生物工程技術(shù)在現(xiàn)代生活中的應(yīng)用

/生物工程技術(shù)在現(xiàn)代生活中的應(yīng)用摘要：生物工程，也稱生物技術(shù)，是當(dāng)代新技術(shù)革命的三大支柱之一。由于其用途特殊廣泛，已成為解決當(dāng)今世界面臨的許多重大課題的關(guān)鍵。近年來，人們已在生物技術(shù)領(lǐng)域取得了許多突破性進展，這些成果不但標記著人類能夠從微觀上支配和改造生物，而且它的應(yīng)用將給人類社會和生活帶來巨大變革。21世紀將是“生物世紀”。各國政府和科技界都意識到“誰抓住了生物”誰將成為下一個世紀的“霸主”。

關(guān)鍵詞：生物技術(shù)、農(nóng)業(yè)、自然藥物、廢水生物處理、食品、應(yīng)用

一、生物工程技術(shù)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用

1、良種選育，品質(zhì)改良隨著生物技術(shù)的發(fā)展，人們已經(jīng)可以把一個品種、品系的志向遺傳性狀轉(zhuǎn)入另一品種、品系，以提高植物的價值、產(chǎn)量和質(zhì)量。Calgene公司的科學(xué)家分別到一種限制植物纖維素形成的酶的基因，將其轉(zhuǎn)入特定的樹種可培育出纖維素含量高的對造紙業(yè)更有利的植物。在番茄中導(dǎo)入編碼EFE酶的反義基因，可以限制乙烯的生成，酶活性降至正常的5%以下，果實生理成熟后長期保持堅硬，倉貯1個月以上不軟化、不腐爛，很大程度上提高了番茄的耐貯藏性能和經(jīng)濟效益。

2、提高植物的抗性

（1）、抗蟲全世界糧食產(chǎn)量因蟲害所造成的損失占14%左右。長期以來人們普遍接受化學(xué)殺蟲劑來限制害蟲，全世界每年用于化學(xué)殺蟲劑的總金額在200億美元以上。但化學(xué)殺蟲劑的長期運用造成農(nóng)藥的殘留、害蟲的耐受性、環(huán)境污染等嚴峻的問題，而利用基因工程的手段培育抗蟲植物新品種除可以克服以上缺點外，還具有成本低、愛惜全、特異性強等優(yōu)點，從而倍受關(guān)注，成為當(dāng)前探討的熱點。目前人們已獲得多種抗蟲基因，其中有蛋白酶抑制劑基因，淀粉酶抑制劑基因、植物凝集素基因、昆蟲特異性神經(jīng)毒素基因、幾丁質(zhì)酶基因等，它們已被導(dǎo)入煙草、棉花、油菜、水稻、玉米、馬鈴薯等多種農(nóng)作物，在抗蟲方面得到了廣泛的應(yīng)用，有的已進入了商品化生產(chǎn)。

（2）、抗病毒傳統(tǒng)的抗病毒作物，是將植物天生的抗病毒基因從一個植物品種轉(zhuǎn)移到另一個植物品種，然而抗病植株常會轉(zhuǎn)變?yōu)楦胁≈仓?，而且作用范圍較窄。最近，探討人員接受基因工程的技術(shù)培育有別于傳統(tǒng)方法的轉(zhuǎn)基因抗病毒植物，目前最有效的是將病毒外殼蛋白基因?qū)胫仓戢@得抗病毒的工程植物。

（3）、抗寒低溫對細胞造成損傷的主要緣由是造成細胞內(nèi)膜結(jié)構(gòu)中的脂質(zhì)雙層流淌性降低，導(dǎo)致膜結(jié)構(gòu)損傷，影響植物正常的生長。生物膜中雙層脂分子保持流淌性，主要依靠其中不飽和脂肪酸的含量，不飽和脂肪酸多則抗凍。通過分別能催化形成高不飽和脂肪酸的甘油-3-磷脂酰轉(zhuǎn)移酶的基因，并將其轉(zhuǎn)入植物而獲得具有抗寒實力的轉(zhuǎn)基因作物，這方面的工作已見報道。同時人們從一些生活在高寒水域的魚類分別出一些特殊的血清蛋白，即魚抗凍蛋白及其基因，可以降低在低溫下細胞內(nèi)冰晶的形成速度，從而愛惜細胞免受低溫損傷。

