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生物技術進展論文:分析現代生物技術的運用及進展趨勢

隨著農業革命、手工業革命、工業革命、商品國際化革命、信息產業化革命的推進,許多科學家們預言21世紀必將產生一次生物技術革命,而這一革命的主戰場就是農業。現代生物技術可有效提高農作物產量、改善農作物的營養品質。因此,現代生物技術必然會成為未來農業發展的重要趨勢。

1現代生物技術在農業領域的應用

1.1基因工程在農業領域的應用

基因工程即利用分子生物學和微生物學技術,設計好不同來源的基因順序,在體外成功構建雜交DNA分子后導入受體細胞,使受體細胞表現出人們需要的表現型,產生出人們需要的物質。在農業領域應用基因工程技術,獲得的農作物優質、高產、抗性強,還可獲得畜、禽新品種及具有特殊作用的動、植物。例如,經過7年的努力攻關,2011年勝利突破了大面積示范(即6.67hm2示范)平均產量為13500kg/hm2的超級雜交稻第3期目標,達到了13899kg/hm2[1];運用轉基因技術將相應的基因導入油菜中有望培育出轉基因抗病油菜新品種[2];運用基因工程技術可將抗除草劑基因導入農作物中,使農作物能夠不受除草劑的影響,目前已生產出多種抗除草劑作物品種,應用廣泛[3]。

1.2細胞工程在農業領域的應用

細胞工程是指在體外培養細胞,以改變細胞某些生物學特性為目的將不同作物或動物進行細胞雜交,使植物或動物個體繁殖速度加快,以獲得優良品種或新品種及某些具有特殊作用的物質的一門技術[4]。細胞工程技術在植物快速繁殖、植物新品種選育等方面發揮著重要作用。目前植物體細胞雜交應用較多,如可以將馬鈴薯細胞和番茄細胞進行雜交,可獲得上結番茄下結馬鈴薯的“番茄馬鈴薯”;將豆科植物與向日葵進行細胞雜交,可培育出具有高營養價值的“向日豆”[5]。

1.3發酵工程在農業領域的應用

發酵工程即利用微生物具有的特殊作用生產出對人類生產有用的產品,或直接將微生物應用到工業生產過程的一門新的技術。發酵工程主要可應用在農業領域的2個方面,一是生產傳統的發酵產品,如果酒、茯磚茶、食醋等;二是生產一些食品添加劑。如茯磚茶的制作過程中就運用到了發酵工程技術,通過調控渥堆時間、使用接種劑、發酵劑等方法可以改進茯磚茶的加工工藝,進而可生產出“金花”飽滿、品質優良的茯磚茶。

1.4酶工程在農業領域的應用

酶工程,簡單來說就是利用酶的生物催化功能,借助工程手段將相應的原料轉化成有用物質。酶工程可應用在農業領域中的制酒、制醬等方面。例如,隨著我國糧食的不斷增產,一些地區出現了粗糧過剩的問題,需要解決粗糧的淀粉利用。解決辦法之一是生產葡萄糖,但由于葡萄糖甜度不大,難以在市場上應用。最有效的辦法還是運用酶工程技術的手段,將葡萄糖轉變為甜度大的果糖,果糖不僅比葡萄糖甜度大,其比蔗糖的甜度還高50%以上。

2微生物肥料在農業領域的應用

2.1微生物肥料的特點

微生物肥料是含有活的微生物的特殊的肥料,在農業生產中應用該種肥料可獲得特定的肥料效應[6]。生物肥料的定義分為2個方面,從狹義上講,生物肥料就是指微生物肥料,是由具有特殊作用的大量有益微生物發酵產生的,活性高。施入該種肥料能夠產生活性物質,能夠增加作物的固氮作用,改善土壤的理化性質,使作物的生長環境變得更好,使作物生長更優、產量更高。從廣義上講,生物肥料泛指各種具有特定肥效的生物制劑,包括特定的活的生物體、生物體的代謝物或基質的轉化物等,此種生物體不限定,既可以是微生物,也可以是動、植物組織和細胞[7-8]。

2.2生物肥料的應用優勢

微生物肥料具有其他化肥和農藥沒有的優勢,可有效改善土壤的理化性質,提高土壤肥力。目前微生物肥料已應用在綠色有機食品生產、農業生態環境保護以及高產、優質、高效農業的持續發展中,并發揮著極其重要的作用[9-10]。微生物肥料本身無毒害作用,對環境幾乎無污染;同時,施用量一般不大,在其生產過程中所消耗的能量也很少,因而可節約農民的施肥成本。此外,微生物肥料還可改善土壤的理化性質,減少土壤營養流失和富營養化的產生,實現土壤的可持續化利用。

2.3微生物肥料的應用前景

目前,微生物肥料在農業領域方面的應用已越來越廣泛,也得到了農民以及社會的逐步認可。國內外都在積極發展綠色農業和綠色食品,微生物肥料作為一種保護生態環境、維護人類健康的理想肥料在農業生產中的應用必將越來越廣泛、越來越重要。但是如何合理的使其替代化肥并更穩定地發揮其生態作用是未來研究的方向。

生物技術進展論文:現代生物技術的運用及進展趨勢

隨著農業革命、手工業革命、工業革命、商品國際化革命、信息產業化革命的推進,許多科學家們預言21世紀必將產生一次生物技術革命,而這一革命的主戰場就是農業。現代生物技術可有效提高農作物產量、改善農作物的營養品質。因此,現代生物技術必然會成為未來農業發展的重要趨勢。

1現代生物技術在農業領域的應用

1.1基因工程在農業領域的應用

基因工程即利用分子生物學和微生物學技術,設計好不同來源的基因順序,在體外成功構建雜交DNA分子后導入受體細胞,使受體細胞表現出人們需要的表現型,產生出人們需要的物質。在農業領域應用基因工程技術,獲得的農作物優質、高產、抗性強,還可獲得畜、禽新品種及具有特殊作用的動、植物。例如,經過7年的努力攻關,2011年勝利突破了大面積示范(即6.67hm2示范)平均產量為13500kg/hm2的超級雜交稻第3期目標,達到了13899kg/hm2[1];運用轉基因技術將相應的基因導入油菜中有望培育出轉基因抗病油菜新品種[2];運用基因工程技術可將抗除草劑基因導入農作物中,使農作物能夠不受除草劑的影響,目前已生產出多種抗除草劑作物品種,應用廣泛[3]。

1.2細胞工程在農業領域的應用

細胞工程是指在體外培養細胞,以改變細胞某些生物學特性為目的將不同作物或動物進行細胞雜交,使植物或動物個體繁殖速度加快,以獲得優良品種或新品種及某些具有特殊作用的物質的一門技術[4]。細胞工程技術在植物快速繁殖、植物新品種選育等方面發揮著重要作用。目前植物體細胞雜交應用較多,如可以將馬鈴薯細胞和番茄細胞進行雜交,可獲得上結番茄下結馬鈴薯的“番茄馬鈴薯”;將豆科植物與向日葵進行細胞雜交,可培育出具有高營養價值的“向日豆”[5]。

1.3發酵工程在農業領域的應用

發酵工程即利用微生物具有的特殊作用生產出對人類生產有用的產品,或直接將微生物應用到工業生產過程的一門新的技術。發酵工程主要可應用在農業領域的2個方面,一是生產傳統的發酵產品,如果酒、茯磚茶、食醋等;二是生產一些食品添加劑。如茯磚茶的制作過程中就運用到了發酵工程技術,通過調控渥堆時間、使用接種劑、發酵劑等方法可以改進茯磚茶的加工工藝,進而可生產出“金花”飽滿、品質優良的茯磚茶。

1.4酶工程在農業領域的應用

酶工程,簡單來說就是利用酶的生物催化功能,借助工程手段將相應的原料轉化成有用物質。酶工程可應用在農業領域中的制酒、制醬等方面。例如,隨著我國糧食的不斷增產,一些地區出現了粗糧過剩的問題,需要解決粗糧的淀粉利用。解決辦法之一是生產葡萄糖,但由于葡萄糖甜度不大,難以在市場上應用。最有效的辦法還是運用酶工程技術的手段,將葡萄糖轉變為甜度大的果糖,果糖不僅比葡萄糖甜度大,其比蔗糖的甜度還高50%以上。

2微生物肥料在農業領域的應用

2.1微生物肥料的特點

微生物肥料是含有活的微生物的特殊的肥料,在農業生產中應用該種肥料可獲得特定的肥料效應[6]。生物肥料的定義分為2個方面,從狹義上講,生物肥料就是指微生物肥料,是由具有特殊作用的大量有益微生物發酵產生的,活性高。施入該種肥料能夠產生活性物質,能夠增加作物的固氮作用,改善土壤的理化性質,使作物的生長環境變得更好,使作物生長更優、產量更高。從廣義上講,生物肥料泛指各種具有特定肥效的生物制劑,包括特定的活的生物體、生物體的代謝物或基質的轉化物等,此種生物體不限定,既可以是微生物,也可以是動、植物組織和細胞[7-8]。

2.2生物肥料的應用優勢

微生物肥料具有其他化肥和農藥沒有的優勢,可有效改善土壤的理化性質,提高土壤肥力。目前微生物肥料已應用在綠色有機食品生產、農業生態環境保護以及高產、優質、高效農業的持續發展中,并發揮著極其重要的作用[9-10]。微生物肥料本身無毒害作用,對環境幾乎無污染;同時,施用量一般不大,在其生產過程中所消耗的能量也很少,因而可節約農民的施肥成本。此外,微生物肥料還可改善土壤的理化性質,減少土壤營養流失和富營養化的產生,實現土壤的可持續化利用。

2.3微生物肥料的應用前景

目前,微生物肥料在農業領域方面的應用已越來越廣泛,也得到了農民以及社會的逐步認可。國內外都在積極發展綠色農業和綠色食品,微生物肥料作為一種保護生態環境、維護人類健康的理想肥料在農業生產中的應用必將越來越廣泛、越來越重要。但是如何合理的使其替代化肥并更穩定地發揮其生態作用是未來研究的方向[11-12]。

生物技術進展論文:小議植物生物技術的新進展及前景

在20世紀90年代，我國分子生物學家和育種學家合作，獲得了具有自主知識產權的轉基因抗蟲棉花植株和相關專利，育成的眾多品種已在全國各個棉區普遍種植。農業部在上世紀90年代，分別對轉基因抗蟲棉、轉基因抗病番茄、甜椒等授予了安全證書，但后兩者由于無明顯商業價值，并未應用于生產。按照我國農業轉基因生物安全管理條例，經過5個階段嚴格的安全評價后，農業部于2009年11月向轉cry1Ab／cry1Ac基因抗蟲水稻華恢1號、轉cry1Ab／cry1Ac基因抗蟲水稻Bt汕優63在湖北省的生產應用，以及轉植酸酶基因玉米BVLA430101在山東省生產應用發放了安全證書，但這些品種仍須通過品種審定方可進入種子銷售市場。

作為植物生物技術發展較早的國家，美國自上世紀90年代以來，不斷有新產品（品種）的研發，并經由美國農業部動植物檢疫部門、環保局、食品藥品管理局等生物技術產品監管機構根據產品對人類或動物食用、對環境安全影響的全面評價而確定能否進入市場。表2列出了1990—2012年美國已批準種植的轉基因作物及所改造的性狀。表中列出的10種植物中，馬鈴薯和番茄生物技術產品的研發主要在20世紀90年代，但由于應用價值不高，并未得到廣泛應用；苜蓿、水稻等為較近期開發的產品。改造的性狀已從早期單純集中于耐除草劑（大豆、油菜）、抗蟲（玉米、棉花）發展到通過基因改造與常規雜交等手段結合，同時改造多個性狀，包括改良營養性狀（如提高大豆、油菜種子油成分中不飽和脂肪酸含量，以改進油營養成分），提高對非生物脅迫抗性（如抗旱玉米的培育）等。而復合2種或3種性狀的生物技術作物的種植面積有明顯的增長，已有不少商用品種是既耐除草劑又抗蟲的，近年來復合性狀的范圍更有所擴大，如，應用大豆遺傳圖譜定位和轉基因技術結合，美國孟山都生物技術公司（簡稱孟山都）2009年推出了既耐除草劑又可增產7％～11％的大豆新品種RReady2Yield。

植物生物技術的新進展及前景

據聯合國糧農組織估計，為保證全球人口增長的需求，在2005—2050年期間，全球食品生產的增加要達到70％。在增加農業產品的同時，還須面對減少資源耗用、滿足消費者對健康食品需求等問題，這些都對植物育種提出了新的要求。作為當代育種重要手段之一的生物技術育種，近年來也把育種目標更多地轉向高產、抗逆（非生物脅迫）、高品質等，即所謂第2代轉基因育種。能合成類胡蘿卜素的金稻米和抗旱玉米MON87460是其中2個成功的例子。

