一、 基因工程和工业
1.基因工程与食品工业
基因工程能够在以下几个方面影响着食品工业：
（1）改进食品原料
食品原料主要有植物的和动物的，记得一个寓言说过，一个小孩子吃饭的时候抱怨鱼刺太多，他爸爸语重心长地说：“孩子，鱼生下来不是为了让你吃它”。这个寓言很有意思，这让我们能够体会到万事万物都有他存在的理由，但从人类的利益角度来说，我们希望的是通过我们的努力，把人类的主要食品进行一些改造，使它们一生下来就是为了更好地让我们享用。
判断一个食品原料的好次主要看它的营养成分，贮存特性和加工特性等。通过基因工程，我们可以增加或减少一些食品原料的营养成分，从而更加能够满足我们的营养需求。例如，水稻，玉米等谷类食物中的赖氨酸含量较少，我们可以通过基因工程的手段，既可以通过诱导突变的手段，筛选一些赖氨酸含量高的品种，也可以人为导入一个外源的表达盒，这个表达盒能够强表达赖氨酸合成的限制酶，促进赖氨酸的表达。
通过基因工程，我们还能够增加一些食品原料的贮存期，例如，以色列科学家通过诱导突变，能够把番茄的货架期提高到了三个月左右。
我们知道，食品原料的加工性能也决定其应用价值，我们知道，做面包和做拉面要求其淀粉的成分不一样，一般来说，直链淀粉越多，支链淀粉越少，其拉伸性能就越差，就越适合做面包而不适合做拉面。同时，某一个加工性能好的，但其产量或抗病性又可能较差，所以，要得到一个既适合加工，产量又高，而抗病能力强的品种，可以通过我们基因工程的手段，进行诱变育种，筛选出一个优秀的小麦品种。
（2）改良食品工业用菌种
菌种在在食品工业上应用十分广泛，所有的发酵食品，包括酒，酱，面包，味精，酸奶，食醋等，都需要菌种的发酵，而菌种的好坏，不尽决定了产品的品质，产率，还决定了生产原料的种类，生产设备的组成，产品纯化流程的繁简等，选一个好的菌种，不仅能够提高产品的质量，还能够节约人力物力，增加效益。但是，自然界能够供我们选择的菌种毕竟有限，通过传统的筛选，仅仅能够得到一些性状优良的品种，如果要提高这些菌种的质量，还需通过诱变，或者人为导入或敲除某一基因，使菌株发生性状的改变，再从中筛选出更加符合食品工业生产要求的菌种。
（3）保健食品和食品疫苗
保健食品，根据《保健食品注册管理办法(试行)》，保健食品的定义为：保健食品是指具有特定保健功能或者以补充维生素、矿物质为目的的食品，即适宜于特定人群食用，具有调节机体功能，不以治疗疾病为目的，并且对人体不产生任何急性、亚急性或者慢性危害的食品。
基因工程在生产保健食品方面，主要体现在，通过改造特定作物的基因，使某一食品中的特定的维生素，不饱和脂肪酸，超氧化物岐化酶(sod)以及有利的微量元素含量增高。提高其保健的功效。
食品疫苗，是指能够表达特定亚单位疫苗的食品，目前，科学家已经在番茄，香蕉，马铃薯等作物中表达乙肝疫苗，有望在不久的将来，我们只需要吃几个番茄，就能接种乙肝疫苗，而不必忍受有皮肉之痛的注射接种。
（4）改善食品的风味
食品的风味。风味是指人们接受到食品的刺激后，感觉器官产生的嗅觉、味觉、 视觉、触觉。鼻腔粘膜的嗅觉细胞对挥发性气体具有察觉能力，口腔的味蕾，能够察觉到甜、酸、咸和苦味等。风味的感知主要与三叉神经系统相关，它不仅能感觉辣、冷、美味等，也能感觉由化学物质引起的而至今未鉴定的风味。非化 学的或间接感觉(视觉、听觉和触觉)也会影响味觉和嗅觉。
通过基因工程，把某一酶基因克隆到特定的作物中，可提转变为风味物质的能力，从而增加食品对人的美好刺激。从而使我们在享用这些食品时得到更多的美好享受。
2. 基因工程和医药工业
1.2.1 基因工程药物品种的开发
通过基因工程细菌，或者植物，甚至动物，来等表达对人类有益且不易从自然环境中采集的一些重要蛋白，可产生有重要生理活性小肽或蛋白质。这不仅可以大量生产低成本的药品，甚至生产一些地球上原本没有但具有重要的药用价值的产品。其意义十分重大。例如，以前从羊脑中提取生长激素抑制素(somatostatin)，10万只羊的下丘脑才能提取1mg，价格胜过黄金。而通过基因工程，10 l大肠杆菌培养液就可以生产等量的生长激素抑制素，这是十分惊人的成果，能带来的巨大的社会效益和经济效益。重组人胰岛素于1982年获得美国fda批准，称为第一个上市的基因工程药物。目前红细胞生成素、粒细胞集落刺激因子等均有基因工程生产的药物已经商品化，给人类的健康作出了杰出的贡献．
1.2.2 新药筛选模型的建立
各种酶、受体的筛选在新药开发中越来越被广泛应用，然而，通过动物体提取往往得到的数量很少，不利于采用进行自动化的高通量筛选，通过基因重组技术，我们可以利用改造的工程菌来表达这些酶蛋白或其亚基，以及其配体、受体，大批量培养，表达，和纯化，这一难题可以迎刃而解。近年来，肾上腺素受体、和蕈毒碱m1受体等已在大肠杆菌或酵母菌中表达成功，而且这些受体和动物组织的受体完全一样。上海医药工业研究院应用基因重组技术，建立了酵母双杂交系统，用以筛选治疗对胰岛素不敏感的糖尿病的新药，应用dna印记（southern）杂交筛选一些作用于多聚乙酰途径的新抗生素生产菌的技术也已经建立，这些都为我们寻找新药带来了希望。
据香港商报最近报导，台湾发现华人糖尿病致病基因。台湾医学界研究团队公布，首度发现华人特有的第二型糖尿病致病基因，未来有助于糖尿病新药的设计与开发。
研究团队利用高密度基因型鉴定方法，分析2798名第二型糖尿病的基因，找出第二型糖尿病致病基因rtprd（位于第九号染色体）与srr（位于第17号染色体），这是全球首次发现，也是华人特有的致病基因。
相较于第一型糖尿病是先天性自身免疫疾病，第二型糖尿病是一种新陈代谢异常的慢性疾病，主要由身体对胰岛素的阻抗性不良所引起。
1.2.3 应用基因工程技术改良菌种
改良菌种的最好例子是青霉素，1943年，青霉素刚开始发现的时候，产量只有20单位/ml，科学家们通过诱导突变和筛选产生新的菌种，到了1945年，产量已经提高到了8000单位/ml，再经过进一步的努力，现在的青霉素产量已经超过85000单位/ml, 提高了几百倍，拯救了无数的生命。
1.2.4 基因工程技术在改进药物生产工艺中的应用
（1）将药物合成的限制酶基因与一个强启动子连接，构建到一个表达质粒并导入生产菌株中，这些酶提高菌的表达从而提高药物的产量。
（2）抑制甚至敲除菌株中一些不利于药物合成，提取、精制、半合成的基因，提高药物产量，简化表达后的处理程序。
（3）将药物基因与表达信号肽的序列相连接，使得药物表达之后直接分泌到细胞外，大大简化纯化的流程。
（4）利用转基因动、植物生产药物。转基因动、植物随着基因工程技术的日益成熟而出现，具有不可估量的发展前景。转基因动、植物有望成为生物药品发展的主流。如人体蛋白aat的国际市场价格为l0万美元／g，而每升转基因羊的羊奶中人体蛋白aat含量可达20 g。
3. 基因工程和能源工业