（4）、抗除草劑除草劑全世界目前約有2000多個品種，在農(nóng)藥市場占有最大的份額。然而除草劑的運用有著自身難以克服的局限性，如許多除草劑無法區(qū)分莊稼和雜草，有些除草劑必需在野草長起來以前就施用，而且由于抗性草類群落的出現(xiàn)導(dǎo)致運用量增大對環(huán)境的危害也日益嚴峻。制造抗除草劑的轉(zhuǎn)基因作物是克服這些缺點的志向途徑。接受將靶酶基因?qū)胱魑锛毎?987年美國科學(xué)家成功從矮牽牛中克隆出EPSP合酶基因轉(zhuǎn)入油菜細胞的葉綠體中，使油菜能有效地抗拒草甘膦的毒殺作用。另外，有人把降解除草劑的蛋白質(zhì)編碼基因?qū)胨拗髦参?，從而保證宿主植物免受其害，該方法已成功地用于選育抗磷酸麥黃酮的工程植物。

3、抗重金屬由于人類活動、礦山的開采，工業(yè)化進程的加劇，空氣、土壤、水風(fēng)光 臨著越來越嚴峻的重金污染，不但嚴峻影響作物的產(chǎn)量和品質(zhì)，更重要的是通過植物食物鏈危害人類的健康。土壤中的重金屬主要有Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb、Zn、As等。20世紀80年頭，提出植物修復(fù)、超富集植物。但由于自然界中已發(fā)覺的絕大多數(shù)重金屬富集或超富集植物往往生長周期長、生物量低、植株矮小，因而限制了其對污染土壤重金屬的移除效率。通過基因工程技術(shù)改良植物對重金屬的抗性，增加或削減重金屬在植物體內(nèi)的累積量被認為是進行污染土壤的生態(tài)復(fù)原以及削減食物鏈重金屬污染的一條切實可行的有效途徑。富集重金屬的相關(guān)基因不斷克隆，應(yīng)用轉(zhuǎn)基因技術(shù)提高植物對重金屬的耐性已取得一些重要進展，一些轉(zhuǎn)基因植物地上部分表現(xiàn)了較高的重金屬離子富集量，并在污染土壤的生態(tài)復(fù)原中進行了初步應(yīng)用。

