生物工程的現(xiàn)狀及發(fā)展

摘要：本文論述了什么是生物工程以及發(fā)展生物工程的重要意義，并介紹了當代的生物技術和研究成果，并對生物工程的發(fā)展前景做了簡單的敘述。

關鍵詞：生物工程酶工程工程前景

1 什么是生物工程

遺傳工程是在分子生物學基礎上發(fā)展起來的一項新興技術，它通過人工轉(zhuǎn)移或重組DNA大分子，增加生命體的基因種類，從而重新安排、設計人類所需要的新生命。生物工程就是把生命科學的最新成果和最新知識直接或間接地用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、醫(yī)藥衛(wèi)生、環(huán)境保護等各個領域的工藝學。一般認為它主要包括遺傳工程、細胞工程、酶學工程和發(fā)酵工程。

繁衍或用傳統(tǒng)的選擇自發(fā)突變的方法既快又好。如育種，用傳統(tǒng)的選擇自發(fā)突變的方法比自然界進化產(chǎn)生新組合性狀的速度快一萬倍，而運用遺傳工程技術，則快一億倍。

細胞工程包括植物細胞組織培養(yǎng)和細胞雜交等。前者是把植物的胚軸、葉片、莖段、根、花莖、花粉、胚、分生組織等離體培養(yǎng)成為植株。后者是指把植物的細胞，從植物體上分離下來，除去細胞壁，變成原生質(zhì)體，在融合誘導劑促進下，使甲、乙兩個種的細胞完成融合過程，繼而培養(yǎng)成雜種植株。

酶工程是利用生物學使一種物質(zhì)轉(zhuǎn)化為另種物質(zhì)的方法。酶工程避開了傳統(tǒng)化學轉(zhuǎn)化所需要的高溫、高壓、強酸、強堿等苛刻條件，在化學工業(yè)中顯示出巨大的優(yōu)越性。

發(fā)酵工程就是利用不同的微生物，在無氧或有氧條件下，將各種不同的原料轉(zhuǎn)化成各種不同的物質(zhì)，如酒精、糖類、氨基酸、蛋白質(zhì)、維生素等。

2 發(fā)展生物工程的重要意義

人類在長期科學和生產(chǎn)實踐中掌握了很多創(chuàng)造生物新類型的手段。到目前為止最有效的還是有性雜交方法。但是，這種方法也有其一定的局限性，種間、屬間遠緣雜交往往不易成功，至于親緣關系更遠的物種，如動物與細菌之間，就更不可能了。然而基因工程卻可以越過這個雜交屏障，發(fā)揮它自己的特長。它不但能把不同微生物的優(yōu)良性狀結合在一起，而且還能使動物、植物、微生物的基因在三大系統(tǒng)之間相互交流，取長補短，以便定向地改變生物的遺傳特性。基因工程的出現(xiàn)標志著人類進入定向地改變生物遺傳特性的新階段。如果這項新技術在國民經(jīng)濟的各個領域得到廣泛應用，它必將為解決農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥、食品、化工和能源方面所面臨的許多重大間題開辟新的途徑。

細胞工程，從理論上講對遺傳學的研究具有重大意義。首先，由于高等植物是一個多細胞的有機體，比單細胞生物具有更大的復雜性。細胞培養(yǎng)技術可以把復雜的植物有機體簡單化和“微型化“，能夠像研究微生物那樣加以研究，并在細胞水平、甚至分子水平上精確地分析遺傳學上的間題。其次，它使遺傳學工作者能夠繞過性細胞和有性過程的關口，直接通過體細胞，研究一系列重大的植物遺傳與變異向題。

從生產(chǎn)實踐來看，體細胞雜交有可能超越傳統(tǒng)的有性雜交界限，克服遠緣雜交中的有性不親和性障礙，在種間、屬間、族間進行基因交流，例如轉(zhuǎn)移抗病、抗鹽、抗早、除草劑抗性等基因，產(chǎn)生出用常規(guī)育種方法所不能創(chuàng)造的新品種和新物種。

酶是一種生物催化劑，象化學催化劑一樣能強烈地促進各種化學反應。把生物體產(chǎn)生的這種酶，用近代技術提出，做成酶制劑，用于工業(yè)生產(chǎn)，生產(chǎn)各種產(chǎn)品。酶與發(fā)醉工業(yè)關系極為密切。食品工業(yè)、化工、厭藥、冶金、能源開發(fā)、污水處理、防腐、防霉等領域都離不開酶與發(fā)酵技術。有以下原因：

2.1 經(jīng)濟效益顯著。當前，隨著發(fā)酵工業(yè)的發(fā)展，不少價值低的農(nóng)副產(chǎn)品經(jīng)過發(fā)酵和深度加工，產(chǎn)值在不斷增長。以薯干為例，隨著不同深度的加工，薯干產(chǎn)品的經(jīng)濟價值比原材料提高6倍、10倍、甚至20倍。

