浅谈现代生物技术的应用

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摘 要：现代生物技术又称生物工程，是利用动植物、微生物等生物有机体或其组成部分发展新工艺或新产品的一门科学技术体系，分为基因工程、细胞工程、酶工程和发酵工程四大领域。本文概述了现代生物技术的四大领域，并介绍了各领域的研究应用。
关键词：生物技术；工程；应用
引言
现代生物技术的发展仅有30多年的时间，但已经在生命科学研究及产业化方面产生了巨大的影响，已不断渗透到人类社会的生产、生活：的各个方面并建立了不可分割的联系。作为21世纪高新技术重点之一，现代生物技术将对人类解决所面临的食物、资源、健康和环境等重大问题发挥越来越重要的作用。
1基因工程的应用
基因工程又称DNA重组技术，是指对不同生物的遗传基因，根据人们的意愿进行基因的切割、拼接和重新组合，然后再转入生物体内，产生人们所期望的产物或创造出具有新的遗传特征的生物类型。基因工程使得人类可以克服物种间的遗传障碍。定向培养或创造出自然界所没有的新的生命形态，以满足人类社会的需要。
基因工程在农业生产中已得到广泛的应用。根据人类的需要把特定基因导入植物体，可以达到改良品质、增加产量以及获得具有抗病、抗虫或抗除草剂植物的目的。目前应用最广的抗虫基因是苏芸金芽孢杆菌（Bt）晶体毒蛋白基因。Bt基因已被转入棉花、玉米、烟草、番茄、马铃薯、水稻等多种作物，并取得了良好的效果。我国是世界上第二个具有转基因抗虫棉花自主知识产权的国家。据统计，1999年至2006年间，全国累计推廣国产转基因抗虫棉1.56亿亩，为国家和农
民增收节支400亿元人民币。此外，华中农业大学番茄课题组利用乙稀形成酶的反义基因抑制催熟剂乙烯的释放，获得耐贮藏转基因番茄“华番一号”，在25℃
条件下可贮藏40～ 50天。北京大学植物基因工程实验室利用矮牵牛基因，首次在我国培育出转基因蓝色玫瑰。
2细胞工程的应用
细胞工程是指应用细胞生物学和分子生物学方法，借助工程的实验方法或技术，在细胞水平上研究改造生物遗传特性和生物学特性，以获得特定的细胞、细胞产品或新生物体的一门科学技术。通过植物组织培养，可以快速繁殖、培育脱毒的种苗，还可以通过大规模的植物细胞培养来生产天然有机化合物，例如天然药物、蛋白质、脂肪、糖类、香料、生物碱及其他活性物质。
在动物细胞工程方面，通过细胞融合将小鼠脾细胞与骨髓瘤细胞融合形成能产生单克隆抗体的杂交瘤细胞。单克隆抗体具有专一性和灵敏性，在病原检测和疾病治疗以及食品安全领域具有广阔的应用前景。用单克隆抗体可以检测出多种病毒中非常细微的株间差异，鉴定细胞的种型和亚种，而这些都是传统血清法或动物免疫法所做不到的。过去制备疫苗是从动物组织中提取，现在通过体外培养经过诱变或转基因的细胞可用于生产各种疫苗、菌苗、抗生素和生物活性物质等生物体中间代谢产物或分泌物[5]。目前，人工受精、胚胎移植等技术已广泛应用于畜牧业生产，液氮超低温（- 196℃）保存精液和胚胎，使优良畜、禽的交配数量与交配范围大为扩展，突破了交配季节的限制。另外，在细胞水平上改造卵细胞，可创造出高产奶牛、瘦肉型猪等新品种。结合流式细胞仪可分离出良种奶牛带有X染色体的精子，与奶牛卵细胞融合后移植到普通黄牛子宫中可以起到“借腹生子”的效果。这种胚胎移植新技术极大地加快了奶业发展的步伐，提高了养殖业的经济效益。
3 酶工程的应用