4、現(xiàn)代生物農(nóng)藥隨著人們對化學(xué)農(nóng)藥危害性、局限性的逐步相識，生物農(nóng)藥在植物生產(chǎn)中地位慢慢突現(xiàn)出來，成為綠色農(nóng)業(yè)的重要組成部分，受到各國政府的高度重視，有了較為廣泛的應(yīng)用。微生物農(nóng)藥具有對人畜平安、不破壞生態(tài)平衡、害蟲不易產(chǎn)生抗性等優(yōu)點，但也存在著藥效速度慢、專一性強、受自然條件影響大的缺點。而利用基因工程改造微生物菌種，創(chuàng)建出自然界不存在的新型菌種就可以克服這些缺點。二、生物工程技術(shù)在自然藥物中的應(yīng)用1.生物工程技術(shù)在動物藥探討中的應(yīng)用動物藥是我國醫(yī)藥寶庫的重要組成部分，是中藥三大來源之一，其傳統(tǒng)探討思路以中醫(yī)理論為指導(dǎo)，重點探討臨床應(yīng)用等相關(guān)方面，主要包括：本草考證、資源調(diào)查、基源鑒定、動物藥化學(xué)、加工炮制、藥效探討、品質(zhì)評價等。動物藥探討起步較晚，動物藥的系統(tǒng)探討整理工作始于20世紀60年頭，基礎(chǔ)薄弱，存在較多空白，加之傳統(tǒng)動物藥探討理論不完善，符合動物藥探討特色的方法學(xué)尚未建立，如何合理有效的借鑒現(xiàn)代技術(shù)手段也不明確。隨著生物領(lǐng)域技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代生物技術(shù)已慢慢廣泛應(yīng)用于動物藥探討領(lǐng)域，并取得了可喜進展。2.生物工程技術(shù)在植物藥中的應(yīng)用由于人類對自然界的持續(xù)性破壞，野生藥材資源日益削減。傳統(tǒng)栽作中存在著有效成分含量不穩(wěn)定；農(nóng)藥、重金屬含量超標；栽培品系的品質(zhì)日漸退化以及產(chǎn)量遠遠不及工業(yè)化大生產(chǎn)的要求等一系列問題，嚴峻阻礙了中藥的現(xiàn)代化進程。引進生物技術(shù)，可以對中藥材品質(zhì)進行多方面的改進。3、生物工程技術(shù)在海洋藥物探討中的應(yīng)用自80年頭以來，現(xiàn)代生物技術(shù)已廣泛應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)探討的各個領(lǐng)域，在海洋生物資源探討和開發(fā)中的應(yīng)用已發(fā)展成為一個新興的探討領(lǐng)域———海洋生物技術(shù)，即“利用海洋生物或其組成部分生產(chǎn)有用的生物產(chǎn)品以及定向改良海洋生物遺傳特性”的一門綜合性科學(xué)技術(shù)三、生物工程技術(shù)在食品加工中的應(yīng)用1、酶技術(shù)的應(yīng)用酶是細胞原生質(zhì)合成的一類具有高度催化活性的特殊蛋白質(zhì)，是生物催化劑。酶普遍存在于動、植物和微生物中，將酶從生物組織或細胞以及發(fā)酵液中提取出來，加工成具有確定純度標準的生化制品，稱為酶制劑。酶在食品工業(yè)中的應(yīng)用范圍很廣，酶技術(shù)在果蔬加工中的應(yīng)用也很廣泛。近年來在果蔬加工上，還開發(fā)出酶浸漬法處理果蔬以變更表面及內(nèi)部組織的特性，增加風(fēng)味及其它感官香味及口感?，F(xiàn)在此技術(shù)已廣泛應(yīng)用于柑桔的去皮、去苦及保持桃子的硬度等，所生產(chǎn)的產(chǎn)品有更好的簇新度和組織外觀。目前歐美各地的食品廠已運用此技術(shù)制造罐頭類食品、玻璃瓶裝制品及簇新冷藏水果。2、基因工程技術(shù)的應(yīng)用基因工程技術(shù)可以說是現(xiàn)代化生物技術(shù)的核心內(nèi)容，主要包括重組DNA、基因缺失、基因加倍、導(dǎo)入外源基因及變更基因位置等分子生物學(xué)技術(shù)手段，為定向變更生物性狀供應(yīng)了理論和技術(shù)基礎(chǔ)。目前基因工程產(chǎn)品在食品工業(yè)中占據(jù)了日益重要的地位，使傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)、傳統(tǒng)食品工業(yè)發(fā)生了根本性的變革。