草劑的應(yīng)用。解決除草劑對(duì)作物的傷害可從兩方面考慮：一是使用對(duì)作物傷害較小的除草劑，二是將抗除草劑的基因?qū)胱魑镏?。草甘?glyphosate)是一種廣譜的有機(jī)磷除草劑，對(duì)許多一年生或多年生雜草有很強(qiáng)的抑制作用，其除草機(jī)理是抑制葉綠體芳香族必需氨基酸生物合成途徑中的 5烯醇式丙酮酸基莽草酸 3磷酸鹽合成酶 (EPSPS)的活性。將矮牽?；ǖ?EPSPS cDNA 重組到 CaMV 35S 啟動(dòng)子控制下的表達(dá)載體中并導(dǎo)入矮牽牛細(xì)胞中，轉(zhuǎn)化的愈傷組織中 EPSPS 的含量增加了 20— 40 倍，由愈傷組織再生的轉(zhuǎn)基因植株在施加高濃度草甘膦的田間實(shí)驗(yàn)中全部成活并能生長(zhǎng)到成熟，而對(duì)照株在施加除草劑后十多天就全部死亡。 藥用轉(zhuǎn)基因植物 。 目前許多蛋白類藥物是通過(guò)微生物 發(fā)酵和動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)等方法獲得的其成本高，產(chǎn)量遠(yuǎn)不能滿足市場(chǎng)的需要。利用轉(zhuǎn)基因植物為生物反應(yīng)器生產(chǎn)蛋白類藥物和疫苗是解決這一 44 問(wèn)題的一條較好途徑。利用轉(zhuǎn)基因植物已生產(chǎn)出動(dòng)物抗體、疫苗、生長(zhǎng)因子和生長(zhǎng)激素等多種具有藥用價(jià)值的蛋白質(zhì)或多肽。 轉(zhuǎn)基因植物表達(dá)抗體。動(dòng)物抗體的完整基因或基因片段被克隆后可在植物中進(jìn)行表達(dá)。最早報(bào)道利用植物表達(dá)抗體的研究是在煙草中進(jìn)行的， Hiatt 等將免疫球蛋白重組抗體 CD4基因轉(zhuǎn)化煙草，獲得了能表達(dá)完整抗體的轉(zhuǎn)基因植株，抗體的表達(dá)量占植物總蛋白的 1％。DeNeve 等將抗體 IgGl 及其 Fab 基因片段導(dǎo)入擬南芥和煙草中，結(jié)果都得到了表達(dá)，但在擬南芥中的表達(dá)量遠(yuǎn)高于在煙草中的表達(dá)量、并且抗體的完整性較好。此外，抗體基因還能在植物誘傷組織中得到表達(dá)。 轉(zhuǎn)基因植物表達(dá)疫苗。近年來(lái)利用轉(zhuǎn)基因植物生產(chǎn)基因工程疫苗得到迅速發(fā)展。將抗原基因?qū)胫参锊⒃谥参镏杏行П磉_(dá)，人或動(dòng)物攝入轉(zhuǎn)基因植物或其中的抗原蛋白，從而產(chǎn)生對(duì)某種抗原的免疫應(yīng)答。利用轉(zhuǎn)基因植物生產(chǎn)疫苗具有多種優(yōu)點(diǎn)：植物細(xì)胞培養(yǎng)、植株種植條件簡(jiǎn)單；能對(duì)真核蛋白質(zhì)疫苗進(jìn)行準(zhǔn)確的翻譯后加工，保持了自然狀態(tài)下的免疫原性；對(duì)人體安全，消除了動(dòng)物病毒載體可能對(duì)人 體造成潛在的傷害；使用方便，可直接口服免疫，并產(chǎn)生較強(qiáng)的體液和黏膜免疫反應(yīng)；易于加工和運(yùn)輸，便于推廣。轉(zhuǎn)基因植物生產(chǎn)疫苗的研究主要集中在煙草、馬鈴薯、番茄和香蕉等植物。