世界当代科技史-第15节
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入宿主细胞表达增殖。1973年，科恩等人研制的质粒就是一种非常理想的载
体。1977年，博利瓦和博耶等制成了另一种万能质粒载体PBR，为基因重
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组提供了重要工具。此外，噬菌体也被用作载体。1978年，又出现了内质粒
DNA和λ噬菌体COS区构建而成的新型载体。
获取目的基因的人工合成方法，有酶合成法和化学合成法两种。化学合
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成法产生于70年代，1980年初出现了基因合成机，至今已合成了人的生长
激素、胰岛素、干扰素等编码基因。
基因工程自70年代出现以来，取得了令人惊异的迅猛进展，在工业、农
业、医药等方面得到广泛的应用。美国基因公司利用大肠杆菌构建生产胰岛
素的基因工程菌的实验于1978年获得成功。1982年，用基因工程菌生产出
胰岛素产品，两年后进入商品化生产，结束了完全依赖动物脏器生产胰岛素
的历史。1979年，美国基因技术公司把人的生长激素基因导入大肠杆菌中，
构建成了生产生长激素的基因工程菌。1983年，用基因工程菌生产的人类生
长激素药品投放市场。到1990年，这种药品的全世界销售额已超过1。5亿美
元。1980年，美国成功地生产出了干扰素。近年来中国也研制出α、αa
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型干扰素。α 型外用基因工程干扰素已于1989年投入生产，年产值达5000
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万元，疗效很好。α 型针剂基因工程干扰素可用于治疗某些病毒性疾病和恶
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性肿瘤、毛细胞白血病等。此外，美国、中国等国近年都研制出乙型肝炎基
因工程疫苗，并已投放市场。
在植物基因工程方面，近年取得了引人注目的成就。1983年，美国成功
地将菜豆的蛋白质基因及对抗生素有抗性的细菌基因，通过土壤农杆菌 Ti
质粒置入向日葵幼苗或茎切段，结果长出了“向日豆”。
动物基因工程在80年代末也取得了重要成果。1987年，美国培育出了
转基因瘦肉型猪，是通过置入牛生长激素基因获得的。中国也研究培育出转
基因的“超级兔”、“超级猪”、“超级鲤鱼”，尽管它们还不能在生产上
推广应用，但已为改良畜牧品种开辟了广阔的前景。
传说国外过去曾有一位心灵手巧的女子用蜘蛛丝织成了一双手套。今天
这种愿望已变成现实。1990年，美国生物学家洛姆巴迪在实验室里改变了天
然蜘蛛的基因，把它转入细菌，结果细菌分泌出一种蜘蛛丝蛋白。然后，再
将液化的蜘蛛丝蛋白通过注射器针孔，挤压成人造蜘蛛丝。这种人造蜘蛛丝
的抗张强度比钢丝高5—10倍，质地和手感比得上蚕丝，但更牢固、易染色，
可以大批量生产。美国军方考虑用这种人造蜘蛛丝制做重量轻、强度大的防
弹背心、头盔、降落伞绳、军装等。利用基因工程生产特殊纺织品的时代已
为期不远了。
（2）细胞工程
细胞工程主要有细胞融合技术、组织与细胞培养技术、染色体工程技术、
细胞拆合与胚胎移植技术等。
细胞融合指不同的细胞在离体条件下接触，用无性方法使其成为一体，
而产生杂种细胞的技术。50年代，日本学者把仙台病毒混在两种不同的动物
细胞中，结果细胞间发生凝聚，异种细胞发生了融合。60年代，细胞融合发
展成为一门细胞工程技术。在植物原性质融合技术方面，60—70年代科学家
