【文章內(nèi)容簡介】 3天！　　其次，生物技術可以提高食品質(zhì)量。例如，由于人體吸收過量的砂糖會增加脂肪的積累，引起肥胖、高血壓、糖尿病、心血管等疾病，因此許多甜味食品中使用高果糖漿來代替蔗糖。高果糖漿以淀粉為原料，生產(chǎn)過程中先后使用了α－淀粉酶、糖化酶和異構化酶，隨著固定化酶的研究和應用的發(fā)展，從1973年起，便開始采用固定化酶(或含酶菌體)生產(chǎn)高果糖漿。目前世界上每年淀粉糖的用量與日俱增，其中70％是高果糖漿，而砂糖用量逐年下降。可以說高果糖漿的生產(chǎn)是食糖工業(yè)的一場革命，又是酶工程在工業(yè)生產(chǎn)中最成功、規(guī)模最大的應用。　　第三，生物技術還用于開拓食品種類。例如，蛋白質(zhì)是構成人體組織的主要材料。然而，蛋白質(zhì)是地球上最為缺乏的食品，按全世界人口的實際需要計算，每年缺少蛋白質(zhì)的數(shù)量達3000～4000萬噸。利用生物技術生產(chǎn)單細胞蛋白為解決這一問題提供了一條可行之路。所謂單細胞蛋白，是指由單細胞的微生物生產(chǎn)出來的蛋白質(zhì)。微生物體內(nèi)含有豐富的蛋白質(zhì)，按干重計算，酵母菌的蛋白質(zhì)含量為45%~55%，細菌的蛋白質(zhì)含量更是高達60%~80%，而農(nóng)作物中含蛋白質(zhì)量最高的是大豆，它的蛋白質(zhì)含量也不過是40%左右，另外，微生物的繁殖速度很快，因此，通過微生物獲取蛋白質(zhì)比種植業(yè)和養(yǎng)殖業(yè)快得多。以發(fā)酵工程來生產(chǎn)單細胞蛋白是不太復雜的事，關鍵是選育出性能優(yōu)良的酵母菌或細菌。這些微生物迅速繁殖，一天里要繁殖十幾代甚至幾十代。每一代新生的微生物又會拼命吞噬“食物”，合成蛋白質(zhì)，并繁殖下一代……當然，這些過程都是在發(fā)酵罐里完成的。人們通過電腦嚴密地控制著發(fā)酵罐內(nèi)的發(fā)酵過程，不斷加入水和營養(yǎng)物（甲醇、甲烷、纖維素……），不時取出高濃度的發(fā)酵液，用快速干燥法制取成品——單細胞蛋白。20世紀60年代，英國率先實現(xiàn)了單細胞蛋白的工業(yè)化生產(chǎn)。此后，日本、美國、法國、前蘇聯(lián)、德國相繼建立了生產(chǎn)單細胞蛋白的工廠。目前，全世界單細胞蛋白的產(chǎn)量已經(jīng)超過3000萬噸，質(zhì)量也有了重大突破，從主要用作飼料發(fā)展到走上人們的餐桌?！　?0．生物技術在材料方面的應用　　材料是一個社會經(jīng)濟建設的重要支柱之一，通過生物技術構建新型生物材料，是現(xiàn)代新材料發(fā)展的重要途徑之一?！　∈紫?，生物技術使一些廢棄的生物材料變廢為寶。例如，蝦、蟹等甲殼類動物被食用后甲殼往往丟棄一邊，利用生物技術可以從中獲取甲殼素，其用途非常廣泛。日本旭化成工業(yè)公司將其制成一種抗菌劑，摻入到纖維中，開發(fā)出能抑制細菌、霉菌生長的無紡布料；美國杜邦化學公司發(fā)現(xiàn)，甲殼素是制造手術縫合線的極好材料，這種縫合線比人工纖維柔軟，易打結，并且不過敏，可加速傷口愈合，還可被人體吸收而免于拆線。我國已建成多家甲殼素工廠，為甲殼素材料廣泛利用展現(xiàn)了良好的開發(fā)前景?！　∑浯危锛夹g為大規(guī)模生產(chǎn)一些稀缺生物材料提供了可能。例如，蜘蛛絲是一種特殊的蛋白質(zhì)，其強度大約是鋼材的5倍，而可塑性比鋼材高30%，可用于生產(chǎn)防彈背心、降落傘等輕而堅固的用品，但是我們無法像養(yǎng)蠶一樣飼養(yǎng)蜘蛛而獲得大量的蜘蛛絲。