揭开遗传之谜的钥匙
俗话说，“龙生龙，凤生凤，老鼠的儿子会打洞”，“种瓜得瓜，种豆得豆”，这些都是遗传。
生物为什么会遗传？拿人来说，最初仅仅是父亲的一个精细胞和母亲的一个卵细胞，结合在一起，一步一步就发育成了胚胎、婴孩，发育成了儿童、成人。下一代和上一代之间的物质联系仅仅是那么两个细胞。那么一丁点儿的物质联系就足以确定下一代在外貌、体质等方面酷肖父母。多少年来，人们一方面赞美大自然的神奇造化，一方面苦苦思索：生物遗传到底是怎样进行的呢？
进入20世纪中叶，一批批在遗传学领域里辛勤耕耘的科学家有了收获，这个问题的答案开始清晰起来，生物的遗传物质是DNA。DNA的正式名称叫做脱氧核糖核酸，它隐藏在染色体内。染色体是细胞的主要成分（低等的原核细胞例外），而DNA则是染色体的核心部分，是染色体的灵魂。
DNA直接控制着细胞内的蛋白质合成，细胞内的蛋白质合成与细胞的发育、分裂息息相关。细胞如何发育、如何分裂决定着生物的形态、结构、习性、寿命……这些统称为遗传性状。DNA就通过这样的途径来控制生物的遗传。当然，这是最简略的说法。
远在发现DNA之前，一些生物学家推测生物细胞内应该存在着控制遗传的微粒，并把它定名为基因。现在人们清楚了，基因确确实实存在着。一个基因就是DNA的一个片段，是DNA的一个特定部分。一个基因往往控制着生物的一个遗传性状，比如，头发是黄还是黑，眼睛是大还是小，等等。准确地说，一个遗传性状可以由多个基因共同控制，一个基因可以与多个遗传性状有关。
低等动物噬菌体的DNA总共才有3个基因，大肠杆菌大约有3000个基因，而人体一个细胞的DNA中有大约10万个基因。
DNA是由四种核苷酸联结而成的长链。这四种核苷酸相互之间如何联结，这条长链折叠成什么样的立体形状，这两个问题在本世纪40年代曾难倒了许许多多有志于此的研究者。终于，在1954年，两位美国科学家找到了正确的答案，建立了令人信服的模型——DNA是由两条核苷酸链平行地围绕同一轴盘曲而成的双螺旋结构，很像是一把扭曲的梯子。两条长链上的核苷酸彼此间一一结成对子，紧紧联结。螺旋体每盘旋一周有10对核苷酸之多，而一个基因大约有3000对核苷酸。
DNA双螺旋结构的发现是生命科学史上一件划时代的大事。标志着现代分子生物学及分子遗传学的诞生，它对生物的遗传规律提供了准确、完善的解释，是人们揭开遗传之谜的钥匙。
那么，遗传信息又是怎样从DNA反映到象征性状表现的蛋白质上的呢？在DNA双螺旋结构的基础上，人们研究了DNA的复制、转录和翻译过程，提出了中心法则。指出DNA解开双链，通过自身复制实现遗传信息忠实的倍增复制；然后通过转录将遗传信息赋予一种信使——mRNA；mRNA在核糖体内通过一种转移核糖核酸分子（tRNA）将氨基酸搬运到身边，按遗传密码的要求组装成蛋白质。这样，遗传就实现了从DNA到蛋白质的“流动”。
日新月异的关于基因的研究终于使人们可以将基因从染色体上取出，然后再把它放到另外一个地方或转移到另外一种生物体内。这便是DNA体外重组技术，又称基因工程。基因工程就是按照生物体遗传变异的规律，预先缜密地设计出改变生物遗传特性的方案，有目的地去改造生物。如果说DNA双螺旋模型开辟了分子生物学的新纪元，那么70年代末的基因工程技术的建立则将我们带入了一个认识基因、改造基因、利用基因的新世纪。如今，通过基因工程技术可以将人体内某些有药用价值的基因放到细菌体内，让细菌源源不断地产生大量的重组药物，细菌变成了“制药厂”。利用基因工程还可以改良农作物的性状，生产更大、更甜、更易保存的水果，产量更高的作物。甚至基因工程食品也已写进了我们的食谱。基因工程使我们可以做到“种瓜得豆，种豆得瓜”，当然这里也必须遵循遗传和变异规律。
人类关于基因的研究成果预示着21世纪将是生物学世纪。生物学正处在理解和操纵生命的能力史无前例的爆炸边缘。随着我们进入新的世纪，生物技术将利用它自己的成就为人类历史开创锦绣前程。
移植“发光基因”
