随着美国国内实验室基因操纵技术的进展，美国政府正在对包括基础研究基金在内的这些实验追加投资，这就提出了一个问题：在这些项目中——农业，医药，环境或能源——哪一项应获得最佳公共基金的财政投资？在确定研究投资时，会碰到一个不可避免的理论和政策问题：对一项预定的研究怎样选择让这项从先或那项暂缓？该不该对所设计的有关人类生活的重点项目，例如抗癌性，城市环境保、护，保护美国节能问题或使数以千百计的人们免除饥饿给予优先？国内分子生物学家正在利用遗传工程——一项尚不足七年的技术——设法解决这些问题。最近农业研究所使用的技术表明农业上应用的公共投资希望最可靠。

芝加哥政策研究协会主任杰姆斯·摩拉（James Murray）于去年四月在瑞士日内瓦的会议上与一个油料作物专家小组谈道：“到1996年遗传工程应用农业上的收益要比用于医药上的收益大十倍”。他告诉集中探索提高世界食物和能源供应的新途径的科学'家和经济界人士说：“日本在所有遗传工程研究方面每年花费15亿美元，几乎是美国的三倍，而大部分经费用于农业方面。”

5月16 ~ 19日在贝兹维尔（Beltsvile）举行的美国病理学会的讨论会上，农业研究工作者证实了他们工作重要性以及所花费的代价具有相当长时期的潜在效益。美国病理学会的农业研究服务公司（ARS）所主持会议上的议题中心是：“遗传工程：应用于农业”，并有业已取得进展而各具特色的24位学者向来自19个不同国家600位科学家和商人作了关于农业研究的概况和远景的报告。

据美国农业部（USDA）官方消息，农业上DNA重组研究的开发利用潜力很大，并且从提高出毛率的种羊选育到提高世界粮食供应，范围极广。

另一次革命吗？心美国农业部的研究者在一则专题新闻中竭力否认报刊和商业广告通常所吹嘘的遗传工程研究会文：即取得成效的说法。小组人员强调指出，他们的研究是基础研究，并可能在10 ~ 20年以后才会使农民和社会获得最终效益。

诚然，许多人确信，遗传操纵的本身以及从植物和动物个体水平向着细胞和分子水平的研究转变正在掀起一场新的农业革命，其意义相当于，也许会超过先前的绿色革命。

美国农业部的一位历史学家W · 拉斯摩逊（Wayne Rasmussen）坚信，遗传工程将是第三次农业革命的良好开端，它将改变有机农业结构或大幅度地提高农业产量。拉斯摩逊说：第一次农业革命是在1860年的内战时期发生的，当时由耕作中的人力改变为畜力。第二次世界大战以后的第二次农业革命（1950 ~ 1975），以随农业系统分析开始引起了灌溉，施肥，防治病虫害，人工授精、杂交和其他高产品种的利用。在这些年间，农业机械取代了畜力，并以机械作为农业的主要能源。尽管预见到了第三次革命，但拉斯摩逊氏认为，欲估价现代表业发展中DNA重组研究的效益未免为时过早。

新技术无论取得何种成就，期望它有利于动物和植物。芝加哥财团政策研究学会1981年的研究指出，农业中能立刻应用遗传工程的有大规模地制造如氨基酸，动物生长激素，甲烷细菌，和抗菌素一类产品，不久的将来（1990年前后）他们预言：家畜的无性繁殖，盐分的渗透调控，能固氮的禾谷类作物以及光合作用改善等将会实行。该财团的估价是“建立在有效的科研手段和足够的投资基础上的”。

动物和动物产品的效益

洛克菲勒医药遗传协会主席J-L · 格利克（J. Leslie Glick）在贝兹维尔的讨论会上强调了包括动物在内的rDNA研究具有商业化趋势，他预见到未来动物饲料的氨基酸和维生素产量与杀虫剂，除草剂和抗生素一样会发生巨大的变革。据格利克估计一年前全世界动物维生素饲料价格大约为180~200百万美元。其中一些维生素，如维B₁₂是通过发酵生产的：这是一个非常昂贵的过程。格利克说：“生产维B₁₂所花费的代价每磅为3000~4000、美元。如果我们改进技术，将产量提高2倍，5倍或10倍，我们就能显著地降低成本，这样就更适于农民的需要，就能扩大销路，提高农业产量，增加利润。”