維生素A缺乏可引起夜盲、干眼病、角膜軟化，甚至與兒童腹瀉等有關，估計全球有過億兒童處于維生素A缺乏狀態。2000年，瑞士和德國的科學家領導的團隊在《Science》上發表了他們通過農桿菌介導轉化法，把來自植物黃水仙和細菌的β－胡蘿卜素合成途徑相關酶基因———八氫番茄紅素合成酶基因（PSY）、番茄紅素脫氫酶基因（CRT1）、番茄紅素環化酶基因（帶轉運肽），用3個質粒共轉化水稻未成熟胚，潮霉素篩選，獲得了種子胚乳為黃色、干種子中胡蘿卜素質量分數為1?6μg／g的轉基因水稻株系，開創了這一通過轉基因賦予稻米新營養成分的新領域，因其黃色的胚乳而被命名為金稻米。然而，由于產生的胡蘿卜素含量太低，缺乏實用上的意義。隨后的數年，這2位科學家與先正達公司合作，從導入的基因、啟動子來源、篩選標記以及載體的選擇等方面，作了一系列的改變［2］，如用以糖為篩選基礎的標記代替了抗生素抗性的篩選系統，選用胚乳特異表達啟動子、不同水稻品種用于轉化等；而關鍵的突破來自PSY來源的改變，先正達公司的科學家經大量的比較、分析，發現導入來自玉米的PSY，可明顯把轉基因水稻干種子胚乳中胡蘿卜素質量分數提高到最高可達36?7μg／g的水平，其中維生素A的前體β－胡蘿卜素占80％以上，獲得了GR1／GR2等株系。β－胡蘿卜素被人吸收后，可經歷酶解過程而轉化為維生素A，按照美國國家科學院醫學研究所推薦的兒童每天所需維生素A的攝入量，如以金稻米中胡蘿卜素質量分數的保守估計為24μg／g計算，只需食用72g大米即可提供兒童每天維生素A需求的50％。成人的自愿食用試驗結果表明，食用量為65～98g即可明顯提高血液中維生素A的含量，可見大米中的β－胡蘿卜素能有效地轉化為維生素A。

金稻米的開發是學術機構（公共部門）和生物技術企業（私人部門）合作完成的，為保證其使用達到減少世界上貧困人口、特別是兒童中的維生素A缺乏癥的研發目標，享有發明權和專利權的科學家和公司已達成協議，無償授予發展中國家對相關品種的使用權。2005—2010年，通過一系列育種項目，這一性狀已轉育到世界各地多個地方品種中，近期已在國際水稻研究所和菲律賓水稻研究所完成田間試驗，后者擬在2013年向菲律賓政府監管當局申報，爭取2014年開始交給農民種植。

全球氣候的異常變化、水資源的短缺使耐旱成為了一個重要的育種目標。孟山都的科學家發現把來自細菌的冷擊蛋白CSP轉入植物，能賦予受體對非生物脅迫的抵抗能力，如寒冷（擬南芥），冷、熱和缺水（水稻），干旱（玉米）等。初步研究顯示，CSP為一類RNA伴侶蛋白，存在于細菌和植物中，可能通過在轉錄和翻譯中起作用而調節生物對脅迫的反應。鑒于美國中西部玉米種植區常有旱情，他們的進一步研究集中于玉米的抗旱性，在對多個基因和轉化事件的表型和表達分析比較后，選定了產量、葉片生長、光合效率均表現良好的CspB?Zm事件1株系，并與生產品種配成3個雜交組合，進行控制給水條件下的田間試驗，與非轉基因對照比較，主要表現在籽粒數和帶籽粒的穗數增加，平均可增產0?5t／hm2（10?5％）；隨后在美國中西部干旱地區田間種植，增產達0?75t／hm2（15％）。該品系內轉入的目標基因CspB來自枯草芽孢桿菌，命名為MON87460，2010年12月美國食品藥品監管局已承認該產品的食用安全評價，2011年12月美國農業部解除對其監管，成為全球第1個可供生產應用的抗旱轉基因作物品種。其與常規品種雜交獲得的雜交種Drought?GardHybrid已作為孟山都公司的重要新產品在美國推出，以圖提高干旱地區的玉米產量穩定性，有利于農民及環境。

此外，通過不同途徑的改變，以提高產量、抗逆性、品質等為目標的研究也有不少報道，如Kebeish等［6］用細菌的乙醇酸分解途徑作為葉綠體光呼吸的旁路，把相關基因引入到擬南芥，以增加光合作用和生物量，發現轉基因植株生物量增加、光呼吸作用減少、光合作用有所改進；Mao等、Baum等［8］利用近年迅速發展的RNA干涉（RNAi）技術，開發全新的抗蟲作物品種培育途徑。其中，中國科學院上海植物生理生態研究所植物分子遺傳國家重點實驗室陳曉亞院士領導的課題組發現，棉花的一種代謝物———棉酚可抑制棉鈴蟲幼蟲的生長，他們從蟲中腸分離了棉酚誘導表達的基因———細胞色素P450基因（CYP6AE14），研究了其在幼蟲對棉酚耐受性中的關鍵作用；進一步根據CYP6AE14編碼序列構建RNA干涉載體，轉化植物（擬南芥、煙草），用這些表達特異雙鏈RNA的葉子喂飼棉鈴蟲幼蟲，其中腸CYP6AE14轉錄水平下降，生長緩慢，在飼料中加入棉酚后生長抑制大大增加；試驗結果表明，植物介導CYP6AE14基因的RNA干涉可有效增大棉酚對棉鈴蟲的毒性。這一研究結果提出了通過植物表達雙鏈RNA，喂飼昆蟲可成為啟動昆蟲RNA干涉的新策略，未來可應用于昆蟲研究和田間害蟲的控制中。

第3代的生物技術育種常指用植物生產各種重組蛋白，包括藥用蛋白、工業用蛋白，也有報道稱之為“植物分子農業（Plantmolecularfarming，PMF）”，它包括了從植物種植（或細胞培養）、收獲、運輸、儲藏到蛋白質抽提、純化的下游過程。早在20世紀90年代初，當植物轉基因技術日漸成熟時，由于轉基因植物具有成本低、容易規模化、可避免人源和動物源病原物污染等優點，被認為可以作為生物藥物生產的一個重要系統；早期的設想多是擬在植物果實中表達疫苗，通過食用即可賦予使用者對該種傳染病的預防能力。1992年，首個植物生產重組蛋白的報道———美國德克薩斯州的科學家在植物成功表達乙型肝炎表面抗原的文章發表于美國科學院院刊（PNAS），隨后，類似研究也申請獲得美國專利。然而，由于蛋白表達量低、穩定性差、食用難以控制疫苗劑量等問題，這類疫苗從未達到商業生產、投放市場的水平。十多年后，美國陶氏農業科學公司于2006年初宣布，其應用煙草細胞懸浮培養系統生產的禽類新城疫病毒疫苗已得到美國農業部批準，為全球第1個獲批使用的植物生產疫苗。表3總結了目前處于臨床試驗，或批準使用的植物生產藥物，包括疫苗、抗體、治療用蛋白和保健用蛋白。應用不同的植物生產體系，如瞬時表達系統等生產的、針對乙型肝炎、狂犬病、H5N1流感的疫苗已進入不同階段的臨床試驗。由于植物病毒介導的瞬時表達系統可迅速、高量在植物中生產重組蛋白，在抗體生產中有較佳的應用前景，第1個獲歐盟作為醫學建議并被美國食品藥品管理局（FDA）批準新藥應用觀察的植物生產抗體是美國植物生物技術公司的產品CaroRxTM，該產品用煙草生產，功效為保護牙齒免受細菌的侵害。抗體外的一些治療用蛋白質，如Biolex治療公司研制的用于治療乙型和丙型肝炎的α－干擾素（商品名Locferon）已完成臨床Ⅱ期試驗，而Pro?talix生物治療公司研制，用轉基因胡蘿卜細胞培養生產，用于高歇氏病治療的人葡糖腦苷脂酶（prGCD）于2009年進入III期臨床試驗，取得良好結果。此外，把編碼重組蛋白基因轉化谷類作物，在其種子胚乳表達，作為保健型產品，也已有數個成功的例子，如美國Ventria公司用水稻生產的人乳鐵蛋白、人溶菌酶等，已被批準作為精細化學產品投放市場。

用生物技術手段，在植物生產藥物的發展中，所用的植物體系主要包括轉基因植物細胞懸浮培養為基礎的生物反應器；用農桿菌滲透或病毒感染植物組織而導入重組蛋白基因并在其內瞬時表達的體系；以及通過常規遺傳轉化獲得穩定的、在特定部位（如籽粒的胚乳）高效表達目標基因的轉基因株系等。這些體系各有其優缺點，如細胞培養體系的生產全過程均在室內可控條件下進行，生產系統和產品質量可達到醫藥工業的標準，且易于通過安全監管，但其生產成本高、可用細胞類型少、蛋白表達水平有待提高等問題仍有待解決；瞬時表達最大的優點是可在短時間內生產大量的急需產品，如疫苗等，但其運輸、儲存難度大；常規遺傳轉化獲得的轉基因籽粒易于運輸、儲存以及生產規模化，但也存在產品開發耗時長、田間生產受環境影響大以及對環境安全監管要求高等問題。

過去20年的歷史已經證明了植物為基礎的體系確實可以生產各種類型的人體蛋白，近年來處于領頭地位的新藥物開發已到達臨床研究的后期階段，即將進入市場。作為一個低成本、高產的生物藥物生產系統，各國政府、各種基金會、企業公司紛紛投放資金支持相關研究，以取得領先地位。如歐盟的PharmaPlanta聯盟，日本經濟產業省Meti項目，美國的BlueAngel項目，巴西的PMP計劃等。

植物生物技術發展的成果是生物科學研究、技術開發、商業性生產三者結合的結果。30年來，它已從實驗室走到了大田，證明了在增加糧食和飼料生產中發揮的作用。隨著生命科學的發展，大量新技術的出現，這一新的育種技術及其應用范圍也在不斷的改進中：在基因來源方面，更多的來源于植物自身的基因正在取代第1代轉基因作物中的細菌來源或人工合成基因；在目標方面，更多轉向產量乃至總生物量的增加，如在高二氧化碳強度的世界中，通過修飾Rubisco大單位，改變其熱穩定活性，增加葉片中淀粉的合成，進而增加植物的生物量；在影響新產品的關鍵技術———外源基因導入方法方面，新一代的技術———TALEN，即轉錄激活因子樣效應物核酸酶（Transcriptionactivator?likeeffectornucleases）已被證明可以在植物中定點引起高頻率的基因敲除、插入和取代，可成為一個把外源DNA定點插入受體植物基因組的重要平臺，該技術的實際應用，將能克服多年來各種方法引入的外源基因均為隨機插入而致的不良效應，按設計獲得所需的轉基因產品；在應用的范圍方面，生物技術的應用使植物已不僅為人類提供食品和飼料，還將提供藥品、工業用品（如生物活性化合物）和能源產品，如增加可能的能源植物的生物量等，有助于減少人類對石化燃料的依賴。隨著植物生物技術自身的發展和完善、日漸成熟的監管體系以及人們對這一新生事物認識的增加，其應用將逐步為公眾所接受，以在新型的可持續發展農業中發揮更大的作用。

本文作者：梅曼彤 單位：廣州華南農業大學生命科學學院

生物技術進展論文:醫藥生物技術研究與產業化進展

摘要:二十一世紀隨著科學技術的進步，各國的綜合實力與國際競爭力不斷增強，先進的技術也使得醫藥生物產業實現了突破性的進展，成為了增強本國經濟綜合實力的重要方式之一，醫藥生物技術的產業化發展越來越呈現出勢不可擋的姿態。本文簡略分析了全球和我國醫藥生物技術所取得的進步，闡述了我國目前醫藥生物技術產業存在的問題，并在此基礎上，探討了相應的解決措施。

關鍵詞:醫藥生物技術;產業化;措施

近年來，醫藥生物產業的飛速發展，為各行各業帶來了較為廣闊的發展空間，將生物技術應用于醫藥產業，不僅使得醫藥生物產業發展迅速，也使得其成為相對活躍的產業之一。雖然醫藥生物產業目前發展的態勢良好，但仍然存在著大大小小的問題，需要我們去探索和解決，才能使得醫藥生物技術產業跨向一個更高的臺階。

1醫藥生物技術發展的總趨勢

從全球醫藥生物技術發展的狀況來看，生物技術在醫藥行業的運用，正在引發著醫藥產業的重大變革。在2000年，全球生物技術產業的銷售額高達500多億美元，而醫藥生物技術產業的銷售額就占去了60%，實際上自90年代以后，全球生物技術藥品的銷售額以年均30%的速度增長著。

2我國醫藥生物技術產業的發展狀況

我國的醫藥生物技術產業的發展，相較國外的發展情況而言起步相對較晚，但是隨著國家在醫藥生物技術產業的支持力度的加大，使得醫藥生物技術產業有了較快的發展，縮短了與西方先進國家的差距，在全球醫藥生物技術產業中占有了一席之地。

3我國醫藥生物技術與產業發展所面臨的問題

隨著我國社會的不斷向前發展，醫藥生物技術及其產業取得了很大的進步，但是其發展過程中，不斷的涌現出了許多問題，如在醫藥生物技術領域的資金投入不足;生物醫藥產品的自主創新不足，產品的研發能力有限等問題，這些問題在很大程度上阻礙了我國醫藥生物技術及其產業的更好發展。

3．1自主研發產品能力有限，創新性不足

在我國現有的生物技術藥物中，只有少數部分是自主研發，擁有產品的自主產權，而絕大部分則是依靠國外的醫藥生物技術進行產品的仿制，真正的自主創新其實很少，以至于出現藥品研制上的重復，藥品生產的過量等多種問題，再加上國內缺乏對醫藥生物技術知識產權保護的意識，使得部分的醫藥生物技術及產業的發展停滯不前，導致藥品生產企業之間的競爭壓力增大，企業的利潤不斷減少，嚴重的出現虧損現象，最終血本無歸。有的藥品生產商為了避免出現這種情況，選擇企業著重于仿制藥品的生產，因為仿制藥品可以減少自主研發的資金投入，相對來說費用較少，而且盈利較快，風險也就相對較低，這種思想的循環使得我國的醫藥生物技術難以實現突破性的創新。