基因工程在能源上的应用，主要是指其在生物能源领域。我们知道，生物能源就是生物直接或间接利用太阳光来生产人类可以控制和有效利用的能源。包括沼气，酒精，生物柴油，生物电池等。
一般来说，沼气的利用是菌群相互作用的产物，而如何进行菌群之间的最优组合，除了自然选择压力之外，人类可以通过基因工程，通过导入质粒或者基因敲除，改变菌株的一些代谢环节，使其更利于甲烷的积累，也可以通过诱变筛选，最终筛选出更优异的菌种，进行适当的优化组合，从而提高甲烷的产生率。
随着石油这种不可再生资源的大量消耗，价格不断攀升，曾有人预测21世纪将是酒精燃料大幅度取代汽油的世纪。如今，我们进入21世纪已经十年了，这种想象却只是在巴西能够实现，在巴西，全国50%的汽车都以酒精为燃料，这样不仅为巴西节省了大笔的外汇资源。酒精作燃料还有很多好处，可再生，环境友好等，但是，决定酒精的消费程度还是价格，在巴西，酒精燃料的价格比汽油便宜４５％，价格的杠杆撬开了巴西的酒精市场。我们知道，巴西是世界第一大甘蔗生产国，年产甘蔗产量接近4亿吨，利用用甘蔗渣生产酒精能够生产成本低廉的酒精。而在其他国家，由于没有这种优势，酒精的成本远高于汽油。如果酒精的发酵技术没有根本的突破，酒精的成本不能减低，酒精这种清洁能源代替汽油就很难得到推广。
我们知道，植物体的主要成分是纤维素、半纤维素和木质素，而这三种物种都能够通过微生物的一系列分解，最终转化为酒精和其他物质，只是分解这三种物质的菌株的生长速度，产生酒精的速度和数量还不能实现大规模的工业化生产。通过基因工程，改变相关微生物的基因，我们就能够优化其代谢的途径，从而提高其分解植物体的能力。大家知道，我国是世界上最大的农业生产国，每年产生各类作物秸秆约7亿吨，其中有约50％未得到有效处理和利用，不仅浪费了资源，而且还由于大量秸秆的露天焚烧，导致严重的大气污染并引发火灾和影响高速公路与民航的运行安全。如何将秸秆更加高效地转化为酒精燃料，是基因工程能够并正在努力解决的难题。
生物电池是一个生物技术、化工技术和电子技术相结合的一个高科技产物。它是 通过微生物的代谢，将燃料中的化学能转化为电能的装置。一般来说，微生物电池具有环保和可再生的优势，但是，生物电池的功率比较低，所以导致生物电池的体积较大。如何提高生物电池的产电效率，是基因工程急需解决的一个难题，相信在不久的将来，通过一系列的改进，生物电池能够广泛应用于世。
4． 基因工程和饲料工业
饲料工业是在工业化水平提高到一定阶段后，依靠动物营养学和饲料科学而发展起来的跨行业、跨部门、跨学科的新兴工业。
磷是动物生长、繁殖、骨骼化及代谢所必需的矿物元素之一，作为动物饲料主要成份的植物性饲料中虽含有相当数量的磷，其中50～70% 是以植酸磷(六磷酸肌醇)的形式存, 单胃动物缺乏分解植酸磷所必需的酶，不能有效利用植酸磷中的磷。这样的磷就随着粪便排出体外，容易造成污染环境和浪费资源，饲料工业还需要额外添加无机磷，增加成本，而且动物的利用率很低。植酸酶可使植酸磷降解成肌醇和磷酸，通过基因工程的手段，使之在大肠杆菌或酵母中表达，直接添加于饲料中，不仅提高磷的利用率，而且菌体还可以作为单细胞蛋白，补充饲料中的氨基酸。
上面是基因工程在工业生产中的四个主要应用领域，基因工程对工业的影响还远不只这些，几乎一切直接或间接和生物相关的工业都能够受益于基因工程的发展，包括化妆品工业、造纸工业、橡胶工业、采矿工业等都有基因工程的发挥之处。
总之，生物在工业上大有可为，通过基因工程来优化工业生产中的生物因素，能够降低成本，提高生产效率和开发新的工业领域。因此，我们应该在深入开展生物基础研究的同时，能够将生物产业的最新成果和工业生产发展相结合，提高生物科学的产业转化率，推动高科技服务生产的进程，同时，工业的发展，也为生物科学提供更多的课题，在寻求解决这些问题的技术的过程中，我们将积累更多的生物知识，从而实质上促进生物学的进一步发展。
二、基因工程和农业
1．基因工程和作物营养品质改良
作物的营养品质主要指人类采食部分的各种物质组成的数量和比例，影响作物的营养品质的因素很多，包括土壤，气候，栽培措施等，但是最终的决定因素还是作物的基因组，而通过基因工程的手段，我们可以对基因组进行一系列的改造，从而修饰或改变其组成或表达方式，达到改变作物营养品质的目的。
玉米是高产的粮食作物，也是主要的饲料和工业原料作物，但玉米的营养品质相对较差，蛋白质、赖氨酸含量也低。世界卫生组织提供的资料显示，由于赖氨酸含量低，玉米种子中的蛋白质，只有４５％－５０％被人和动物利用。曾经一段时间，科学家希望通过常规育种方法来提高玉米种子中的赖氨酸含量，但都进展缓慢。近年来，科学家通过构建载体进行遗传重组，已经获得了高赖氨酸的玉米品种，另外，转基因高植酸酶玉米和高油玉米等也已经获得成功，其中中国农业科学院生物技术研究所范云六院士领衔的研发转基因高植酸酶玉米已经于2009年11月获得了农业部颁发的生物安全证书。
近几年，“黄金水稻”引起了很多人的关注。所谓的黄金水稻，就是一种能够产生维生素β胡萝卜素的转基因水稻。因为它的外观呈现出类胡萝卜素的颜色，从橙黄色到微黄色，所以被称为黄金水稻。据资料维生素a缺乏症每年导致50万人失明和多达100万人死亡。黄金水稻能够补充人体内的的维生素a, 从而能够缓解维生素a缺乏造成的多种危害。这种黄金水稻是通过基因工程的手段，向水稻中引入三个酶合成基因，这三个酶能够将水稻未成熟胚乳中的栊牛儿二磷酸(ggpp)转化为β-胡萝卜素及其它类胡萝卜素。
水稻种子中的蛋白质含量约为5%～8%，在禾本科作物中为最少，而且氨基酸的组成也很不均一，大部分的水稻赖氨酸和色氨酸含量低，而谷氨酸却过剩。含量低的氨基酸无法满足人类的营养要求，而过多的谷氨酸却影响着水稻的酿酒特性。如何提高水稻中的蛋白含量总量和合理调整水稻的氨基酸成分是我们面临的科研难题。现在，科学家将编码trnaly8(赖氨酸摆动密码子)的dnas转入水稻愈伤组织。dnas能引起赖氨酸插入到种子中谷氨酸和天冬氨酸特别丰富的氨基酸序列中，也能使赖氨酸和终止密码子连在一起，让蛋白质合成结束或高频率地中断种子的蛋白质合成。转基因再生植株的检测发现蛋白质的组成类型没有明显变化。在一部分植株中2%～3%的谷蛋白发生变化，同时发现醇溶蛋白中赖氨酸提高了40%～75%。这些转基因水稻的赖氨酸含量平均提高了6%。
除了蛋白质，水稻的淀粉组成也是决定水稻品质的因素，一般来说，水稻的直链淀粉含量过高是造成杂交水稻食用品质差的主要原因之一。不同水稻品种的直链淀粉含量的差异较大，一般籼稻品种的直链淀粉含量较粳稻高，多在20%～30%，粳稻在15%～22%。陈秀花、刘巧泉等通过农杆菌介导，将反义wx基因导入我国籼型杂交稻的保持系龙特甫b等3个高直链淀粉含量的重点亲本中，结果表明，多数转基因水稻的直链淀粉含量出现不同程度的降低，最低的下降至7%左右。
2. 基因工程和培育抗虫作物
