第六節(jié)　生物技術(shù)的應(yīng)用

一、生物技術(shù)在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用

20世紀(jì)60年代中期開(kāi)始的“綠色革命”，采用高產(chǎn)糧食作物品種、使用化肥、推廣栽培技術(shù)與施肥技術(shù)的有機(jī)結(jié)合，使世界糧食產(chǎn)量翻了一番，給人類(lèi)的生存與發(fā)展作出了重大貢獻(xiàn)。現(xiàn)在，隨著世界人口增長(zhǎng)，農(nóng)業(yè)資源相對(duì)短缺，農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境日趨惡化，為了農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展以及人類(lèi)自身的生存與發(fā)展，以生物技術(shù)為核心的第二次“綠色革命”必然提到日程上來(lái)，其關(guān)鍵是利用生物技術(shù)進(jìn)行創(chuàng)新，開(kāi)發(fā)全新的作物品種(或品系)。

利用基因工程技術(shù)改良農(nóng)作物已取得重大進(jìn)展，一場(chǎng)新的綠色革命近在眼前。這場(chǎng)新的綠色革命的一個(gè)顯著特點(diǎn)就是將生物技術(shù)、農(nóng)業(yè)、食品和醫(yī)藥行業(yè)融合到一起，利用生物技術(shù)創(chuàng)新，開(kāi)發(fā)出合理的作物品系，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)高效和可持續(xù)發(fā)展。如轉(zhuǎn)基因作物具有明顯的抗逆性、抗病蟲(chóng)、耐旱、耐鹽堿等優(yōu)點(diǎn)，產(chǎn)量明顯提高?？茖W(xué)家們還在開(kāi)發(fā)可以生產(chǎn)出能夠防病的疫苗和食品的農(nóng)作物?；蚣夹g(shù)也使開(kāi)發(fā)農(nóng)作物新品種的時(shí)間大為縮短:利用傳統(tǒng)的育種方法，需要七八年時(shí)間才能培育出一個(gè)新的植物品種;基因工程技術(shù)使研究人員可以將任何一種基因注入到一種植物中，從而培育出一種全新的農(nóng)作物品種，時(shí)間則縮短一半。盡管還有不少人，特別是歐洲國(guó)家消費(fèi)者對(duì)轉(zhuǎn)基因農(nóng)產(chǎn)品心存疑慮，但是專(zhuān)家們指出，利用基因工程改良農(nóng)作物已勢(shì)在必行。這首先是由于全球人口增加的壓力不斷加大，其次是人口的老齡化對(duì)醫(yī)療系統(tǒng)的要求不斷增強(qiáng)，開(kāi)發(fā)可以增強(qiáng)人體健康的食品十分必要。加快農(nóng)作物新品種的培育也是第三世界發(fā)展中國(guó)家發(fā)展生物技術(shù)的一個(gè)共同目標(biāo)。我國(guó)農(nóng)業(yè)生物技術(shù)的研究與應(yīng)用已經(jīng)廣泛開(kāi)展，并已取得顯著效益。

動(dòng)物克隆技術(shù)已經(jīng)基本成熟，為改良農(nóng)業(yè)動(dòng)物、培育新的動(dòng)物品種開(kāi)辟了新的途徑。畜禽疫苗、生物獸藥的研究與使用，將構(gòu)筑動(dòng)物疫病防治新體系，提高人類(lèi)對(duì)高致病性禽流感等重大疫病的防御和控制能力;牛、豬、魚(yú)等動(dòng)物生長(zhǎng)激素及新型飼料添加劑的應(yīng)用，將大幅度提高畜牧業(yè)生產(chǎn)效益。此外，生物農(nóng)藥、生物肥料的開(kāi)發(fā)與生產(chǎn)，農(nóng)業(yè)廢棄物的生物處理與資源化等，對(duì)保障農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有重要作用。

二、生物技術(shù)在醫(yī)藥工業(yè)中的應(yīng)用

20世紀(jì)20年代發(fā)現(xiàn)第一種抗生素——青霉素以后，人們已經(jīng)找到了6000多種不同來(lái)源、不同結(jié)構(gòu)、不同作用機(jī)制的抗生素。雖然被廣泛應(yīng)用的只有約100種，但已經(jīng)使絕大多數(shù)的細(xì)菌性疾病得到了有效的控制。從20世紀(jì)70年代初期，基因工程技術(shù)的建立以及隨后大量基因的被克隆至今，利用基因工程技術(shù)生產(chǎn)的貴重藥物已經(jīng)有20多種，而且今后將會(huì)有越來(lái)越多的基因工程藥物投放市場(chǎng)。