3．2醫藥生物技術的研究成果難以轉化為醫藥產品

這些年經過醫藥生物技術研究方面專業人才的努力，我國的醫藥生物技術在研究方面較以前取得了很大的進展，但現實是很難將這種研究上的成果轉化為醫藥產品。

3．3在醫藥生物技術及產業的投資不足

從我國在醫藥技術研究中的投入資金來看，是遠少于國外在醫藥領域的資金投入的，這也是為什么我國的醫藥生物技術的研究難有創新性的發展。醫藥生物技術產業本就是高風險、高投資、高回報的產業，醫藥生物產業得不到充足的資金支持，勢必會阻礙其研發過程的進展，從而影響我國醫藥生物技術產業的健康發展。

3．4我國醫藥企業規模相對較小，競爭力較弱

隨著近些年我國醫藥生物技術產業的不斷發展，涌現出了較多的生物制藥企業，但是這些企業普遍的特點就是規模較小，經濟實力較弱，自主研發新產品的能力較低，因此在醫藥行業的國際競爭中的競爭能力較差，抗風險能力弱，這顯然對我國的醫藥生物技術產業的發展十分不利。

4解決我國醫藥生物技術及其產業發展問題的措施

隨著經濟、政治、文化、科技全球化趨勢的不斷增強，每個國家、各個行業都面臨著機遇與挑戰，對醫藥生物技術產業來說也不例外。在競爭如此激烈的大環境中，要加快我國醫藥生物技術的自主研究與產業發展，可以采取以下措施:

4．1端正態度，客觀認識到我國醫藥生物技術的發展與世界先進國家的水平。

在擺正態度的同時，總結我國醫藥生物技術發展過程中的經驗教訓，同時加強與先進國家的交流，積極吸取、引進國外的先進醫藥生物技術，自主研發創新醫藥產品，形成我們自己的國際競爭優勢。

4．2加大在醫藥生物技術產業的資金投入。

從醫藥生物技術產業的性質可以看出，想要實現我國醫藥生物技術及產業的發展，就需要我們集中人力、物力、財力，加大在醫藥生物技術產業的投入，有重點、有針對性的扶持醫藥生物技術項目，提高我們的醫藥生物技術水平。同時，還應該注重培養醫藥生物技術方面的專業人才，提高醫藥生物技術人才的專業素養，為我國醫藥生物技術的研究與發展注入新生力量。

4．3注重醫藥生物技術研究成果向產品的轉化，實現上下游技術的完美銜接。

在加強醫藥生物技術的研究的同時，注重研究成果的轉化，建立好高校的醫藥生物技術研究和藥品生產企業的溝通、合作橋梁，實現雙方的完美銜接。

5結語

綜上所述，我國的醫藥生物技術的研究與產業發展取得了很大的進步，雖然在這一過程中仍有些許問題有待解決，但是我國醫藥生物技術產業的發展仍然勢不可擋，相信在其未來的發展過程中，必將實現創新性飛躍。

作者：劉航 單位：沈陽師范大學

生物技術進展論文:現代生物技術應用進展分析

摘要：隨著社會不斷進步，科技日益發展，現代生物技術應運而生，被廣泛應用到食品工業中，發揮著至關重要的作用，為其注入了新的活力，不斷促進新時期食品工業向前發展。在現代生物技術作用下，提高了食品資源利用率，改良了食品的品質，食品包裝實現了產業化，有效解決了食品工業生產中產生的環保與健康問題，不斷促進食品工業走上健康持續發展的道路。

關鍵詞：食品工業；現代生物技術；應用進展；分析

生物技術是一種對生命有機體進行加工改造、利用的重要技術，也是新時期國際上食品領域的最具前沿的關鍵性技術。隨著經濟日益發展，人們的生活水平日漸提高，對食品提出了更高的要求。而現代生物技術的應用有效解決了食品工業發展中存在的各種問題，滿足了人們對食品的客觀要求，不斷推動食品這個極具發展潛力的新興產業向前發展，能夠更好地應對來自各方面的挑戰，不斷發展壯大，促進我國社會經濟的持續發展。

1基因工程、細胞工程在食品加工業中的應用

在現代生物技術中，基因工程技術是其不可或缺的組成元素，是分子遺傳學、工程技術作用下的產物，可以有效改良微生物、動物的基因，為食品工業提供多樣化的動植物原材料，價格低廉的酶制劑，增加食品功能，不斷促進新功能食品的開發。以改善食品原材料品質、加工性能為例，在食品加工過程中，動、植物都是重要的基本原料。在生產植物食品原材料方面，基因工程能夠改良品種，促進新品種的開發，促使原材料增產，比如，耐除草劑植物。基因工程在一定程度上豐富了食品原料的種類，優化了食品資源的品質特性，大大增加了食用以及營養價值。比如，充分利用反義RNA技術，把不同類型的基因結構順利轉移到番茄植株上面，延緩了番茄的后熟、老化，具有更長的架貨期，極大地提高了經濟效益。此外，基因工程的應用促使谷類蛋白質中的氨基酸比例發生變化，提高了谷類物質的營養價值。就細胞工程而言，以細胞為基點，按照相關規定，有計劃地改造生物的生產性能、遺傳特性，來獲取所需的新生物體、細胞成品的一種技術。在食品工業中，細胞工程的應用和細胞培養、細胞融合技術緊密相連。在植物細胞作用下，生產出各種功能性食品、食品添加劑，比如，天然香料。就我國而言，充分利用胡蘿卜細胞，生產出大量的胡蘿卜素，其繁殖速度相當快，周期也非常短，為實現工業化生產奠定堅實的基礎，具有非常廣闊的應用前景。

2酵工程在食品工業中的應用

2．1食品保鮮：

從某種角度來說，酵屬于生物催化劑，具有多樣化的特點，比如，較高的催化劑率，被廣泛應用到食品工業中。在食品保鮮方面，生物酶發揮著不可替代的作用，要根據不同物質中酶的種類，選用適宜的生物酶，有效抑制食品中不利于保質的酶或者減慢其發展速度，實現食品保鮮。比如，在瓶裝飲料中加入適量的葡萄糖氧化酶，能夠有效吸取瓶隙存在的氧氣，適當延長食品的保鮮期，避免食品壞掉，增加生產運營成本。對于溶菌酶來說，能夠有效溶解革蘭氏陽性菌，主要用于這些食品的保鮮，比如，干酪、水產品；而對于細胞壁溶解酶來說，能夠在一定程度上避免一些微生物的大量繁殖，取代了有毒化學防腐劑的地位，食品具有非常好的保鮮貯藏效果。

2．2食品加工：

在酶工程作用下，傳統食品工業發生了質的轉變，比如，玉米在酶作用下實現液化、糖化等，能夠生產大量的果葡萄漿，取代了蔗糖的地位，作為飲料、食品重要的甜味劑。就日本而言，推出了谷氨酞胺轉胺酶，具有催化蛋白質分子的特點，轉移分子內部的酞基，能夠改變低檔次面粉中的蛋白質，具有較好的口感，面食具有較好的彈性、持水能力。對于玉米面來說，它的口感比較粗糙，運營效益并不理想，在酶工程作用下，改良后的玉米面深受社會大眾喜愛，具有很好的銷量。

3發酵工程在食品工業中的應用

在食品領域中，發酵工程技術是應用最早的生物技術，在該技術作用下，能夠有效改造傳統發酵食品，不斷加快現酵產品的研發，涉及到不同食品工業領域，比如，食品加工催化劑、飲料穩定劑。以“開發功能性食品”為例，在相關研究中，發現很多真菌中都含有多糖成分，比如，冬蟲夏草、猴頭菇，可以提升人體的免疫力，更好地抵抗各類疾病。更為重要的是，有些的真菌還具有較好的抗腫瘤能力、抗衰老作用。而這為發展功能性食品提供了關鍵性的原料。就傳統生產方法來說，主要是依靠人工，采摘或者種植，但其規模大都比較小，產量較少極易受到各種客觀條件的影響，無法滿足社會市場的客觀需求。在發酵條件下，可以實現真菌多糖的工業化連續生產，在增加產量的同時，還提高了真菌的質量，為更好地研制功能性食品做好了鋪墊。

4結語

總而言之，在食品工業發展中，現代生物技術的應用發揮著不可替代的作用，其應用范圍不斷擴大。但在應用過程中，需要注重自主創新，加強國際科技合作，優化利用國外先進技術，尋求新的發展出路。而生物技術企業也需要意識到現代生物技術的重要性，不斷增加產品的科技含量，擴大自身規模。以此，在促使現代生物技術優化利用的基礎上，不斷促進新時期食品加工業走上長遠發展道路。

作者：陳家祿 單位：海南師范大學

生物技術進展論文:現代生物技術的運用及進展趨勢

本文作者：王訓博、熊路、黃海兵、王定興、李昊旻、許永立 單位：湖南城市學院化學與環境工程學院、湖南農業大學生物科學與技術學院、湖南城市學院城市管理學院

隨著農業革命、手工業革命、工業革命、商品國際化革命、信息產業化革命的推進，許多科學家們預言21世紀必將產生一次生物技術革命，而這一革命的主戰場就是農業。現代生物技術可有效提高農作物產量、改善農作物的營養品質。因此，現代生物技術必然會成為未來農業發展的重要趨勢。

1現代生物技術在農業領域的應用

1.1基因工程在農業領域的應用

基因工程即利用分子生物學和微生物學技術，設計好不同來源的基因順序，在體外成功構建雜交DNA分子后導入受體細胞，使受體細胞表現出人們需要的表現型，產生出人們需要的物質。在農業領域應用基因工程技術，獲得的農作物優質、高產、抗性強，還可獲得畜、禽新品種及具有特殊作用的動、植物。例如，經過7年的努力攻關，2011年勝利突破了大面積示范（即6.67hm2示范）平均產量為13500kg/hm2的超級雜交稻第3期目標，達到了13899kg/hm2[1]；運用轉基因技術將相應的基因導入油菜中有望培育出轉基因抗病油菜新品種[2]；運用基因工程技術可將抗除草劑基因導入農作物中，使農作物能夠不受除草劑的影響，目前已生產出多種抗除草劑作物品種，應用廣泛[3]。

1.2細胞工程在農業領域的應用

細胞工程是指在體外培養細胞，以改變細胞某些生物學特性為目的將不同作物或動物進行細胞雜交，使植物或動物個體繁殖速度加快，以獲得優良品種或新品種及某些具有特殊作用的物質的一門技術[4]。細胞工程技術在植物快速繁殖、植物新品種選育等方面發揮著重要作用。目前植物體細胞雜交應用較多，如可以將馬鈴薯細胞和番茄細胞進行雜交，可獲得上結番茄下結馬鈴薯的“番茄馬鈴薯”；將豆科植物與向日葵進行細胞雜交，可培育出具有高營養價值的“向日豆”[5]。

1.3發酵工程在農業領域的應用

發酵工程即利用微生物具有的特殊作用生產出對人類生產有用的產品，或直接將微生物應用到工業生產過程的一門新的技術。發酵工程主要可應用在農業領域的2個方面，一是生產傳統的發酵產品，如果酒、茯磚茶、食醋等；二是生產一些食品添加劑。如茯磚茶的制作過程中就運用到了發酵工程技術，通過調控渥堆時間、使用接種劑、發酵劑等方法可以改進茯磚茶的加工工藝，進而可生產出“金花”飽滿、品質優良的茯磚茶。

1.4酶工程在農業領域的應用

酶工程，簡單來說就是利用酶的生物催化功能，借助工程手段將相應的原料轉化成有用物質。酶工程可應用在農業領域中的制酒、制醬等方面。例如，隨著我國糧食的不斷增產，一些地區出現了粗糧過剩的問題，需要解決粗糧的淀粉利用。解決辦法之一是生產葡萄糖，但由于葡萄糖甜度不大，難以在市場上應用。最有效的辦法還是運用酶工程技術的手段，將葡萄糖轉變為甜度大的果糖，果糖不僅比葡萄糖甜度大，其比蔗糖的甜度還高50%以上。

2微生物肥料在農業領域的應用

2.1微生物肥料的特點

微生物肥料是含有活的微生物的特殊的肥料，在農業生產中應用該種肥料可獲得特定的肥料效應[6]。生物肥料的定義分為2個方面，從狹義上講，生物肥料就是指微生物肥料，是由具有特殊作用的大量有益微生物發酵產生的，活性高。施入該種肥料能夠產生活性物質，能夠增加作物的固氮作用，改善土壤的理化性質，使作物的生長環境變得更好，使作物生長更優、產量更高。從廣義上講，生物肥料泛指各種具有特定肥效的生物制劑，包括特定的活的生物體、生物體的代謝物或基質的轉化物等，此種生物體不限定，既可以是微生物，也可以是動、植物組織和細胞[7-8]。

2.2生物肥料的應用優勢

微生物肥料具有其他化肥和農藥沒有的優勢，可有效改善土壤的理化性質，提高土壤肥力。目前微生物肥料已應用在綠色有機食品生產、農業生態環境保護以及高產、優質、高效農業的持續發展中，并發揮著極其重要的作用[9-10]。微生物肥料本身無毒害作用，對環境幾乎無污染；同時，施用量一般不大，在其生產過程中所消耗的能量也很少，因而可節約農民的施肥成本。此外，微生物肥料還可改善土壤的理化性質，減少土壤營養流失和富營養化的產生，實現土壤的可持續化利用。

