生物工程的現(xiàn)狀及發(fā)展

楊靜玲

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(dāng)代的生物技術(shù)和研究成果，并對(duì)生物工程的發(fā)展前景做了簡(jiǎn)單的敘述。

關(guān)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(xué)基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)新興技術(shù)，它通過(guò)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(shè)計(jì)人類所需要的新生命。生物工程就是把生命科學(xué)的最新成果和最新知識(shí)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(hù)等各個(gè)領(lǐng)域的工藝學(xué)。一般認(rèn)為它主要包括遺傳工程、細(xì)胞工程、酶學(xué)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(jìn)化產(chǎn)生新組合性狀的速度快一萬(wàn)倍，而運(yùn)用遺傳工程技術(shù)，則快一億倍。

細(xì)胞工程包括植物細(xì)胞組織培養(yǎng)和細(xì)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(xì)胞，從植物體上分離下來(lái)，除去細(xì)胞壁，變成原生質(zhì)體，在融合誘導(dǎo)劑促進(jìn)下，使甲、乙兩個(gè)種的細(xì)胞完成融合過(guò)程，繼而培養(yǎng)成雜種植株。

酶工程是利用生物學(xué)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(xué)轉(zhuǎn)化所需要的高溫、高壓、強(qiáng)酸、強(qiáng)堿等苛刻條件，在化學(xué)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(wú)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(zhǎng)期科學(xué)和生產(chǎn)實(shí)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(yuǎn)緣雜交往往不易成功，至于親緣關(guān)系更遠(yuǎn)的物種，如動(dòng)物與細(xì)菌之間，就更不可能了。然而基因工程卻可以越過(guò)這個(gè)雜交屏障，發(fā)揮它自己的特長(zhǎng)。它不但能把不同微生物的優(yōu)良性狀結(jié)合在一起，而且還能使動(dòng)物、植物、微生物的基因在三大系統(tǒng)之間相互交流，取長(zhǎng)補(bǔ)短，以便定向地改變生物的遺傳特性?；蚬こ痰某霈F(xiàn)標(biāo)志著人類進(jìn)入定向地改變生物遺傳特性的新階段。如果這項(xiàng)新技術(shù)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)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(xì)胞工程，從理論上講對(duì)遺傳學(xué)的研究具有重大意義。首先，由于高等植物是一個(gè)多細(xì)胞的有機(jī)體，比單細(xì)胞生物具有更大的復(fù)雜性。細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)可以把復(fù)雜的植物有機(jī)體簡(jiǎn)單化和“微型化“，能夠像研究微生物那樣加以研究，并在細(xì)胞水平、甚至分子水平上精確地分析遺傳學(xué)上的間題。其次，它使遺傳學(xué)工作者能夠繞過(guò)性細(xì)胞和有性過(guò)程的關(guān)口，直接通過(guò)體細(xì)胞，研究一系列重大的植物遺傳與變異向題。

從生產(chǎn)實(shí)踐來(lái)看，體細(xì)胞雜交有可能超越傳統(tǒng)的有性雜交界限，克服遠(yuǎn)緣雜交中的有性不親和性障礙，在種間、屬間、族間進(jìn)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(xué)催化劑一樣能強(qiáng)烈地促進(jìn)各種化學(xué)反應(yīng)。把生物體產(chǎn)生的這種酶，用近代技術(shù)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(guān)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(lǐng)域都離不開酶與發(fā)酵技術(shù)。有以下原因：

2.1 經(jīng)濟(jì)效益顯著。當(dāng)前，隨著發(fā)酵工業(yè)的發(fā)展，不少價(jià)值低的農(nóng)副產(chǎn)品經(jīng)過(guò)發(fā)酵和深度加工，產(chǎn)值在不斷增長(zhǎng)。以薯干為例，隨著不同深度的加工，薯干產(chǎn)品的經(jīng)濟(jì)價(jià)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(zhǎng)期以來(lái)，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(guò)發(fā)酵方法，把農(nóng)村短缺的燃料、飼料和肥料三者結(jié)合起來(lái)，即先用做飼料，然后使糞便通過(guò)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(duì)醫(yī)藥工業(yè)的發(fā)展意義重大。20世紀(jì)四十年代以來(lái)，用發(fā)酵法生產(chǎn)藥品越來(lái)越受到重視。僅在我國(guó)，1981年通過(guò)發(fā)酵生產(chǎn)的抗菌素就達(dá)8，775噸。