格利克继续说，对氨基酸也是同样。动物饲料所提供的赖氨酸和甲硫氨酸每年世界市场要花费的总值约为400百万美元。格利克说：“二十年前，全世界生产赖氨酸总量只有几千磅。而今天，赖氨酸的年产量接近一亿磅。近年来，通过产赖氨酸微生，物的突变和选择的研究使其产量增加了8倍。”“因此赖氨酸的价格几乎下降了90%，从20年前的每磅25美元（通货膨胀的调整价格）下降到1980年的每磅2美元。”他指出投入同样的生产成本在完成色氨酸生产，后，还可增加动物饲料。他希望遗传工程和生化工程技术结合起来将会明显提高微生物生产色氨酸的能力。精心设计生化技术，格利克说：“应用少量的普通酵素作连续生化反应剂，色氨酸生产成本就能下降30 ~ 40%。”

另一项rDNA实验中，正在研究动物生长激素对促进动物产量的问题。牛生长激素正被用于刺激乳牛产奶和肉类产量的影响。猪激素能促进猪肉的产量，羊激素将会刺激绵羊毛的生长。据格利克研究，生物技术中通常所应用的大肠杆菌对生产动物生长激素产生的效应不亚于枯草杆菌。

遗传工程技术对动物效益的另-一个例证是去年发展起来的口蹄病疫苗，这是1981年6月所最初公布的。一位普尔岛的动物病理中心科学家D · 莫尔（Douglas Moore）在贝兹维尔讨论会上对一个辅助试验作了报道，该项研究已得国际遗传协会旧金山化学协会和美国农业部的承认，莫尔对所生产的疫苗作了检定，用在大田来抗FMD型病毒，进一步证明了该病毒的特性，并对产生的免疫作用病毒蛋白位点定了位。

植物效益

DNA的研究的前景正如动物产品市场所能得到的肯定意义一样。植物遗传的潜也有希望，虽然不能指望立即收效。

在贝兹维尔讨论会上，一事科学家对植物细胞和基因遗传操纵旨在增加植物对病害和不良气候，土壤条件的抗性问题作了报告。另一些学者正在利用基因的拼接和组合，技术来增加产量改善质量以改良饲料，粮食和纤维作物。

兹维尔农业研究中心种子实验室主任，美国抗性研究生化学家G·R ·强查（G. RamChandra）研究了其中的一项。强查说，像小麦，水稻那样的主要作物的种子萌发可受到植物种子胚内合成的激素——赤霉酸——的激活，植物种子内的贮藏蛋白和淀粉被“关闭”在糊粉层组织内。赤霉酸使大麦糊粉层细胞产生α - 淀粉酶，使贮藏淀粉分解为简单的蔗糖而被利用于种子的发芽。

强查和他的同事正在应用遗传工程技术以揭示；基因是如何控制着α - 淀粉酶的产生。他说，需要作进一步的研究，但他希望新型的技术将会导致产生“过量”α - 淀粉酶种子；以便增加种子活力和发芽整齐度，而后者将会使作物的生长和成熟整齐。

花药培养

美国抗性研究所遗传学家S. 巴恩兹格（Stephen Baenziger）的研究重点是小麦，他通过花药培养育成了新作物品种，即以花粉粒诱导出的植株，而不是组织细胞。花粉培养是在充分照明的培养室进行，克服了常见的性别再生不可预知的遗传特性，花药培养的植株仅固定产生雄性染色体，取代了产生雌、雄两种染色体。当植株用秋水仙素处理时，雄性染色体加倍，结果导致全套的染色体，使构成每一个细胞的遗传性所需性状得到固定。

巴恩兹格和他的同事——生化学家G · 谢弗（Gideon Shaeffer）以花药进代培养的小麦获得如植株高度差异的纯质新品系，以便进一步改良小麦品种。巴恩兹格花药培养的另一成就是缩短了育种时间，他说，“一个小麦育种十年计划，培育获得一个纯品系需在头5 ~ 6年。而用花药培养，我们用1 ~ 2年就获到一个纯品系。

贝兹维尔会议上的另一主持者谢弗在试管花粉培养中从矮秆性状中发现了一个“超矮秆”的加利福尼亚系水稻，由于植株很少而通过常规育种来选育。谢弗氏通过连续几代的选育而获得了水稻矮化性状。他说：“矮化是一个重要的性状，因为农民能增施肥料而增产，更何况矮秆植株不会因强风暴雨而倒伏，因烂泥而变质。”新矮秆水稻品种“Calvose76”产生的种子和次生芽蘖要比其亲本高得多。