们进行了大量的实验。80年代初，原联邦德国的迈尔切斯和赞克泰勒获得了
蕃茄和马铃薯的属间杂种植株，长出了“泡马豆”，在生物学界引起极大轰
动。近年来，人们还获得了烟草——大豆、蚕豆——矮牵牛、甘蔗——高粱、
胡萝卜——羊角芹等数十种不同属植物组合的杂种植株。我国也培育出了烟
草——矮牵牛等属间融合细胞的杂种植物。1986年，日本科学家用红甘蓝和
白菜细胞融合，育出了一种形似白菜、味道似甘蓝的新型蔬菜——生物白蓝。
它属于种间体细胞杂交植物。它的培育成功，把体细胞融合技术育种从实验
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室推向大田，向商品化迈进了一步。
1975年，科学家科勒（1946—）和米尔斯坦（1927—）首先研制成功淋
巴细胞杂交瘤技术。他们将绵羊红细胞免疫的小鼠脾脏细胞与体外培养的小
鼠骨髓瘤细胞融合，制造出了一种杂种细胞，开创了单克隆抗体的新时代。
用单克隆抗体与抗癌药物或毒素结合起来，就成为威力巨大的“生物导弹”。
它具有高度选择性，对癌细胞命中率高，杀伤力强，而且不损伤正常细胞。
单抗出现虽只有十几年的时间，但发展很快。截止到1989年，英国、日本各
有100多种单抗诊断试剂在市场上销售。中国生产的诊断灵敏度高的乙型肝
炎单抗诊断药盒也已上市，此外还有结肠癌单抗诊断药盒、胰腺癌单抗诊断
药盒等十几种产品正在研制或投入批量生产。单克隆抗体技术的发展，是免
疫学中的一场革命。科勒和米尔斯坦因其杰出贡献获得1984年诺贝尔生物学
与医学奖。
植物细胞和组织培养最早出现在本世纪初。60年代，科金培育出第一株
体细胞杂种植物。30年来，植物组织培养主要用于名贵花卉的快速繁殖。1960
年，法国的莫雷尔用兰花茎尖繁殖兰花成功。此后许多国家建立了各类微型
花卉繁殖工厂数百家，繁殖名贵花卉300多种。新加坡和泰国仅靠兰花出口，
每年就可获利1000多万美元。中国生物实验室培育成功的快速繁殖植物已有
100多种，其中香蕉试管苗已形成年产几百万株的生产能力，还建成年产300
万株的甘蔗无毒种苗生产基地。1956年，有人首次提出用细胞大规模培养和
生产有用物质的专利。人们用生物反应器连续培养植物细胞，可以大量、低
成本地获得药品、香科、蛋白酶抑制剂、肿瘤抑制剂等。1968年，日本实现
了用13万公斤培养罐培养人参细胞的工业化生产。中国从70年代开始用细
胞大规模培养技术生产人参、三七、黄连等有用药品，成绩卓著。目前通过
细胞培养的植物已达200余种，从中获得有价值的物质300多种。
在染色体工程方面，中国对花粉单倍体育种的研究取得了丰硕成果，培
育出了京花1号、京花3号小麦，中花8号、中花10号水稻等优良品种。著
名的“杂交水稻之父”袁隆平培育的杂交水稻，从1976年到1989年，在中
国推广累计达12亿亩，增产稻谷1200亿公斤。美国、日本等100多个国家
都引进了中国的优质杂交水稻。在难度较大的单倍体培育玉米方面，中国也
取得突破。
细胞拆合与胚胎移植技术近几十年也有很大发展。1953年，有人将蛙的
胚囊细胞核转移到去掉核的蛙的卵里，结果这个移核卵长成了小青蛙。60—
70年代，中国动物学家童第周用显微注射技术，将鲫鱼、鲤鱼的mRNA分别
注入金鱼的受精卵中。这些卵分别发育成鲫金鱼和鲤金鱼。此后不久，世界
上第一只嵌合体小鼠也培育成功。1987年，中国陆德裕教授和助手用不同种
类兔胚胎结合得到了3只嵌合体小兔。早在100年前，就有人做过兔子的胚
胎移植试验。1951年，美国获得了第一头胚胎移植培育的牛犊。1983年日本
培育出第一头切割胚胎长成的小牛。同年，在剑桥大学学习的一位台湾研究
生，移植了4个经试管受精的猪胚胎，获得了4头小猪。1985年，美国伦敦
动物园出现了一匹胚胎移植长成的斑马。中国80年代以来在胚胎移植方面不