3 現(xiàn)代生物技術(shù)和研究成果

當(dāng)今世界生物技術(shù)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(zhǎng)和調(diào)節(jié)機(jī)體免疫反應(yīng)等多種功能，對(duì)流感以及肺癌、骨原性肉瘤等癌癥都有良好的療效。但是過(guò)去用人血中的白細(xì)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(jià)格非常昂貴。采用遺傳工程技術(shù)，把不同來(lái)源的生物基因在體外進(jìn)行重組，然后把重組基因轉(zhuǎn)入宿主細(xì)胞進(jìn)行復(fù)制，就可以大量生產(chǎn)這種物質(zhì)。因?yàn)榧?xì)菌具有繁殖速度快、容易培養(yǎng)和純化等優(yōu)點(diǎn)，目前科學(xué)家都把細(xì)菌看作是制造這些物質(zhì)最理想的“工廠”。用這種技術(shù)處理，每一公升大腸桿菌培養(yǎng)液就能生產(chǎn)出幾百萬(wàn)單位的干擾素。以前提取5毫克生長(zhǎng)激素，需要50萬(wàn)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(lái)的細(xì)胞工程，打破了生物學(xué)上種屬間雜交的障礙，使不能進(jìn)行有性雜交的兩個(gè)生物品種進(jìn)行“無(wú)性雜交”，創(chuàng)造自然界中本來(lái)不存在的兼有兩個(gè)物種優(yōu)良性狀的新物種。如美國(guó)科學(xué)家把大老鼠的生長(zhǎng)激素基因轉(zhuǎn)移到小白鼠的細(xì)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(guó)科學(xué)家用細(xì)胞融合技術(shù)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(xué)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(jìn)行細(xì)胞融合，培育一種上結(jié)西紅柿，下結(jié)馬鈴薯的新種植物，法國(guó)利用這項(xiàng)技術(shù)培育出耐寒草，即使在寒冷的冬天，它也能象春天那樣生機(jī)勃勃，郁郁蔥蔥。

4 生物工程的未來(lái)前景

4.1 第二次綠色革命 未來(lái)的生物工程將按設(shè)計(jì)需要?jiǎng)?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(huì)滿足21世紀(jì)以后全世界超過(guò)70億人口的糧食需求，以解決人類的饑荒和營(yíng)養(yǎng)不良問(wèn)題，從而迎來(lái)第二次綠色革命。

4.2 根洽污染和不洽之癥 人類將來(lái)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(jí)菌”，只要幾小時(shí)它們便能清除過(guò)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(shù)培育人體癌疫苗，可以中斷致癌基因的表達(dá)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(shù)修復(fù)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(jì)的生命產(chǎn)業(yè) 近幾年已有20％的化工工藝為生物學(xué)工藝所替代，當(dāng)前以生物工程為工藝基礎(chǔ)發(fā)展起來(lái)的生命產(chǎn)業(yè)已開始扎根于世界經(jīng)濟(jì)之中。據(jù)《世界農(nóng)業(yè)》1984年第4期估計(jì)，世界各國(guó)應(yīng)用基因工程創(chuàng)造的產(chǎn)值，1999年可達(dá)30億美元，2000年將達(dá)500～1000億美元，2005年時(shí)日本將達(dá)到41000～68000億日元，可見21世紀(jì)將是生命產(chǎn)業(yè)的新世紀(jì)。為此，世界各國(guó)都把生物工程當(dāng)作未來(lái)產(chǎn)業(yè)進(jìn)行開發(fā)，我國(guó)在這方面已經(jīng)取得了很大的成就，并會(huì)繼續(xù)對(duì)生物工程進(jìn)行研究開發(fā)和應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)：

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