谢弗用植物组织培养技术培育高-赖氨酸水稻品种也取得了成功，通过水稻品种群众的杂交育种来改善其蛋白质含量。据ARS公司透露：水稻是世界上继小麦和玉米后产量占第三位的作物，美国1981年水稻总产量超过二百万公吨。

大气固氮

五十年代，氮肥业的发展使之在农业中得到大力推广，在此以前，农民通过轮种像大豆或苜蓿那样能固氮的豆科作物来增加土壤的氮素。实际上，共生固氦根瘤菌生活在植物的根瘤中而固定氮素。现在北美科学家应用DNA重组技术试图将能从大气固氮的能力转移到像小麦，玉米和其他禾谷类作物中去。今年二月唐纳尔大学植物研究院的T · 英斯梯斯鲁特（Thompson Instislute）宣称：固氮细菌的遗传性状已成功地转移到了更高级的生物体——酵母细胞内。五月间，加拿大Mc Gill大学的凡尔玛（S. Verma）向美国农业部报告说：“在与根瘤共生而导致固氨作用的发展中寄主起了重要作用。”凡尔玛在应用免疫和分子技术时说：“我们已经有了似乎包含这一过程的植物基因纯组，而且我们发现了检验蛋白质专一性的固氮根瘤菌侵入而在大豆体内诱导出来的某种抗体。”从这些过程中产生了最多度的寄主基因一一豆血红蛋白一是一种血红蛋白型的蛋白（20 ~ 30%）。另一种“专一根瘤”蛋白是大约由分子量极小的20个肽类组成的，它只占总根瘤蛋白的极小部分。据凡尔玛研究，他和他的同事同时证实了在根瘤形成时，寄主DNA复制显著提高。他们发现，当植物受生长素吲哚乙酸处理，这一反应能被取代。哈佛大学的生物系和细胞系生物学家F. 阿乌苏伯（F. Ausubel）和他的同事们指出，有17对基因调控着克氏固氮菌的固氮作用。当这些基因被转移到大肠杆菌时，大肠杆菌也能固氨。据阿乌苏伯研究：当大部分植物具有固氮能力时，发展中国家由于增加了粮食产量而获得效益，而工业化生产化肥的能量可以得到缓和，也有利创造更好的生态条件。目前，大量的肥料施入土壤，其中很多流入江湖而污目前，大量的肥料施入土壤，其中很多流入江湖而污染了江湖水体。”不考虑目前研究进展，观察家们相信固氮作用转移的实际应用尚需十年之久。

马铃薯病毒

美国病理协会植物病理学家迪纳（T.O. Diener）对不同自然条件考察的报告中指出，科学家们在一项实验中筛选出了受马铃薯纺锤块茎类病毒（PSTV）侵染的马铃薯植株。这种病能使马铃薯在正常气候条件长得特别长，纺锤状和产生深裂痕。如果遭受侵染，在热带则不能生长。

据ARS新闻中心报告，迪纳1971指出PSTV是致病病源的一种。这些类病毒只有已知最小病毒大小的1/40，由小的裸露RNA分子组成。欧温斯（R. Owens）和克莱斯（D. Cress）在贝兹维尔研究中心也为了用于防治该病而合成了PSTV-RNA的DNA拷贝，然后把这种类病毒互补的DNA拷贝制成双螺旋结构的DNA并载入大肠杆菌质体中，它能像细菌增殖那样的繁殖百万倍。然后再从细菌中提出互补DNA（c DNA）用放射性作标记，用于检定侵染马铃薯极低量的PSTV。

欧文斯指出，一旦受到PSTV侵染，要铲除是困难的，目前无法防治。利用这种检验法来寻找发病的马铃薯，并把它从选种圃中清除出去，这种病害的传布就能被抑制。欧文斯相信，这种检验法易被接受，1981年8月7日Science（213 J670—672）已有一个最初报道。

农业基因操纵技术正在发展，新选育的品种在自然界中不会自然发生。像没有钥匙的锁一样，分子生物学家正在探索正确的基因重组来育成具有增加对病害抗性，耐旱性，蛋白质含量提高，自身固氮以及其他所需性状的植物。至于2000年的教科书中是否把这一世纪称之为“第三次农业革命”还将取决于今天分子生物学家的期望能否实现，这将在若干年以后愈来愈明白。

[Bioscience，32卷，7期]