2.3微生物肥料的應用前景

目前，微生物肥料在農業領域方面的應用已越來越廣泛，也得到了農民以及社會的逐步認可。國內外都在積極發展綠色農業和綠色食品，微生物肥料作為一種保護生態環境、維護人類健康的理想肥料在農業生產中的應用必將越來越廣泛、越來越重要。但是如何合理的使其替代化肥并更穩定地發揮其生態作用是未來研究的方向[11-12]。

生物技術進展論文:生物技術生產甲硫氨酸研究進展

1甲硫氨酸生產國內外發展近況

甲硫氨酸是繼谷氨酸之后產量第二大的氨基酸，2011年，針對動物飼料的甲硫氨酸市場年銷售額約28.5億美元，銷量85萬噸，年增長率5%。據不完全統計，2014年全球甲硫氨酸需求量約100萬噸，呈逐年增長趨勢。目前甲硫氨酸三大主要生產商為贏創（原德固賽）公司，安迪蘇（原普朗克）公司和日本曹達（原孟山都）公司[6]。2006年，中國藍星有限公司收購安迪蘇子公司，并于2010年在江蘇南京開始建廠，將最初年產能7萬噸的計劃翻倍至14萬噸。該廠的建成投產將結束中國重要動物飼料添加劑完全依賴進口的局勢。贏創公司2011年12月決議，在新加坡建立產能15萬噸的甲硫氨酸加工廠，將在2014年第三季度投入生產。韓國杰希公司和法國阿科瑪公司于2012年宣布將在東南亞建立產能8萬噸的甲硫氨酸加工廠，該廠將采用全新的發酵-化學法聯合生產線。德國巴斯夫公司雖然于2007年申請了發酵生產甲硫氨酸的專利，但至今仍不適用于商業生產。法國邁陀保利克公司和羅蓋特公司合作致力于L-甲硫氨酸發酵產品的研發[6]。

2生物技術生產甲硫氨酸研究進展

2.1微生物發酵路線的相關研究

2.1.1甲硫氨酸生物合成途徑的研究

為構建甲硫氨酸生產菌，首先需要了解甲硫氨酸的生物合成途徑，其中最基本的氨基酸生產菌——大腸桿菌(Escherichiacoli)和谷氨酸棒桿菌(Corynebacteriumglutamicum)成為研究者關注的焦點。如圖1，細菌中甲硫氨酸合成途徑以天冬氨酸為起點，經天冬氨酸激酶(aspartokinase，AK)和高絲氨酸脫氫酶(homoserinedehydrogenase，HSD)兩個限速酶催化，生成高絲氨酸，進而分別合成蘇氨酸和甲硫氨酸。甲硫氨酸合成存在兩個途徑：巰基轉移途徑以胱硫醚為中間體，以半胱氨酸為硫源，而直接巰基化途徑則可利用無機硫源。大腸桿菌只通過巰基轉移途徑合成甲硫氨酸，谷氨酸幫桿菌可同時利用兩個途徑。2002年Hwang等[14]在谷氨酸棒桿菌中發現了甲硫氨酸生物合成的直接巰基化途徑，并對metY或metB進行突變，比較突變株生長參數。兩種酶在序列上存在相似性，但微生物優先選擇巰基轉移途徑。因此它們在進化上可能來自同一種酶，而MetY是長期進化過程中突變和自然選擇的結果，存在受甲硫氨酸反饋抑制、與底物親和性低的缺陷。2007年，該課題組[15]對MetB和MetY進行純化，比較了二者的生化參數。發現MetB和MetY對O-乙酰高絲氨酸催化作用的Km值分別為3.9和6.4mmol/L，與之前的推測吻合。同時，MetY對硫化物離子的Km也過高，證明其與硫化物離子的結合也很微弱，溫度和pH耐受性也較MetB差。至此，MetY存在的生理意義和利用價值尚不明晰。2006年，Krmer等[16]在對大腸桿菌和谷氨酸棒桿菌甲硫氨酸代謝途徑進行計算機模擬分析時發現，以甲硫醇為硫源時，NADPH的消耗減少，可使甲硫氨酸理論產量得到提高。以甲硫醇或其二聚體二甲基二硫為硫源的原理是將其-S-CH3基團完整地插入甲硫氨酸的R基而直接生成甲硫氨酸。這一理論在2010年被Bolten等[17]證實，并通過基因敲除和14C同位素示蹤實驗證明，催化這一反應的酶正是MetY。至此，MetY這一獨特功能為該領域的研究提供了全新的線索。

2.1.2甲硫氨酸生產菌選育的相關研究

除發酵常用的谷氨酸棒桿菌和大腸桿菌之外，枯草芽孢桿菌(Bacillussubtilis)、百合棒桿菌(Corynebacteriumlilium)也常用作改造的出發菌株。2012年，Dike等[3]從不同土樣中篩選出三株蠟樣芽孢桿菌(Bacilluscereus)RS-16，DS-13,和AS-9，其中最優菌株RS-16經96h發酵產甲硫氨酸1.84mg/mL。但野生型菌株氨基酸的生物合成受到嚴格的代謝調控，一般不能滿足大量生產氨基酸的需要。因此，需要人為打破微生物對甲硫氨酸生物合成的代謝調節。篩選抗結構類似物菌株和營養缺陷型菌株是最常用的育種方法。2003年，Kumar等[18]采用紫外和亞硝基胍誘變技術處理百合屬棒桿菌，篩選獲得M-128菌株，其甲硫氨酸產量為2.3g/L；2009年，閔偉紅等[19-20]通過抗結構類似物的篩選獲得北京棒桿菌(Corynebacteriumpekinense)突變株E31，其甲硫氨酸產量達1.479g/L。2011年，該課題組以E31為出發菌株，采用復合誘變和青霉素濃縮法篩選獲得12株賴氨酸和蘇氨酸雙重營養缺陷型突變株，其中突變株GE37的甲硫氨酸產量達3.55g/L。這些傳統的改造方法機理難以闡明，工作量大，但突變全面、有效。隨著基因技術的發展，2007年，Park等[1]解除了蘇氨酸對HSD的反饋抑制，同時敲除了thrB基因，阻止蘇氨酸合成。分批發酵過程中甲硫氨酸產量達2.9g/L。2011年，Chen等[21]利用分子動力學模擬與統計耦合分析相結合鑒別出30個關鍵氨基酸殘基，并證明這些殘基的突變可在不同程度上解除大腸桿菌AKⅢ的反饋抑制。至此，對于兩大限速酶的研究逐漸趨于半理性，能在代謝和進化水平上做出合理的解釋，改造目標更明確。在菌種選育過程中，一些新發現也給研究人員以啟示。2005年，Mampel等[22]對谷氨酸棒桿菌進行轉座子誘變，得到7000個具有乙硫氨酸抗性的突變株，轉座子插入位點為ORFNCgl2640，NCl2640失活會導致甲硫氨酸產量增加，證明該位點與L-甲硫氨酸合成途徑中某種抑制的解除密切相關。其結構和具體功能有待科研工作者深入研究。2010年，Bolten等[17]發現了MetY的獨特功能后，試圖對MetY進行過表達以增加甲硫氨酸產量，結果MetY酶活力提高近30倍，但發酵液中并無甲硫氨酸，胞內甲硫氨酸產量也只提高2倍。胞內組分分析發現其底物O-乙酰高絲氨酸已完全耗盡。這說明半理性的單基因修飾難以保證整個代謝網絡的平衡，以途徑中各代謝物和酶的功能性質及代謝流分布信息為基礎，更加理性化的多基因修飾成為下一階段的研究目標。2002年BiranD發現大腸桿菌[23]中MetA極易被四種依賴ATP催化的蛋白酶水解，且該基因受熱轉錄休克調控。2013年，Dike等[24]對根癌土壤桿菌中MetA進行表征時發現了相同的不穩定性和極端不耐熱特性。這極有可能也是賴氨酸和蘇氨酸易發酵生產，在同一途徑下游的甲硫氨酸卻一直難以實現發酵生產的重要原因。

2.1.3甲硫氨酸向胞外輸出的研究

發酵法生產甲硫氨酸在合成水平上不易達到增產目標，即便細胞質內甲硫氨酸產量得到提高，釋放至培養液中的量卻極少。總結有以下兩方面原因：①微生物自身調控嚴格，為趨利避害，甲硫氨酸在自然條件下不會過量積累，即使經改造的菌株，甲硫氨酸的產量與微生物細胞適應性之間的平衡也難把握。②即使細胞質內甲硫氨酸過量積累，但其輸出體系不完善，產物被微生物自身再利用或直接傷害細胞。2005年，Trtschel等[25]在已經提高了胞內甲硫氨酸濃度的條件下，利用DNA微陣列技術識別出過量表達的膜蛋白基因brnF（編碼BrnFE中較大的亞基），之前研究表明其與異亮氨酸輸出體系有關。當BrnFE的合成被氯霉素關閉時，仍能觀察到大量甲硫氨酸輸出，只有極大提高氯霉素水平，其輸出才會減弱。這說明甲硫氨酸輸出體系不止一個，還存在不易被識別、但輸出能力高的其它體系。發掘并擴增輸出通道既可增加發酵液中甲硫氨酸產量，又能避免代謝物積累對微生物的損傷。

2.1.4發酵條件的相關研究

對于甲硫氨酸發酵，最特殊的培養基成分即硫和甲基。以谷氨酸棒桿菌為例，2006年，Krmer等[16]用計算機模擬了不同硫源在甲硫氨酸合成途徑中的應用。以硫酸鹽為硫源通過直接巰基化途徑生成1mol甲硫氨酸消耗8molNADPH，巰基轉移途徑消耗9molNADPH，而以硫代硫酸鹽為硫源，整個代謝過程只需要5.5molNADPH，以硫化物為硫源，NADPH消耗量僅為硫酸鹽的一半。但PPP途徑和TCA循環所能提供的NADPH是固定的，因此不同硫源的利用效率有待在實踐中考證。硫與甲基來源的結合可以考慮比較硫代硫酸鹽與甲酸鹽、硫化物與甲酸鹽及甲硫醇的利用情況。除了這兩種關鍵組分，2014年，Anakwenze等[26]從發酵的油豆種子中分離出甲硫氨酸產量為1.89mg/ml的赤云金芽孢桿菌(Bacillusthuringiensis)EC1，對發酵總體積、接種量、碳源及氮源濃度、促生長物質均進行探索優化，最終赤云金芽孢桿菌EC1甲硫氨酸的產量可以達到3.18mg/mL。對于發酵工藝的探索一直是實際生產中的關鍵。Sharma等[27]研究了百合棒桿菌產甲硫氨酸中稀釋速率與溶解氧對甲硫氨酸產量的影響。最終確定當稀釋速率為0.16、溶氧為42%時，甲硫氨酸生產速率最大值為160mg/(L?h)。2012年，賈翠英等[28]研究了不同破壁方法對細菌甲硫氨酸產量的影響。結果表明，經堿破壁、溶菌酶破壁，超聲波破壁、堿與超聲波復合破壁、溶菌酶與超聲波復合破壁后，甲硫氨酸產量分別提高10.9%、12%、18.3%、19.6%、22.2%。這種工藝可以將胞內甲硫氨酸釋放出來，增加收率，復合破壁比單一破壁效果更顯著。

2.2酶法生產路線的相關研究

2.2.1外消旋混合物拆分生產甲硫氨酸

酶法拆分又分為兩種思路，傳統的拆分是消除外消旋混合物中的D-甲硫氨酸，另一種路線將D型轉化為L型，純化的同時也增加了產量無疑是更理想的選擇。2007年，Findrik等[29]利用原玻璃蠅節桿菌(Arthrobacterprotophormiae)中D-氨基酸氧化酶、過氧化氫酶、紅球菌(Rhodococcus)中L-苯丙氨酸脫氫酶、博伊丁假絲酵母(Candidaboidinii)中甲酸脫氫酶串聯實現D-甲硫氨酸向L-甲硫氨酸的完全轉化。更具意義的是，D-氨基酸氧化酶和L-苯丙氨酸脫氫酶可以作用于不同的底物，因此，該體系也適用于其它D型氨基酸及某種氨基酸外消旋體向L型的轉化合成。

2.2.2化合物酶解生產甲硫氨酸

2014年，Jin等[30]對大腸桿菌中經密碼子優化的腈水解酶基因進行重新合成和表達，從而有效利用2-氨基-4-甲硫基丁腈水解生產甲硫氨酸。并在催化劑充足的情況下，以固定的底物/催化劑比值探索底物最佳濃度。該課題組也對在填充床反應器中利用固定化靜息細胞生產甲硫氨酸進行了研究，結果顯示固定化腈水解酶100h后活性仍大于80%，甲硫氨酸總回收率達97%。該項研究表明，重組腈水解酶應用于甲硫氨酸生產具有巨大潛力，酶在微生物體內的過表達與酶的固定化技術相結合可能實現產量突破。