提高基因工程和抗虫作物，人们最常想到的是大面积的成功推广的抗虫棉。抗虫棉是我们推广最多，应用最多的转基因抗虫作物。转bt基因抗虫棉，是利用现代生物技术将苏云金杆菌（简称bt）的杀虫蛋白基因导入棉花植株体内而培育出来的棉花新品种。由于转bt基因抗虫棉自身能产生杀虫蛋白，对棉花的主要害虫棉铃虫等鳞翅目害虫有较好的抗性，减少了化学农药的用量和使用次数，降低了植棉成本，减少了农药对农田生态系统的破坏，受到了普遍欢迎。
棉铃虫对棉花的危害很大，棉铃虫危害造成棉花普遍减产，像1992～1993年我国棉铃虫大爆发造成的产量损失巨大，当年全国损失就达几十亿元，棉农“谈虫色变”。为了控制棉铃虫的危害，全球普遍采用化学防治。我国化学杀虫剂约占农药总量的70%以上，年产量22万吨左右，其中30%以上用于防治棉铃虫。大剂量、长时间的农药防治不仅使棉铃虫产生了抗药性，而且对生态环境产生了极大的危害，棉农和牲畜中毒事件也有发生，棉农种棉的积极性降低，植棉面积下降。
为解决棉花生产上的棉铃虫问题，在国家有关部门的支持下，我国自1991年开始了转苏云金芽孢杆菌杀虫晶体蛋白基因（bt基因）单价抗虫棉的研究，由中国农科院生物技术研究所郭三堆研究员主持，设计并合成了能在植物中表达的杀虫基因，构建了高效表达目的的基因表达载体，通过花粉管通法导入棉花，研制成功了单价抗虫棉。这种棉花细胞内含有的杀虫基因可合成一种杀虫蛋白，专门破坏鳞翅目害虫的消化系统，导致昆虫死亡。经专家鉴定，这项研究成果达到了国际先进水平，使我国成为继美国之后，第二个研制成功抗虫棉的国家。
1993年，我国科学家又预见性地开展双价抗虫棉的创新研究。研制成功了可同时在棉花中产生两种不同机理杀虫蛋白的双价抗虫棉。实验表明，比单价抗虫棉不但可以有效延缓棉铃虫对抗虫棉产生抗性，而且可增强抗虫棉的抗虫性。双价抗虫棉已经进入生产应用，在国际上居领先水平。
转基因抗虫棉商品化生产始于1996年，1997年全世界种植还不到1500万亩，2000年已发展到6000-7500万亩。全世界棉花面积的20％为转基因棉花。美国2001年转基因抗虫棉面积就达到棉田的74％。 我国1996年开始试点种植转基因抗虫棉，1997年种植面积4.5万亩，1999年种植达825万亩，2006年的种植面积已超过6000万亩。抗虫棉的推广应用，有效地控制了棉铃虫的暴发为害，在减少治虫的情况下不影响产量，同时可节约农药60％-80％。对降低棉花生产成本、增加农民收入、减轻环境污染，实现我国棉花生产的可持续发展具有重要意义。
除了抗虫棉，抗虫转基因玉米、马铃薯也已经商业化，而抗虫水稻、高粱、番茄等的抗虫研究进展也十分顺利，有望在不久的将来大面积的应用推广，为农业的发展和我国的新农村建设做贡献。
3. 基因工程和培育抗病作物
植物的病害分为真菌病，细菌病和病毒病三类，这三类病原中还有不同的属和种，不同种属的病原其复制，传播和侵染途径不同，这就为抗病转基因的开发增加了难度，所以一般只能根据植物的主要的病害进行设计针对性的抗病品种，大多数转基因的抗病作物品种不是广谱的。利用基因工程的手段提高植物的抗病能力，获得转基因植物，我们称为植物抗病基因工程。植物抗病基因工程主要包括以下内容：抗病及其他相关基因的分离和克隆；与合适的载体及标记基因构成适于转化的重组质粒；用不同的转化方法向受体植物导人重组质粒；筛选转化子并鉴定转基因植株。此外，还有一种可以获得抗病转基因植物的方法是将具有抗病能力的植物或微生物的 dna 直接导入受体植物，从后代中筛选具有抗病能力的个体，经过稳定得到转基因抗病植株。因此，要想获得一个转基因的植物，首先要筛选到一个良好的抗病基因。
狭义上的抗病基因是指寄主体内能特异性识别病原并激发抗病反应的基因，它与病原菌的无毒基因 av抗病基因 (avirulence gene) 互补。编码胞外和胞内两种类型的受体蛋白，是抗病反应信号转导链的起始组份，当与病原菌的无毒基因直接或间接编码产物(配体)互补结合后，启动并传导信号，激发如过敏反应 h抗病基因 (hypersensitive response) 和系统获得抗性 sa抗病基因 (system acquired resistance) 的抗病反应。由于抗病基因是一类诱导表达的不知产物和性质的基因，传统的基因分离方法不再适合。因此分离抗病基因一直是个难题。第一个植物抗病基因hml 是1992年 johal 等用转座子标签法 (transposon tagging) 克隆到的。近年来随着图位克隆等方法在抗病基因分离上的成功应用，已先后分离出近20个抗病基因。
目前无毒基因在植物抗病基因工程上的实际应用很广，且有良好的应用前景，因此克隆无毒基因具有重要的意义。克隆无毒基因主要有三种方法：(1)基因库互补法。通过细菌交配实验，将一个病原菌小种基因克隆互补到另一个小种菌株中，从而使后者的寄主特异性发生改变而进行克隆；(2)产物导向法。根据无毒基因编码的产物性质，先分离无毒基因的转录产物合成寡核苷酸探针，然后从病原菌基因组文库或 cdna 文库中筛选无毒基因克隆。avr4 和 avr9 便是用此方法克隆到的；(3)转座子标签法。与 r 基因转座子标签法克隆方法类似，只是所用的是原核生物转座子如tn5。
植物的防卫机制极其复杂，包括水解酶和病程相关蛋白 (pr蛋白) 的产生、植物保卫素的合成和积累、细胞壁的木质化作用以及富含轻脯氨酸糖蛋白在细胞壁的积累等许多方面。
几丁质酶和葡聚糖酶在正常情况下只在植物体内有低水平的组成型表达。但病原菌侵染、诱导物处理及各种伤害可诱导产生高水平的几丁质酶和葡聚糖酶。这两种酶的作用底物在植物中不存在，但存在于大多数真菌的细胞壁中。纯化的几丁质酶和葡聚糖酶单独或同时存在，都能抑制病原真菌的生长。自1986年 schlumbaum 等首次报道提纯的菜豆几丁质酶具有抗真菌活性以来，已经相继从菜豆、水稻、烟草、油菜、马铃薯、小麦、玉米和甜菜等多种植物中克隆到了几丁质酶基因，对立枯丝菌等20多种真菌表现出体外抑菌活性。一些葡聚糖酶基因也从大豆、大麦、烟草等作物中分离，与合适的启动子构建重组质粒后转化植物获得了转基因植物。
溶菌酶具有几丁质酶和葡聚糖酶的双重活性，对植物病原菌表现出很强的裂解活性。在已获得的 t4 噬菌体溶菌酶基因的转基因马铃薯中，虽然只有低水平的合成表达，但能有效地分泌到胞间隙中，明显提高对马铃薯黑胫病的抗性。
抗菌蛋白基因具杀死病原细菌的活性。从某些植物、昆虫、微生物中均分离到抗菌蛋白，也有报道成功地克隆了美洲商陆的抗菌蛋白基因，但还没有获得转抗菌蛋白基因的转基因抗病植株。不过，用人工合成的裂解肤基因转化烟草，获得的转基因烟草对青枯病菌感染表现出抗性。
