生物工程技术在现代生活中的应用

生物工程技术在现代生

活中的应用

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生物工程技术在现代生活中的应用

摘要：生物工程，也称生物技术，是当代新技术革命的三大支柱之一。由于其用途非常广泛，已成为解决当今世界面临的许多重大课题的关键。近年来，人们已在生物技术领

域取得了许多突破性进展，这些成果不但标志着人类能够从微观上支配和改造生物，而且

它的应用将给人类社会和生活带来巨大变革。21世纪将是“生物世纪”。各国政府和科技

界都意识到“谁抓住了生物”谁将成为下一个世纪的“霸主”。

关键词：生物技术、农业、天然药物、废水生物处理、食品、应用

一、生物工程技术在农业生产中的应用

1、良种选育，品质改良

随着生物技术的发展，人们已经可以把一个品种、品系的理想遗传性状转入另一品

种、品系，以提高植物的价值、产量和质量。Calgene公司的科学家分离到一种控制植物纤维素形成的酶的基因，将其转入特定的树种可培育出纤维素含量高的对造纸业更有利的植物。在番茄中导入编码EFE酶的反义基因，可以限制乙烯的生成，酶活性降至正常的5%以下，果实生理成熟后长期保持坚硬，仓贮1个月以上不软化、不腐烂，很大程度上提高了

番茄的耐贮藏性能和经济效益。

2、提高植物的抗性

（1）、抗虫

全世界粮食产量因虫害所造成的损失占14%左右。长期以来人们普遍采用化学杀虫剂

来控制害虫，全世界每年用于化学杀虫剂的总金额在200亿美元以上。但化学杀虫剂的长

期使用造成农药的残留、害虫的耐受性、环境污染等严重的问题，而利用基因工程的手段

培育抗虫植物新品种除可以克服以上缺点外，还具有成本低、保护全、特异性强等优点，

从而倍受关注，成为当前研究的热点。目前人们已获得多种抗虫基因，其中有蛋白酶抑制

剂基因，淀粉酶抑制剂基因、植物凝集素基因、昆虫特异性神经毒素基因、几丁质酶基因

等，它们已被导入烟草、棉花、油菜、水稻、玉米、马铃薯等多种农作物，在抗虫方面得到了广泛的应用，有的已进入了商品化生产。

（2）、抗病毒

传统的抗病毒作物，是将植物天生的抗病毒基因从一个植物品种转移到另一个植物品种，然而抗病植株常会转变为感病植株，而且作用范围较窄。最近，研究人员采用基因工程的技术培育有别于传统方法的转基因抗病毒植物，目前最有效的是将病毒外壳蛋白基因导入植株获得抗病毒的工程植物。

（3）、抗寒

低温对细胞造成损伤的主要原因是造成细胞内膜结构中的脂质双层流动性降低，导致膜结构损伤，影响植物正常的生长。生物膜中双层脂分子保持流动性，主要依靠其中不饱和脂肪酸的含量，不饱和脂肪酸多则抗冻。通过分离能催化形成高不饱和脂肪酸的甘油-3-磷脂酰转移酶的基因，并将其转入植物而获得具有抗寒能力的转基因作物，这方面的工作已见报道。同时人们从一些生活在高寒水域的鱼类分离出一些特殊的血清蛋白，即鱼抗冻蛋白及其基因，可以降低在低温下细胞内冰晶的形成速度，从而保护细胞免受低温损伤。

（4）、抗除草剂

除草剂全世界目前约有2000多个品种，在农药市场占有最大的份额。然而除草剂的使用有着自身难以克服的局限性，如很多除草剂无法区别庄稼和杂草，有些除草剂必须在野草长起来以前就施用，而且由于抗性草类群落的出现导致使用量增大对环境的危害也日益严重。制造抗除草剂的转基因作物是克服这些缺点的理想途径。采用将靶酶基因导入作物细胞，1987年美国科学家成功从矮牵牛中克隆出EPSP合酶基因转入油菜细胞的叶绿体中，使油菜能有效地抵抗草甘膦的毒杀作用。另外，有人把降解除草剂的蛋白质编码基因导入宿主植物，从而保证宿主植物免受其害，该方法已成功地用于选育抗磷酸麦黄酮的工程植物。

3、抗重金属

由于人类活动、矿山的开采，工业化进程的加剧，空气、土壤、水体面临着越来越严重的重金污染，不但严重影响作物的产量和品质，更重要的是通过植物食物链危害人类的健康。土壤中的重金属主要有Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb、Zn、As等。20世纪80年代，提出植物修复、超富集植物。但由于自然界中已发现的绝大多数重金属富集或超富集植物往往生长周期长、生物量低、植株矮小，因而限制了其对污染土壤重金属的移除效率。通过基因工程技术改良植物对重金属的抗性，增加或减少重金属在植物体内的累积量被认为是进行污染土壤的生态恢复以及减少食物链重金属污染的一条切实可行的有效途径。富集重金属的相关基因不断克隆，应用转基因技术提高植物对重金属的耐性已取得一些重要进展，一些转基因植物地上部分表现了较高的重金属离子富集量，并在污染土壤的生态恢复中进行了初步应用。

4、现代生物农药

随着人们对化学农药危害性、局限性的逐步认识，生物农药在植物生产中地位逐渐突现出来，成为绿色农业的重要组成部分，受到各国政府的高度重视，有了较为广泛的应用。微生物农药具有对人畜安全、不破坏生态平衡、害虫不易产生抗性等优点，但也存在着药效速度慢、专一性强、受自然条件影响大的缺点。而利用基因工程改造微生物菌种，创造出自然界不存在的新型菌种就可以克服这些缺点。

二、生物工程技术在天然药物中的应用

1.生物工程技术在动物药研究中的应用

动物药是我国医药宝库的重要组成部分，是中药三大来源之一，其传统研究思路以中医理论为指导，重点研究临床应用等相关方面，主要包括：本草考证、资源调查、基源鉴定、动物药化学、加工炮制、药效研究、品质评价等。动物药研究起步较晚，动物药的系统研究整理工作始于20世纪60年代，基础薄弱，存在较多空白，加之传统动物药研究理论不完善，符合动物药研究特色的方法学尚未建立，如何合理有效的借鉴现代技术手段也不明确。随着生物领域技术的发展，现代生物技术已逐渐广泛应用于动物药研究领域，并取得了可喜进展。

2.生物工程技术在植物药中的应用