特殊是轉(zhuǎn)基因食品，作為現(xiàn)代生物技術(shù)的一種高科技產(chǎn)物，在短短的十幾年里取得了重大的進步，產(chǎn)生了顯著的社會和經(jīng)濟效益，不僅能夠生產(chǎn)出口味更佳的食物，而且能夠抗病蟲害、抵抗旱澇災(zāi)難、便于儲運，大大降低了產(chǎn)品成本，提高了人類的食物產(chǎn)量，這在人口眾多的發(fā)展中國家，具有重要的現(xiàn)實意義，將是人類解決因人口增加而產(chǎn)生的食物短缺問題和從根本上解決食品養(yǎng)分品質(zhì)問題的有力手段。3、細胞工程在食品工業(yè)中的應(yīng)用細胞工程技術(shù)應(yīng)用于食品工業(yè)是隨著細胞培育和細胞融合技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展起來的。在細胞培育方面最典型的例子是人參細胞培育成功，還有香料和色素的生產(chǎn)。日本利用培育草莓細胞生產(chǎn)紅色素的技術(shù)已成功應(yīng)用于葡萄酒及食品加工之中。利用香草細胞培育技術(shù)可大量生產(chǎn)香草香精。當(dāng)今，白酒、果酒、醬類等食品發(fā)酵行業(yè)以運用酵母為主，曲菌也適于酒類和醬油生產(chǎn)。這些行業(yè)的微生物育種目標是培育出耐乙醇酵母、耐鹽酵母、耐高糖酵母、無泡酵母、耐溫酵母及谷酰胺酶和蛋白質(zhì)分解酶活性高的曲菌。具有重要意義的成就是嗜殺其它菌類活性的嗜殺酵母新菌株的培育成功，日本協(xié)和發(fā)酵公司已完全運用嗜殺性葡萄酒酵母釀制新酒，目前，正探討運用細胞融合技術(shù)取得其它菌株，應(yīng)用于食品發(fā)酵工業(yè)之中。4、微生物發(fā)酵技術(shù)的應(yīng)用應(yīng)用微生物發(fā)酵方法生產(chǎn)的發(fā)酵產(chǎn)品，有傳統(tǒng)的釀制品、還有酒精、有機酸、氨基酸、單細胞蛋白等。發(fā)酵工程是利用微生物的特殊功能生產(chǎn)有用的物質(zhì)，或干脆將微生物應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)的一種技術(shù)體系。這項現(xiàn)代技術(shù)包括菌種選育、菌種生產(chǎn)、代謝產(chǎn)物的發(fā)酵、以及微生物的利用技術(shù)。利用發(fā)酵工程技術(shù)所取得的成就涉及到新食品配料，食品加工的催化劑，飲料穩(wěn)定劑，Ｄ-氨基酸及其衍生物制造，以及廢棄物利用和食品品質(zhì)的檢測等。5、生物傳感器和生物反應(yīng)器的應(yīng)用生物傳感器是利用生命物質(zhì)如酶、抗體等作敏感材料，和電子技術(shù)相結(jié)合，通過換能器件構(gòu)成自動化分析系統(tǒng)，用以從多種化合物的困難樣品中選樣地測定某一特定成分。其特點是精確、快速、靈敏。其方法包括核酸探針、聚合酶鏈反應(yīng)、免疫分析等，在食品上應(yīng)用于成分分析、病菌毒素檢測、殘留農(nóng)藥檢測等品質(zhì)管理。模擬生命過程的生物反應(yīng)器在生產(chǎn)酶制劑和發(fā)酵產(chǎn)品中應(yīng)用廣泛。生物反應(yīng)器如同一根能進行生物體內(nèi)反應(yīng)的大試管，將生物細胞或酶等加入其中，設(shè)置確定的環(huán)境條件，使之發(fā)生某些生化反應(yīng)而大量產(chǎn)生我們所需的產(chǎn)物。生物反應(yīng)器較之發(fā)酵器有著生化反應(yīng)簡潔明確，可控程度高，生物性材料可重復(fù)運用的特點。四、生物工程技術(shù)在水污染治理中的應(yīng)用1、水污染的生物治理技術(shù)(1)、好氧活性污泥法好氧活性污泥法是利用含有大量需氧型微生物的活性污泥，在強力通風(fēng)條件下使污水凈化的生物技術(shù)。傳統(tǒng)的好氧活性污泥法的缺點是廢水中污染物濃度變更，特殊是一些有抑制作用的污染物對細菌活性有明顯的抑制作用。