有些藥物如人生長(zhǎng)激素、胰島素，過(guò)去主要是靠從生物體器官、組織、細(xì)胞或尿液中提取，因受到原料的限制，無(wú)法推廣使用?；蚬こ趟幬锏膶?shí)現(xiàn)對(duì)醫(yī)藥工業(yè)的一個(gè)重大貢獻(xiàn)，就是使這類(lèi)藥物得以大量生產(chǎn)和使用?；蚬こ趟幬锸窍却_定對(duì)某種疾病有預(yù)防和治療作用的蛋白質(zhì)，然后將控制該蛋白質(zhì)合成過(guò)程的基因取出來(lái)，經(jīng)過(guò)一系列基因操作，最后將該基因放入可以大量生產(chǎn)的受體細(xì)胞中去。這些受體細(xì)胞包括細(xì)菌、酵母菌、動(dòng)物或動(dòng)物細(xì)胞、植物或植物細(xì)胞，在受體細(xì)胞不斷繁殖過(guò)程中，大規(guī)模生產(chǎn)具有預(yù)防和治療這些疾病的蛋白質(zhì)，即基因疫苗或藥物。例如，生長(zhǎng)激素釋放抑制因子是一種人腦激素，能夠抑制生長(zhǎng)激素的不適宜分泌，用于治療肢端肥大癥。最初生產(chǎn)生長(zhǎng)激素釋放抑制因子的方法是從羊腦中提取，50萬(wàn)個(gè)羊腦才能提取到5mg這種激素，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足需要。如今利用含有生長(zhǎng)激素釋放抑制因子的基因的工程菌進(jìn)行發(fā)酵生產(chǎn)，7.5L培養(yǎng)液就能得到5mg的生長(zhǎng)激素釋放抑制因子，價(jià)格也只有原來(lái)的幾百分之一。

據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，目前在歐美諸國(guó)，已經(jīng)上市的基因工程藥物已接近百種，大約還有超過(guò)300種藥物正在臨床試驗(yàn)階段，處于研究和開(kāi)發(fā)中的品種將近2000個(gè)。值得注意的是，近一兩年基因藥物上市的周期有明顯縮短的跡象?；蚬こ趟幬锎蠖鄶?shù)是人體內(nèi)原有的物質(zhì)，所以一般副作用較小。自1982年第一個(gè)基因工程藥物“人胰島素”在美國(guó)上市以來(lái)，其他基因工程藥物，如重組人生長(zhǎng)激素、重組人干擾素、重組腫瘤壞死因子(rTNF)、重組白細(xì)胞介素(rIL)、粒細(xì)胞集落刺激因子(G－CSF)、巨噬細(xì)胞集落刺激因子(M－CSF)、單核細(xì)胞集落刺激因子(GM－CSF)、組織型纖維蛋白質(zhì)酶原激活劑(t－PA)等，先后被美國(guó)食品和藥品行政管理局(FDA)批準(zhǔn)上市。如今在美國(guó)將一個(gè)基因工程藥品推上市場(chǎng)，只要1億美元(僅為化學(xué)合成藥的一半)?，F(xiàn)在美國(guó)已批準(zhǔn)了62個(gè)基因工程藥物和疫苗的產(chǎn)品上市，基因工程藥物的美好前景，受到全世界的重視。

三、生物技術(shù)在食品工業(yè)中的應(yīng)用

食品生產(chǎn)是世界上最大的工業(yè)之一。在工業(yè)化國(guó)家，食品消費(fèi)至少占家庭預(yù)算的20%～30%。充分認(rèn)識(shí)生物技術(shù)對(duì)滿足當(dāng)今社會(huì)對(duì)食品需求的潛力，無(wú)論對(duì)發(fā)達(dá)或不發(fā)達(dá)國(guó)家都是非常重要的。食品生物技術(shù)包含的內(nèi)容很廣，如提高食品質(zhì)量、營(yíng)養(yǎng)、安全性和食品保藏效果等。它有賴(lài)于現(xiàn)代生物知識(shí)和技術(shù)與食品加工和檢測(cè)保藏生物工程原理的有機(jī)結(jié)合。

發(fā)酵工程在食品工業(yè)上的應(yīng)用十分廣泛:生產(chǎn)包括啤酒、果酒、食醋等在內(nèi)的傳統(tǒng)發(fā)酵產(chǎn)品，使產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量得到明顯提高;生產(chǎn)各種各樣的食品添加劑，改善了食品的品質(zhì)及色、香、味等，如用發(fā)酵方法制得的L－蘋(píng)果酸是國(guó)際食品界公認(rèn)的安全型酸味劑，廣泛用于果醬、果汁、飲料、罐頭、糖果、人造奶油等的生產(chǎn)中;利用淀粉或纖維素的水解液、制糖工業(yè)的廢液、石化產(chǎn)品等為原料，通過(guò)發(fā)酵獲得大量的單細(xì)胞蛋白。隨著人口的增長(zhǎng)，糧食短缺已成為困擾人們的社會(huì)問(wèn)題之一，而發(fā)酵工程的發(fā)展將為解決這一問(wèn)題開(kāi)辟新的途徑。