断取得突破，奶牛的胚胎移植技术已接近国际先进水平，在绵羊、山羊、奶
山羊和猪的胚胎移植技术方面也获得了成功。
5。生物技术的发展 （二）
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——酶工程、蛋白质工程和发酵工程
酶工程、发酵工程形成于60—70年代，现在已成为生物技术的重要组成
部分。蛋白质工程在80年代迅速崛起，使生物技术发展到一个新的阶段。
（1）酶工程和蛋白质工程
酶工程的核心是酶的固定化技术。60年代以来，酶的固定化新方法研究
迅速发展，美国、日本及欧洲一些国家在酶的固定化技术方面都取得了卓著
的成果。1969年，日本首先将固定化酶用于左、右旋氨基酶的分析，实现了
工业生产的连续反应。近年来，固定化酶技术已有10多种制备方法，用固定
化酶转化的产品也已有多种。目前已有耐 110—115℃高温的葡萄糖淀粉酶，
耐100℃高温的纤维素酶；耐高温蛋白酶和耐低温碱性蛋白酶也研制成功。
生物传感器是酶工程研究的一个热点。60年代，科学家将生物大分子酶
与各种电化学传感器结合起来，创造出新的分析装置“酶电极”。它兼有酶
法分析和电极法的优点，测定速度快，而且准确。目前，酶生物传感器已用
于病人的床头连续监护、工业发酵和环境污染的监控，显示出高效率、高灵
敏度、微型化的优点。
蛋白质工程是第二代生物技术。它的产生掀起了生物技术的新浪潮。它
集中了当代分子生物学一些前沿领域的最新成就，把核酸研究与蛋白质研究
结合起来。70年代末，蛋白质工程开始萌芽。1982年，美国3家实验室同时
运用蛋白质工程改变酪氨酸tRNA合成酶等几种蛋白质，首次取得成功，标志
着蛋白质工程的诞生。短短数年来，蛋白质工程在基础理论、技术方法和应
用方面都取得了一批重要成果。科学家弄清楚了加速酶促反应的原因，为酶
的催化作用、蛋白质工程的应用找到了正确的理论依据。他们还发展了两种
蛋白质修饰的方法，一种是定位突变，另一种是盒式突变。近来，利用免疫
学方法来制造酶成为蛋白质工程最新、最有前途的方法。目前，利用蛋白质
工程技术制造的工业用酶，已从实验室进入生产领域。1987年，美国科宁遗
传技术公司已向一家客户供应一种工程酶，并加紧开发生产几种人造酶。西
欧、日本许多大公司现在也竞相开发蛋白质工程。为了洗掉衣服上的血迹、
汗渍等，人们在洗衣粉中加入了一些酶。但这些酶容易在漂白剂的作用下被
破坏。蛋白质工程可以解决这一技术难题。荷兰已设计出一种能够和漂白剂
一同起作用的去污酶。蛋白质工程应用前景十分广阔。目前，一些公司在研
究蛋白质工程如何作为制造农用化学制剂、塑料和纤维的手段，并探索可制
造塑料复合材料、人造骨、人造血管的人造蛋白质。蛋白质工程不仅可以促
进生物技术的进一步发展，还将推动医学、材料科学技术等高科技的进步。
（2）发酵工程
发酵工程又叫微生物工程。当代发酵工程兴起于40年代。70年代以来，
细胞融合、细胞固定化及基因工程等技术的建立，使发酵工程进入了一个崭
新的阶段。
50年代前，氨基酸生产靠蛋白质水解和化学合成。50年代后期，发酵工
程生产氨基酸实现了产业化。这样生产的氨基酸具有光学活性，生产工艺简
单、成本低，污染较轻。国外用发酵法和酶法生产的氨基酸目前已达18种，
年产量超过50吨。
在药物生产方面，目前各国利用发酵法生产的抗生素达400余种，1985
年己达3万余吨。80年代以来，用发酵工程生产的6种维生素，销售量已达
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10亿多美元。我国发明出维生素C两步发酵法，工艺简单、成本低、污染轻，
在这方面处于世界先进行列。
用发酵工程生产出的柠檬酸、葡萄糖酸、乳酸和二羧酸类，已成为食品、
医药、化工等工业的重要原料。
基因工程、细胞工程等生物技术的发展，使单细胞发酵工业在70年代