運用馴化后的活性污泥可以抗拒高濃度污染物的抑制作用，如用馴化后的混合菌課連續(xù)降解有毒有機氯化物。(2)、生物膜法以生物膜為凈化主體的生物處理技術(shù)。比活性污泥法具有生物濃度大、動力消耗小等優(yōu)點，但處理水質(zhì)不如活性污泥法好，所以常將二者結(jié)合運用。具有代表的是旋轉(zhuǎn)式接觸生物膜反應(yīng)器，用它處理2-氯化酚、2,4-二氯化酚、2，4,6-三氯化酚、無氯化酚等有毒有機物時，去除率分別為68.2%，88。7%，85.6%，COD去除率為87.7%?？梢娖鋬艋y降解有機物的效果顯著。、厭氧處理法此法是在缺氧條件下，利用厭氧性微生物（包括兼性）分解污水中有機質(zhì)的方法。該處理技術(shù)中，可通過改良菌株和改進生物處理各主要流程來提高污染物去除效率。90年頭以來開發(fā)了新型混合膨脹床顆?；钚蕴糠磻?yīng)器，用它處理含抑制生物降解有機物的廢水比傳統(tǒng)顆粒活性炭反應(yīng)器有較高的生物去除效率。此外，還有氧化塘法、土地處理法及酶處理技術(shù)等污水的生物處理技術(shù)。2、環(huán)境生物制劑廢水處理環(huán)境生物制劑包括新型微生物菌劑、生物吸附劑、微生物絮凝劑、生物催化劑、生物破乳劑、特種環(huán)境微生物菌種等用微生物強化處理的微生物菌劑及材料或通過微生物轉(zhuǎn)化制備用于改善環(huán)境的產(chǎn)品，這是目前廢水生物處理技術(shù)最具有發(fā)展?jié)摿Φ姆矫?。、新型微生物菌劑接受獨特的發(fā)酵工藝把好氧性微生物和厭氧性微生物按確定的比例加以混合，培育出多種多樣的微生物群落形成有效的微生物生態(tài)系統(tǒng)。在對污水凈化中，取得良好的社會效益和經(jīng)濟效益；(2)、微生物絮凝劑通過細菌、放線菌、真菌等微生物的發(fā)酵培育、浸取、精制而得到含蛋白子或多糖類生物聚合物等的微生物制劑；(3)、生物破乳劑主要用于處理乳液狀含油廢水，對石油廢水進行生物破乳預(yù)處理后有利于氣浮，課去除以乳狀形式存在的難降解有機污染物。目前在國外已成為探討開發(fā)熱點；、環(huán)境生物吸附劑近年來廢水生物處理的一個嶄新的發(fā)展方向，主要有兩大類：一類是高比表生長的厭氧或兼性微生物的代謝作用處理廢物，其主要降解產(chǎn)物是甲烷和二氧化碳等，一般須要保證溫度、無氧或低溶解氧濃度。(5)、準好氧處理準好氧處理填埋場的蛀牙設(shè)計和運行思想是使?jié)B濾液集水溝水位低于滲濾液集水干管管底高程，使大氣可以通過集水干管上部空間和排氣通道，使填埋場具有某種好氧條件。準好氧處理靠垃圾分解產(chǎn)生的發(fā)酵熱造成內(nèi)外溫差，使空氣流自然通過填埋體，促進垃圾的分解和穩(wěn)定。準好氧填埋有如下優(yōu)點：一，它不須要強制通風(fēng)，節(jié)約能量；二，滲濾液產(chǎn)生后被快速收集，削減了對地下水的污染；三，相對于厭氧處理，垃圾穩(wěn)定得更快，緊急氣體，如甲醛等的產(chǎn)量降低。結(jié)語生命科學(xué)和生物技術(shù)，作為“對全社會最為重要并可能變更將來工業(yè)和經(jīng)濟格局的技術(shù)”，始終吸引著人們的眼球。生命科學(xué)的新發(fā)覺、不斷出現(xiàn)的新生物技術(shù)無不展示著其在改善人類醫(yī)療衛(wèi)生、農(nóng)業(yè)、人口和食品狀況方面的顯著地位。生物技術(shù)的發(fā)展對化學(xué)、數(shù)學(xué)、物理、材料、信息工程等學(xué)科提出了許多新問題、新思路和新挑戰(zhàn)，促使這些學(xué)科不斷開拓新的探討領(lǐng)域。生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展對于改善人們的生活環(huán)境、提高人們的生活質(zhì)量具有重要意義，特殊是對于我國這樣一個人口眾多、人均資源少的國家，發(fā)展生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)更具有重要的戰(zhàn)略意義。參考文獻：[1]鄧明魯.中國動