在改善食品原料加工特性和改良食品品質(zhì)方面，基因工程技術(shù)起到了非常重要的作用。利用基因工程的技術(shù)和手段，在分子水平上定向重組遺傳物質(zhì)，以改良食品的品質(zhì)和性狀，提高食品的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值和貯藏加工性狀。乳牛是產(chǎn)奶的母牛，為了提高其產(chǎn)奶量，又不影響奶的質(zhì)量，將采用基因工程技術(shù)生產(chǎn)的牛生長(zhǎng)激素注射到母牛上，便可達(dá)到提高母牛產(chǎn)奶的目的。為了提高豬的瘦肉含量，則采用基因重組的豬生長(zhǎng)激素，注射于豬上，便可使豬瘦肉型化，有利于改善肉食品質(zhì)?；蚬こ躺a(chǎn)的動(dòng)物生長(zhǎng)激素在加速動(dòng)物的生長(zhǎng)、改善飼養(yǎng)動(dòng)物的效率及改變畜產(chǎn)動(dòng)物及魚(yú)類(lèi)的營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)等方面具有廣闊的應(yīng)用前景。在植物食品品質(zhì)的改良上，基因工程技術(shù)也得到了廣泛的應(yīng)用，并取得了豐碩成果。其中主要集中于改良蛋白質(zhì)、碳水化合物及油脂等食品原料的產(chǎn)量和質(zhì)量方面。

發(fā)酵食品的品質(zhì)、風(fēng)味及產(chǎn)率是影響發(fā)酵食品工業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的關(guān)鍵因素，而這些又都取決于所使用的微生物菌株品種。傳統(tǒng)的微生物育種方法難以有效地達(dá)到定向改造微生物性狀的目的，而利用DNA重組技術(shù)、反義RNA技術(shù)及基因缺失等基因工程技術(shù)來(lái)構(gòu)造所需要的基因工程菌株是解決這一問(wèn)題的一條方便、快捷的途徑。這些技術(shù)在醬油、面包、啤酒、奶酪的生產(chǎn)上得到了充分的應(yīng)用。

近年來(lái)，現(xiàn)代生物技術(shù)在食品生產(chǎn)中的又一個(gè)主要應(yīng)用就是酶的應(yīng)用。酶是大部分食品和飲料生產(chǎn)中的一個(gè)重要組成部分。食品加工業(yè)中應(yīng)用的酶大部分來(lái)自特定的微生物。這些酶中的60%屬于蛋白水解酶類(lèi)，10%屬于糖水解酶類(lèi)，3%屬于脂肪水解酶類(lèi)，其余部分為較特殊的酶類(lèi)。由于酶能在接近室溫的條件下起反應(yīng)，不需要高溫高壓，而且酶促反應(yīng)快，有高度的專(zhuān)一性、安全性好等優(yōu)點(diǎn)，越來(lái)越得到食品工業(yè)的重視，不斷拓寬它在食品工業(yè)中的應(yīng)用范圍。例如蛋白酶類(lèi)已在阿斯巴甜蛋白糖的生產(chǎn)中發(fā)揮了作用;膽固醇降解酶使用于分解食品中的膽固醇;葡萄糖異構(gòu)酶大量使用在高果糖漿的生產(chǎn)中。酶可以促進(jìn)甚至取代機(jī)械加工，在工業(yè)生產(chǎn)上淀粉轉(zhuǎn)變的化學(xué)作用已基本由酶代替。

利用酶制劑生產(chǎn)食品是在酶反應(yīng)器中進(jìn)行的。酶反應(yīng)器是指供酶制劑催化化學(xué)反應(yīng)的容器。食品加工業(yè)方面，釀酒和飲料加工利用果膠酶來(lái)澄清果酒和果汁，效果十分明顯;葡萄糖氧化酶可以除去密封飲料和罐頭中的氧氣，從而有效地防止飲料和食品氧化變質(zhì);用木瓜蛋白酶制成的嫩肉粉，可以使肉絲、肉片等烹調(diào)后吃起來(lái)嫩滑可口;支鏈淀粉酶是分解多糖類(lèi)支鏈淀粉的酶，能把胚芽轉(zhuǎn)變?yōu)樯珴奢^好的麥芽糖糖漿，雖然麥芽糖的甜味沒(méi)有葡萄糖濃，但很適口，且容易發(fā)酵、黏度大、溶解度大，用其制作糖果可以防止遇熱變色，用于冰淇淋可以防止產(chǎn)生砂糖結(jié)晶等優(yōu)點(diǎn)。

四、生物技術(shù)在能源工業(yè)中的應(yīng)用

能源是人類(lèi)賴(lài)于生存的物質(zhì)基礎(chǔ)之一，是地球演化及萬(wàn)物進(jìn)化的動(dòng)力，它與社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人類(lèi)的進(jìn)步及生存息息相關(guān)。如何合理地利用現(xiàn)有的能源資源，始終貫穿于社會(huì)文明發(fā)展的整個(gè)過(guò)程。能源緊張是當(dāng)今世界各國(guó)都面臨的一大難題。石油危機(jī)之后，人們更加認(rèn)識(shí)到地球上的石油、煤炭和天然氣等石化燃料將枯竭。據(jù)有關(guān)專(zhuān)家預(yù)測(cè)，煤、天然氣和石油的可使用有效年限分別為100～120年、30～50年和18～30年。顯然，21世紀(jì)所面臨的最大難題及困境可能不是戰(zhàn)爭(zhēng)及食品，而是能源。因?yàn)槟壳罢麄€(gè)人類(lèi)發(fā)展和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，幾乎都是依賴(lài)于這些很有限的化石能源。