在病原菌侵染致病过程中，病原菌产生的细胞壁降解酶和致病毒素起重要作用。例如，多聚半乳糖酸酶 (polygalacturonase pg) 是一种细胞壁降解酶，在一些双子叶植物中发现有多聚半乳糖酸酶抑制蛋白 (pgips)，pgips 能有效地抑制植物病原菌的 pg 活性，提高植物的抗病能力。菜豆和梨的 pgips 基因已被分离克隆，正在进行转基因研究。
致病毒素是重要的致病因子，如果植物能降解病原菌在侵染过程中产生的毒素，那么植物就可以有效地对抗病原菌的进一步侵染，从而提高抗病的能力。病原菌具有自我保护作用的毒素降解酶系，从病原菌中分离克隆毒素降解基因并导入植物，就能提高植物的抗病性。
尖抱镰刀菌使许多植物患枯萎病，该菌产生的镰刀菌酸毒素在致病过程中起重要作用，已从 leebiella oxytoca hy-1 菌株中分离到了能降解镰刀菌酸的基因，并得到转基因番茄，其对 f.oxysporum 的抗性研究在进行中。而 moffat 报道已经克隆了编码降解镰刀菌酸的基因，转基因植株对玉米枯萎病表现出抗性。
4. 基因工程和培育抗盐碱的作物
2003年12月9日，以中科院院士、欧亚科学院院士张新时为主任委员的中天杨鉴定委员会专家组通过了一抗盐碱新品种的鉴定，世界上第一个可用于大田生产的转基因抗盐碱杨树——中天杨（八里庄杨）由此诞生。专家组认定，这一研究成果在杨树抗盐性转基因体系及抗盐性新品种选育等方面达到国际先进水平。
专家鉴定转基因抗盐碱杨树中天杨新品种达到国际先进水平的根据是，国外从未见有关杨树基因抗盐研究的文献报道，国内也是第一个用转基因现代生物技术获得抗盐碱杨树的新品种。通过对这一转基因株系进行组培、盆栽、水培、田间试验等抗盐性测定，结果表明：当含盐量0.4%—0.5%时，组培、盆栽、水培等不同条件下，转基因株系的平均成活率分别达到70%、33%和65%，田间试验条件下转基因株系成活率达到54%—80%，而试验中所有对照杨树成活率极低甚至全部死亡。
这一成果具有重大的现实意义是，我国盐渍土面积达5亿多亩，相当于耕地的1/3。我国的森林资源总量严重不足，面临着社会巨大的生态需求和林产品供应短缺的压力。而我国耕地相当吃紧，恢复和建设生态所需的林业用地绝大部分要从包括盐渍土在内的荒地中去寻找。培育成功转基因抗盐杨树中天杨新品种，改变了过去单纯依赖传统育种和改良土壤提高植物抗逆的技术路线，从而走上了现代生物转基因技术育种，提高植物抗逆性的科学道路，这不仅是林木育种历史上的一次革命，也是盐碱地开发利用的一大进步，其经济、生态和社会效益是巨大的。
新品种中天杨是采用转基因技术研制成功。1996年，中国科学院、山东农业大学、山东金水木抗逆植物研究院联合成立课题组进行转基因抗盐杨树的科技攻关。课题组专家采用分子生物学、生物化学和细胞生物学等先进的技术手段，从抗盐碱、耐干旱、耐贫瘠的植物中提取1-磷酸甘露醇脱氢酶（mtl-d）基因，并选用在于旱瘠薄地能速生的优良品种八里庄杨叶片为材料，通过农杆菌介导法将1-磷酸甘露醇脱氢酶（mtl-d）基因转入受体植株。经聚合酶链式反应（pcr）和rna印记（northern）分子检测证明，mtl-d基因已整合到转化植物的基因组中。由于八里庄杨植株细胞内具有抗盐碱的基因，因而表现出较强的抗盐性。
在此之前，2001年，日本农工大学副教授小关良宏在海滨植物红树中发现了一种耐盐碱基因，利用它培育出的转基因大肠杆菌和烟草都显示了强烈的抗盐碱性。
2007年, 以色列科学家发现，有一种真菌能大大提高农作物的耐盐碱性。死海的海水含盐量居世界第一，每升海水含盐340克，是普通海水盐度的10倍，大部分地球生物都无法在这样的环境中生存。不过，有一些丝状真菌就在这里生活得自由自在。这引起了以色列科学家的极大兴趣。经过研究他们从这些丝状真菌体内找到了一种特殊的抗盐碱基因。
5. 基因工程和培育抗旱作物
随着水资源的进一步紧缺，抗旱植物对农业生产的重要性日益显得重要。目前利用基因工程技术培育抗旱品种主要有两种策略：1)增加植物渗透性代谢产物的合成能力，使植物在水分胁迫下能合成更多的渗透调节物质如脯氨酸，甘露醇、甜菜碱、海藻糖等，以提高植物的渗透调节能力，从而增强植物的抗旱性；2)增强植物对活性氧自由基的清除能力，使植物在水分胁迫下过量表达一些酶(如sod，pod，cat等)，以有效地排除有害的活性氧自由基，从而提高细胞耐脱水的能力。
通过转基因技术，我们可以干扰脯氨酸，甜菜碱等物质的代谢途径，使其对干旱的应答更加灵敏，强度更加强烈。当植物遇到干旱环境的时候，能够迅速而准确地反应从而保护植物免遭危害或减轻危害程度。同时，向植物中导入保护酶的相关基因的实验已经获得很大的进展。sod可分为cu／zn—sod、mn—sod和fe—sod 3种类型。cm—sod主要在叶绿体和细胞质中，mn—sod主要存在于线粒体中，—sod则主要存在于叶绿体中 将烟草的mn—sodcdna导入苜蓿后，转基因苜蓿的抗旱性得到了提高．将mn—sod基因定位到烟草的叶绿体和线粒体上．发现也能表达其基因，进一步研究发现．在叶绿体中mn—sod的过量表达使烟草受干旱所引起的氧化伤害程度比对照明显减轻．但线粒体中增加的mn—sod活性对烟草耐氧化胁迫能力没多大影响。 另外．表达拟南芥fe—sod的转基因烟草、表达番茄cu／zn—sod的转基因烟草、过量表达豌豆cu／zn—sod的转基因烟草均能增强抵抗干旱引起的氧化胁迫能力。
新的抗旱基因也在近几年不断有发现，2009年，华中农业大学科研人员成功分离出一个对水稻抗旱改良有显著作用的基因osskipa，此项成果已发表在国际权威学术杂志美国《国家科学院院刊》(pnas)上。据华中农业大学生命科学技术学院熊立仲教授介绍，osskipa基因是通过基因芯片技术和转基因技术筛选得到的众多候选基因中的一个。实验显示，在干旱条件下，对照组水稻幼苗的存活率为20％至50％，转入osskipa基因的实验组幼苗的存活率为80％以上；在成熟期，实验组的产量和结实率比对照组提高了20％左右。
研究表明，osskipa基因会调动其它水稻抗旱基因的表达，从而增强水稻细胞的活力，提高水稻在缺水条件下的生存能力，降低干旱引起的产量损失，提高osskipa基因在植物体内表达水平，可以显著提高水稻抗旱性。这种类似触发链式反应的独特作用机制以前从未在水稻研究中发现过。进一步研究还表明，水稻、人和酵母三类生物中的skip(osskipa的同源基因)蛋白具有完全不同结合蛋白，这种惟一性和特异性对基因进化和新抗旱基因的发掘具有重要意义。
6.抗除草剂
化学除草剂在现代农业中起着十分重要的作用。理想的除草剂必须具有高效、广谱的杀草能力, 且对作物及人畜无害, 在土壤中的残留短, 成本不高。但现在要开发出1种新的符合上述要求的除草剂的成本越来越高, 选择的机率也在明显降低。通过基因工程来提高除草剂的选择性以及对作物的安全性, 具有重要的意义。同时, 在作物中导入高抗除草剂基因, 也可使人们更自由地选择适合轮作、套作的作物种类。现在, 针对不同除草剂作用机理, 已获得抗除草剂的转基因烟草、番茄、马铃薯、棉花、油菜、大豆和水稻等作物。
