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农业将随着基因技术的应用，向着优质高产、无污染、无病虫害、高效益的绿色生态农业发展。基因工程将层出不穷地培育出动植物新品种，各种小麦、水稻、玉米等作物不仅高产、抗逆性强、能固氮，还含有比大豆、花生更丰富的蛋白质；土豆、甘薯不仅抗病虫害，还含有与肉类相当的蛋白质；五颜六色的蔬菜不但抗病虫，而且需要什么时候成熟，就能什么时候成熟上市，四季均可供应；高产抗病虫害的粮食和棉花等作物均能在盐碱地和干旱地区生长，使荒地变良田。将来的烟草不再含尼古丁，制成的香烟无毒害，而且烟草还可成为蛋白质的重要来源；今后的新甜料（甘蔗、甜菊等）含热量低，将为不宜食糖的人带来甜蜜。大田里将大量种植生产石油、酒精、塑料和医用药物的作物，成为工业能源和原料的基地；工厂里用水果的果肉细胞进行培养，只长果肉，不长果皮，更不需要长根、茎、叶，直接就可以制成鲜美的果酱和果汁饮料。脱毒快速的组织培养技术，将为大地绿化、美化提供大量特优、抗逆性强的花草、果木和树苗。更引人注目的是育种工作者利用DNA重组技术，把所需的性状直接地“设计”入种子，用这种方法培育的多个植物常被称为转基因作物，可以使自然界中不可能发生的杂交成为可能，使新的作物带有多种优良性质。

基因技术、胚胎工程将使家畜、家禽的肉、蛋、奶产量成几倍、几十倍地增长。一头优良种公牛可使10万头母牛怀胎；优质奶牛的产乳量成倍增长，奶牛饲养量可大幅度减少；从一个小小的胚胎可以繁殖出一大群几乎一模一样的高产牛（羊、猪）来；“超级动物”、“微型动物”都可以按人的需要选择饲养；借胎生子，可使数十种频于绝种的大熊猫、金丝猴等珍稀动物继续繁衍后代。21世纪，基因移植将改变某些动物的受精方式、动物外形和活动规律，一些性状不同于现有的家畜、家禽、鱼类将陆续问世。基因重组的微生物能在发酵罐里生产出不带壳的鸡卵清蛋白，产量比母鸡要高出许多倍；牛羊等“动物制药厂”能生产人类蛋白、激素、抗体等产品，将成为医治人类疾病的重要药物；在发酵罐里合成的纤维和蚕丝，将成为人们生产时装面料的最新原料。

现在甚至有的人设想，如果把固氮细菌里的遗传基因转移到动物和人体肠道微生物（如大肠杆菌）细胞里，让这些肠道微生物也有固氮本领，制造氨基酸，那就可给动物和人提供营养，减少动物和人对蛋白质的需要量。当然，实现这一设想将比植物固氮研究更困难，要走的道路更加漫长。

基因技术与其他高技术结合将开辟农业的新领域。例如，人类根据从太空飞行所获得的有关火星的各种数据，现在已能够用基因工程方法培养出所需要的微生物，可以让它们去“吃掉”火星上的一氧化碳并释放出氧气，使火星能够逐渐变成适合于我们人类生存活动的新天地。目前，科学家们正在实施对火星进行探测的计划，搜集更多的数据，以判定对火星播种地球生物的可行性，如果这种设想能实现，不超过几代人的不懈奋斗，就有可能实现我们人类谋求到其他星球上开辟生存空间的最大的追求和希望。

抗病虫害的农作物

提高农作物品种抗病虫害的能力，既可减少农作物的产量损失，又可降低使用农药的费用，降低农业生产成本，提高生产效益。

目前，人们已经发现了多种杀虫基因，但应用最多的是杀虫毒素蛋白基因和蛋白酶抑制基因。杀虫毒素蛋白基因是从苏云金芽孢杆菌（一种细菌）上分离出来的，将这个基因转入植物后，植物体内就能合成毒素蛋白，害虫吃了这种基因产生的毒素蛋白以后，即会死亡。目前已成功转入毒素蛋白基因的作物有烟草、马铃薯、番茄、棉花和水稻等，正在转入这个基因的作物还有玉米、大豆、苜蓿、多种蔬菜以及杨树等林木。