利用微生物工程能開(kāi)發(fā)再生性能源和新能源。人類(lèi)對(duì)太陽(yáng)的利用是微乎其微的，地球上貯存太陽(yáng)能的只有綠色植物和光合微生物，但它們貯存的能量也只有太陽(yáng)到地球上的能量的0.05%，如果能將這些能量充分利用起來(lái)，能源緊張問(wèn)題就能得到緩解。通過(guò)微生物發(fā)酵的技術(shù)，可以將綠色植物秸稈、木屑，工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的纖維素、半纖維素、木質(zhì)素等廢棄物轉(zhuǎn)化為酒精和沼氣等燃料。從目前人類(lèi)正在開(kāi)發(fā)的許多產(chǎn)能的技術(shù)和效益來(lái)看，乙醇很可能是未來(lái)的石油替代物。乙醇作為燃料的益處有:(1)產(chǎn)能效率高;(2)在燃燒期間不生成有毒的一氧化碳，其污染程度低于其他常用燃料所造成的污染;(3)可通過(guò)微生物大量發(fā)酵生產(chǎn)，其成本相對(duì)低些。因而這項(xiàng)技術(shù)很容易被人們所采納和推廣。

采油工業(yè)中，利用微生物分子生物學(xué)技術(shù)，來(lái)構(gòu)建能產(chǎn)生大量CO₂和甲烷等氣體的基因工程菌株或選育能提高產(chǎn)氣量的高活性菌株，把這些菌體連同它們所需的培養(yǎng)基一起注入到油層中，讓這些工程菌能在油層中不僅產(chǎn)生氣體增加井壓，而且還能分泌高聚物、糖酯等表面活性劑，降低油層表面張力，使原油從巖石中、沙土中松開(kāi)，黏度減低，從而提高采油量。此外，利用微生物發(fā)酵產(chǎn)物作為稠化水驅(qū)油，進(jìn)一步降低石油與水之間的黏度差，減輕由注入的水不均勻推進(jìn)所產(chǎn)生的死油塊現(xiàn)象，讓注入水在滲透率不一致的油層中均勻推進(jìn)，增加水驅(qū)的掃油面積，從而提高油田的采油率還能延長(zhǎng)油井的壽命?，F(xiàn)在，各國(guó)均在大規(guī)?，F(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，已取得滿意效果。

五、生物技術(shù)在化學(xué)工業(yè)上的應(yīng)用

傳統(tǒng)的化工生產(chǎn)需要耐熱、耐壓和耐腐蝕的材料，而微生物技術(shù)的發(fā)展，不僅可制造其他方法難以生產(chǎn)或價(jià)值高的稀有產(chǎn)品，而且有可能變革化學(xué)工業(yè)的面貌，創(chuàng)建省能源、少污染的新工藝。自然環(huán)境下普通塑料制品降解需要200～300年，已成為世界公害之一?？茖W(xué)家們經(jīng)過(guò)選育和基因重組構(gòu)建了“工程菌”，已獲得積累聚酯塑料占菌體重量70～80%的菌株。目前已建廠并有商品問(wèn)市的主要生物塑料是聚羥基丁酸酯(簡(jiǎn)稱(chēng)PHB)和合成生物降解塑料(商品名BioD)。對(duì)人畜無(wú)害的PHB塑料制品埋在土中6周即可完全降解，BioD可以裂解成碎片碎屑，最終分解為無(wú)毒的二氧化碳和水，完全降解只需2～3年。隨著現(xiàn)代發(fā)酵工程技術(shù)的不斷發(fā)展，可以預(yù)見(jiàn)化學(xué)塑料完全可以用生物降解塑料替代。微生物發(fā)酵生物的化工原料除乙醇、丙酮、丁醇等傳統(tǒng)產(chǎn)品外，利用某些微生物合成乙烯，以乙烯或丙烯為原料，通過(guò)固相酶的技術(shù)，把乙烯氧化成環(huán)氧乙烷，丙烯氧化成環(huán)氧丙烷，再由它們制造的確良、雙氧樹(shù)脂、合成洗滌劑等。用這種方法生產(chǎn)的投資是化學(xué)合成法的一半，具有巨大的市場(chǎng)吸引力。

