的确，美国的农业是不多的几个能在激烈的国际竞争中称雄的强项之一。年年生产的粮食大量过剩，需要社会对这些粮食的最终储存进行大力投入，政府要花费巨额用于价格补贴，以保证面对生产过剩农民的收入。是否可用植物技术学解决这些问题呢？

过去的2~3年里，在世界范围内几个实验室里的研究人员，已拥有了包括马铃薯和烟草这类普通作物在内的遗传工程植物，用其制造包括人类蛋白质如清蛋白和干扰素、广泛用于食品加工的X—淀粉解、天然聚合物在内的各种物品，研究工作显示，将有可能把过剩农产品如粮食和社会价值存有异议的那些产品如烟草，转化成价值更高的物品，美国农业部（USDA）负责科学教育的前任副部长赫斯说：“植物具有广泛地适应性和巨大产量的潜力”；另外，密执安州立大学里的植物生物化学家萨默维尔也这样认为。

赫斯预言，利用植物制造新产品，可能有“多种社会效益”，除了减少对农业的补助以外，还可使美国东南部的农民在不破坏当地经济的前提下，从对烟草业的依赖中解脱出来；可将农田变成生产可更新产品的工厂，生产油和目前需从不可更新的资源石油中制取的其他产品。虽然用植物大规模制取药品和其他产品，仍需10年乃至更长时间的研究才能变为现实，但这种思想已得到足够的重视。今年3月，USDA的部长马迪根，任命了一个名叫“替换农业研究和商品化研究”的委员会，专司探索农林产品的新的工业用途。

现行的许多工作所依靠的植物基因转移技术，是大约10年前由科学家们开始发明的。其中有德国马克斯 · 普朗克植物育种研究所里的谢尔 · 蒙塔古及他们的同事；荷兰莱顿州立大学里的希尔佩罗特；美国孟山都公司里的研究人员，上述小组都表明，自然感染植物细胞的细菌根癌农杆菌所产生的DNA片段“Ti－质粒”，是携带新基因进入植物的一种有效载体。

新高潮自那以后，植物遗传工程师们，已利用“Ti－质粒”，创造出了带有新基因的转基因植物的许多新品株。但直到1989年初，才开始尝试把植物作为生产生物及化学产品的工厂，孟山都公司里的弗雷利描述生物技术学已兴起第三次高湖：“遗传工程植物应用的最早领域，是提供确实改良了农作物性状（如抗摘性）的新作物；其后是改良影响食品加工的作物性状，例如降低西红柿的熟化速度”，他解释说：“现在，正开始利用植物生产特性化学品和新的生物聚合物”。

虽然许多同类产品，既可用一般方法或用遗传工程细菌生产，但用植物生产比用细菌生产法又优越许多。在加利福尼亚的瓦卡维尔、从事该项工作的公司之一——生物资源遗传公司里的格里尔说：“在用微生物发酵罐成功生产以克计产品的同时，每亩遗传工程植物可提取几十甚至几百磅蛋白质”。将会极大的增加经济效益，帮助降低需求的药品、酶和其他化学品的成本。

此外，哺乳动物蛋白质，一般需经糖的加入和能影响其活性的修变。由细菌生产的蛋白质，缺乏这些糖的侧链；而植物便可很容易地完成修变，例如，研究者们业已表明，对生产在治疗和诊断医学上有潘在用途的几种人类和鼠类蛋白质方面，植物表现得非常出色，在为提高植物抗病虫害的能力所设计的实验过程中，有两例意外发现。1988年底，密执安州立大学里的左坦和瑞士费里德里希 · 米施尔研究所里的赫恩，把一种有自然抗病毒能力、人类干扰素的生产基因引入植物芜菁中，他们的愿望，是实验干扰素对植物病毒感染的抗性。虽然实验没有达到目标，生产人类干扰素的芜菁和对照一样对芜菁黄花嵌合病毒的感染敏感，但瑞士的研究人员强调指出，他们的转基因植物生产大量干扰素，最重要的是该种蛋白质在动物体中有生物活性。

与此同时，在加利福尼亚，斯利普斯研究所的希亚特所领导的小组，瞄准提高烟草植物对烟草花叶病毒（TMV）和线虫的抗性进行了研究。他们的对策，是使遗传工程植物产生抗虫的抗体。这些实验尚未完成，抗体是否能使植物获得抗性尚难确定，但他们已表明，植物能合成大量鼠类抗体，和植物制造的抗体——所谓“植物抗体”，其行为与正常鼠类抗体一样，至少在试管中是这样。希亚特说：“在抗体的抗原识别活动所处的植物的外部环境中，不存在问题。”这就为植物生产的抗体，开辟了另外的潜在应用途径。

其间，另有研究人员开始考虑，是否可把植物作为制取人类生物制品的生物反应器。如1989年，在比利时的根特，植物遗传系统公司里的一个科研小组，和Rijks大学里的研究人员，研究了遗传工程油菜和拟南芥；拟南芥是在各种类型的实验中备受欢迎的一种小植物。研究\员把一种在脑中起安眠作用的物质一亮内啡肽的生产基因引入上述植物内。另有在荷兰农业生物技术公司的一个小组，发现转基因马铃薯和烟草，所产生的人类血清清蛋白，竟和真正的人类蛋白质一样。人类清蛋白溶液在医学上广泛用于治疗烧伤和其他用处。