2.3發酵與體外酶催化路線相結合

發酵法即以培養基組分為原料，利用微生物自身體內代謝反應，將低成本原料轉化為高價值產品，是最經濟環保的氨基酸生產方式。發酵法之所以至今無法應用于甲硫氨酸生產，關鍵在于其合成途徑的每一步均受到嚴格地反饋抑制，經本課題組改造后的菌株GE37的甲硫氨酸發酵產量也僅為3.55g/L[20]。因此發酵法生產甲硫氨酸仍處于科研階段。體外酶催化反應目前并沒有一套完整的獨立生產體系，而是作為化學生產方法的輔助手段，2000年之前即用于DL-同型半胱氨酸向L-甲硫氨酸的合成及DL-甲硫氨酸的分離[31]。近年的研究也多屬于化學合成法的下游，目的是獲得高純度的L-甲硫氨酸。酶催化與發酵法相比，反應過程較短，反應體系及條件易靈活操控。因此，發酵與體外酶催化路線相結合可以回避微生物的部分反饋抑制，縮短發酵過程以得到產量較大的中間體，進而以此為底物合成L-甲硫氨酸。韓國杰希公司采用的發酵/化學法聯合生產工藝即為兩種路線結合的實例，并于2012年宣布在東南亞建立產能80000噸的甲硫氨酸加工廠。該路線以葡萄糖為基質，利用微生物發酵法生產琥珀酰高絲氨酸，隨后用酶將這一中間產物轉化成甲硫氨酸和琥珀酸。如圖3所示，經計算，這種全新的發酵/化學法聯合工藝生產的L-甲硫氨酸成本略高于化學合成法[6]。

3面臨的問題及展望

3.1發酵法生產面臨的問題和建議

甲硫氨酸與其他氨基酸相比至今難以實現發酵法生產，綜合上文所述，總結了以下三個方面原因和建議：

3.1.1硫源的利用效率

甲硫氨酸與其他氨基酸最大的不同即對硫源的需求，而發酵法應用最普遍的硫源為硫酸鹽，需消耗大量NADPH，但生物體能提供的NADPH有限；硫化物對NADPH需求量雖少，但因多有毒且穩定性差，不適用于培養基；硫代硫酸鹽兼具氧化性與還原性，應該對其進行進一步選擇和研究。甲硫醇作為硫和甲基的綜合供體，可以縮短代謝途徑并為最后一步提供更多甲基。因此，應該對硫代硫酸鹽與甲硫醇或二甲基二硫的復合使用進行新的嘗試。提高NADPH的供應量也是菌株改造的策略之一。

3.1.2代謝途徑調控的改造硫和甲基的參與已經使代謝途徑增長，而合成途徑中涉及到諸多反饋抑制性酶，進一步削弱了代謝流。如何確定關鍵酶、發現酶的活性中心及抑制劑結合位點，并進一步識別關鍵殘基成為一個艱巨的課題。通過半理性設計，本課題組已找出北京棒桿菌(Corynebacteriumpekinense)天冬氨酸激酶與抑制劑結合位點有直接或間接作用的所有關鍵氨基酸殘基，并通過突變解除反饋抑制得到高活力菌株。2013年，李慧穎[32]得到突變體R169H，酶活較突變前提高2.3倍；同年，郭永玲[33]得到突變體T361N、A362I，酶活分別提高47.99倍、34.60倍；2014年，任軍等[34]得到突變體G277K，酶活提高9.48倍；同年，朱運明等[35]得到突變體G377F，酶活提高9.3倍。此外，類似的單基因修飾研究缺少全面性和持續性，還應對改造前后的代謝流變化進行對比分析，嘗試針對改造后的缺陷進行多基因修飾，繼續對甲硫氨酸產量是否提高進行試驗。較成功的理性設計在甲硫氨酸同族氨基酸——賴氨酸生產中有成功的先例。2013年，SKind等人[36]根據TCA循環和賴氨酸合成途徑相關知識，通過敲除sucCD在琥珀酰輔酶A合成酶水平上有目的性地阻斷TCA循環，使其與賴氨酸合成途徑相結合，增加目的產物合成途徑代謝流，產量提高60%。由于理性設計需要大量全面準確的生物學信息，直接針對代謝流的整合在甲硫氨酸研究領域還需要嘗試和突破。

3.1.3關鍵酶在代謝過程中的穩定性

在大腸桿菌和根癌土壤桿菌中均證實了高絲氨酸酰基轉移酶(homoserinetranssuccinylase,HTS)的不穩定性，這可能也是賴氨酸和蘇氨酸易發酵生產，而同一途徑下游的甲硫氨酸卻一直難以實現發酵生產的重要原因。其極端不耐熱和易被蛋白酶分解這兩大特性，是發酵法面臨的難題。對Biran等人發現的四種可能分解HTS的蛋白酶進行修飾，或與嗜熱菌關鍵基因整合都是菌株改造可以嘗試的方向。此外，甲硫氨酸向胞外輸出的研究尚不成熟，可在菌株改造后，對胞內組分進行量化分析，以探索胞內甲硫氨酸產量最大時的條件，以及能分泌到胞外營養缺陷型菌種選育。

3.2酶法生產面臨的問題和建議

酶法合成一般不作為單獨的生產路線，傳統的酶法是與石化生產路線相結合，以石化生產廢棄物為原料，進行化學合成后，對外消旋混合物進行拆分以得到高純度的L-甲硫氨酸，其中Findrik等人[29]將D型轉化為L型的試驗是更具意義的研究。韓國杰希公司首次采用發酵法與體外酶催化的聯合生產工藝，先利用微生物發酵生產琥珀酰高絲氨酸，隨后用酶法在微生物體外將這一中間產物轉化成甲硫氨酸和琥珀酸。降低生產成本的同時減少污染。2010年，Bolten等人[17]對谷氨酸棒桿菌MetY進行過表達使酶活力大幅提高，但由于胞內底物耗盡，甲硫氨酸產量未仍不理想。參考杰希公司，可嘗試由發酵法獲得大量O-乙酰高絲氨酸，并利用過表達的酶在體外催化甲硫醇與O-乙酰高絲氨酸生成甲硫氨酸。目前，對酪氨酸、半胱氨酸和脯氨酸的生產，從蛋白中分離仍是最經濟的方法。由于植物可以合成甲硫氨酸，因此通過酶解方法利用稻草等農作物的廢棄物生產甲硫氨酸是最經濟的模式。2015年，Sanders等[6]對這種方法的成本進行了核算，證明了其具有一定可行性。但該法不適用于獲得高純度的L-甲硫氨酸，因為產物組成復雜，分離純化難度大。甲硫氨酸的生物技術生產與理論值之間的差距證明，此項研究具有廣闊的進步空間，對微生物發酵、酶法分解等多方面的探索仍有待深入研究。隨著現代生物技術的發展，利用生物技術生產甲硫氨酸仍將是科研工作者面臨的重要課題。

作者：王隆洋 閔偉紅 單位：吉林農業大學食品與工程學院 小麥和玉米深加工國家工程實驗室

生物技術進展論文:生物技術進展探究

1種質資源的遺傳多樣性及鑒別

鐵皮石斛苗期與石斛屬有些品種在形態特征上有相似性，特別是涉及到種內遺傳差異時，利用傳統的鑒別方法往往不易區分。RAPD［12］、AFLP［13－14］、SSR［15］、ISSR［16－17］等分子標記技術目前被廣泛用于鐵皮石斛不同野生居群、不同栽培群體的遺傳多樣性及親緣關系的研究。采用RAPD技術進行基因組DNA多態性分析，能從石斛屬內26個種當中方便快捷地鑒別出鐵皮石斛［12］。Ding等［18］利用SRAP標記分析鐵皮石斛9個居群共84份材料的遺傳多樣性，并進行聚類分析，結果表明原位保存是保證鐵皮石斛遺傳多樣性的首選方法;采用RAPD和ISSR分析9個鐵皮石斛自然居群，表明居群間的遺傳差異明顯，具有豐富的遺傳多樣性，并且ISSR的多樣性檢測優于RAPD［19］。謝明璐等［15］利用開發的SSR標記成功對鐵皮石斛種質純度進行鑒定。金波等［20］將擴增獲得的鐵皮石斛特異RAPD分子標記片段，經克隆、測序，重新設計一對特異性引物轉化成穩定的SCAR標記，能特異性地在鐵皮石斛中擴增出300bp的片段，實現鐵皮石斛的快速有效鑒定。Hou等［21］利用15個新的三核苷酸微衛星標記能夠簡便快捷地對鐵皮石斛進行遺傳多樣性鑒定和分析。建立DNA指紋圖譜，有利于鑒定和篩選鐵皮石斛優良品種。虞泓等［22］用AFLP技術對石斛屬內4個品種和1個外類群種進行基因組DNA多態性分析，構建了藥用石斛的DNA分子指紋圖譜。為更準確地進行鐵皮石斛種質鑒定、遺傳圖譜構建、基因定位和遺傳多樣性的分析，趙瑞強等［23］采用正交設計和單因素相結合的方法構建和優化鐵皮石斛SCoT-PCR反應體系，在32份鐵皮石斛材料的遺傳多樣性驗證中表現出良好的穩定性和重復性。基因芯片從遺傳的角度鑒別鐵皮石斛品種真偽，進一步推動了鐵皮石斛的遺傳分析和鑒別。Sze等［24］利用5SrDNA的基因間隔區的不同，建立了高通量鑒定商業石斛(楓斗石斛)的基因芯片，可以對鐵皮石斛與其他種類的石斛進行有效區分。基因芯片與中藥化學成分指紋圖譜等的鑒定相結合，能確定鐵皮石斛藥用價值的優劣，發揮最佳作用［25］。

2組織培養

鐵皮石斛種子自然狀態下萌發率極低，利用組織培養進行鐵皮石斛人工快繁是解決鐵皮石斛野生資源短缺的有效途徑，已有大量石斛組織培養條件的研究報道，目前鐵皮石斛試管苗已進入商品化生產。2.1外植體鐵皮石斛組織培養外植體來源廣泛，一般采用野生鐵皮石斛種子［26－29］、根尖［30－31］、莖段［32－34］、腋芽［35］等作為外植體。應用最早和最廣泛的外植體是無菌種子，在離體培養條件下，種子萌發后形成原球莖，原球莖可以直接發育形成幼苗，也可以誘導原球莖產生大量愈傷組織，由愈傷組織再分化發育成幼苗［36－37］。唐桂香等［26］以成熟的鐵皮石斛種子為材料，以1/2MS為基本培養基并添加20%馬鈴薯液，種胚萌發率達到79.35%，并能成功誘導出原球莖。杜剛等［27］以鐵皮石斛種子為外植體，通過組織培養獲得大量種苗。秦廷豪等［31］用鐵皮石斛莖段、帶頂芽的莖段和根蔸3類外植體在MS培養基上進行誘導培養，發現僅根蔸能誘導出原球莖。王麗萍等［32］和李澤生等［34］分別以MS和1/2MS為基本培養基，選用鐵皮石斛幼嫩莖段為外植體能夠高效誘導出原球莖。張紅梅等［33］以鐵皮石斛莖段為外植體材料，經歷芽誘導、叢生芽增殖和生根培養3個階段，獲得大量的試管苗，芽誘導率達到86.7%。2.2基本培養基選擇合適的培養基是組織培養最關鍵的一步，針對培養目的、培養途徑、培養階段的不同，所使用的培養基也不同。鐵皮石斛組織培養采用的基本培養基包括MS，1/2MS，N6以及相應的改良培養基等［37］。最適培養基的選擇主要根據不同外植體來源和不同生長階段決定。以鐵皮石斛種胚作為培養材料，研究發現未經改良的N6培養基對胚的萌發和生長最好，以莖尖作為培養材料，N6培養基誘導愈傷組織能力明顯不如MS［38－39］。以鐵皮石斛莖段為材料誘導叢生芽，1/2MS誘導的效果最好，生成的苗粗壯［40］。鮑騰飛等［41］的研究表明1/2MS最有利于鐵皮石斛類原球莖的生長增殖。王春等［42］以1/2MS+1.0mg·L－1BA+0.5mg·L－1NAA培養基誘導鐵皮石斛原球莖，誘導率達到58%。鐵皮石斛不同生長階段的最適培養基也有較大差異。1/2MS、MS和Kc等培養基都適合原球莖的增殖，而B5和1/2MS較適宜鐵皮石斛的壯苗培養［43］。2.3培養條件除基本培養基之外，包括外源激素、附加物、蔗糖、pH值、溫度和光照等培養條件對不同階段鐵皮石斛生長分化均有影響。鐵皮石斛組織培養中常使用的外源激素主要是生長素類(如IAA、IBA、NAA)和細胞分裂素類(如BA、ZT和KT)［44］。蘇鈦等［45］的研究表明，BA相對于其他激素對鐵皮石斛原球莖誘導效果最好，以2.0mg·L－1BA誘導率最高。洪森榮等［46］探討6－BA和2，4－D對鐵皮石斛原球莖增殖和分化的影響時發現，添加1mg·L－16－BA和0.1mg·L－12，4－D對原球莖增殖效果較好。唐桂香等［26］的研究表明，0.5mg·L－1NAA對鐵皮石斛的生根效果最好。李璐等［47］比較了6－BA和TDZ對鐵皮石斛花芽誘導的影響，結果表明，0.2mg·L－1TDZ最適宜誘導其開花。宋順等［48］以MS為基本培養基，發現添加0.5mg·L－16－BA和1.5mg·L－1NAA最適合鐵皮石斛原球莖誘導，其誘導率為95%;而添加1mg·L－16－BA和1mg·L－1NAA最適合原球莖增殖;添加5mg·L－16－BA+1mg·L－1NAA最適合原球莖分化，其分化率達80%;而在根誘導的培養基中添加1.5mg·L－1IBA+100g·L－1香蕉泥，其生根率能達到100%。一些有機添加物對鐵皮石斛種子萌發、芽增殖、組培苗壯苗具有一定的促進作用，已報道的有馬鈴薯泥［49－50］、香蕉泥［49］、蘋果汁［51］等，使用濃度一般在10%～20%。培養基的pH值、溫度、光照強度和時間均對鐵皮石斛生長有明顯的影響。陳青青等［52］研究表明，pH對鐵皮石斛的苗鮮重和生根率影響顯著，以pH值5.4為宜，其原因可能是pH影響細胞的透性、代謝和培養物的生長與分化，在25℃、光照強度為1500lx時，最適宜鐵皮石斛生長。鮑順淑等［53］的研究表明，在人工光型密閉式植物工廠的可控環境條件下，在光照強度和CO2濃度一定時，光照時間控制在12h/d，鐵皮石斛組培苗的凈光合速率和葉綠素含量較高，干重和腋芽數增加較多，表現出良好的生長與繁殖能力。