六、生物技術(shù)在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用

隨著對(duì)遺傳疾病致病機(jī)理的深入研究，人們?cè)O(shè)想如果能夠使變異基因或異常表達(dá)的基因變?yōu)檎；蚧蛘１磉_(dá)基因，那么就可從根本上治愈遺傳疾病，這就是基因治療的基本思想。當(dāng)細(xì)菌轉(zhuǎn)化的分子機(jī)理闡明以后，研究人員一直想用同樣的方法對(duì)人類(lèi)遺傳疾病進(jìn)行治療，即把正常的基因轉(zhuǎn)入患者的體細(xì)胞內(nèi)，達(dá)到治療的目的。到20世紀(jì)80年代，隨著人的基因分離技術(shù)的發(fā)展，人的體細(xì)胞基因治療逐漸變得現(xiàn)實(shí)起來(lái)。人們正式提出了基因治療的概念。隨后的十幾年，由于相應(yīng)技術(shù)的迅猛發(fā)展以及人們?cè)诶碚摵蛯?shí)踐上的不斷探索，基因治療的概念不斷充實(shí)、成熟。如今基因治療的概念為:向靶細(xì)胞或組織中引入外源DNA或RNA片斷，以糾正或補(bǔ)償基因的缺陷，關(guān)閉或抑制異常表達(dá)的基因，從而達(dá)到治療的目的。

目前，已發(fā)現(xiàn)的遺傳病有6500多種，其中由單基因缺陷引起的就有約3000種。因此，遺傳病是基因治療的主要對(duì)象。基因治療最常采用的方法是體外療法，也稱(chēng)間接體內(nèi)基因轉(zhuǎn)移方法，即將導(dǎo)入外源基因的離體細(xì)胞再輸回患者體內(nèi)?；蛑委煵捎玫牡诙N方法是比較成熟的體細(xì)胞基因療法，又稱(chēng)原位療法。這種方法是將帶有正?；虻妮d體直接導(dǎo)入需要正?；虻慕M織中。第三種基因治療方法是體內(nèi)療法。醫(yī)生只需要簡(jiǎn)單地把基因載體注入血液中，基因載體就會(huì)自己在體內(nèi)尋找自己的靶細(xì)胞，而不會(huì)理睬其他的細(xì)胞，從而將正?；蜣D(zhuǎn)換進(jìn)入帶有缺陷基因的細(xì)胞中。第一例基因治療是美國(guó)在1990年進(jìn)行的，當(dāng)時(shí)兩個(gè)小女孩由于體內(nèi)腺苷脫氨酶缺乏而患了嚴(yán)重的聯(lián)合免疫缺陷癥，接受了基因治療并取得了成功。這一開(kāi)創(chuàng)性的工作標(biāo)志著基因治療已經(jīng)從實(shí)驗(yàn)研究過(guò)渡到臨床實(shí)驗(yàn)?；蛑委煹淖钚逻M(jìn)展是用基因槍技術(shù)用于基因治療，其方法是用改進(jìn)的基因槍技術(shù)將特定的DNA導(dǎo)入小鼠的肌肉、肝臟、脾、腸道和皮膚獲得成功的表達(dá)。這一技術(shù)的成功預(yù)示著人們未來(lái)可能利用基因槍傳送藥物到人體內(nèi)的特定部位，以取代傳統(tǒng)的接種疫苗，并用基因槍技術(shù)來(lái)治療遺傳病。目前，正在研究的胎兒基因療法如果實(shí)驗(yàn)療效得到進(jìn)一步確證的話，就有可能將胎兒基因療法擴(kuò)大到其他遺傳病，以防止出生患遺傳病癥的新生兒，從根本上提高后代的健康水平。

七、生物技術(shù)在環(huán)境上的應(yīng)用

幾個(gè)世紀(jì)以來(lái)，人們始終都相信由大氣、土壤和水體組成的自然系統(tǒng)足以吸收人類(lèi)的生活以及工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)所產(chǎn)生的各種廢物。這種想法在工業(yè)還不發(fā)達(dá)、人口不太密集的時(shí)代還有些道理，但在工業(yè)高度發(fā)達(dá)、人口密度日益增高的今天，就明顯落后了。進(jìn)入21世紀(jì)，人類(lèi)繼續(xù)面對(duì)兩個(gè)很?chē)?yán)峻的挑戰(zhàn):一是如何處理、分解不斷產(chǎn)生的大量垃圾;二是如何除去過(guò)去幾十年里積存在大氣、土壤、水體中的有毒物質(zhì)。近20年來(lái)，越來(lái)越多的研究人員開(kāi)始嘗試使用包括現(xiàn)代生物技術(shù)在內(nèi)的各種方法來(lái)清除積累在人類(lèi)生存環(huán)境中的石油副產(chǎn)品污染物及其他有毒物質(zhì)。

生物凈化是指利用生物來(lái)除去環(huán)境中的生物垃圾和有毒物質(zhì)的過(guò)程。生物垃圾包括工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中所產(chǎn)生的廢棄物?，F(xiàn)在人們普遍認(rèn)為，生物垃圾是制造許多有重要經(jīng)濟(jì)價(jià)值的產(chǎn)品的原材料。特別是在今天人口膨脹、食品及能源資源不足的情況下，對(duì)資源的充分再利用就更顯得意義重大。目前這一問(wèn)題已經(jīng)引起了世界各國(guó)的充分重視。

