淺談現代生物技術的應用

廖聰

摘 要：現代生物技術又稱生物工程，是利用動植物、微生物等生物有機體或其組成部分發展新工藝或新產品的一門科學技術體系，分為基因工程、細胞工程、酶工程和發酵工程四大領域。本文概述了現代生物技術的四大領域，并介紹了各領域的研究應用。

關鍵詞：生物技術；工程；應用

引言

現代生物技術的發展僅有30多年的時間，但已經在生命科學研究及產業化方面產生了巨大的影響，已不斷滲透到人類社會的生產、生活：的各個方面并建立了不可分割的聯系。作為21世紀高新技術重點之一，現代生物技術將對人類解決所面臨的食物、資源、健康和環境等重大問題發揮越來越重要的作用。

1基因工程的應用

基因工程又稱DNA重組技術，是指對不同生物的遺傳基因，根據人們的意愿進行基因的切割、拼接和重新組合，然后再轉入生物體內，產生人們所期望的產物或創造出具有新的遺傳特征的生物類型。基因工程使得人類可以克服物種間的遺傳障礙。定向培養或創造出自然界所沒有的新的生命形態，以滿足人類社會的需要。

基因工程在農業生產中已得到廣泛的應用。根據人類的需要把特定基因導入植物體，可以達到改良品質、增加產量以及獲得具有抗病、抗蟲或抗除草劑植物的目的。目前應用最廣的抗蟲基因是蘇蕓金芽孢桿菌（Bt）晶體毒蛋白基因。Bt基因已被轉入棉花、玉米、煙草、番茄、馬鈴薯、水稻等多種作物，并取得了良好的效果。我國是世界上第二個具有轉基因抗蟲棉花自主知識產權的國家。據統計，1999年至2006年間，全國累計推廣國產轉基因抗蟲棉1.56億畝，為國家和農

民增收節支400億元人民幣。此外，華中農業大學番茄課題組利用乙稀形成酶的反義基因抑制催熟劑乙烯的釋放，獲得耐貯藏轉基因番茄“華番一號”，在25℃

條件下可貯藏40～ 50天。北京大學植物基因工程實驗室利用矮牽牛基因，首次在我國培育出轉基因藍色玫瑰。

2細胞工程的應用

細胞工程是指應用細胞生物學和分子生物學方法，借助工程的實驗方法或技術，在細胞水平上研究改造生物遺傳特性和生物學特性，以獲得特定的細胞、細胞產品或新生物體的一門科學技術。通過植物組織培養，可以快速繁殖、培育脫毒的種苗，還可以通過大規模的植物細胞培養來生產天然有機化合物，例如天然藥物、蛋白質、脂肪、糖類、香料、生物堿及其他活性物質。

在動物細胞工程方面，通過細胞融合將小鼠脾細胞與骨髓瘤細胞融合形成能產生單克隆抗體的雜交瘤細胞。單克隆抗體具有專一性和靈敏性，在病原檢測和疾病治療以及食品安全領域具有廣闊的應用前景。用單克隆抗體可以檢測出多種病毒中非常細微的株間差異，鑒定細胞的種型和亞種，而這些都是傳統血清法或動物免疫法所做不到的。過去制備疫苗是從動物組織中提取，現在通過體外培養經過誘變或轉基因的細胞可用于生產各種疫苗、菌苗、抗生素和生物活性物質等生物體中間代謝產物或分泌物[5]。目前，人工受精、胚胎移植等技術已廣泛應用于畜牧業生產，液氮超低溫（- 196℃）保存精液和胚胎，使優良畜、禽的交配數量與交配范圍大為擴展，突破了交配季節的限制。另外，在細胞水平上改造卵細胞，可創造出高產奶牛、瘦肉型豬等新品種。結合流式細胞儀可分離出良種奶牛帶有X染色體的精子，與奶牛卵細胞融合后移植到普通黃牛子宮中可以起到“借腹生子”的效果。這種胚胎移植新技術極大地加快了奶業發展的步伐，提高了養殖業的經濟效益。