3誘變育種

鐵皮石斛生長相對緩慢，一般2～3年才能采收，對現有品種進行遺傳改良，培育生長迅速、藥用有效成分含量高的新品種是提高產量及質量的有效途徑。誘變育種突變頻率高，誘發變異較易穩定，可有效改良作物性狀，縮短育種年限［54］。物理及化學誘變是常采用的方法，輻射誘變結合組織培養，能加速變異性狀的穩定和新品種的育成。詹忠根等［55］利用137Csγ射線輻照鐵皮石斛種胚原球莖，針對形態變異的試管苗，采用流式細胞分析DNA的倍性變化，結果發現大部分外部形態發生改變的植株其細胞內DNA的倍性發生了改變。洪薩麗等［56］利用60Co-γ輻照霍山石斛原球莖，研究誘變對石斛生長和生物堿積累的影響，結果表明適當劑量的60Co-γ輻照處理可促進POD、SOD、CAT和PAL酶活性，抑制PPO酶活性，從而能促進石斛原球莖生長，提高懸浮培養原球莖生物堿含量。張青華等［57］采用0.09%秋水仙堿處理24h誘導鐵皮石斛叢生芽變異率達到48%，對葉、氣孔、染色體的檢測，證明變異芽為四倍體或嵌合體。2.5g·L－1植酸能促進石斛多糖的合成，還能促進石斛對碳、氮、磷的吸收［58］。太空誘變育種在中藥材品種培育和改良中應用廣泛，目前已有數十個審(認)定的中藥材品種是通過太空誘變獲得的。經航天誘變的仙斛1號鐵皮石斛已經通過浙江省非主要農作物品種審定委員會認定。太空誘變技術在有效創造特異突變基因資源和培育作物新品種方面已經顯示出重要的作用，成為空間生命科學研究的重要組成部分［59］。利用太空誘變培育突破性優良品種方面具有的獨特優勢，使今后獲得更多優良鐵皮石斛新品種成為可能。

4基因工程

4.1基因克隆鐵皮石斛的藥用有效成分為生物堿、石斛多糖等植物次生代謝產物，這些次生代謝產物需要經過復雜的代謝途徑最終合成，并受代謝的關鍵酶與限速酶調控，如轉移酶、合成酶、環化酶等。對關鍵酶基因進行克隆和分析，是研究鐵皮石斛藥用有效成分代謝途徑及相關分子機制的重點，也是培養優質鐵皮石斛新品種的基礎。樊洪泓［60］克隆了石斛生物堿合成途徑中的關鍵基因法呢基焦磷酸合酶基因(FPS)的片段，并進行序列分析。為研究鐵皮石斛多糖合成與蔗糖合成酶活性關系及表達調控，孟衡玲等［61］成功克隆了鐵皮石斛蔗糖合成酶基因(DOSS1)并對其表達分析。曾淑華等［62］對克隆的鐵皮石斛磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶基因(pepc)進行表達分析發現，pepc基因在F型鐵皮石斛中的表達量為H型的5.55倍。植物凝集素如甘露糖結合凝集素與植物抗病蟲害密切相關。鐵皮石斛在自然條件下很少發生病蟲害，為探究其病蟲害抗性與蘭科植物凝集素之間的內在關系，Chen等［63］提取鐵皮石斛葉片的RNA，根據蘭科植物凝集素保守序列區設計引物，通過RACE技術克隆得到全長768bp的鐵皮石斛甘露糖結合凝集素基因(DOA)，包含1個498bp的開放閱讀框，其編碼的165個氨基酸為凝集素前體。半定量RT-PCR分析表明，DOA基因是一個組成型表達基因，在根、莖、葉中均有表達，在莖中表達量最高，可能與鐵皮石斛莖的病蟲害抗性密切相關。鐵皮石斛自然狀態下種子萌發需要真菌共生，生長階段也常伴有共生真菌。鈣依賴蛋白激酶(calcium-dependentproteinkinases，CDPKs)以及促分裂原活化蛋白激酶(mitogen-activatedproteinkinase，MAPK)及其級聯途徑在從枝菌根、根瘤菌－宿主植物共生體系中起重要調控作用。張崗等［64－65］從小菇真菌(Mycenasp．)侵染的鐵皮石斛根中分別克隆了一個受菌根真菌誘導的鐵皮石斛鈣依賴蛋白激酶基因(DoCPK1)和促分裂原活化蛋白激酶基因(DoMPK1)，在小菇真菌侵染30d的石斛根中，DoCPK1和DoMPK1基因表達均顯著上調，分別達到對照根中的5.16倍和7.91倍，表明DoCPK1和DoMPK1基因參與小菇真菌和鐵皮石斛菌根早期互作，可能在該共生體系中起作用。4.2遺傳轉化目前，鐵皮石斛的遺傳轉化最常用的方法是農桿菌介導法和基因槍法。根癌農桿菌(Agrobacteriumtumefaciens)介導遺傳轉化關鍵時期為共培養階段。Yu等［66］構建了含β－葡萄糖苷酸酶基因(GUS)的表達載體，以潮霉素磷酸轉移酶基因(Hpt)篩選標記，將類原球莖與農桿菌在無抗生素的培養基上共培養3d，光照16h·d－1，再轉移至添加50mg·L－1羧芐青霉素的培養基上繼續培養3～4周，之后在含200mg·L－1卡拉霉素的培養基上選擇培養6～8周得到轉基因植株。GUS組織化學檢測和Southern雜交證明GUS基因成功表達。基因槍法在石斛轉基因中應用更多。Kuchnle等［67］采用微粒轟擊法將Nos-NPTII基因和番木瓜病毒(PRV)外殼蛋白基因(CP)一起導入雜種石斛的原球莖。經過卡那霉素選擇培養，PCR分析表明，13株抗性植株帶有NosNPT基因，其中有1株帶有PRVCP基因。Chia等［68］成功將熒光素酶基因(Luc)通過基因槍法導入石斛類原球莖并獲得再生植株。Yu等［66］進一步發展了一個高頻再生、高效而穩定表達的轉化體系。以潮霉素磷酸轉移酶基因HPT為篩選標記，50mg·L－1濃度下就能完全抑制非轉化的雜種石斛原球莖生長。楊雪飛等［71］利用基因槍法將來源于大麥(HordeumvulgareL．)的抗旱耐鹽基因lea3導入鐵皮石斛的類原球莖中，經PPT篩選和生根壯苗培養獲得轉化植株。對轉化植株進行除草劑PPT葉片涂抹檢測和lea3基因的PCR檢測，結果表明lea3基因已整合到6個株系7株鐵皮石斛轉化植株基因組中，轉化頻率為1.05%。與對照相比，獲得的轉lea3基因植株的耐鹽脅迫能力明顯增強。鐵皮石斛轉基因植株的遺傳特性可以穩定表達，這為利用轉基因技術進行鐵皮石斛優良新品種培育奠定了基礎。

5展望

鐵皮石斛藥用價值極高，但由于較長時期缺乏保護和發展，加上生態環境破壞，近年來野生資源數量急劇下降。鐵皮石斛行業標準已于2012年制定，但是，宣傳和貫徹落實力度不夠，鐵皮石斛產業和市場仍然比較混亂。不少研究者對鐵皮石斛的遺傳多樣性進行分析，克隆鐵皮石斛代謝途徑中的一些關鍵基因，對其遺傳轉化技術作了探索，但分子生物學等基礎研究整體相對滯后。今后應從以下幾方面開展工作:首先，應該積極推進行業標準的貫徹落實。其次，加強種質資源保護和鑒定，建立種質資源的分子遺傳圖譜和可追溯的原始檔案，為高產優質新品種選育提供理論依據。創新和優化組織培養技術，縮短培養周期，降低生產成本，建立標準化培養和生產技術體系，為其規模化生產奠定基礎，從而解決資源短缺問題。此外，加強鐵皮石斛的基礎研究工作，發掘特異和優良基因資源，利用基因工程技術為育種提供新的途徑，為鐵皮石斛產業發展探求新的道路。

作者：張志勇 齊澤民 黃作喜 單位：內江師范學院生命科學學院 四川省高校特色農業資源研究與利用重點實驗室

生物技術進展論文:生物技術在糧油食品工業的研究進展

【摘要】生物技術是科技時代迅速發展的產物，廣泛的應用到人類生活的各個方面，對解決人類生活面臨的食物、資源、健康等重大問題起著重要的作用。本文對現代生物技術在糧食生產、糧食儲藏、糧油食品加工、糧油食品檢測、糧油副產物利用和飼料工業等各方面的應用研究進展進行論述。

【關鍵詞】生物技術 糧油食品工業

生物技術又可稱之為生物工程，主要包括分子生物學、微生物學、細胞生物學、生理學、免疫學、系統生物學等多種學科，并和計算機、化學等學科內容相互滲透成為一個比較綜合的學科，主要包括基因工程、細胞工程、酶工程等技術，其中基因工程是其主要的核心技術，該種技術主要應用在農業、植物、醫學、食品、動物等領域。應用現代生物技術可以按照人們的意愿創造出人們想要的物種，或者是具有全新的功能，或者是改造原有的功能使其更好的滿足人們的需求。

一、生物技術在糧食生產中的應用

生物技術在糧食生產中的應用主要有以下幾個方面：可以利用轉基因技術獲得產量更高，并有一定的抵御蟲害的作物品種，獲得營養價值更高的作物品種，此外，還可以利用細胞工程技術對植物進行無性繁殖，從而獲得高產量的作物，利用生物技術可以制造出無毒生物農藥從生產出更多的綠色產品。生物技術培育出的作物主要有三代，第一代是通過培育轉基因作物可以提高農作物抗蟲害的能力，目前種植面積比較多的是抗除草劑的農作物。第二代是通過轉基因來提高農作物的營養價值為主要特征。第三代是通過轉基因作物提高食品的免疫功能，即可以利用轉基因的作物來生產一些具有新功能的食品以及藥物。

二、生物技術在糧油加工中的應用

我國的糧油加工產品主要以初級產品為主，而在食品的精深加工方面比較落后，資源的深層次利用率比較低，而利用生物技術可以將產品原料加工成產品并實現產業化，通過對農產品的二次開發以此形成新的產品。利用生物技術可以快速的提高糧油加工的能力并提升水平，使我國的糧油加工生產能力能夠得到跨越式的發展。

三、生物技術在食品加工中的應用

生物技術已經滲透到了食品加工的各個方面，利用基因工程可以有效的改良發酵工業中的微生物菌種，對食品加工原料進行改造，提高氨基酸在食品加工中的含量，此外，利用基因工程還可以改進其生產工藝，進一步提高食品的營養價值。利用蛋白質工程可以創造出人類需求的不同功能的蛋白質新產品，可以更改酶的特性。在食品工程中酶技術的應用比較成熟，在糧油食品加工中應用比較廣泛的是酶制劑的應用，主要有釀造酶、蛋白酶、果品酶等。這些酶主要應用在果蔬加工，乳制品加工等方面。

四、生物技術與食品安全

生物技術在食品安全中的應用主要是轉基因食品安全問題。任何物種在進化過程中都會經歷自然選擇或者是人工選擇，他們能夠幸存的物種都是這兩種選擇的結果，不過是自然選擇還是人工選擇其實質都是遺傳變異選擇，在物種進化中遺傳是基礎，變異一定會存在。任何物種都是在遺傳的基礎上經過進化發展而來的，對遺傳變異進行人工選擇就是常規育種，而轉基因育種在本質上和常規育種并沒有本質的區別，轉基因的食品安全問題和其它新出現的技術一樣，只是在人類科學進步進程中新出現的科學問題而已，應該對以抱有正確的態度，深入的對其進行研究和探討。轉基因技術作為發展最快的新技術，正對人們生活的各個方面產生巨大的影響。

五、生物技術與食品安全檢測

食品安全越來越受到人們的關注，日常食品安全已成為人們生活的焦點，為了讓人們吃到更為安全的食品，對食品安全檢測技術的研究已經提上日程，而生物技術在食品安全檢測中的應用，發揮了較大的推動作用，并取得了不錯的效果。在當前的食品安全檢測中比較廣泛應用的生物技術有生物芯片、免疫技術等生物技術，通過這些生物技術的應用使得食品安全的檢測更加方便快捷而且靈敏度也比較高，人們對食品安全也更加放心。