由于戰(zhàn)爭(zhēng)、海難以及其他事故，每年都有數(shù)千噸甚至上萬(wàn)噸的石油泄漏到海洋中。泄漏的原油漂浮在海面上可達(dá)數(shù)月甚至數(shù)年，這給泄漏地區(qū)的生態(tài)系統(tǒng)帶來(lái)了嚴(yán)重的、甚至是毀滅性的破壞。因此，泄漏原油的處理也成為全世界所關(guān)注的熱點(diǎn)問(wèn)題。海洋浮油的清理是利用微生物降解非生物物質(zhì)的一個(gè)重要方面。原油中所含的主要元素是碳和氫，基本上不含氮，由于缺少氮源，使得大部分微生物在原油中難以生存和繁殖。為此科學(xué)家們?cè)O(shè)計(jì)生產(chǎn)了多種含氮源的營(yíng)養(yǎng)物，這些營(yíng)養(yǎng)物投放到被原油污染的海面后，一方面可以提高氮源有助于微生物的快速繁殖。另一方面可以增大原油與海水的接觸面積，因?yàn)樵谟退嘟坏慕缑嫔显偷慕到馑俣茸羁?。目前已有多家公司生產(chǎn)出了這類(lèi)用于清除原油污染的臺(tái)養(yǎng)物。而現(xiàn)代生物技術(shù)則為解決這一類(lèi)問(wèn)題提供了新的手段。

八、生物技術(shù)的安全性及其影響

1974年7月《Science》上發(fā)表了震驚世界的“伯格信件”，這是一封關(guān)于生物危害的關(guān)鍵性建議的信件。從此，生物安全成為各國(guó)政府、科技界、社會(huì)公眾普遍關(guān)注的焦點(diǎn)。

目前，人們對(duì)生物安全問(wèn)題的認(rèn)識(shí)，主要集中在轉(zhuǎn)基因植物及食品的安全。事實(shí)上，生物安全是上個(gè)世紀(jì)才興起的一門(mén)科學(xué)，它是一個(gè)系統(tǒng)的概念，生物安全并不僅僅包含這些內(nèi)容。即從實(shí)驗(yàn)室研究到產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)，從技術(shù)研發(fā)到經(jīng)濟(jì)活動(dòng)，從個(gè)人安全到國(guó)家安全，都涉及生物安全性問(wèn)題。生物安全又是一個(gè)動(dòng)態(tài)的概念，它所涉及的具體內(nèi)容有一定的時(shí)空范圍，且隨自然界的演進(jìn)、社會(huì)和經(jīng)濟(jì)活動(dòng)的變化及科學(xué)技術(shù)的發(fā)展而變化。

生物安全的概念有狹義和廣義之分。狹義生物安全是指防范由現(xiàn)代生物技術(shù)的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用(主要指轉(zhuǎn)基因技術(shù))所產(chǎn)生的負(fù)面影響，即防范對(duì)生物多樣性、生態(tài)環(huán)境及人體健康可能構(gòu)成的危險(xiǎn)或潛在風(fēng)險(xiǎn)。廣義生物安全不僅針對(duì)現(xiàn)代生物技術(shù)的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用，涵蓋了狹義生物安全的概念并且包括了更廣泛的內(nèi)容。大致分為三個(gè)方面:一是指人類(lèi)的健康安全;二是指人類(lèi)賴(lài)以生存的農(nóng)業(yè)生物安全;三是指與人類(lèi)生存有關(guān)的環(huán)境生物安全。廣義生物安全涉及預(yù)防醫(yī)學(xué)、環(huán)境保護(hù)、植物保護(hù)、野生動(dòng)物保護(hù)、生態(tài)、農(nóng)藥、林業(yè)及化學(xué)、法律、公共政策等多個(gè)學(xué)科和領(lǐng)域。

目前，人們對(duì)生物技術(shù)的安全性的爭(zhēng)論主要有以下幾個(gè)方面:

1.生產(chǎn)和銷(xiāo)售轉(zhuǎn)基因食品，對(duì)人類(lèi)和環(huán)境是否會(huì)造成長(zhǎng)期影響?是否會(huì)引起難以預(yù)料的危險(xiǎn)?

從1993年世界上第一種轉(zhuǎn)基因食品——轉(zhuǎn)基因西紅柿投放美國(guó)市場(chǎng)以來(lái)，至今才短短18年，動(dòng)物來(lái)源的、植物來(lái)源的和微生物來(lái)源的轉(zhuǎn)基因食品已發(fā)展得非常迅速。轉(zhuǎn)基因牛羊，轉(zhuǎn)基因魚(yú)、蝦，轉(zhuǎn)基因糧食，轉(zhuǎn)基因蔬菜和轉(zhuǎn)基因水果，在國(guó)內(nèi)外均已培育成功并已投入市場(chǎng)。