3 酶工程的應用

酶工程是指在一定的生物反應裝置中，利用酶所具有的生物催化功能將相應的原料轉化成有用物質的一門科學技術。主要包括微生物細胞發酵產酶、動植物細胞培養產酶、酶的提取與分離純化、酶和細胞原生質體固定化、酶的修飾和改造及酶反應器等內容。酶工程的應用主要集中于食品、輕工、化工、能源以及醫藥工業中。早期的酶工程技術主要是從動物、植物微生物材料中提取、分離及純化制造各種酶制劑，并將其應用于化工、食品和醫藥等工業領域。在這些應用過程中，人們注意到一些不足之處，例如，大多數酶不能耐受高溫、強酸、強堿、有機溶劑，穩定性較差。通過酶的固定可以克服這些不足。而且許多酶分子被固定在一塊材料上，密度提高了，使反應過程更容易控制。另外，固定著的酶不會在反應液中與反應產物混在一起，可以反復使用。使用固定化酶還可以達到縮短反應周期，實現連續生產、降低成本等目的。固定化酶正在化工醫藥、輕工、食品等領域發揮著巨大的作用。但是，也并不是所有的酶制劑都適合進行固定化，有些酶需要改變某些性質、提高催化活性，即進行酶的修飾。

酶在食品工業中最大的用途是淀粉加工，例如面包、糕點、飴糖及味精等的生產。在輕工業中主要用于洗滌劑制造（加酶洗衣粉等）、毛皮加工、牙膏和化妝品的生產、廢水廢物處理和飼料加工等。在醫藥工業方面，用于臨床的各類酶類產品不斷增加。早在1922年，英國生物學家弗萊明發現人的唾液、眼淚中存在有溶解細菌細胞壁的酶、即溶菌酶。溶菌酶作為一種存在于人體正常體液及組織中的非特異性免疫因子具有多種藥理作用，它具有抗菌、抗病毒、抗腫瘤的功效。除了用作常規治療外，酶還可以用作輔助治療。例如利用酶來清除血液中的廢物，防止血栓形成和體內酶控藥物釋放等。另外，酶作為檢測試劑可以快速、靈敏、準確地測定體內某些代謝產物。在全世界能源日益緊缺的形勢下，利用微生物菌體或酶制劑生產生物燃料開辟了一條新途徑。例如，利用農作物秸稈生產酒精、沼氣等燃料，在石油資源的開發中利用微生物采油等。

4發酵工程的應用

發酵工程是一門將微生物學、生物化學和化學工程的基本原理有機地結合起來，利用微生物的生長和代謝活動來生產各種有用物質的工程技術。發酵技術有著悠久的歷史，早在幾千年前人類就開始從事釀酒、制醬、制奶酪等生產。現代發酵工程技術是在20世紀40年代隨著抗生素工業的興起而得到迅速發展的。二戰期間，美國利用發酵工程大規模生產青霉素。由于青霉素能有效控制傷口的細菌感染，因而挽救了數百萬戰爭傷員的生命。

隨著科學技術的進步，發酵技術又有了很大的發展，并且已經進入人為控制和改造微生物，使這些微生物為人類生產產品的現代發酵工程階段。現代發酵工程不但生產酒精類飲料、醋酸和面包，而且生產胰島素、干擾素、生長激素，抗生素和疫苗等多種醫療保健藥物；生產天然殺蟲劑、細菌肥料和微生物除草劑等農用生產資料；在化學工業上生產氨基酸、香料、生物高分子、酶、維生素和蛋白等。目前醫用抗生素、農用抗生素等已有近200個品種，其中絕大部分都是發酵產品。我們日常生活中常見的味精、維生素B等也都屬于發酵工程的產品。

近年來，科學家們從紅豆杉屬樹種中分離出一些共生真菌、能夠合成紫杉醇類抗癌藥物。結合基因工程對這些真菌進行基因改良，有望在不遠的將來實現商業化生產。一旦實現紫杉醇類藥物的發酵生產，將會大幅度降低抗癌藥物的價格，這無疑將成為眾多癌癥患者的福音。可以說，發酵工業在與人類生活密切相關的許多領域中，都有著巨大的社會和經濟效益。

參考文獻：

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