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，它们就会发出一片紫蓝色荧光，成为校园夏夜里一道迷人的奇妙景观。
这难道是萤火虫在田间闪烁吗？
不是，这是一片能从体内直接发射荧光的神奇植物，是美国加利福尼亚大学的生物学家们，用基因工程的方法，创造出来的“杰作”，不愧是人间奇迹。
那么，科学家是如何使这一“杰作”成功的呢？
他们首先在萤火虫的细胞深处，找到了使萤火虫发光的基因（即DNA遗传分子长链）。然后，他们又把一些化合物当作“剪刀”和“胶水”，将这种“发光基因”从萤火虫的细胞上“剪”下来，“粘”到一种植物感染菌上。当这种植物感染菌感染烟草细胞时，就会把萤火虫的基因“嫁”到烟草细胞的内部。受到感染的细胞此时一部分是萤火虫，一部分是烟草。
这些神奇的细胞在整株烟草里生长发育，便成为闪闪发光的烟草了。
或许有人要问：这种闪光烟草的“荧光”有什么作用呢。
科学家们认为：将某种发光基因移植到生物的基因中去，从而使生物自身发出光亮，以便更好地研究生物内的发育和生长情况，这是生物自体示踪法。用这种方法来研究植物的奥秘，将更加方便。—英国科学家在烟草研究的基础上，又先后在小麦、棉花、苹果树等植物上移植了“发光基因”。
面对这些研究成果，科学家们对未来进行了大胆而乐观地设想：未来的世界，高速公路的两旁已不再是现代化的路灯，而是被一排排高能发光植物所代替；尤其是发光的番茄和马铃薯以及形形色色的发光蔬菜，将在未来的餐桌上大放异彩；人们对植物的施肥、浇灌将更有目的，更为科学。
长出鲫鱼尾的金鱼
我国已故著名生物学家童第周教授，曾经和美籍科学家牛满江教授合作，完成了一项很有意义的研究工作——鲫鱼和金鱼的“分子杂交”，在国内外影响很大。这种杂交鱼被誉为童鱼。
他们把鲫鱼细胞里的DNA和RNA分别提取出来，注射到金鱼的受精卵里去。这是一项很复杂的技术，操作者要在高倍显微解剖镜下，用比绣花针还细的针管进行移植工作。童老在显微解剖镜往往要连续工作几个钟头；他精神集中，动作敏捷，人们很难想象是一个年逾古稀的科学家。
这些鱼卵在科学家的精心培育下，发育成了金鱼，竟出现了一个奇异的现象：其中有一些金鱼的尾巴变得像鲫鱼的。大家知道，金鱼的尾巴是大而美丽的“双尾”，鲫鱼是普通的“单尾”。现在，由注射过鲫鱼核酸的金鱼受精卵发育成的金鱼，却长了一个鲫鱼的尾巴。经过传代繁殖，发现有些单尾金鱼在后代中还能遗传下去。
不久，童第周教授等人又用鲤鱼甚至蝶螈的核酸去处理金鱼的受精卵，也获得了类似的结果。
鱼类是体外受精、体外发育的，比较容易实现遗传操纵。在分子水平上进行鱼类的远亲杂交，把不同鱼种的优良特性集合起来，可以培育出长得快、味道好、适应力强的家鱼新品种。
大家知道，青鱼、草鱼、鲢鱼、鳙鱼（即大头鲢子）是我国有名的四大家鱼。但是光有这几种家鱼还不够。我国水域辽阔，环境条件差异很大，为了进一步发展水产养殖，满足人民群众吃鱼的要求，迫切需要更多更好的家鱼新品种。在这方面，遗传工程技术必将大显神通。
熟而不软的西红柿
西红柿学名为番茄。它不仅营养丰富，糖、蛋白质、各种维生素、无机盐俱全，被誉为“小型营养库”。它还具有一定的医疗价值，深得人们的青睐，成为人们食谱中极为常见的蔬菜。
大家知道，番茄有一个特点，成熟后往往容易变软，这给运输、销售带来极大的不便。
“怎样来克服这一弊端呢？”“番茄成熟后不变软那该多好啊！”这是人们祖祖辈辈发出的感叹！
然而，现代高新技术的发展，将人们久盼不解的问题带入了“柳暗花明又一村”的境地。
科学家们发现，番茄果实的软化是由半乳糖醛酸酶控制的，这种酶能破坏细胞辟的果胶质，从而使果实很快变软。
这启发人们：破坏番茄细胞壁控制变软的酶乳糖醛酸酶，可让其成熟而不变软。
美国一个公司的科学家利用基因工程的手段，将控制乳糖醛酸酶活性表达的反义基因转入番茄体内，结果，使半乳糖醛酸酶的活性降低了92%，果实腐烂程度减少了50%，而果实的颜色、酸度、风味等性状无任何改变。