美國懷俄明大學的一個研究小組將編碼蛛絲蛋白的基因轉(zhuǎn)入細菌獲得表達，產(chǎn)生的蛛絲蛋白與蜘蛛絲中的蛋白質(zhì)相同，有可能通過發(fā)酵途徑大量生產(chǎn)。而加拿大研究人員將蛛絲蛋白的基因在山羊的乳腺細胞中成功表達，這種轉(zhuǎn)基因山羊產(chǎn)出的奶便含有了能制造蜘蛛絲的蛋白質(zhì)，然后利用特殊的溶劑，就可以從羊奶中“抽出”連續(xù)不斷的纖維，這種纖維在機械強度上可以和真正的蜘蛛絲媲美。因此，用這種“活體生物反應器”同樣有可能大量生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的“蛛絲蛋白”。據(jù)報道，我國也正在試驗大量生產(chǎn)蛛絲蛋白的方法?！　〉谌?，利用生物技術可開發(fā)出新的材料類型。例如，化工塑料廢棄后很難降解，從而造成環(huán)境污染，有“白色污染”之稱。一些微生物卻能生產(chǎn)出可降解塑料，如生產(chǎn)聚羥基丁酸酯（PHB）塑料物質(zhì)的微生物有產(chǎn)堿桿菌、固氮菌、根瘤菌、假單胞菌、球衣菌等。這些生物塑料不僅安全無毒害，而且在土壤中降解后還能為作物提供營養(yǎng)，正因為如此，生物塑料的研制是塑料工業(yè)發(fā)展的新方向。韓國在用生物技術生產(chǎn)可降解塑料方面發(fā)展較快，他們用3個發(fā)酵罐培養(yǎng)“工程菌”40小時，可產(chǎn)出80公斤的塑料，其生產(chǎn)效率目前是世界上最高的?！　?1．生物技術在能源方面的應用　　能源是人類生存的物質(zhì)基礎之一，是社會經(jīng)濟發(fā)展的原動力。能源分為不可再生能源（如石油、天然氣、煤）和可再生能源（如太陽能、風能、生物質(zhì)能等），生物技術一方面能提高不可再生能源的開采率，另一方面能開發(fā)更多可再生能源，因而生物技術與能源的研究及開發(fā)備受世界各國的重視?！　∈紫?，生物技術提高了石油開采的效率。在石油開采過程中，石油通過油層的壓力自發(fā)地沿著油井的管道向上噴出，但通過這種方式開采到的油量只有油田總儲量的1/3左右。二次采油常用的方法是強化注水以提高油層的壓力，此外，也利用微生物進行二次采油。微生物在油層中發(fā)酵產(chǎn)生大量酸性物質(zhì)，降低了原油的粘度，使其容易流動，微生物還可產(chǎn)生氣體，增加地層壓力，這兩方面都提高了采油率。美國德克薩斯州一口40年井齡的油井中，加入蜜糖和微生物混合物，然后封閉，經(jīng)細菌發(fā)酵后，井內(nèi)壓力增加，出油量提高近5倍?！　∑浯危锛夹g為新能源的利用開辟了道路。地球上每年生產(chǎn)出的纖維物質(zhì)，也就是那些稻草、麥稈、玉米秸、灌木、干草、樹葉等等，只要拿出5％來，加以合理的利用，就足夠滿足全球?qū)δ茉吹男枨罅苛?，這就是生物質(zhì)能的利用。完成這一使命的是發(fā)酵工程。這些纖維物質(zhì)，都是由纖維素、半纖維素、木質(zhì)素這三種成分組成的，除了木質(zhì)素另有用途之外，纖維素和半纖維素可以分別進入發(fā)酵罐，采用不同的微生物來進行發(fā)酵。它們的發(fā)酵過程都分為兩個階段：第一階段的產(chǎn)物是糖類，即碳水化合物，第二階段的產(chǎn)物主要是乙醇。日本科學家培養(yǎng)出一種先進的菌株，能將纖維素百分之百地轉(zhuǎn)化為葡萄糖，而2噸葡萄糖可以生產(chǎn)出1噸乙醇。酒精是一種新穎的能源，汽油中摻入10％的酒精，在略加改裝的汽車上即可使用。另外，直接以酒精為燃料的發(fā)動機也已經(jīng)誕生了。