虽然这些结果集中说明了植物作为生产人类生物制品工厂的潜在意义；但由转基因植物制取的最早上市的化学物品，也许并非是将必须经受严格安全和效果检验的药物，而可能是用于食品加工和其他工业用途的那些酶类。如以分解淀粉的α－淀粉酶为例，广泛用于包括面包、低卡啤酒、清酒和果汁在内的加工食品中。大有希望的产量，目前这种酶是由细菌发酵生产。但美国的Mogen公司和生物资源遗传公司的研究人员业已表明，烟草植物能够制造该蛋白质。现在所面临的最大问题是植物生产的蛋白质是否可达到足够浓度，在经济上能竞争过细菌酶。Mogen的研究室主任埃曾说，从结果看是大有希望的。

Mogen小组和来自代尔夫特的研究人员发现，在他们的转基因烟草中，α－淀粉酶占可溶性蛋白质的约0.5%；相当于每亩植物生产约一磅α－淀粉酶。而且，转基因植物的生长，和对照一样旺盛，植物酶也和细菌酶同样，具有分解淀粉的能力。研究者们甚至不必对酶进行提纯，只简单地磨碎种子就可以了。埃曾说：“该研究的惊人之处在于，酶在种子内是稳定的。”这意味着种子为淀粉酶，也许还有其他酶提供了自然而永久的包装。

所有这些早期的研究工作，都关系到一种相对简单的遗传操作：把决定特异蛋白质或肽的新的单一基因转移进植物内。但在上月，植物技术学的发展方向，却发生了改变，从而为利用植物生产更多产品敞开了大门。三个独立的研究小组表明，有可能利用基因转移技术，改变植物本身的生物合成路线。利用这些遗传操作，能诱使植物自然地生产更多产物，如食用油、腊、淀粉以及不在一般生物合成路线中生产的东西如工业油和包括聚脂在内的生物聚合物。

来自密执安州的萨默维尔及其同事，在《科学》（92.4.24）上报道了利用遗传工程拟南芥生产多羟丁酸（PHB）的颗粒，这是用在塑料容器中的一种聚脂，一般是由真养产碱菌生产。他们把生产PHB的细菌的两个基因转移进植物中。结果，指导通过植物代谢循环的碳流方向，向着PHB的合成，不再导向植物激素的生产。植物PHB储存在颗粒内，如其在细菌内一样。

萨默维尔说，他深为实验进行的如此顺利感到惊奇“许多事情也许是错误的。新酶可能已在其它细胞成分上面活动并杀死植物，储存的PHB颗粒可能已杀死了植物。”但他还是坚持认为，在可把植物作为常规生产PHB的工厂以前，将必须解决现存的问题。其中之—，生产多数PHB的植物表现生长不良，PHB颗粒在整个细胞内分布。他说，如果是集中在叫做质粒的小细胞内部结构中，将会更好更改途径。上月在科罗拉多召开的“通过生物技术改良作物”的基础研讨会上，另外两个小组提供了植物的生物合成途径能被更改的有关证据。例如，加州Cagene公司里的克瑙夫报道，他公司里的科学家们，已使Canola生产具有独特脂肪酸组分的两种不同的油，这些油在食品和去污剂工业中很有价值。而且，在并非沿用如此遥远路线的另一项规划中，Cagene的研究人员将引入两个基因到Canola，令其表达可催化希蒙得木油产生的一种酶。该油广泛用于美容剂、传送液和其他润滑剂。

孟山都公司里的Kishor，介绍了一种能使马铃薯合成更多淀粉的方法。这类马铃薯对生产高果糖浆和生物酒精是高度需要的。含淀粉高的马铃薯价格便宜，适于加工法国油煎食品和马铃薯片。

通常，生产的淀粉量受到存在于合成途径中一种酶（叫腺苷二磷酸（ADP）葡萄糖焦磷酸化酶）的抑制。孟山都的工作人员，修改了控制该酶合成的基因顺序，令其生产更多的淀粉；然后把改变了的基因转移进马铃薯中，结果，淀粉产量增加。虽然最初的试验并未完全成功，因为淀粉的普遍过剩阻碍了植物的生长。但是，当研究者们在马铃薯的结节中，插入限制淀粉生产的另外基因时，问题便迎刃而解。

正在从事着该项工作的研究人员指出，这仅仅是刚开始，进一步发挥植物生产潜力的主要阻力，来自对植物代谢详情的无知。然而众多科学障碍已被超越的事实，却在闪烁着希望之光：不久的将来，人们将接受由栽培的植物所提供的较基本的食物和纤维多得多的实惠。结果，不再是几种粮食的生产过剩，美国的农业可能要改弦更张，生产具有更高价值的各种物品。

[Science，1992年5月8日]