转基因抗虫作物，效果最大的当数抗虫棉。说起棉花，大家都知道它又白、又轻、又软，做成的棉被盖在身上，暖暖的。

棉花收获季节一到，棉田里就盛开着一朵朵的棉花，远远望去美极了。然而，棉花也有天敌，一旦被棉铃虫侵害，棉花就会变黄、发蔫，甚至无法开花、吐絮，造成棉田减产，棉农减收。拿我国来说，自1992年以来，河北、山东、河南等棉区棉铃虫危害极为严重，全国每年直接损失达60亿～100亿元。因此，如何治理棉铃虫成为了我国农业工作者的一件大事。

许多年来，为了防治棉铃虫，人们主要靠喷施化学农药。这种方法虽然有一定的防治效果，但也存在着害虫产生抗药性的缺点。有些地方农民们喷洒农药甚至把药水往虫子身上倒，可虫子仍然不死，虫子把棉花的花蕾、棉桃和叶子照样吃个精光。另外，喷施农药对人体有害，容易中毒，况且对环境也有严重的污染，因此，不提倡使用农药。

1997年，美国种植了抗虫基因棉100多万公顷，平均增产7%，每公顷抗虫棉可增加净收益83美元，总计直接增加收益近1亿美元。我国是世界上继美国孟山都公司后第一个获得抗虫棉的国家。我国的抗虫棉的抗虫能力在90%以上，并能将抗虫基因遗传给后代。我国的抗虫棉已进入产业化阶段，生产面积已有6．7万公顷，如果全面推广，每年可挽回棉铃虫造成的经济损失75亿人民币。

利用植物基因工程不仅可以治虫，而且还可以防病。你知道吗？作物在它的一生的生长历程中还会受到几十种甚至上百种病害的危害。这些病害包括病毒病、细菌病以及真菌病。作物感染病害以后将给生产带来极大的损失。如水稻白叶枯病，它是我国华东、华中和华南稻区的一种病害，由细菌引起，发病后轻则造成10%～30%的产量损失，重则难以估计。

为了培育抗病毒的转基因作物。我国科学家将烟草花叶病毒和黄瓜花叶病毒的外壳蛋白基因拼接在一起，构建了“双价”抗病基因，也就是抵抗两种病毒的基因，把它转入烟草后，获得了同时抵抗两种病毒的转基因植株。田间试验表明，对烟草花叶病毒的防治效果为100%，对黄瓜花叶病的防治效果为70%左右。目前，我国科学家还通过利用病毒外壳蛋白基因等途径，进行小麦抗黄矮病、水稻抗矮缩病等基因工程研究，并取得了很大进展。

今后，农民们种庄稼不治虫、少施农药的日子为期不远了。

利用植物基因工程来防治病毒害，目前已取得了令人瞩目的成就，主要有以下方法：

向植物中转入病毒的外壳蛋白基因

人们早就知道，接种病毒弱毒株能够保护植物免受强毒株系的感染，就像人接种牛痘可免除天花病毒感染一样。这种在一种病毒的一个株系系统地浸染植物后，可以保护植物不受同种病毒的另一亲缘株系严重浸染的现象，就是人们常说的交叉保护作用。近年来，人们通过基因工程方法来实现交叉保护。

1985年，美国科学家设想将病毒的外壳蛋白基因转入植物基因组中，看其是否能产生类似交叉保护的现象。他们将烟草花叶病毒的外壳蛋白基因转入烟草细胞，转基因植物及其后代都高水平地表达了外壳蛋白。这些植株有明显的抗病性，甚至还可以有效地减轻和延迟另一种相关的烈性病毒株的病症。在接种了烟草花叶病毒以后，转基因番茄只有约5%的植株得病，几乎不减产，而对照植株的发病率为99%。最近两年的田间试验进一步证实，用这种基因工程方法培育的番茄和烟草对病毒病防效显著。转基因植物未见产量降低，而对照组产量损失高达60%。

我国科学家将烟草花叶病毒和黄瓜花叶病毒外壳蛋白基因拼接在一起，构建了“双价”抗病基因，转入烟草获得了同时抵抗两种病毒的转基因植株。田间试验中对烟草花叶病毒的防治效果为100%，对黄瓜花叶病毒为70%左右。我国的科学家还通过外壳蛋白基因途径，进行小麦抗黄矮病、水稻抗矮缩病等基因工程研究。