目前，在領先一步的20多個國家里，酒精替代汽油作燃料的比例已達到5％～10％?！　　　∞r(nóng)業(yè)是世界上規(guī)模最大和最重要的產(chǎn)業(yè)，即使在發(fā)達國家如美國，其農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值也占國民生產(chǎn)總值的20%以上?，F(xiàn)代生物技術越來越多地運用于農(nóng)業(yè)中，使農(nóng)業(yè)經(jīng)濟達到高產(chǎn)、高質(zhì)、高效的目的?！　?1)農(nóng)作物和花卉生產(chǎn)　　生物技術應用于農(nóng)作物和花卉生產(chǎn)的目標，主要是提高產(chǎn)量、改良品質(zhì)和獲得抗逆植物?！　∈紫?，生物技術既能提高作物產(chǎn)量，還能快速繁殖花卉。例如，由我國科學家袁隆平培育成功的雜交水稻使水稻的產(chǎn)量有了大幅度的提高，為解決我國和世界的糧食問題作出了巨大的貢獻。另外，我國雜交水稻工程技術研究中心在野生稻中發(fā)現(xiàn)了兩種有增產(chǎn)潛力的基因，分別位于1號染色體和2號染色體上，如果將此基因轉(zhuǎn)到雜交水稻中，則雜交水稻的產(chǎn)量有可能在原有的基礎上再提高20%左右，目前科研人員正在袁隆平院士的帶領下開展這方面的研究。又如，20世紀70年代以后，由于植物組織培養(yǎng)技術的成熟，許多種花卉特別是一些不易繁殖的名貴花卉都實現(xiàn)了快速繁殖，由于誘導分化的小植株多長在試管中，所以被稱為試管植物。栽培蘭花的常規(guī)無性繁殖方法只有分株法一種，但繁殖速度極慢，充其量每年只能使株數(shù)增加1倍，此外，分株法只適用于合軸蘭花的無性繁殖，單軸蘭花不能形成側芽。因此，蘭花種植者曾經(jīng)長期采用種子繁殖，結果后代品質(zhì)不一，造成很大的經(jīng)濟損失。利用組織培養(yǎng)技術，由蘭花的一個不到1毫米長的莖尖開始，在一年內(nèi)可以產(chǎn)生幾百萬個植株?，F(xiàn)在，組織培養(yǎng)已經(jīng)成為蘭花無性繁殖最常用的體系。組織培養(yǎng)技術和常規(guī)方法相比具有顯著的優(yōu)點。一是繁殖速度快，周期短。二是占用空間少，在20平方米的培養(yǎng)室內(nèi)，最多可容納100萬株試管苗。三是不受季節(jié)氣候、自然災害等因素影響，并可實現(xiàn)工廠化生產(chǎn)。工廠化生產(chǎn)蘭花已經(jīng)成為有著巨大產(chǎn)值的工業(yè)生產(chǎn)體系，美國有10多個蘭花工業(yè)中心，年產(chǎn)值達5000~6000萬美元，新加坡、泰國僅出口蘭花一項就創(chuàng)匯1000萬美元左右?！　∑浯?，生物技術還能改良作物品質(zhì)。例如，植物收獲后往往在轉(zhuǎn)運和貯藏過程中造成損失，過軟的水果和蔬菜容易破損，并且過熟后失去原味。利用生物技術延緩植物的成熟，就可以克服這些問題。1994年，美國在世界上首次銷售轉(zhuǎn)基因番茄，這種番茄的貨架期可長達152天。由于植物體內(nèi)合成的乙烯能加速成熟，因此，美國科學家利用基因工程技術抑制乙烯合成酶的活性，降低了番茄在成熟過程中乙烯的合成量，延遲了果實的變軟，大大提高了番茄的保藏期?，F(xiàn)在，美國許多超市都可以隨時看到這種果實不軟、色澤橙紅的轉(zhuǎn)基因番茄?！　〉谌?，生物技術在培育抗逆作物中發(fā)揮了重要作用。所謂抗逆作物，是指能耐受不良環(huán)境的作物，包括抗蟲害、病毒、除草劑、干旱、鹽堿等的作物。