六、糧油深加工生物技術的進展

在糧油深加工方面，美國主要利用酶以及發酵工程來進行糧油資源的開發，同時還利用基因工程等生物技術來改良農作物的性能，改善農作物所含的營養價值。生物技術在糧油加工中的應用主要有以下幾個方面，首先是利用生物技術進一步提高農作物的產量，并為農作物的生產尋找更好地的農業技術。通過新的生物技術的應用進一步改良農作物的品種，另外，還有利用農作物、農業廢棄物和加工副產物生產工業制品，包括生物能源、生物材料等。

七、結語

生物技術在食品糧油領域，在食品生產、糧油食品加工以及副產品利用等方面都有重要的應用，隨著基因組技術在農作物的成功實施以及深入開展，新一輪的農業技術革命將會展開。為此，要認識在糧油食品安全領域生物技術應用的重要性，并不斷在糧油食品加工中引入生物技術，以更好的促進糧油食品加工行業的發展。

生物技術進展論文:環境保護工程中生物技術與重要進展

【摘要】隨著環境保護工程的廣泛展開，生物技術的應用已經拓展到各個方面，從單個環境目標治理，發展為全系統的廣泛應用。本文主要闡述環境保護工程中生物技術的應用及重要進展進行論述。

【關鍵詞】環境保護工程；生物技術；進展

1 環境保護與生物技術關系概述

環境保護的涉及面很廣，包括空氣質量、水資源保護、土地保護、森林保護等內容。由于人類對自然資源的過度開發和不合理利用，環境問題已經日益激化，生物技術作為一項有效的科技手段，對解決環境問題有著積極地作用。在當今資源保護過程中，生物技術已經占有主要的地位，生物凈化技術的應用得到廣泛認可。

生物技術方向潛力巨大，有很多領域都有新發現，繼續挖掘生物技術的潛能，是未來環境治理的主流方法。生物技術的發展給環境保護帶來了福音，但是生物技術的應用必須是嚴謹的，并遵守既定的原則，否則可能會再次對環境造成污染。隨著人們生活節奏的不斷加快，人們對于快捷方便的生活方式越來越依賴，但是經濟發展不能以犧牲環境為代價，人類應該以高效率、低耗能、投入少的方式發展經濟。生物技術能夠成為經濟發展的基本保障，深入研究生物技術，符合我國環境發展的國情。

2 環境生物技術的特點及現狀

無數種生物構成了地球的生態系統，依靠這些生物完成了生態系統內的物質循環過程。環境生物技術產生就是利用了物質循環的原理，隨著科技的發展生物技術被證明是環境保護的理想手段，這一技術的獨特功能在解決環境問題過程中顯示出無可比擬的優越性，這充分體現出它是一個純生態的過程，符合我國可持續發展的戰略思想。生物技術對處理環境污染具有很好地作用，同時具有速度快、成本低、效率高、消耗低等優點。因為生物技術來源于自然界中的生物，所以具有無二次污染、反應條件溫等顯著特點。環境生物技術明顯的優勢以及其廣闊的市場前景，受到了世界各國的高度重視。

目前環境保護對生物技術的應用主要是微生物及其衍生物，少部分生物技術利用植物控制環境污染。目前生物技術是環境保護中應用最廣泛、最為重要的技術，其在很多領域發揮作用。

3 環境生物技術的應用進展

3.1 在治理大氣污染和改善空氣質量中的應用

霧霾是2014年出現頻率非常高的詞，整個冬天它都糾纏著我國大部分城市，這樣大規的霧霾天氣說明我們的空氣質量正在急速下滑，大氣污染問題已經不容忽視，它已經嚴重影響人們的生活和身體健康。我國對治理大氣污染、空氣污染非常重視，生物技術已經應用在大氣污染治理上。目前主要采用的方法有生物的吸附、生物的洗滌和生物的過濾等方法[2。生物技術雖然仍需要更大程度的提升，但與傳統的廢氣治理方法相比，生物技術轉化廢氣效果更加明顯，而且節省時間，大大提高了工作效率。生物技術對能源的凈化和轉化更加安全可靠，經過處理的氣體不會造成二次污染，甚至可以達到二次利用的效果。

3.2 在改善水體質量，治理水源污染中的作用

生物技術應用最為廣泛的領域就是在改善水體質量方面，生物處理是目前水處理技術的重要手段，世界范圍內大多都采用這一方法進行污水的處理。我國在污水處理上也會遵循這一趨勢，不斷研究發展并提升生物處理污水的能力。目前常見的水污染治理的生物技術有活性污泥法、生物膜處理法、穩定塘法、土地處理系統法和人工濕地處理系統法等[1]。生物技術應用突出表現在微生物水處理劑、廢水處理、以及生物修復等方面。

3.3 在治理土地污染中的作用

我國針對土壤嚴重污染的問題，出臺了較多政策進行治理。目前我國通常采用物理治理的方法解決土地污染，通過大面積的植樹造林，保持水土，啟動土壤森林凈化循環的作用，避免發生大范圍的水土污染和流失。其他物理化學方法以洗脫、吸附）為主 ，不僅投資成本高，而且極易造成二次污染[1]。我國作為農業大國，農業生產對土地的依附性很大，如果不注意土地污染問題的治理，后果不堪設想。但傳統方法修復周期過長，治理速度遠遠不及污染速度，因此必須運用生物技術對土壤污染進行治理，同時保護土壤的有機成分，挽救每況愈下的土地。

3.4 生物技術的其他應用方向

生物轉化過程是以酶為反應介質進行的，因為酶是一種活性蛋白，極易受到酸、堿及高溫的破壞，所以生物反應的過程必須在常溫、常壓的環境下進行。生物反應的條件相對比較好達到，因而其投資少、耗能低、速度快好、效果好、操作簡便、設備簡單。

生物轉化代替化學處理可以大大降低反應過程的污染水平，更有利于實現生態化生產或無廢生產，從而實現清潔生產的目的。此外，生物反應的產品及副產品大多都是可以加快生物降解，有的甚至是下一次反應的催化劑，且反應產物大多可以作為其他生物的營養源加以利用。 

4 結束語

隨著經濟的不斷發展，我國環境問題日益凸顯，環境問題亟待解決，現有的生物技術已經不能滿足社會發展的需要，因此需要不斷挖掘生物技術的潛力，環境治理和技術革新的探索之路還要繼續走下去。未來生物技術的研究必須要考慮到經濟發展的因素，實現經濟發展與環境保護相統一，促進社會進步與環境保護的協調發展。

生物技術進展論文:有機廢水處理中的環境生物技術及其進展

【摘 要】對于大多數的國家來說，有機質為主的水污染是水環境保護過程中的首要問題，有機質水污染形成的原因包括城市生活污水與工業、農業等有機廢水的排放。生物環境技術成為了當前處理有機廢水最主要的方法，主要是由于其效率高、能耗地、處理速度快、適用性好及安全性好等特點。本文主要介紹了生物環境技術中的好氧與厭氧處理工藝、人工池塘和濕地的方法與應用。

【關鍵詞】有機廢水；生物環境技術；綜述

在世界五大環境問題中水資源方面的問題顯得非常的突出與緊要。我國雖然是世界上的資源大國，有著非常豐富的地表水資源，但是我國由于人口眾多的原因，人均淡水資源量達不到世界平均水平的四分之一。隨著經濟的發展和人口的增長，我國所面臨的水質污染與水生態污染的問題越來越突出，這方面的問題制約著我國的經濟建設和社會發展，威脅這人們的飲水安全與可持續發展。而在全球范圍的水質與水生態污染中有機污染的影響最為嚴重，主要的有機廢水來源包括城市生活污水及工業、農業、養殖業的廢水排放。

1 生化處理技術

生化處理就是通過微生物來對有機廢水中的有機污染物進行消化和分解，從這個過程中得到碳和能源。根據生化反應的不同可以將生化處理技術分為好氧與厭氧兩種。好氧降解中，有機物質被完全分解為水和二氧化碳，降解比較徹底，效率也高，是生化處理技術的主要方法。厭氧降解中是改變有機物質的化學結構，反應需要的時間較長，但能夠降低有機廢水中有機物質的濃度，也能夠降解一些難降解的有機物質，因此也有著重要的地位[1]。

1.1 好氧降解

1.1.1 活性污泥降解方法

這種方法屬于好氧降解技術中最傳統的，其中的活性污泥實際上是微生物生長于繁殖之后形成的絮凝體，這種物質有著非常強的吸附于分解有機物質的能力，而且自身的凝聚性較好。具體的方法就是在有機廢水中曝氣供氧來使微生物形成活性污泥，從而降解有機物質。

1.1.2 生物膜法

這種方法主要是在有機廢水中添加微生物附著的介質來進行有機物質分解，微生物在介質表面不斷地生長和繁殖就會形成膜，這些膜對污水進行凈化。隨著生物膜不斷地分解有機物質，微生物會不斷的生長，因此生物膜也會越來越厚，在著過過程中在生物膜的內部就會形成一種微生物生長的兼氧與厭氧的環境，因此生物膜法中其實也有著一部分厭氧降解的作用[2]。隨著生物膜厚度的增加，達到一定程度之后會自動脫落成為污泥，介質的表面會重新生長微生物從而形成新的生物膜來凈化污水。

1.2 厭氧降解技術

在釀酒、制醬等領域中，厭氧技術有著非常悠久的歷史，但是直到1881年才得以在水環境保護中得到應用。隨著技術不斷的完善和使用范圍的不斷擴大，人們漸漸認識到了厭氧降解技術產能高、能耗小的優點，研發出了厭氧濾池、厭氧流化床、厭氧生物轉盤等厭氧反應器。這些厭氧反應器都有著共同的特點：有機負荷比較大、反應時間有所縮短。近幾年來，厭氧技術逐漸應用到了工業、農業、養殖業等高中低不同濃度的有機廢水和城市生活污水的處理中。但是厭氧降解技術產出的水質不能夠達到排放標準，“后處理”成為了技術最重要的缺陷。

2 生物自然凈化技術

2.1 生物塘

在水中培植大量的生長快速的水生植物就形成了生物塘，這種方法主要是通過水生植物的吸收和收獲來講有機污水中的有機物質帶走，從而達到凈化水體的作用[3]。在生物塘中增加曝氧系統就會形成氧化塘，能夠在生物塘中兼具好氧降解的功能。傳統的生物塘存在面積大、處理時間長、出水不合格等缺陷，在不斷地改進過程中總結出了解決這些缺陷的幾點措施：高效水生植物的培育、實現生物塘綜合處理等。

2.2 人工濕地

人工濕地發展的基礎是污染灌溉，這種方法投資與能耗都非常低，而且還能夠為農作物提供肥力。將污水經過一級和二級處理之后就用于灌溉系統。沼澤、泥潭與水域邊緣地帶等都屬于濕地，水體、這種條件之下發育的土壤、適應這種環境的動植物就組成了整個的濕地環境。人工濕地就是指通過人工建造于濕地功能相似的系統，由于保護水資源與改善水生態環境。人工濕地包括表面流型、潛流型、垂直流型三種，其中垂直流型應用最為廣泛。

3 環境生物技術的展望

生物環境技術不斷發展的動力與目的都是提高污水處理效率、降低技術應用成本。難降解有機物質、高濃度有機廢水和去氮除磷問題是當前有機污水治理的主要難點和方向，是環境生物技術的發展方向。

3.1 實現的工藝優化組合

不同的工藝通過優化組合就能夠實現優勢互補，是生物降解技術的一個重要的發展趨勢。例如好氧降解與厭氧降解實現組合能夠克服好氧負荷率小于去氮除磷效果差的缺點，克服厭氧處理時間較長與出水水質不高的缺點。

3.2 與其他技術相結合

環境生物技術的發展需要其他科學技術的配合，要將環境生物技術與其他的技術結合起來才能夠提高處理的效果。高效生物技術與光、電的結合能夠由于有毒有害難降解有機廢水的處理，例如如光催化氧化-生物處理新技術、電化學高級氧化-高效生物處理技術等。環境生物技術不斷地與計算機、電子信息等技術的結合，逐漸實現了環境生物技術的自動化與模塊化。

3.3 難降解有機物質的處理

在微生物群體中占優勢的與降解力較高的菌種都屬于優勢菌。可以通過自然篩選馴化、混合培養、細胞工程、基因工程等方式來培養優勢菌種。這些優勢高效菌種能夠用來對難降解的有機物質進行處理，是現代環境生物技術的發展熱點之一。

3.4 生物傳感器

生物傳感器能夠實現自動連續監測，能夠判斷污染的發展趨勢、探索污染物的轉化與降解規律、檢測污染物突變的原因、分析污染的來源等。生物傳感器的研制對生物環境污染的監測有著積極地作用，使其更加的方便、快捷、靈敏、全面，而且還具有廉價、簡單、快速等優點。

4 總結

水領域中應用的技術種類有很多種，每種技術都有各自的優點和適用的范圍。環境生物技術主要是利用生物本身或者去其產物來對水污染進行治理，微生物和植物是生物主體，微生物主要是發揮降解功能來凈化有機污水中的有機物質，而植物主要是通過吸收功能來實現治理有機污水。這種技術效率較高、投入較大、安全性好、適用范圍廣，應該在有機廢水的處理過程中積極推廣。

生物技術進展論文:環境保護工程中生物技術與重要進展

【摘 要】全球范圍內的環境問題十分嚴峻，因此人們對環境保護的重視程度也逐漸提高。黨的十八大對生態文明建設做了進一步部署，環境保護是我國建設和諧社會的重要內容。環境保護離不開科學技術的支持，而生物技術在其中起到舉足輕重的作用。