7.基因工程生物固氮
氮是植物生长必不可少的1种元素, 农业生产中氮是使作物获得高产的基本条件。氮素的来源有工业固定、生物固定和自然放电等。化学氮肥对作物产量提高有显著的作用, 但也有其不容忽视的弊病, 那就是能源的消耗、环境的污染和生产成本的提高。而生物固氮则能在常温、常压下合成氮肥, 从而大幅度地节约能源并且不会对环境造成严重的污染, 所以多年来一直受到科研人员的关注。特别是近10年来, 固氮基因工程得到了飞速发展, 对固氮的机理和应用性进行了大量的研究。固氮基因工程主要是将克氏肺炎杆菌固氮基因( nif )导入到不能固氮的微生物或者植物中, 以获得固氮微生物或固氮植物。日本国立遗传研究所通过质粒prd1将nif引入到根际微生物中, 发现乙炔的还原能力增强3倍, 种植120 d的水稻中有1 /5 的氮是来自这种转基因菌的固氮作用。中国科学院遗传与发育研究所把带有固氮基因的质粒prd1从大肠杆菌k12 jc5564转移到无固氮能力的水稻根系菌4502y中, 表现出较强的固氮能力, 经测定接种有该菌的水稻发育明显优于对照植株。中国农业科学院沈桂芳等通过叶绿体基因工程，构建含有nifh，nifm，标记基因盒及叶绿体同源片段的载体，用基因枪法导入烟草叶绿体基因组中并培养成植株，同时将nifh，nifm基因导入衣藻叶绿体基因组中并得到了表达。有望在未来，经过几代人的努力，最终实现植物自身固氮。
三、医疗和基因
1. 基因对人类健康的影响巨大
基因是人类遗传信息的化学载体，所有的基因组合起来，就形成了一个精确而庞大的程序，影响指导着我们身体的所有新陈代谢活动。而这些新陈代谢组成了一个相互影响，相互调控，相互依赖的网络，如果因为基因突变，或者其他原因导致其工作不正常而导致代谢网络的任何一个环节出现差错，都有可能导致疾病。
正常情况下，细胞分裂，包括为发出细胞何时分裂指令而联合工作的信号网络都是在严格控制条件下进行的。一旦细胞分裂失去控制，就会引发癌症。某些环境因素条件下会造成突变（例如吸烟），一些遗传因素也可能诱发突变。这些突变如果影响到癌基因，就可能引发细胞的无序扩增，最终形成癌肿瘤。在基因工作正常的时候，我们的身体能够发育正常，功能正常。如果一个基因不正常，甚至基因中一个非常小的片断不正常，就也可能引起发育异常、疾病，甚至死亡。
人类的基因组，大约有2万个基因。人类基因组计划是美国科学家于1985年率先提出的，旨在阐明人类基因组30亿个碱基对的序列，发现所有人类基因并搞清其在染色体上的位置，破译人类全部遗传信息，使人类第一次在分子水平上全面地认识自我。此计划于1990年正式启动，这一价值30亿美元的计划的目标是，为30亿个碱基对构成的人类基因组精确测序 。2000年6月26日，参加人类基因组工程项目的美国、英国、法国、德国、日本和中国的6国科学家共同宣布，人类基因组草图的绘制工作已经完成。最终完成图要求测序所用的克隆能忠实地代表常染色体的基因组结构，序列错误率低于万分之一。 95%常染色质区域被测序，每个gap小于150kb。完成图于2003年完成，比预计提前2年。2001年2月12日，美国celera公司与人类基因组计划分别在《科学》和《自然》杂志上公布了人类基因组精细图谱及其初步分析结果。其中，政府资助的人类基因组计划采取基因图策略，而celera公司采取了“鸟枪策略”。至此，两个不同的组织使用不同的方法都实现了他们共同的目标：完成对整个人类基因组的测序的工作；并且，两者的结果惊人的相似。整个人类基因组测序工作的基本完成，为人类生命科学开辟了一个新纪元，它对疾病的引发机制、疾病诊断、疾病防治、新药开发、健康长寿等领域，有深远的影响和重大意义，标志着人类生命科学一个新时代的来临。
随着人类基因组逐渐被破译，生命的本质和疾病在基因水平上的原因也将被深入研究，人们的健康生活也将发生巨大变化。多年的研究证实，几乎所有的遗传疾病都直接和基因的突变相关。由于基因突变造成的遗传疾病又可以分为单基因疾病和多基因疾病。
单基因遗传病：起源于单一（对）基因的突变。单基因遗传病的传递方式是按孟德尔法则（mendelian law）传至后代的。新突变所致的患者可无家族史。目前已知的单基因遗传病有3000余种。根据突变基因所在的位点和性状的不同，而区分为下列不同类型。
1．常染色体显性遗传病（autosomal dominant disorder）致病基因在常染色体上，等位基因之一突变，杂合状态下即可发病。致病基因可以是生殖细胞发生突变而新产生，也可以是由双亲任何一方遗传而来的。此种患者的子女发病的概率相同，均为1/2。此种患者的异常性状表达程度可不尽相同。在某些情况下，显性基因性状表达极其轻微，甚至临床不能查出，这种情况称为失显（non penetrance）。由于外显不完全，在家系分析时可见到中间一代人未患病的隔代遗传系谱，这种现象又称不规则外显（irreqular dominance）。还有一些常染色体显性遗传病，在病情表现上可有明显的轻重差异，纯合子患者病情严重，杂合子患者病情轻，这种情况称不完全外显（incomplete dominance）。常染色体显性遗传病常见者有man综合征、ehlers－danlos综合征、先天性软骨发育不全、多囊肾、结节性硬化、huntington舞蹈病、家族性高胆固醇血症、神经纤维瘤病、肠息肉病以及视网膜母细胞瘤等。
2．常染色体隐性遗传病（autosomal recessive disorder）致病基因在常染色体上，基因性状是隐性的，即只有纯合子时才显示病状。此种遗传病父母双方均为致病基因携带者，故多见于近亲婚配者的子女。子代有1/4的概率患病，子女患病概率均等。许多遗传代谢异常的疾病，属常染色体隐性遗传病。按照“一个基因、一个酶”（one gene one enzyme）或“一个顺反子、一个多肽”（one cistron one polypeptide）的概念，这些遗传代谢病的酶或蛋白分子的异常,来自各自编码基因的异常。常见的常染色体隐性遗传病有溶酶体贮积症，如糖原贮积症、脂质贮积症、粘多糖贮积症；合成酶的缺陷如血γ球蛋白缺乏症、白化病；苯丙酮尿症、肝豆状核变性（wilson病）及半乳糖血症等。
3．性连锁遗传病（sex-linked disorder）以隐性遗传病为多见。致病基因在x染色体上，性状是隐性的，女性大多只是携带者，这类女性携带者与正常男性婚配，子代中的男性有1/2的概率患病，女性不发病，但有1/2的概率是携带者。男性患者与正常女性婚配，子代中男性正常，女性都是携带者。因此x连锁隐性遗传在患病系中常表现为女性携带，男性患病。男性的致病基因只能随着x染色体传给女儿，不能传给儿子，称为交叉遗传。这类常见的疾病有血友病a、假性肥大性肌营养不良症（duchenne肌营养不良），红绿色盲等。其中红绿色盲如女性携带者和男性患者婚配，子代中的男性有1/2的概率患病，而女性可有1/2的概率患病及1/2概率为携带者。