盡管將轉(zhuǎn)基因技術(shù)應(yīng)用在食品的生產(chǎn)或制造有諸多好處，但在評(píng)估食品的安全性時(shí)，仍必須分析由基因改造所產(chǎn)生的預(yù)期及非預(yù)期效果。由于轉(zhuǎn)基因食品不同于相同生物來(lái)源的傳統(tǒng)食品，遺傳性狀的改變，將可能影響細(xì)胞內(nèi)的蛋白質(zhì)組成，進(jìn)而造成成分濃度變化或新的代謝物生成，其結(jié)果可能導(dǎo)致有毒物質(zhì)產(chǎn)生或引起人的過(guò)敏癥狀，甚至有人懷疑基因會(huì)在人體內(nèi)發(fā)生轉(zhuǎn)移，造成難以想象的后果。具體到轉(zhuǎn)基因食物對(duì)人類(lèi)健康可能的潛在危害有以下幾個(gè)方面:第一，轉(zhuǎn)基因食品中可能含有對(duì)人體有毒害作用(如致癌)的物質(zhì)，某些毒素還可能引起人類(lèi)急、慢性中毒;第二，轉(zhuǎn)基因食品中可能含有使人體產(chǎn)生致敏反應(yīng)的物質(zhì);第三，轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品營(yíng)養(yǎng)成分變化，其營(yíng)養(yǎng)價(jià)值可能與非轉(zhuǎn)基因食品具有顯著不同，使人的營(yíng)養(yǎng)結(jié)構(gòu)失衡。

長(zhǎng)期食用轉(zhuǎn)基因食品可能對(duì)人體健康產(chǎn)生某些不利影響。如轉(zhuǎn)基因食品可能影響人體的抗病能力;已發(fā)現(xiàn)一種基因工程大豆會(huì)引起嚴(yán)重的過(guò)敏反應(yīng);采用某種基因工程細(xì)菌生產(chǎn)的食品添加劑——色氨酸曾導(dǎo)致37人死亡和1500多人殘廢等。更令人擔(dān)心的問(wèn)題是，轉(zhuǎn)基因食品對(duì)環(huán)境及人體健康的影響可能是長(zhǎng)期的，或許需要20年、50年甚至是100年后才能被發(fā)現(xiàn)。

2.利用基因工程技術(shù)改造微生物，是否會(huì)產(chǎn)生某種帶有特殊致病基因的有致病性的微生物?如果這些微生物從實(shí)驗(yàn)室逸出并且擴(kuò)散，將會(huì)造成非?？膳碌募膊×餍?。

3.分子克隆技術(shù)有利于治療人類(lèi)某些疾病，但同時(shí)也會(huì)造成巨大的社會(huì)問(wèn)題，可能還將對(duì)人類(lèi)自身的進(jìn)化產(chǎn)生影響。

克隆技術(shù)是人類(lèi)科學(xué)技術(shù)上的一大進(jìn)步，有突破性意義?？寺〖夹g(shù)是令人擔(dān)憂的，它將從根本上破壞生物個(gè)體的獨(dú)一無(wú)二性，有可能對(duì)生態(tài)系統(tǒng)造成意想不到的影響。綿羊“多莉”——這個(gè)來(lái)自一只成年綿羊的精確的遺傳復(fù)制品的誕生，轟動(dòng)了整個(gè)世界。這項(xiàng)技術(shù)原則上應(yīng)當(dāng)對(duì)一切哺乳動(dòng)物都適用，其中包括人類(lèi)，也就是說(shuō)，連人的克隆都變得可能。這引發(fā)了激烈的爭(zhēng)論，尤其是克隆人將會(huì)引發(fā)十分棘手的社會(huì)倫理問(wèn)題。技術(shù)上的可能并不等于價(jià)值上的正當(dāng)。在作克隆技術(shù)研究時(shí)，如果只著眼于技術(shù)上的可能性，而忽視或不考慮其價(jià)值正當(dāng)性的話，那么克隆技術(shù)帶給人類(lèi)的弊將大于利，甚至是一場(chǎng)災(zāi)難。

從道德價(jià)值的角度看待克隆人有以下幾個(gè)方面:一是從社會(huì)倫理角度，克隆人是對(duì)人類(lèi)發(fā)展的一種過(guò)強(qiáng)的干預(yù)，可能影響人種的自然構(gòu)成和自然發(fā)展。二是從家庭倫理角度，會(huì)加劇家庭多元化傾向，瓦解正常的人倫秩序，改變?nèi)说挠H系關(guān)系，喪失基本的歸屬感。三是從性倫理學(xué)角度，完全改變了人類(lèi)自然的、基于性愛(ài)的生育方式，使人口的產(chǎn)生與性愛(ài)分離，破壞人類(lèi)的感情。四是從生命倫理學(xué)角度，破壞了人擁有獨(dú)特基因的權(quán)利，有可能導(dǎo)致人種的退化，還會(huì)使正常的生與死的觀念發(fā)生動(dòng)搖。