酶工程是指在一定的生物反应装置中，利用酶所具有的生物催化功能将相应的原料转化成有用物质的一门科学技术。主要包括微生物细胞发酵产酶、动植物细胞培养产酶、酶的提取与分离纯化、酶和细胞原生质体固定化、酶的修饰和改造及酶反应器等内容。酶工程的应用主要集中于食品、轻工、化工、能源以及医药工业中。早期的酶工程技术主要是从动物、植物微生物材料中提取、分离及纯化制造各种酶制剂，并将其应用于化工、食品和医药等工业领域。在这些应用过程中，人们注意到一些不足之处，例如，大多数酶不能耐受高温、强酸、强碱、有机溶剂，稳定性较差。通过酶的固定可以克服这些不足。而且许多酶分子被固定在一块材料上，密度提高了，使反应过程更容易控制。另外，固定着的酶不会在反应液中与反应产物混在一起，可以反复使用。使用固定化酶还可以达到缩短反应周期，实现连续生产、降低成本等目的。固定化酶正在化工医药、轻工、食品等领域发挥着巨大的作用。但是，也并不是所有的酶制剂都适合进行固定化，有些酶需要改变某些性质、提高催化活性，即进行酶的修饰。
酶在食品工业中最大的用途是淀粉加工，例如面包、糕点、饴糖及味精等的生产。在轻工业中主要用于洗涤剂制造（加酶洗衣粉等）、毛皮加工、牙膏和化妆品的生产、废水废物处理和饲料加工等。在医药工业方面，用于临床的各类酶类产品不断增加。早在1922年，英国生物学家弗莱明发现人的唾液、眼泪中存在有溶解细菌细胞壁的酶、即溶菌酶。溶菌酶作为一种存在于人体正常体液及组织中的非特异性免疫因子具有多种药理作用，它具有抗菌、抗病毒、抗肿瘤的功效。除了用作常规治疗外，酶还可以用作辅助治疗。例如利用酶来清除血液中的废物，防止血栓形成和体内酶控药物释放等。另外，酶作为检测试剂可以快速、灵敏、准确地测定体内某些代谢产物。在全世界能源日益紧缺的形势下，利用微生物菌体或酶制剂生产生物燃料开辟了一条新途径。例如，利用农作物秸秆生产酒精、沼气等燃料，在石油资源的开发中利用微生物采油等。
4发酵工程的应用
发酵工程是一门将微生物学、生物化学和化学工程的基本原理有机地结合起来，利用微生物的生长和代谢活动来生产各种有用物质的工程技术。发酵技术有着悠久的历史，早在几千年前人类就开始从事酿酒、制酱、制奶酪等生产。现代发酵工程技术是在20世纪40年代随着抗生素工业的兴起而得到迅速发展的。二战期间，美国利用发酵工程大规模生产青霉素。由于青霉素能有效控制伤口的细菌感染，因而挽救了数百万战争伤员的生命。
随着科学技术的进步，发酵技术又有了很大的发展，并且已经进入人为控制和改造微生物，使这些微生物为人类生产产品的现代发酵工程阶段。现代发酵工程不但生产酒精类饮料、醋酸和面包，而且生产胰岛素、干扰素、生长激素，抗生素和疫苗等多种医疗保健药物；生产天然杀虫剂、细菌肥料和微生物除草剂等农用生产资料；在化学工业上生产氨基酸、香料、生物高分子、酶、维生素和蛋白等。目前医用抗生素、农用抗生素等已有近200个品种，其中绝大部分都是发酵产品。我们日常生活中常见的味精、维生素B等也都属于发酵工程的产品。
近年来，科学家们从红豆杉属树种中分离出一些共生真菌、能够合成紫杉醇类抗癌药物。结合基因工程对这些真菌进行基因改良，有望在不远的将来实现商业化生产。一旦实现紫杉醇类药物的发酵生产，将会大幅度降低抗癌药物的价格，这无疑将成为众多癌症患者的福音。可以说，发酵工业在与人类生活密切相关的许多领域中，都有着巨大的社会和经济效益。
参考文献：
[1]李爱芹，钱凤芹，陈为京等.生物技术在农业方面的应用前景与对策.科学与管理，2013，4（23）：16～ 17
[2]陈献礼.2005.生物技术在未来农业中的角色.现代农业，2015，（10）：，21～ 22
[3]于秀俊，杨静利.基因治疗概述.生物学教学.2017，32（1）：10～ 11
[4]谢从华，柳俊编.2004.植物细胞工程.北京：高等教育出版社，2014.8～ 11