高新技术，给番茄扭转了传统的秉性，使其一反常态——熟而不软。水果在成熟之际，会释放出乙烯，从而促使水果成熟。如果通过基因工程破坏掉释放乙烯的基因，那么，成熟后的水果哪怕是挂在树上或植株上3个月也不会变软。待投放市场时，只要再加入一点乙烯，便可很快变软。
基因工程番茄的大面积种植，将会给菜农和商业部门带来方便与利润。
不再需要人工施肥的“懒人庄稼”
俗话说，“懒人种豆”。因为大家都知道，豆类作物不需要施肥，种下后几乎可以坐等收获，是一种“懒人庄稼”。
豆类作物为什么不需要施肥呢？是因为它的根部会与土壤中的根瘤菌结合形成根瘤，而根瘤菌会把空气中的氮元素转变成植物能直接利用的形式，源源不断地供给植物。这也就是说，每一棵豆科植物都拥有一座小型的氮肥厂，自给自足，绰绰有余。土壤中根瘤菌到处都有，独有豆科植物对它有吸引力。这是因为豆科植物有一种固氮基因，这种基因在根部发育到一定阶段就会起作用，向土壤中的根瘤菌发出信号，欢迎它们来“作客”、“定居”。
当基因工程方兴未艾之时，一个极其动人的主意很自然地跳了出来：如果豆科作物的固氮基因转移给水稻、小麦、棉花，那该多好！不要说省去了成亿吨的化肥，也不要说省去了施肥的大量劳力，就对于改善土壤结构、保护生态环境来说，这也是功德无量的好事。
所以。在整个植物基因工程中，固氮基因的转移成了皇冠上的明珠。许多学者孜孜不倦地进行着研究，希望早日攻下这座堡垒。
现在，固氮微生物细胞中遗传固氮能力的核心——固氮基因，已经能够在原核生物界细菌之间转移，人们正在进一步研究将它向真核生物——酵母菌中转移。
我国在生物固氮方面取得了可喜的成就。红花草用根瘤拌种或泼浇菌液已在江苏等地农村应用，增产效果显著。应用生物技术诱导小麦等非豆科植物结瘤固氮的研究，也初步获得突破，并在中澳、中德合作中得到证实。
我国科学家采用基因工程技术，已经选育出了适合我国水稻应用的耐氨固氮菌，这是一种奇妙的“增产菌”。当水稻根部接上这种菌之后，可以获得相当于每666米2土地增施2～2.5千克纯氮肥的增产效果。今后，这种耐氨固氮菌将在全国农村大面积推广。
目前，有人已把一种固氮菌移植到了胡萝卜细胞，还有人已把豌豆根瘤菌引入小麦和油菜的细胞。
看来，实现这宏伟蓝图的日子已为期不远了。
侏儒症的福音
人体内分泌腺的总枢纽——垂体，能分泌一种生长激素。生长激素分泌的不多不少，人体才能得到正常的发育。如果生长激素分泌得过多，就会出现巨人症，个子长得令人难以接受；如果生长激素分泌得过少，就会出现侏儒症，成为人们无法承受的“小不点”，个子只有1.2米左右。
那么，怎样能使这些“小不点”来一个“拔高”呢？
唯一的拯救方法，是向人体注射生长激素。
然而，生长激素的获得实在太难。远远不是人们想像的那么简单。以往，要获得生长激素，需解剖尸体，从大脑的底部摘取脑垂体，并从中提取生长素。从600具尸体的脑垂体中提取的剂量，仅仅能治疗一个侏儒症病人！若想从动物中获得生长激素释放抑制因子，需要50万只羊脑才能提取到0.005克的纯激素！
显然，大量获取治疗侏儒症的生长激素，是摆在人们面前的一个重大难题。
科技工作者经过长期、艰苦的探索，发现基因工程为解决这一难题展现了诱人的前景。科技工作者将人的生长激素基因“嫁接”到大肠杆菌中，让大肠杆菌来帮助生产生长激素，为侏儒症患者带来了福音。
被“嫁接”的大肠杆菌不负重望，生产出了“价值连城”的药物，成为微生物家族里的一颗超级明星，引起了人们的极大关注。
这样，人们从450升大肠杆菌培养液中提取的生长激素，就可相当于6万具尸体的全部产量！9升培养液中的生长激素释放抑制因子足以取代50万只羊脑！
发酵罐的容量可达700升，每升菌液可得到2.4毫克生长激素。
在美国，有一个小女孩患有侏儒症，身高仅125厘米，从1984年开始，便服用由大肠杆菌生产的生长激素，在不到一年的时间里，身高一下子长过150厘米。
目前，一些发达国家已经销售人生长激素。1990年销售量已达6亿美元；1995年销售10亿美元，是世界范围内销售量最大的生物技术药品，有着喜人的市场。高技术将知识转化成了巨大的经济效益。