x连锁显性遗传病病种较少，有抗维生素d性佝偻病等。这类病女性发病率高，这是由于女性有两条x染色体，获得这一显性致病基因的概率高得缘故，但病情较男性轻。男性患者病情重，而他的全部女儿都将患病。
y连锁遗传病的特点是男性传递给儿子，女性不发病。因y染色体上主要有男性决定因子方面的基因，其他基因很少，故y连锁遗传病极少见。
多基因遗传病：人类许多生理特征如身高、体重、血压和肤色深浅，毛发疏密等，是受多项基因决定的。多基因遗传病是由两对以上微效基因共同作用造成的，无显性和隐性之分。每对基因作用较小，但有积累效应。在发病时还常受环境因素的影响，故也称多因子遗传（multifactorial inheritance）。这类疾病中遗传因素所起的作用程度不同，按其程度大小以百分率（％）来表示，称为遗传度。环境因素影响越大，遗传度越低。唇裂、腭裂、高血压、糖尿病、躁狂抑郁症、类风湿性关节炎及先天性心脏病等，均有多基因遗传基础，并各自有其遗传度。
要确定某一疾病为多基因遗传病，是比较困难的，首先要除外染色体病和单基因遗传病，还要进行较为周密的家系调查。
基因突变主要在两方面影响人的正常的生理代谢：
（1）突变的基因正好是一个代谢的关键酶基因，导致代谢的某一个关键环节出现不可补偿的中断，造成人体内某种起关键作用的化合物缺失，如白化病，或者功能不完整，如地中海贫血症，或某些有毒物质的大量积累，如苯丙酮尿症。
（2）由于基因的突变，使免疫系统遭受破坏，不能行使正常的免疫保护，从而容易受到外界病原的侵染，另外，免疫系统的相关基因发生突变，还可能导致自身免疫病，既自己的免疫系统把自身当成目标，不断迳行攻击，从而引发疾病。如红斑狼疮等。
2. 基因治疗，人类寄予厚望
基因治疗是指将人的正常基因或有治疗作用的基因通过一定方式导入人体靶细胞，以纠正基因的缺陷或者发挥治疗作用，从而达到治疗疾病目的的生物医学新技术。基因是携带生物遗传信息的基本功能单位，是位于染色体上的一段特定序列。将外源的基因导入生物细胞内必须借助一定的技术方法或载体，目前基因转移的方法分为生物学方法、物理方法和化学方法。腺病毒载体是目前基因治疗最为常用的病毒载体之一。基因治疗的靶细胞主要分为两大类：体细胞和生殖细胞，目前开展的基因治疗只限于体细胞。基因治疗目前主要是治疗那些对人类健康威胁严重的疾病，包括：遗传病（如血友病、囊性纤维病、家庭性高胆固醇血症等）、恶性肿瘤、心血管疾病、感染性疾病（如艾滋病、类风湿等）。
基因治疗与常规治疗方法不同：一般意义上疾病的治疗针对的是因基因异常而导致的各种症状，而基因治疗针对的是疾病的根源——异常的基因本身。基因治疗有二种形式：一是体细胞基因治疗，正在广泛使用；二是生殖细胞基因治疗，因能引起遗传改变而受到限制。
3.2.1基因治疗策略
（1）基因治疗按基因操作方式分为两类，一类为基因修正和基因置换，即将缺陷基因的异常序列进行矫正，对缺陷基因精确地原位修复，不涉及基因组的其他任何改变。通过同源重组即基因打靶技术将外源正常的基因在特定的部位进行重组，从而使缺陷基因在原位特异性修复。另一类为基因增强和基因失活，是不去除异常基因，而通过导入外源基因使其表达正常产物，从而补偿缺陷基因等的功能；或特异封闭某些基因的翻译或转录，以达到抑制某些异常基因表达。
按靶细胞类型又可分为生殖细胞基因治疗和体细胞基因治疗。广义的生殖细胞基因治疗以精子，卵子和早期胚胎细胞作为治疗对象。由于当前基因治疗技术还不成熟，以及涉及一系列伦理学问题，生殖细胞基因治疗仍属禁区。在现有的条件下，基因治疗仅限于体细胞。
（2）基因治疗药物的给药途径有两种：即体外及体内方式。①体外途径：这是指将含外源基因的载体在体外导入人体自身或异体细胞（或异种细胞），经体外细胞扩增后，输回人体。体外基因转移途径比较安全，而且效果较易控制，但是步骤多、技术复杂、难度大，不容易推广；②体内途径：这是将外源基因装配于特定的真核细胞表达载体，直接导入体内。这种载体可以是病毒型或非病毒型，甚至是裸dna。体内基因转移途径操作简便，容易推广，但目前尚未成熟，存在疗效持续时间短，免疫排斥及安全性等一系列问题。
3.2.2基因治疗的基本步骤
（1）目的基因的转移 在基因治疗中迄今所应用的目的基因转移方法可分为两大类：病毒方法和非病毒方法。基因转移的病毒方法中，rna和dna病毒都可用为基因转移的载体。常用的有反转录病毒载体和腺病毒载体。转移的基本过程是将目的基因重组到病毒基因组中，然后把重组病毒感染宿主细胞，以使目的基因能整合到宿主基因组内。非病毒方法有磷酸钙沉淀法、脂质体转染法、显微注射法等。
（2）目的基因的表达 目的基因的表达是基因治疗的关键之一。为此，可运用连锁基因扩增等方法适当提高外源基因在细胞中的拷贝数。在重组病毒上连接启动子或增强子等基因表达的控制信号，使整合在宿主基因组中的新基因高效表达，产生所需的某种蛋白质。
（3）安全措施 为避免基因治疗的风险，在应用于临床之前，必须保证转移-表达系统绝对安全，使新基因在宿主细胞表达后不危害细胞和人体自身，不引起癌基因的激活和抗癌基因的失活等，尤其是在将反转录载体用于基因转移时，必须在应用到人体前预先在人骨髓细胞、小鼠体内和灵长类动物体内进行类似的研究，以确保治疗的安全性。
3.2. 3 基因治疗的成果
1990 年，美国nih的弗罗伊希·埃德森（freuch anderson）博士开始了世界上第一个真正意义上的基因治疗临床试验，他们用ada(腺苷酸脱氨酶)基因治疗了一位因ada基因缺陷导致严重免疫缺损(severe combined immunodeficiency, scid)的4 岁女孩，并获得了初步成功，这使世界各国都掀起了基因治疗的研究热潮。2000 年，法国巴黎内克尔(necker)儿童医院利用基因治疗，使数名有免疫缺陷的婴儿恢复了正常的免疫功能，取得了基因治疗开展近十年来最大的成功。2004 年1 月，深圳赛百诺基因技术有限公司将世界上第一个基因治疗产品重组人p53 抗癌注射液正式推向市场，这应该是全球基因治疗产业化发展的里程碑。
自从1990年美国fda正式批准第一个基因治疗临床试验以来，世界各国都掀起了基因治疗的研究热潮。截止到1995 年，全世界共有100 多个基因治疗临床方案，在美国nih 主持的评估中发现真正有效的方案仅几个，从而提出必须加强基因治疗中的关键基础问题的研究，加强了对基因治疗临床试验方案的审批和监管力度。从此，基因治疗从狂热转入理性化的正常轨道，并一直在稳健地发展。据统计，截至2004 年6 月底，全世界范围内基因治疗的临床试验方案已有987 个，表明基因治疗具有良好的发展前景。
3.2.4 基因治疗的特点和发展
基因治疗领域存在的主要问题是有效性和安全性。主要表现为：