目前已利用轉(zhuǎn)基因煙草表達(dá)出乙肝疫苗、瘧疾孢子蟲(chóng)抗原、霍亂和腹瀉疫苗等，利用轉(zhuǎn)基因馬鈴薯表達(dá)乙肝病毒表面抗原等，利用轉(zhuǎn)基因番茄表達(dá)狂犬病毒糖蛋白和天花病毒表面抗原等，利用轉(zhuǎn)基因香蕉表達(dá)乙肝病毒表面抗原等。 轉(zhuǎn)基因植物食品 。 隨著全球人口不斷增加，人口過(guò)多與糧食相對(duì)不足的矛盾越來(lái)越突出，如何提高糧食的產(chǎn)量以滿足人類不斷增長(zhǎng)的需要是新世紀(jì)農(nóng)業(yè)面 臨的重要問(wèn)題。一方面，隨著人們生活水平的不斷提高，人們?cè)絹?lái)越關(guān)注食物的口味、口感和營(yíng)養(yǎng)價(jià)值等因素。這些實(shí)際需要為植物基因工程的發(fā)展提供了廣闊的空間。另一方面，植物基因工程也為提高作物產(chǎn)量、改良作物品質(zhì)提供了一條嶄新的途徑。 其他轉(zhuǎn)基因植物 。 抗早衰轉(zhuǎn)基因植物。 — 植物葉片是進(jìn)行光合作用的器官。葉片的衰老可以促進(jìn)各器官礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)元素的重新分配，但同時(shí)也伴隨同化作用能力的喪失。葉片的過(guò)早衰老會(huì)引起作物產(chǎn)量和質(zhì)量的嚴(yán)重下降，因此防止葉片或花等器官的早衰具有重要的意義。常規(guī)延緩植物葉片和花等器官衰老的方法是施用細(xì)胞 分裂素或人工類似物。利用基因工程技術(shù)，使轉(zhuǎn)基因植物抑制乙烯的合成或促進(jìn)細(xì)胞分裂素的合成，可達(dá)到延緩植物衰老的結(jié)果。 Amasino 45 等將擬南芥衰老葉片中特異表達(dá)的啟動(dòng)子 PSIGI2 與 IPT 基因構(gòu)成嵌合基因?qū)胫参?，轉(zhuǎn)化株內(nèi)源性細(xì)胞分裂素的水平增加，并顯著延緩葉片的衰老，同時(shí)又不引起植物發(fā)育紊亂。改變花色、花型的轉(zhuǎn)基因植物。色素決定花的顏色，花冠中色素主要為黃酮類色素。黃酮類色素的合成以苯丙氨酸或肉桂酸為前體，在生物合成中的一個(gè)關(guān)鍵酶是苯基苯乙烯酮合成酶 (CHS)，它由多基因編碼。在矮牽牛中 CHS 基因有 12 個(gè)， 其中兩個(gè)基因 (CHSA， CHSJ)能在花冠中表達(dá)。將 CHS 的反義 RNA 轉(zhuǎn)入紅色的矮牽牛中，獲得了顏色變淡且紅色與無(wú)色相間和全白色的兩類花。 339。,539?！?羥氧化酶基因是編碼合成藍(lán)色色素花翠素的關(guān)鍵酶，將該基因轉(zhuǎn)移到薔薇等不含該酶的切花植物中，使得轉(zhuǎn)基因植株開(kāi)放藍(lán)色的花朵。 利用轉(zhuǎn)基因植物生產(chǎn)可降解塑料?；瘜W(xué)合成塑料的大量使用不僅造成有限資源的巨大浪費(fèi)，而且還給我們的生存環(huán)境帶來(lái)嚴(yán)重污染，因此研究和開(kāi)發(fā)可降解塑料就成了當(dāng)務(wù)之急。以微生物聚脂為原料制成的塑料可以被完全降解，因而不會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染。聚 3羥基鏈烷酸 酯 (polyhydroxyalkanoate， PHA)是一種比較重要的微生物聚脂，它具有類似