例如，化學殺蟲劑的長期和大量使用不僅使許多害蟲產(chǎn)生了抗藥性，而且污染了環(huán)境，用基因工程方法培育出的抗蟲害作物，不需施用農(nóng)藥，即提高了種植的經(jīng)濟效益，又保護了我們的環(huán)境。20世紀50年代，科學家發(fā)現(xiàn)蘇云金桿菌能產(chǎn)生一種毒蛋白，特異性地殺死鱗翅目昆蟲，這種毒蛋白由Bt基因編碼。1987年，比利時PGS公司首先報道了轉(zhuǎn)Bt基因的煙草對煙草天蛾的毒殺率在3天后可達到95%~100%。此后，轉(zhuǎn)Bt基因馬鈴薯也表現(xiàn)出對科羅拉多馬鈴薯甲蟲很強的抗性，這兩種轉(zhuǎn)基因作物均已被美國農(nóng)業(yè)部批準應用于商業(yè)生產(chǎn)。20世紀90年代初，我國的抗病毒轉(zhuǎn)基因煙草首次在田間大面積種植，1996年的種植面積達100萬公頃，1997年上升到160萬公頃，曾一度被譽為世界上最大的轉(zhuǎn)基因植物群落。我國的轉(zhuǎn)基因抗蟲棉品種，1999年已經(jīng)推廣200多萬畝，創(chuàng)造了巨大的經(jīng)濟效益?！　⌒笄萆a(chǎn)　　生物技術用于畜禽生產(chǎn)的目標，與農(nóng)作物類似，主要是獲得高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的畜禽產(chǎn)品和提高畜禽的抗病能力?！　∈紫龋锛夹g不僅能加快畜禽的繁殖和生長速度，而且能改良畜禽的品質(zhì)，提供優(yōu)質(zhì)的肉、奶、蛋產(chǎn)品。例如，哺乳動物的成熟期長，產(chǎn)仔數(shù)少，孕期不排卵，繁殖有季節(jié)性，這些特性成為制約家畜良種大量繁殖的因素。胚胎分割和移植技術為大量繁殖優(yōu)良牲畜品種提供了有力的技術手段。母牛一般一胎只能生一頭小牛，一頭良種母牛一生只能繁殖大約10頭牛犢，如果將良種牛的早期胚胎切割成數(shù)塊，再分別移植入數(shù)頭普通母牛（代理母親）子宮內(nèi)培養(yǎng)，可同時獲得數(shù)頭良種牛犢，由于這一技術的應用，使本來一生只能生下10頭后代的優(yōu)良母牛變得可以每年產(chǎn)50頭以上的小牛。目前，牛胚胎移植技術已進入商品化階段，特別是奶牛冷凍胚胎的應用，胚胎冷凍技術不僅解決了胚胎移植中母畜性周期的時間限制，同時也解決了遠距離的運輸問題，1000只牛胚胎連同冷凍容器總重量不超過50公斤，在飛機上只要相當于一個座位的地方就能夠容納，從而使世界范圍內(nèi)的良種推廣大大簡化。另外，轉(zhuǎn)生長激素基因以提高生長速度的研究已經(jīng)有不少報道。1981年，美國科學家將大鼠生長激素基因引入小鼠受精卵中，獲得了平均生長速度快50%，體重增加2倍的超級鼠，這一成果啟發(fā)人們通過生長素基因工程培養(yǎng)超級生物，例如轉(zhuǎn)生長激素的豬不僅飼料轉(zhuǎn)化率、增重率提高，而且脂肪減少。此外，生物技術在改良畜禽產(chǎn)品質(zhì)量方面也顯示出巨大的潛力。例如，利用基因工程使外源基因在哺乳動物乳腺中的表達可改變?nèi)橹某煞?，提高乳汁的營養(yǎng)價值，荷蘭的金發(fā)馬公司培育出含人乳鐵蛋白的轉(zhuǎn)基因牛，每升牛奶中含有人乳鐵蛋白1克，彌補了牛奶中鐵含量的相對不足?！　∑浯?，生物技術可以培育抗病的畜禽品種，減少飼養(yǎng)業(yè)的風險。利用轉(zhuǎn)基因的方法，可以培育出抗病動物，這就可以大大減少牲畜瘟疫的發(fā)生，保證牲畜健康，也保證人類健康。