除了上述的道德層面以外，克隆技術(shù)還有可能帶來(lái)其他負(fù)面后果，主要表現(xiàn)在:一是生態(tài)層面，克隆技術(shù)導(dǎo)致的基因復(fù)制，會(huì)威脅基因多樣性的保持，生物的演化將出現(xiàn)一個(gè)逆向的顛倒過(guò)程，即由復(fù)雜走向簡(jiǎn)單，這對(duì)生物的生存是極為不利的。二是文化層面，克隆人是對(duì)自然生殖的替代和否定，打破了生物演進(jìn)的自律性，帶有典型的反自然性質(zhì)。與當(dāng)今正在興起的祟尚天人合一、回歸自然的基本文化趨向相悖。三是哲學(xué)層面，通過(guò)克隆技術(shù)實(shí)現(xiàn)人的自我復(fù)制和自我再現(xiàn)之后，可能導(dǎo)致人的身心關(guān)系的紊亂。人的不可重復(fù)性和不可替代性的個(gè)性規(guī)定，因大量復(fù)制而喪失了唯一性，喪失了自我及其個(gè)性特征的自然基礎(chǔ)和生物學(xué)前提。

4.生物技術(shù)的發(fā)展勢(shì)必會(huì)推動(dòng)生物武器的研制與發(fā)展，整個(gè)人類(lèi)的和平將可能會(huì)受到破壞。

生物武器過(guò)去叫做細(xì)菌武器，是指裝有能夠使人、畜和農(nóng)作物致病或死亡的致病微生物，或某些毒素的殺傷破壞性武器。這是一種大規(guī)模的、殺傷性較強(qiáng)的武器，在過(guò)去的戰(zhàn)爭(zhēng)曾使用過(guò)。隨著高科技的發(fā)展，可用作生物武器的致病微生物的種類(lèi)越來(lái)越多，生產(chǎn)規(guī)模也越來(lái)越大，其殺傷力也隨之增大。如發(fā)酵工程的發(fā)展，不僅有大容量的發(fā)酵罐，而且可以連續(xù)培養(yǎng)，有自動(dòng)化調(diào)控能力，可進(jìn)行致病微生物的大量生產(chǎn)。基因工程的發(fā)展，可以實(shí)現(xiàn)基因轉(zhuǎn)移和重新組合，培育出毒性強(qiáng)、耐力大、有抗藥性、難以治療的致病微生物?！盁岫舅亍本褪且环N奇特劇毒物質(zhì)，只要20克就足以使全球50多億人口死于一旦，有人稱(chēng)其為“世界末日武器”。

因此，20世紀(jì)整個(gè)國(guó)際社會(huì)為禁止生物武器進(jìn)行了不懈的努力，取得了一些進(jìn)展。然而，進(jìn)入21世紀(jì)，國(guó)際社會(huì)普遍認(rèn)為，生物武器的潛在威脅大大增加，一些國(guó)家和地區(qū)可能仍在繼續(xù)研制和發(fā)展生物武器。另外，生物技術(shù)的迅速發(fā)展大大增加了生物武器的潛在威脅，以美國(guó)“炭疽事件”為標(biāo)志的生物恐怖對(duì)國(guó)際安全已經(jīng)構(gòu)成了現(xiàn)實(shí)威脅。

生物技術(shù)作為一項(xiàng)新興技術(shù)，其發(fā)展趨勢(shì)不可阻擋?？茖W(xué)技術(shù)是把“雙刃劍”，我們應(yīng)該以人類(lèi)自身的力量和智慧去迎接挑戰(zhàn)，向生物技術(shù)世紀(jì)邁步前進(jìn)。人類(lèi)生存與發(fā)展面臨的一系列重大問(wèn)題和挑戰(zhàn)，在很大程度上將依賴(lài)于生命科學(xué)的發(fā)展。生物技術(shù)發(fā)展的正面作用一定是遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于負(fù)面作用的，我們要不斷加深對(duì)生物技術(shù)的認(rèn)識(shí)，把握好其發(fā)展方向，使具有巨大潛力的生物技術(shù)在今后更好地造福人類(lèi)。

思考題:

1.名詞解釋:

基因工程　基因　基因克隆載體　細(xì)胞工程　蛋白質(zhì)工程　酶工程　發(fā)酵工程　植物細(xì)胞工程　植物組織培養(yǎng)　干細(xì)胞　誘導(dǎo)多能干細(xì)胞　生物安全

2.基因工程的一般包括哪些步驟?

3.目的基因獲得的方法及各自的特點(diǎn)是什么?

4.作為基因工程的載體應(yīng)該具備什么條件?目前常用的載體有哪些?

5.簡(jiǎn)述目的基因與載體的連接，轉(zhuǎn)入受體細(xì)胞，篩選重組子的過(guò)程。

6.簡(jiǎn)述通過(guò)植物組織培養(yǎng)技術(shù)將植物組織或器官培養(yǎng)成完整植株的過(guò)程。

7.原生質(zhì)體融合有哪些方法?各有什么特點(diǎn)?

8.酶固定化方法有哪些?各有何優(yōu)缺點(diǎn)?

9.舉例說(shuō)明現(xiàn)代生物技術(shù)在農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥、能源及醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用。

10.目前人們對(duì)生物技術(shù)安全性的討論主要集中在哪幾個(gè)方面?

11.試述我們應(yīng)該如何應(yīng)用現(xiàn)代生物技術(shù)來(lái)造福人類(lèi)。