美国国家科学院1992年公布谷禾类作物病毒外蛋白技术已获得成功。他们从2个日本水稻品种中分离出未成熟植株的细胞团，这种细胞团能长成植株，并能合成抗水稻条纹叶枯病毒的外蛋白基因。为了检验这种外蛋白究竟能否使植株抗水稻条纹叶枯病毒的浸染，他们在31株含有外蛋白的水稻植株和17株缺少外蛋白的对照水稻植株中，接种带病毒稻褐飞虱，结果80%的对照植株出现了病毒症状，而通过遗传工程培育的稻株仅有20%～40%受浸染。

到目前为止，已有烟草花叶病毒、苜蓿花叶病毒、黄瓜花叶病毒、烟草脆裂病毒、马铃薯X和Y病毒、大豆花叶病毒等的外壳蛋白基因在烟草、番茄、马铃薯和大豆中得到表达。这些转基因植株都获得了阻止或延迟相关病毒病发生的能力。

向植物中转入病毒的卫星RNA基因

有些种类的病毒是带有卫星RNA的。“卫星RNA”通常用以称呼这样一类病毒或核酸，它们特异地依赖于某种病毒进行自身的复制，但它们本身却不为后者的复制所必需，故人们称之为“卫星RNA”，称卫星RNA所依赖的病毒为“辅助病毒”。一些研究者认为，卫星RNA是一种“病毒的寄生物”。有些卫星RNA可干扰辅助病毒复制，并抑制病毒病症的表现。

1986年英国科学家首次将黄瓜花叶病毒卫星RNA反转录成DNA，然后导入了烟草植株中。这些烟草及其有性繁殖子代在受到黄瓜花叶病毒侵害时，显著地抑制了病毒在植株中的复制，大大减轻了病症的发展。在该种转化植株受到番茄不育病毒——一种与黄瓜花叶病毒密切相关的植物病毒的攻击时，虽不能减少番茄不育病毒基因组RNA的合成，但却可通过诱导卫星RNA的合成而使病症得到明显的缓解。上述结果表明，利用卫星RNA产生的遗传性保护是诱导及增强农作物对病毒病害抗性的一种有效的策略。

此后，澳大利亚的科学家也报道将烟草环斑病毒卫星RNA导入烟草，获得了对烟草环斑病毒具有抗性的转基因植株。对照烟草在接种上述病毒后1周，出现典型的、具有严重坏死中心的环斑局部病变；接种后6周，所有的新生叶片均表现出严重的全叶症状，植株生长受阻；6周后，新叶变小，表现出烟草环斑病毒感染的特征性斑驳症状。在转化植株上，病症的出现要比对照植株晚1～2天，病斑中心仍保持着绿色，无坏死现象。在感染病毒后3周新叶仍无明显病变，5～16周后，在某些新叶上有些轻微的全叶反应。转化植株的叶片大小正常，长势较对照植株更旺盛，在接种病毒后10周还开了花。

利用植物自己编码的抗病基因

有些植物品种或株系在受到病毒浸染时能表现出一定的抵抗能力。最明显的例子就是有的番茄品种能够抵抗番茄花叶病毒的浸染，还有许多植物（如烟草、番茄、菜豆等）在受到病原真菌、细菌、病毒或逆境诱发后体内能产生多种蛋白，一旦将来克隆到了植物本身抗病毒的抗原基因，那将是最佳的抗病毒基因工程途径之一。

真菌病害是作物损失的主要原因之一。过去对植物真菌病害的控制方法有：一是培育抗性品种；二是施用化学杀菌剂；三是采取预防措施，如轮作，避免受浸染土壤和带病原植物材料的传播等。然而，抗病育种所需时间长，难以对新的致病小种作出及时反应，化学杀菌剂成本高，且最终导致病原菌的抗药性，其残毒还引起环境污染等问题。