2.2 有利于自然資源的多次利用。長期以來，農(nóng)副產(chǎn)品在廣大農(nóng)村中基本上用作姍料，這是植物資源的一種原始利用方法。如果能通過發(fā)酵方法，把農(nóng)村短缺的燃料、飼料和肥料三者結合起來，即先用做飼料，然后使糞便通過發(fā)酵生成沼氣，再把發(fā)酵廢棄物用作肥料，資源利用效率便可大大提高。

2.3 對醫(yī)藥工業(yè)的發(fā)展意義重大。20世紀四十年代以來，用發(fā)酵法生產(chǎn)藥品越來越受到重視。僅在我國，1981年通過發(fā)酵生產(chǎn)的抗菌素就達8，775噸。

3 現(xiàn)代生物技術和研究成果

當今世界生物技術工程的研究和生產(chǎn)碩果累累，前程似錦。遺傳工程尤為突出。如人體干擾素，有抑制病毒繁殖、腫瘤生長和調(diào)節(jié)機體免疫反應等多種功能，對流感以及肺癌、骨原性肉瘤等癌癥都有良好的療效。但是過去用人血中的白細胞作原料制成的干擾素極其有限。截至1982年，全世界總共才生產(chǎn)出2克干擾素。因此，價格非常昂貴。采用遺傳工程技術，把不同來源的生物基因在體外進行重組，然后把重組基因轉(zhuǎn)入宿主細胞進行復制，就可以大量生產(chǎn)這種物質(zhì)。因為細菌具有繁殖速度快、容易培養(yǎng)和純化等優(yōu)點，目前科學家都把細菌看作是制造這些物質(zhì)最理想的“工廠”。用這種技術處理，每一公升大腸桿菌培養(yǎng)液就能生產(chǎn)出幾百萬單位的干擾素。以前提取5毫克生長激素，需要50萬只羊的腦組織，而現(xiàn)在用遺傳工程只要100克大腸桿菌就解決了。

遺傳工程和由此派生出來的細胞工程，打破了生物學上種屬間雜交的障礙，使不能進行有性雜交的兩個生物品種進行“無性雜交”，創(chuàng)造自然界中本來不存在的兼有兩個物種優(yōu)良性狀的新物種。如美國科學家把大老鼠的生長激素基因轉(zhuǎn)移到小白鼠的細胞里，成功地繁殖了一種體積比正常白鼠大一倍的“大白鼠”。英國科學家用細胞融合技術培育成功一種頭尾似山羊，軀干四肢像綿羊的“雜種珍獸”。不久前，生物學家把豆科植物的貯藏蛋白基因傳入向日葵內(nèi)，培育出“向日豆”，把馬鈴薯和西紅柿進行細胞融合，培育一種上結西紅柿，下結馬鈴薯的新種植物，法國利用這項技術培育出耐寒草，即使在寒冷的冬天，它也能象春天那樣生機勃勃，郁郁蔥蔥。

4 生物工程的未來前景

4.1 第二次綠色革命 未來的生物工程將按設計需要創(chuàng)造出更多的作物新品種，如耐堿、耐早、耐寒、抗逆和抗病蟲害的新作物，高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)的高蛋白農(nóng)作物，固氮農(nóng)作物，人類需要的其他作物新品種。這些新作物的大量培育，將會滿足21世紀以后全世界超過70億人口的糧食需求，以解決人類的饑荒和營養(yǎng)不良問題，從而迎來第二次綠色革命。

4.2 根洽污染和不洽之癥 人類將來一旦制成了能快速吃掉多種有毒物如DDT和汞化物等的“超級菌”，只要幾小時它們便能清除過去通常要一年才能清除的污染物，為根治污染創(chuàng)造奇跡。利用基因工程技術培育人體癌疫苗，可以中斷致癌基因的表達和異常蛋白的產(chǎn)生。大量生產(chǎn)抗癌病毒和殺癌干擾素，并用基因技術修復人體不正常的和有缺陷的基因或DNA分子，人類終將根治癌癥和遺傳病。

4.3 21世紀的生命產(chǎn)業(yè) 近幾年已有20％的化工工藝為生物學工藝所替代，當前以生物工程為工藝基礎發(fā)展起來的生命產(chǎn)業(yè)已開始扎根于世界經(jīng)濟之中。據(jù)《世界農(nóng)業(yè)》1984年第4期估計，世界各國應用基因工程創(chuàng)造的產(chǎn)值，1999年可達30億美元，2000年將達500～1000億美元，2005年時日本將達到41000～68000億日元，可見21世紀將是生命產(chǎn)業(yè)的新世紀。為此，世界各國都把生物工程當作未來產(chǎn)業(yè)進行開發(fā)，我國在這方面已經(jīng)取得了很大的成就，并會繼續(xù)對生物工程進行研究開發(fā)和應用。

參考文獻：

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[2]高慶生.生物工程進展[M].科學技術文獻出版社.1986.

[3]葉俊.生物工程的現(xiàn)狀與展望[J]].重慶大學學報.1990年11月.