(1)基因导入系统缺乏靶向性，效率也较低。如以腺病毒为载体的p53基因转移治疗恶性肿瘤的方案中，只能直接将腺病毒注射到肿瘤局部。若静脉注射，病毒颗粒将很快被清除，真正能够到达肿瘤组织的很少，难以达到治疗效果，且增加了副作用。前面提到的第一例逆转录病毒介导ada 基因转移成功治疗scid 的病例，因为导入效率较低，前后经历了11 次体外转导和回输。
(2)目前针对遗传性疾病的基因治疗方案大多采用逆转录病毒载体，其插入或整合到染色体的位置是随机的，有引起插入突变及细胞恶性转化的潜在危险。而理想的基因治疗方案应该是在原位补充、置换或修复致病基因，或者将治疗基因插入到宿主细胞染色体上不致病的安全位置。
(3)理想的基因治疗应能根据病变的性质和严重程度不同，调控治疗基因在适当的组织器官内和以适当的水平或方式表达。但目前还达不到这一目标，其主要原因是：现有的基因导入载体容量有限，不能包容全基因或完整的调控顺序，同时人们对导入的基因在体内的转录调控机理的认识有限。以上列举的问题代表了基因治疗领域的关键问题，其核心问题在于基因治疗的靶向性，目前全世界范围内的科学家都在不同层面上对这些问题进行深入研究。基因治疗发展方向拟以改善和优化基因导入系统的靶向性和效率、构建新的基因定点整合载体、提高原位纠错效率，以及分离克隆新的表达调控元件和构建可控性表达载体为切入点，研究和解决这些关键问题。这些研究不仅将大幅度地提高基因治疗的疗效，还为基因治疗的最后成功铺平道路。2005 年3 月4 日，美国fda组织专家讨论基因治疗安全性问题。自2000 年以来，法国巴黎内克尔医院fischer 教授对17 名患scid的小孩实施基因疗法，当时疗效很显著，但是在2003 年，其中2名患者出现白血病症状，目前有一个患病小孩已经死亡，现在第三个小孩也出现了白血病症状。针对这一情况，美国fda组织专家讨论这一严重副作用是由于使用了特殊基因引起的孤立事件，还是所有基因治疗都会面临的共有问题。除了fischer 教授的治疗方案出现严重副作用外，联邦专家提醒在美国国家心脏、肺和血液研究所利用逆转录病毒载体对42 只猴子开展的基因治疗试验，6 年后，其中一只猴子得了癌症并且已经死亡，这暗示基因治疗可能具有潜在的、长期的、延迟的副作用。因此，美国fda 已经停止了3 个与菲舍尔（fischer） 教授临床试验类似结果的治疗方案，另外还暂时推迟了27 个基因治疗临床试验，直到他们能够确定这种导致癌症的副作用是由于特殊的环境引起的方可继续进行。目前，科学家们把焦点集中在基因治疗的传递系统上，菲舍尔（fischer）教授的临床试验方案用的是逆转录病毒，这种病毒可以非特异性地插入到宿主细胞的基因组中，可能会导致难以预见的后果，如果插入到了一个癌基因附近，就可能引起癌症。现在很多研究者在研究新的安全、有效的基因传递系统，现在非病毒传递系统是一种很有前景的基因传递系统。
基因治疗的发展方向
目前，基因治疗领域存在的主要问题是有效性和安全性。事实上，自1995 年以来，全世界基因治疗领域的科学家们在改善基因导入系统和载体方面作了大量的努力，新思路、新技术和新方法层出不穷。目前，在基因导入载体方面出现了两大主流：一是非病毒载体系统；二是病毒载体系统。由于非病毒系统导入基因的效率相对较差，故在基因治疗临床试验中的使用率不到20%；但非病毒载体的生物安全性较好，特别是靶向性的脂质体、靶向性的多聚物，以及脂质体/ 多聚物/dna复合物等新产品的出现，结合电脉冲、超声等新技术，明显提高了导入效率和靶向性，是今后非病毒载体发展的重要方向。病毒载体在基因治疗领域的应用最为广泛，大约70%的治疗方案采用了病毒载体，包括各种逆转录病毒、腺病毒、腺相关病毒、疱疹病毒、痘病毒等。这些病毒载体有各自的特点，同时也存在各自的局限性。逆转录病毒能够选择性感染分裂细胞，并整合到宿主细胞dna 上，长期存在于宿主基因组中等特点，使之成为第一个利用病毒进行基因转移的工具。但是，重组逆转录病毒的感染和转基因药物已经走进人们的生活，利用基因治疗更多的疾病不再是一个奢望。因为随着我们对人类 本身的了解迈上新的台阶，很多疾病的病因将被揭开，药物就会设计得更好些，治疗方案就能“对因下药”，生活起居、饮食习惯都有可能根据基因情况进行调整，人类的整体康健状况将会提高，二十一世纪的医学基础将由此奠定。 利用基因，人们可以改良果蔬品种，提高农作物的品质，更多的转基因植物和动物、食品将问世，人类可能在新世纪里培育出超级作物。通过控制人体的生化特性，人类将能够恢复或修复人体细胞和器官的功能，甚至改变人类的进化过程。 在认识和熟练使用遗传生物学单位基因的新近进展后，它已经为科学家去改变病人的遗传物质，以达到治病防病的目的迈向新的一步。基因治疗的一个主要目标是用一种缺陷基因的健康复制去提供给细胞。这一方法是革命性的：医生试图通过改变病人细胞的遗传物质，来代替给病人治疗或控制遗传疾病的药物，最终达到医治病人疾病的根本目的。 几百个主要健康问题受到基因功能的影响。在将来，基因治疗能被用于医治许多这类疾病。理论上讲为了防止遗传缺陷传给下一代，还能用于改变胚胎细胞。然而，胚胎家系基因治疗的可能性受到困难的伦理道德、社会问题和技术障碍牵制。 基因治疗还作为药物输送系统使用，为了做到这点，产生有用物质的基因将被嵌进病人细胞的dna中。例如，在血管外科中，产生抗凝血因子的基因能被嵌入血管细胞家系的dna中，有助于防止血栓的形成。许多其它疾病可使用这一方法治疗来提高本身的可靠性。 当医疗治疗提高到分子水平时，药物输送使用基因治疗能节约时间减低成本。为收集大量的基因蛋白产品、提纯产品、合成药物和对病人的管理缩短了时间减少了复杂的工艺加工。 然而，基因治疗仍是处于一个新的和高度的实验阶段。被批准的试验数量是小的，今天只有少量的病人曾得到过治疗。
目前基因治疗实验的基本步骤：在目前的某些实验中，从病人的血液或骨髓中取出细胞，并在加速繁殖的实验条件下生长。然后，把需要的基因借助于不起作用的病毒嵌进细胞。选择出获得成功改变的细胞再加速繁殖，再回到病人的体内。另一种情况，脂质体（脂肪颗粒）或不起作用的病毒可被用于把基因直接输进病人体内细胞。 基因治疗的基本要求 基因治疗的潜力 基因治疗为治愈人类疾病提供了新的范例。不是通过制剂与基因产品或自身基因产品相互作用来改变疾病的表现型，而是基因治疗理论上能修正特殊基因，导致沿着简单化的管理治愈疾病。开始基因治疗是针对治疗遗传性疾病，但目前对广泛性的疾病进行研究，包括癌症、外周血管疾病、关节炎、神经变性疾病和其它后天疾病。 基因确认和克隆 即使基因治疗战略性的范围是相当多样化，成功的基因治疗也需要一定的关键的基本要素。其中最重要的要素是必须确认和克隆有关的基因。直到人类基因组计划完成，基因的有效度才被利用。但仍然等到涉及疾病的相关基因被确认和克隆出来才开始实施基因治疗战略。 转基因和基因表达一旦确认和克隆出基因，下一步必须表达出来。有关转基因和基因表达的效率属于基因治疗研究的前沿问题。最近基因治疗领域的许多争论都围绕把所希望的基因转入合适的细胞中，然后为疾病治疗获得满意的表达水平。希望将来对转基因和特殊组织基因表达的研究将在主要基因治疗试验中解决这一课题。基因治疗战略的其它认识包括：充分掌握靶点疾病的发病机理，潜在的基因治疗副作用，理解接受基因治疗的靶细胞导效率较低，外源基因随机插入，可能导致突变。