近年来，一些科学家致力于利用基因工程方法，如基因转移技术，培育不需要或只需要少量化学药剂的作物品种，为植物真菌病害的防治开辟了新的途径。

德国科学家在烟草中成功地引入了一种真菌抗体。迄今只在花生、松树和葡萄藤蔓中发现有这种抗体。葡萄可利用这种抗体抗御灰霉菌的浸染，烟草由于无此种抗体则受感染严重。为了使烟草植株也能产生这种抗体，研究人员在花生基因库中找到了表现这种抗体的组合基因，并把它取出转移到烟草植株体内。半年后，他们在受体细胞质中找到了该种抗体。试验表明，转基因后的烟草植株对灰霉菌具有较强的抗性。除此之外，他们还计划将表达这种真菌抗体的组合基因引入到马铃薯、番茄和油菜等作物。

一些植物中，植物抗毒素通常在局部合成，并在面临病原菌或环境胁迫后积累。这表明植物抗毒素的产生可导致对某些病原菌的抗性。例如，葡萄中植物抗毒素白藜芦醇的存在与对灰质葡萄孢的抗性有关，将花生的编码白藜芦醇合成的关键酶——芪合酶的基因转入烟草，其在转基因烟草中的构成性表达引起白藜芦醇的合成，且转基因植株的抗灰质葡萄孢浸染的能力比对照植株的强。

植物界大量存在具有离体抑制真菌生长增殖能力的蛋白质，相应基因在转基因植物中表达可使这些植物产生抗真菌性。

研究发现，几丁质酶和B－1，3－葡聚糖酶位于植物细胞的液泡中，它们能催化许多真菌细胞壁主要成分——几丁质和葡聚糖的水解，从而抑制真菌的生长繁殖。所以，这两种酶是许多真菌生长的有效离体抑制物，两者协同作用，联合形成很强的抗菌活性。

美国科学家将一种高度活性的能激发植物体内几丁酶合成的源基因引入菜豆，取代了菜豆本身的该基因，以增加植物的几丁酶基因的表达，从而增强对真菌病原体的抗性。试验结果表明，含有外源基因的转基因菜豆植株比未转化植株产生的几丁酶多，对引起幼菌猝倒病和根腐病的丝核菌的抗性也有所增强。此外，将菜豆内生几丁质酶基因导入烟草植株，植株对立枯丝核菌的抗性就会增强。

至今，世界上已经分离出一些抗旱基因。例如，美国科学家发现苔藓（地衣）拥有高度耐旱的基因，只要在干枯苔藓上滴几滴水，它就会很快恢复生机。他们指出，利用这些非作物基因，改良重要的、有经济价值的作物，使它们真正地耐旱，能在严重的沙漠类型干旱下生存，并培育出当前短缺的、在少雨条件下生长的作物，是非常有前景的。其他科学家在珍珠粟中发现了一种耐旱基因，称作TR。该基因可使珍珠粟叶片产生一个厚厚的蜡层，防止水分散失，在干旱条件下可使珍珠粟增产25%以上。

现在，在一些作物上已经实现了抗旱基因转移。美国科学家从一种细菌上分离出抗旱基因，并将其转入植株中，获得了抗旱转基因棉花。

脯氨酸能抑制植物细胞向外渗漏水分，小黑麦、仙人掌由于含脯氨酸合成酶基因，故能在干旱地区生长。美国斯坦福大学的科学家正在研究将仙人掌的抗旱基因转入大豆、小麦、玉米等作物中，以培育耐旱作物品种。

早在20世纪80年代，科学家们就从红树林及各种海洋植物中得到启示：它们之所以能在海水浸泡的“海地”中生长，主要原因是它们为喜盐、耐盐的天然盐生植物。

于是，科学家们“顺藤摸瓜”，运用基因工程技术，从种子基因到生态环境进行研究，结果发现它们的基因与陆地甜土植物不同，而正是这种独特的基因，使它们成为盐生植物，适应海水浸泡和滩涂的生态环境。