20世紀80年代美國農(nóng)業(yè)研究局的兩位科學家，將禽類白血病病毒的一種弱型基因注入白色力行雞體內(nèi)，改良后的力行雞，已能繁殖后代，其后代也能獲得這種病毒基因，這種轉(zhuǎn)基因雞對致癌性白血病病毒感染具有高度抵抗力。1988年，有科學家把小鼠抗流感基因Mx轉(zhuǎn)入豬體內(nèi)，使豬的抗流感能力增強。1993年，研究人員曾把從植物中產(chǎn)生的能抵抗害蟲的一種酶—殼多糖酶的基因轉(zhuǎn)入綿羊體內(nèi)，這種綿羊的皮膚內(nèi)便出現(xiàn)具有殺蟲性能的物質(zhì)，可以避免綠頭蒼蠅和虱子侵害?！　。?、農(nóng)業(yè)新領域　　傳統(tǒng)意義上的農(nóng)業(yè)是向我們提供食物和工業(yè)原料，然而，由于生物技術的飛速發(fā)展，使農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)領域有了新的拓展?；蚬こ滩粌H提高了農(nóng)牧產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量，而且一些轉(zhuǎn)基因植物和動物有了遠遠超出僅供食用的價值——生產(chǎn)藥物?！　±棉D(zhuǎn)基因植物生產(chǎn)疫苗是目前的一個研究熱點?？蒲腥藛T希望能用食用植物表達疫苗，人們通過食用這些轉(zhuǎn)基因植物就能達到接種疫苗的目的，這樣既方便又能節(jié)省大量費用。目前已經(jīng)在轉(zhuǎn)基因煙草中表達出了乙型肝炎疫苗，轉(zhuǎn)基因馬鈴薯、番茄等也都已用來進行生產(chǎn)疫苗的研究。專家們認為，香蕉可能是最適合于生產(chǎn)疫苗的植物，因為香蕉易于接受導入的外源目的基因，又是最普通和受歡迎的水果。　　利用轉(zhuǎn)基因動物生產(chǎn)藥用蛋白同樣是目前的研究熱點?？茖W家已經(jīng)培育出多種轉(zhuǎn)基因動物，它們的乳腺能特異性地表達外源目的基因，因此從它們產(chǎn)的奶中能獲得所需的蛋白質(zhì)藥物，這種生產(chǎn)蛋白質(zhì)藥物的方式叫做乳腺生物反應器。目前，國外在乳腺生物反應器技術研究上取得了巨大的進展，例如英國愛丁堡制藥公司已培育成功含α1抗胰蛋白酶（AAT）的轉(zhuǎn)基因羊，每升羊奶中會有此種蛋白30克，ATT用于治療囊性纖維化和肺氣腫。美國GenzymeTransgene公司與日本的SomitomoMetal合作共同開發(fā)其產(chǎn)品凝血酶原Ⅲ，轉(zhuǎn)基因山羊的羊奶中表達量為4克/升，凝血酶原Ⅲ用于治療血友病。荷蘭科學家培育成功的轉(zhuǎn)基因牛的牛奶中含有促紅細胞生成素（EPO），EPO能促進紅細胞的生成，對腫瘤化療以及腎臟機能下降引起的紅細胞減少具有積極的治療作用?！　∮捎谵D(zhuǎn)基因?；蜓虺缘氖遣荩瑪D出的奶中含有珍貴的藥用蛋白，生產(chǎn)成本低，可以獲得巨額的經(jīng)濟效益。據(jù)美國紅十字會和美國遺傳學會預測，到2005年僅美國的乳腺生物反應器生產(chǎn)的藥物年銷售額可達到350億美元，到2010年，所有基因工程藥物中利用乳腺生物反應器生產(chǎn)的份額可達到95%。　?。玻?。生物技術在醫(yī)藥方面的應用　　目前，醫(yī)藥衛(wèi)生領域是現(xiàn)代生物技術應用得最廣泛、成績最顯著、發(fā)展最迅速、潛力也最大的一個領域，生物技術貫穿了疾病預防、診斷和治療的整個過程?！　。?）疾病預防　　利用疫苗對人體進行主動免疫是預防傳染性疾病的最有效手段之一。注射或口服疫苗可以激活體內(nèi)的免疫系統(tǒng)，產(chǎn)生專門針對病原體的特