为了提高基因导入效率，近年来新建立了慢病毒载体(lentiviral vector)系统，它不仅能整合到分裂细胞dna 中，对非分裂细胞也能整合，慢病毒载体对淋巴细胞、干细胞和多种肿瘤细胞具有较高的转导效率，因此倍受关注。此外，新建立的假型逆转录病毒载体，不依赖细胞表面的特异性受体，具有更广泛的宿主范围。此外，还必须深入研究逆转录病毒诱发癌症的机理，构建更为安全的载体。腺病毒载体是基因治疗中最常用的病毒载体，它具有包装容量较大、制备方便且易纯化和浓缩、宿主范围广、感染效率高等特点；但第一代腺病毒仍然存在许多缺点，如外源基因表达时间短、免疫原性较强、高滴度时有明显的细胞毒性等。近年来对腺病毒载体的改造非常活跃，产生了许多更安全、更有效的载体，如无病毒基因的无肠型腺病毒载体、靶向性病毒载体、复制型腺病毒等。腺相关病毒(aav)因为不致病、宿主范围广、能够感染分裂与非分裂的细胞、能插入到宿主细胞染色体内或以染色体外串联体dna的形式长期稳定表达等特点，被认为是目前最好的载体，在遗传病的基因治疗方面应用显示出优势，也被越来越多用于治疗恶性肿瘤、自身免疫性疾病、感染性疾病以及应用于器官移植和组织工程研究。有研究发现腺相关病毒aav8 是目前最有效的基因传递载体，可高效地将外源基因传递到肌肉和心脏。另外，利用杆状病毒作为治疗载体的研究也取得了一定的进展，杆状病毒能够整合到人体细胞中，却不能在人体细胞中复制，所以是一个不错的载体，但是，由于不能复制，治疗的时候，我们需要向细胞中导入数量非常多的病毒，这样成本很高。当然，随着杆状病毒细菌穿梭质粒研究的深入，也能为利用杆状病毒作为治疗载体带来希望。
虽然目前基因治疗刚刚起步，各项相关的原理和技术还远未完善，但是基因治疗始终是一个很有希望的领域，毕竟只有基因治疗才是很多遗传疾病的唯一治愈手段，所以，为了人类的健康，对于基因治疗，我们应该加大研究的力度，加快临床试验的部分，加强新技术的交流，促进基因治疗的整体发展。随着人类基因组的测序完成和后基因组时代的到来，更多的疾病能够更精确地定位到dna水平上，也为我们的基因治疗提供了便利。通过生物科学家和医学工作者的不断努力，相信在不久的将来，基因工程将在治疗疾病方面发挥很大的作用，为人类的健康做出更大的贡献。
基因（dna）在人的病因检测上也是很重要的医学手段，最近有关这方面的介绍如dna检测有助发现宫颈癌。宫颈癌的筛查分三个阶段，脱落细胞学检测、电子阴道镜检测和组织病理学检测。其中脱落细胞学检测有三种方法：巴氏涂片、液基薄层技术（tct）、细胞dna倍体定量分析技术。
细胞dna倍体定量分析技术通过对细胞核内dna的含量进行测定，能够掌握正常细胞周期变化特性，以此及早的发现恶性增值的肿瘤细胞。检出率可从tct的不足46%提高到95%。而传统的宫颈癌检查技术，如tct，只有在细胞形态发生改变时才能检测出宫颈癌，会有漏诊的情况。
此外，采用dna技术的优越性还体现在，一般妇科医师认为宫颈光滑者无需检查宫颈癌，只有出现重度宫颈糜烂才会引起重视。但是，宫颈癌前病变的发生与宫颈糜烂的程度是不成比例的（健康报，2010.01.12）。当然，最近《健康报》又有报道，为基因芯片诊断技术“限行”。只需要一滴血，你就可以预知自己是否会患上乳腺癌、高血压、阿尔兹海默症，甚至预知自己能否成为钢琴王子、舞蹈大师……近年，众多打着“预测健康”、“科学算命”旗号的基因诊断、基因检测机构涌入了人们的视线。然而，哪些机构具有基因芯片诊断的合法资质，最终的检测结果是否可信，其中的是是非非一直是困扰人们的问题。
前不久，卫生部公布了首批允许开展的临床应用第三类医疗技术，基因芯片诊断技术名列其中。随后颁布的《基因芯片诊断技术管理规范（试行）》，明确规定了哪些医院、哪些医生可以开展这一技术。
不能完全取代临床诊断项目
华南基因组研究中心主任、南方医科大学郑文岭教授认为，目前，公众对于基因芯片的认识存在误区，主要表现在两个方面：其一是认为基因芯片技术能够诊断所有的临床疾病。“实际上，对于一些传染性疾病。如乙肝病毒、艾滋病病毒等的感染，基因芯片能比传统的实验室检验更快速、更敏感地作出比较明确的诊断，但对癌症、衰老、心脑血管疾病和糖尿病等多基因改变造成的疾病，目前基因芯片只能检测人体对其易感的程度。”通俗地说，基因芯片并不能完全取代目前临床实验室诊断项目，而应被视为临床实验室诊断的补充或扩展。
第二个误解是认为基因芯片诊断技术目前还解决不了实际问题，而事实并非如此。郑文岭介绍，目前临床常用的检测手段，都是检测已存在的疾病状态，但由于基因芯片是从分子水平去检测，有可能在疾病的最早期就发现端倪。
不是所有三级医院都能开展
“基因芯片检测包括基因提取、基因标记、基因诊断等若干个步骤，丝毫的差错都会对最后的检测结果产生‘致命’的影响。”因此，目前获准开展基因芯片诊断技术的医疗机构不仅要求是三级医院，还要有卫生行政部门核准登记的医学检验科诊疗科目，有涉及生物安全的样本采集和处理的相应安全等级的实验室。而基因芯片检测人员必须是生物及医学相关专业、大学本科以上学历的本院在职人员，熟练掌握相关仪器设备的使用操作等；而基因芯片诊断人员则需有8年以上临床诊疗工作经验，具有副主任医师及以上专业技术职务任职资格等。此外，《规范》明确要求，两者都要通过基因芯片诊断技术系统培训并考核合格才能上岗。
伦理规范更重要
医学领域内的“未卜先知”，往往会让接受检测的人们陷入极大的困惑之中。一位北京的专家在接受采访时也向记者表示，在他筛查出来的病人家族中，病人表现出的不安远远超过医生的想象。有的基因存在缺陷的人终日生活在恐惧之中，时不时地要求作检查，因为他们认为自己随时有可能患上癌症；有的则不断地要求医生为自己保密，害怕自己的基因缺陷会影响婚姻，更担心会影响下一代的健康。
“因此，从某种角度讲，伦理规范比技术本身更为重要。”郑文岭介绍，《规范》明确提出，开展此项技术的医疗机构需要设有由医学、法学、伦理学等方面专家组成的基因芯片诊断技术临床应用与伦理委员会，所有基因芯片诊断技术的开展必须由其监督执行。
郑文岭表示，由于人类疾病的发生发展经历了从基因到蛋白质，再到细胞、组织的变化，最后表现在脏器层面等一系列复杂的过程，因此，基因改变作为最早期的量变，与疾病的关系并不能一一对应。也就是说，所有基因检测的结果，仅具有参考价值。 《健康报》