1.3.2　基因工程在农业中的应用

基因工程技术将选定的功能基因在受体中超表达、关闭表达或异源表达，实现收集基因产物或改变宿主性状的目的，广泛应用于农业、林业、畜牧业中。烟草、棉花等经济作物极易遭受病毒、害虫的侵袭，严重时导致绝产。利用重组微生物可以大规模生产对棉铃虫等有害昆虫具有剧毒作用的蛋白质类农用杀虫剂，这类杀虫剂是可降解的生物大分子，不污染环境，故有“生物农药”之称。将某些特殊基因转入植物细胞内，再生出的植株可表现出广谱抗病毒、真菌、细菌和线虫的优良性状，从而减少或避免使用化学农药，达到既降低农业成本，又避免谷物、蔬菜和水果被污染之目的。其中，最主要的抗虫措施之一是在植物中表达苏云金芽孢杆菌的Bt蛋白。

基因工程也可用来改良农作物的品质。作为人类主食的水稻、小麦和土豆，其蛋白质含量相对较低，其中必需氨基酸更为缺乏，选用适当的基因操作手段提高农作物的营养价值正在研究之中。一些易腐烂的蔬菜水果（如番茄、柿子等）也能通过重组DNA技术改变原来的性状，从而提高货架存放期。第一个获批上市的转基因农作物是延熟保鲜转基因番茄。全球开发的转基因农作物已有很多种，包括转基因大豆、玉米、棉花等。

天然环境压力对农作物生长影响极为严重。细胞分子生物学研究结果表明，对某些基因进行结构修饰，提高植物细胞内的渗透压，可在很大程度上增强农作物的抗旱、耐盐能力，提高单位面积产量，同时扩大农作物的可耕作面积。科学家利用基因工程可培育出具备抗寒、抗旱、抗盐碱、抗病等特性的新品种，使得适合农作物生长的范围大大增加。1986年，首次培育出抗植物病毒TMV的转基因植物。

应用基因工程技术还可以提高粮食中的蛋白质含量。美国威斯康星大学的研究人员从菜豆提取了储藏蛋白基因，并将其转移到向日葵中，表达了该基因。美国明尼苏达大学也进行了类似的实验，他们把玉米醇溶蛋白基因转移到向日葵根部的细胞中。这些实验取得的进展都展示了通过改良作物品种来提高蛋白质含量的良好前景。

除草剂在农业中的使用较为广泛，但对农作物的产量有一定影响。美国的研究者利用基因工程技术于1985年获得了耐受草甘膦的转基因烟草。

近十年来，对豆科植物固氮机制的研究方兴未艾，科学家试图将某些细菌中的固氮基因移植到非豆科植物细胞内，使其具备固氮的功能。目前，对固氮根瘤菌及其宿主植物的基因组、功能基因组和蛋白质组的研究工作正在蓬勃开展，已成功构建重组苜蓿根瘤。通过基因工程将固氮基因从豆科植物转移到非豆科植物，难度较大。但这项宏伟计划一旦实现，无疑将是第二次绿色大革命。

基因工程技术在动物科学的应用范围也很广，已成功研制了许多动物基因工程药物、疫苗如生产促红细胞生成素（erythropoietin，EPO）、血清蛋白素（HAS）、组织纤溶酶原激活剂（TPA）等。特别是转基因动物的成功培育，不仅改良了动物的性状，而且使转基因动物可作为有效的表达系统，生产出许多重要重组蛋白，还可满足人们的其他需求，如提供皮肤、角膜、心、肝、肾器官，为挽救众多危重患者提供帮助。

1985年，科学家第一次将人的生长激素基因导入猪的受精卵获得成功，转基因猪与同窝非转基因猪比较，生长速度和饲料利用效率显著提高，胴体脂肪率也明显降低。美国科学家于2000年10月宣布培育出世界上首只转基因猴，这是世界上首次培育成功转基因灵长类动物。