据此，科学家认为人类一定有办法找到或培育出适应海水灌溉的农作物。

1991年，美国亚利桑那大学的韦克斯博士，完成了一种耐寒内质盐生物——盐角草属的杂交试验。

紧接着，他又潜心研究高粱种子基因，使它适应咸土的生态环境。

韦克斯博士认为，在现有粮食作物中，高粱生长速度快，根须多，水分吸收快，只要解决耐盐性问题，海水浇灌或咸土栽培均有可能。

无独有偶，美国农业部的土壤学家罗宾斯也在打高粱的主意。他将高粱与一种非洲沿海盛产的苏丹杂草杂交，结果成功地培植出一种独特的杂交种——“苏丹高粱”。这种粮食作物的根部会分泌出一种酸，可快速溶解咸土土壤中的盐分而吸收水分。种植这样的农作物，采用海水浇灌后，海水中的盐分会自然被溶解掉，而不至于影响高粱的生长。当然，这一美好愿望的实现，仍是借助于植物基因工程的帮忙。

以色列的厄瓜多尔加拉帕海岸，生长着一种番茄，它的个小味涩，口质很差。但以色列科学家从这种耐盐西红柿中提取出了耐盐基因，将它整合到普通西红柿的种子中，通过精心培育，竟培育出了味美、个大、品质优良的耐盐品种，为充分利用海边盐碱地开辟了广阔的前景。

英国科学家则将生长在盐碱地上冰草的耐盐碱基因，转移到了小麦的染色体结构中，培育成了适合在盐碱地种植的小麦一冰草杂交种。这个杂交种适合于亚洲、中东和澳大利亚。

与杂草“势不两立”的作物

草和庄稼一起生长，共同生活是避免不了的。杂草的生长，会使作物大幅度减产。以大豆为例，若不锄草，大豆的产量就会减少10%。以每公顷产大豆1300千克计算，每公顷因草害将少收大豆130千克，那么我国种植大豆750万公顷，如果不锄草，每年将少收9．7亿千克的大豆，价值近10亿元人民币，这是一项多么大的损失，消灭田间杂草就成为农业科学家们攻克的目标。

经过人们的长期探索，发现有些药品能杀灭杂草。农民们只要向农田喷洒一些化学药剂，杂草就会被消灭。但是，人们很快发现，有的除草剂虽然能有效地杀灭杂草，但对农作物也有不同程度的危害；有的除草剂虽然对农作物没有危害，也能有效地杀灭杂草，但它在土壤中的残留期太长，严重影响了作物的倒茬轮作。比如有一种除草剂不危害玉米，但对这块田里的轮作物——大豆有毒害作用。另外，长期使用除草剂也可使杂草具有抗除草剂的能力。

基因工程的兴起，使上述问题的解决有了希望，人们看到了曙光。人们设想，向作物导入抗除草剂的基因，获得抗除草剂的转基因作物，这样就可以使作物不再受除草剂的伤害了。于是，几乎世界各国都开始重视这项技术的研究。现在，已有抗除草剂转基因植物约20多种，它们给农业生产带来了巨大便利。

会“发光”的奇异植物

在自然界，能发光的生物有某些细菌、甲壳动物、软体动物、昆虫和鱼类等。在深海中约99%的动物会发光，它们形成了独特的海底冷光世界。但植物也能发光吗？答案是肯定的。

凡是到过美国加利福尼亚大学参观的人们，总是要到该校的植物园去领略一番那里的奇妙夜景。

这是为什么呢？

原来，加利福尼亚大学的植物园内，种植着几畦奇异的植物，每当夜晚降临时，人们就会看见一片发出紫蓝色荧光的植物。这是加利福尼亚大学的生物学家们，利用基因工程的方法制造出来的一种能从体内发射荧光的神奇烟草。这种“发光”烟草又是怎么培育出来的呢？

科学家们曾对荧火虫的发光机理进行了深入研究，了解到萤火虫发光是发光器中的荧光素在荧光酶的催化下发出的间歇光。荧光素与荧光酶都是由发光基因“指挥”下合成的，然后由调控基因发出光反应信息。于是，科学家们便把发光基因从荧火虫的细胞中分离出来，再转入到烟草体内，这样便培育出能发射荧光的转基因烟草。

英国爱丁堡大学已将发光基因分别转给棉花、马铃薯和青菜，培育出了各自发光的植物。日本科学家还计划培育发光菊花和发光石竹花，人们不仅在白天可以看花卉的美丽花朵，而且到夜晚还可以欣赏花卉发出的熠熠光彩。美国人还计划培育出发光夹竹桃，将来种植在高速公路两旁，白天作行道树，夜晚作路灯。到那时，每当夜幕降临，公路两旁的夹竹桃荧光闪闪，树树相连，灯灯相通，那将变成一个美丽的荧光世界。

更有趣的是美国的海洋生物学家，在美国东南海域温暖的海水中发现了一种能发出蓝光的海蜇。这种海蜇体内有一种特别基因。当海蜇受到其他生物侵袭时，细胞释放出的钙便与这种特别基因“联姻”，此时身体就会发出蓝光。这种奇妙的现象，启发了英国的科学家把海蜇的特别基因移植到烟草上。结果，当生长的烟草受到各种“压力”时，也会发出蓝光。在此基础上，他们又先后在小麦、棉花、苹果树等植物上移植了“发光基因”。这样，在大田中，作物一旦受细菌、害虫或寒冷、干旱等侵害时，便会发出蓝光。这种“发光基因”极为微弱，只有通过特别的仪器才能观察到。一旦发现蓝光，人们可以立即采取措施。这样一来，就减少了施肥、用药、灌溉的盲目性，降低了农作物的生产成本。

花卉的多彩世界

在五彩缤纷的花丛中，艳丽芳香的花朵不仅使人陶醉，还使人感到心旷神怡。但在百花丛中，你见过蓝色的玫瑰吗？自然界中的玫瑰有着各种不同的颜色，如红玫瑰、白玫瑰、黄玫瑰，但却没有蓝玫瑰。为什么玫瑰不能开出蓝色的花朵来呢？而像矮牵牛等植物却能开出各种各样，其中包括蓝色的花朵呢？

我们知道，植物的花色是由植物能够合成的那种花色素决定的，植物的花色素的合成涉及许多种酶的作用。因此，在运用基因工程的方法对那些与色素有关酶的基因进行操作时，有的花色素的合成涉及酶的基因数较少，易于操作，有的花色素的合成涉及酶的基因较多，不易操作。像蓝色素的合成是由多种酶控制的，而且还与细胞中的酸碱度有关，因此利用基因工程方法培育蓝色花卉就比较复杂。现在，经过科学家们的辛勤劳动，已经培育出来了一朵朵绚丽的蓝色玫瑰。

现在，在花卉优良品种的培育方面，基因工程发挥着越来越大的作用，人们培育出了许多用传统的园艺技术难以获得的品种，如橙色的矮牵牛等。另外，现已成功地将外源基因转入玫瑰、矮牵牛、康乃馨、郁金香、菊花等重要的花卉植物。我们有足够的理由相信，基因工程会给我们带来一个更加绚丽多彩的世界。

含有疫苗的蔬菜和水果

在人的一生中，为了防治传染病，从小就要打预防针。例如，刚出生的婴儿要注射预防肺结核菌的卡介苗、预防乙型肝炎的乙肝疫苗。以后3个月到15岁之间，陆续还要接种牛痘疫苗预防天花；吃小儿麻痹糖丸预防小儿麻痹症；注射三联菌苗，预防百日咳、破伤风和白喉；注射预防麻疹的疫苗等等。

科学家们设想，是否可以培育一些带有疫苗的水果、蔬菜，这样不就可以免受打针之苦吗？

人们天天都要吃水果、蔬菜，如果将普通的水果、蔬菜或其他农作物，改造成能有效地预防疾病的疫苗，到了那个时候，对某些疾病的预防，将变得非常简单，保健便成了一件轻松的事，只要吃一个西红柿、苹果、鸭梨或一碟冷盘就可以解决问题了。

科学家们的幻想，有的已成为了现实。他们正在试验利用香蕉携带乙肝疫苗来预防乙型肝炎，这样一来，人们只要吃一根香蕉就可以达到预防乙肝的目的了。另外，有的科学家正在培育防止霍乱产生的转基因苜蓿。他们将霍乱的抗原基因导入苜蓿中，当人们食用这些转基因苜蓿以后，就可以获得对霍乱的免疫力。苜蓿苗不仅物美价廉，而且可预防霍乱，一举两得。现在人们正在试验的还有可防龋齿的烟草、防止白喉的土豆等。

培育食用植物疫苗有许多好处，它不仅能够提高人们的保健水平，而且不需要注射器，不但可以免受打针之苦，还可以避免注射器传染疾病的危险。