【關鍵詞】環境保護工程；生物技術；進展

隨著環境保護工程的廣泛展開，生物技術的應用已經拓展到各個方面，從單個環境目標治理，發展為全系統的廣泛應用。本文主要闡述環境保護工程中生物技術的應用及重要進展進行論述。

1 環境保護與生物技術關系概述

環境保護的涉及面很廣，包括空氣質量、水資源保護、土地保護、森林保護等內容。由于人類對自然資源的過度開發和不合理利用，環境問題已經日益激化，生物技術作為一項有效的科技手段，對解決環境問題有著積極地作用。在當今資源保護過程中，生物技術已經占有主要的地位，生物凈化技術的應用得到廣泛認可。

我們享受著經濟發展給生活所帶來的舒適和方便，卻忽視了環境對人類發出的警告。經濟發展的代價是環境的嚴重破壞，隨著環境破壞程度越來越嚴重，人們開始清醒的認識到環境必須要好好治理了。國人環境治理的意識正在不斷的加深，生物技術得到了很好地發展，并應用到實際治理污染中[1]。雖然生物技術取得了一定的成績，但仍然無法高效的解決環境污染問題。因此，我們對生物技術的研究還要繼續深入，有效地實現研究成果和工程技術的結合，使之成為成熟的技術并推向市場。

生物技術方向潛力巨大，有很多領域都有新發現，繼續挖掘生物技術的潛能，是未來環境治理的主流方法。生物技術的發展給環境保護帶來了福音，但是生物技術的應用必須是嚴謹的，并遵守既定的原則，否則可能會再次對環境造成污染。隨著人們生活節奏的不斷加快，人們對于快捷方便的生活方式越來越依賴，但是經濟發展不能以犧牲環境為代價，人類應該以高效率、低耗能、投入少的方式發展經濟。生物技術能夠成為經濟發展的基本保障，深入研究生物技術，符合我國環境發展的國情。

2 環境生物技術的特點及現狀

無數種生物構成了地球的生態系統，依靠這些生物完成了生態系統內的物質循環過程。環境生物技術產生就是利用了物質循環的原理，隨著科技的發展生物技術被證明是環境保護的理想手段，這一技術的獨特功能在解決環境問題過程中顯示出無可比擬的優越性，這充分體現出它是一個純生態的過程，符合我國可持續發展的戰略思想。生物技術對處理環境污染具有很好地作用，同時具有速度快、成本低、效率高、消耗低等優點。因為生物技術來源于自然界中的生物，所以具有無二次污染、反應條件溫等顯著特點。環境生物技術明顯的優勢以及其廣闊的市場前景，受到了世界各國的高度重視。

目前環境保護對生物技術的應用主要是微生物及其衍生物，少部分生物技術利用植物控制環境污染。目前生物技術是環境保護中應用最廣泛、最為重要的技術，其在很多領域發揮作用。大氣污染治理、水源污染控制、清潔可再生能源的開發、有毒有害物質降解、

廢物資源化、污染環境修復、環境監測和重污染企業的清潔生產等各個方面都有生物技術的身影，并發揮著極其重要的作用[1]。使用環境生物技術處理環境污染物時，最終產物大部分是無毒害且穩定的物質，大部分有機污染物都轉化為二氧化碳、水和氮氣等。應用生物技術處理污染大多能一步到位，避免了污染物再次轉移，因此它可以安全而徹底的消除污染。大部分有機污染物適可作為其他反應的底物，這些有機污染物經過生物轉化后變成酒精、沼氣、氨基酸、多肽等有用物質。生物轉化的技術因此常常作為有機污染物資源化的首選技術。

3 環境生物技術的應用進展

3.1 在治理大氣污染和改善空氣質量中的應用

霧霾是2014年出現頻率非常高的詞，整個冬天它都糾纏著我國大部分城市，這樣大規的霧霾天氣說明我們的空氣質量正在急速下滑，大氣污染問題已經不容忽視，它已經嚴重影響人們的生活和身體健康。我國對治理大氣污染、空氣污染非常重視，生物技術已經應用在大氣污染治理上。目前主要采用的方法有生物的吸附、生物的洗滌和生物的過濾等方法[2。生物技術雖然仍需要更大程度的提升，但與傳統的廢氣治理方法相比，生物技術轉化廢氣效果更加明顯，而且節省時間，大大提高了工作效率。生物技術對能源的凈化和轉化更加安全可靠，經過處理的氣體不會造成二次污染，甚至可以達到二次利用的效果。

3.2 在改善水體質量，治理水源污染中的作用

生物技術應用最為廣泛的領域就是在改善水體質量方面，生物處理是目前水處理技術的重要手段，世界范圍內大多都采用這一方法進行污水的處理。我國在污水處理上也會遵循這一趨勢，不斷研究發展并提升生物處理污水的能力。目前常見的水污染治理的生物技術有活性污泥法、生物膜處理法、穩定塘法、土地處理系統法和人工濕地處理系統法等[1]。生物技術應用突出表現在微生物水處理劑、廢水處理、以及生物修復等方面。

3.3 在治理土地污染中的作用

我國針對土壤嚴重污染的問題，出臺了較多政策進行治理。目前我國通常采用物理治理的方法解決土地污染，通過大面積的植樹造林，保持水土，啟動土壤森林凈化循環的作用，避免發生大范圍的水土污染和流失。其他物理化學方法以洗脫、吸附）為主 ，不僅投資成本高，而且極易造成二次污染[1]。我國作為農業大國，農業生產對土地的依附性很大，如果不注意土地污染問題的治理，后果不堪設想。但傳統方法修復周期過長，治理速度遠遠不及污染速度，因此必須運用生物技術對土壤污染進行治理，同時保護土壤的有機成分，挽救每況愈下的土地。

3.4 生物技術的其他應用方向

生物轉化過程是以酶為反應介質進行的，因為酶是一種活性蛋白，極易受到酸、堿及高溫的破壞，所以生物反應的過程必須在常溫、常壓的環境下進行。生物反應的條件相對比較好達到，因而其投資少、耗能低、速度快好、效果好、操作簡便、設備簡單。

生物轉化代替化學處理可以大大降低反應過程的污染水平，更有利于實現生態化生產或無廢生產，從而實現清潔生產的目的。此外，生物反應的產品及副產品大多都是可以加快生物降解，有的甚至是下一次反應的催化劑，且反應產物大多可以作為其他生物的營養源加以利用。用生物反應產物代替一些化學藥物、人工合成物、化石能源等，能把產生活動帶來的環境污染降到最低，真正使經濟發展遵循可持續發展的原理。應用生物技術還可以處理其他方法無法處理的環境問題，比如生物修復技術凈化環境，能使受污染的珍貴資源如水資源、土地資源等恢復到健康的水平。

4 結束語

隨著經濟的不斷發展，我國環境問題日益凸顯，環境問題亟待解決，現有的生物技術已經不能滿足社會發展的需要，因此需要不斷挖掘生物技術的潛力，環境治理和技術革新的探索之路還要繼續走下去。未來生物技術的研究必須要考慮到經濟發展的因素，實現經濟發展與環境保護相統一，促進社會進步與環境保護的協調發展。

生物技術進展論文:鹽堿化草地恢復技術最新進展 II 生物技術

摘要：鹽堿化土地的恢復和治理是人類共同面臨的一個難題，解決草地鹽堿化問題的根本途徑在于恢復植被，改善土壤結構。生物改良技術具有物理、化學和水利改良技術所不具有的優勢，如實用性、經濟性和可操作性等。羊草、星星草、野大麥是目前進行植被重建時重點選擇的品種。基因工程可提高植物的耐鹽能力，受到越來越多的關注。

關鍵詞：鹽堿化草地；植被重建；生物改良技術

為本文通訊作者幾十年來，國家和地方投入大量人力、物力和財力研究改造鹽堿地，經歷了從單項措施（20世紀50年代以農業改良措施為主、20世紀60年代以水利措施為主）到綜合措施（20世紀70年代開始農、林、牧、水全面治理工作）、從小范圍試驗到大面積推廣的過程，在土壤鹽分的成因規律和特征、不同灌溉格局下的水鹽運行機理、耐鹽堿植物的篩選、鹽堿地恢復與重建的技術措施等諸多方面，取得了新的進展和突破，收到了較好的治理效果。

１地表覆被

地表覆被可減緩或抑制水分與大氣間直接交流，對表層土壤水分蒸發起到阻隔作用，明顯減少土壤水分的蒸發，抑制鹽分在地表積聚，防止土壤返鹽，從而達到改良目的。地表覆蓋物可以利用枯草層、作物秸稈等。

11枯草法

枯草混入土壤中，增加了土壤孔隙度，不斷釋放營養元素，改善了土壤結構和營養狀況，使水鹽運動發生改變，降低了土壤鹽分。枯草在分解過程中釋放出大量有機酸，起到了酸堿中和作用［1，2］。在枯草層實驗區和光堿斑對照區內，播種了羊草和野大麥，播種量為75kg/hm2，播種時間為6月末。7月10日測得枯草層實驗區羊草出苗數為66株/m2，野大麥出苗數為69株/m2；光堿斑對照區羊草出苗數為12株/m2，野大麥出苗數為16株/m2。枯草層實驗區的羊草和野大麥出苗率分別為光堿斑對照區的46倍和43倍。到了9月20日枯草層實驗區的羊草存留株數為17株/m2，野大麥為20株/m2；而光堿斑對照區的羊草僅存1株/m2，野大麥為3株/m2。有枯草層的羊草和野大麥的保留率分別為光堿斑的85倍和66倍［1］。維持枯草層是草地資源可持續發展和利用的必要條件之一。

12秸稈法

在裸堿地上扦插和平埋玉米秸稈，可以使土壤理化性質各項指標有所改善，土壤表層可溶性鹽分明顯下降，土壤有機質含量提高，土壤pH值降低。同時，秸稈可以有效地截留一定量的耐鹽堿植物的種子，尤其是虎尾草種子［3］。吳泠等（2001）在約05hm2的裸堿斑上，把直徑約2cm的玉米秸稈切成25cm長的片段，進行扦插和平埋處理。扦插的行距和列距均為40cm，扦插深度為5～10cm，秸稈的施用量為350g/m2；平埋處理行距為25cm，平埋深度為1～2cm，施用量為320g/m2。實驗一年后，兩種處理方式都取得了良好的改良效果，其中扦插處理比平埋處理的效果更好。扦插玉米秸稈可顯著提高土壤種子庫，改良區土壤種子數量為402　010±177　316粒/m2，次生光堿斑土壤種子庫為1　010±3　116粒/m2，被截留的種子為植被恢復提供了種源。虎尾草能在玉米秸稈周圍存活，每個玉米秸稈周圍可生長319±212株，產量可達68　164±38　172g/m2　［3，4］。使用秸稈法，不需要購買大量化學藥品和大規模的機械和人力投入，技術相對簡單、成本較低［3］。

2植被重建

21羊草

羊草廣布于我國東北和內蒙古的草原區，營養價值高、適口性強，同時耐寒、耐旱、耐鹽堿、耐踐踏，適于調制各種干草，是抗逆性最強、適應性最廣的野生優良牧草之一。目前羊草已成為我國北方鹽堿化草地改良的主要優良品種之一［2］。播種后羊草形成繁茂的單優群落，主要靠根莖進行營養繁殖，播種后2～3年內應禁止任何利用，以使羊草群體獲得充分繁殖生息的時間，增加羊草與其他雜類草競爭的能力。羊草根莖主要分布在土層5～10cm深處，根莖縱橫交錯，其上又生長較多的細根，地表又被植被覆蓋，使土壤深層鹽堿不能上返，表層的鹽堿還會被羊草的活動所中和或下移，形成新的表土層，植物群落得以穩定。

22星星草

星星草為典型鹽生植物，在平原主要生長在堿湖周圍和低濕的鹽堿斑上，屬C3植物。以星星草為優勢形成的草地，分布廣、數量多，可用于割草又可用于放牧，是鹽堿化草地上優良的牧草之一。由于星星草分蘗多，生長郁閉，可以積累、保持土壤的腐殖質，特別是地下的須根系，改善堿土的物理結構，土壤有機質、全氮、全磷含量增加，土壤全鈉、全鈣、全鎂含量不同程度降低，土壤含鹽堿量下降，從而達到改良堿斑的作用［5］。種植星星草三年的地塊，0～10cm土層的pH值由1078降至875［6］。3年后可作適度放牧利用，并可作為割草場。

23野大麥

野大麥營養價值高，適口性好，抗逆性較強，在pH值85～95的堿性土壤中生長良好，先后在吉林、內蒙古、河北、甘肅、新疆、青海等省區都有栽培。野大麥草叢茂密，葉量大，較長的營養枝上可達86～134片葉。播種第2年后，每年可刈割兩次，第1次在6月下旬為宜，第2次在8月下旬為宜。如果刈割后有條件施肥灌水，可大幅度提高產量［2］。

3基因工程

近年來，植物耐鹽基因工程研究越來越受到關注，一些與植物耐鹽性有關的基因相繼被克隆，不同程度地提高了轉基因植物的耐鹽能力。應用于植物基因工程的耐鹽基因主要有：滲透保護性物質合成基因、與水分脅迫相關的功能蛋白編碼基因、與信號傳遞和基因表達相關的調控基因、與細胞排毒抗氧化能力相關的酶基因等［7-9］。

4小結

鹽堿化草地恢復是一項長期的、復雜的、系統的、涉及多學科的綜合治理工程，也是一個循序漸進、逐步顯效的過程，經過多年攻關，該領域研究已取得很大進展。物理、化學、水利等措施易受條件限制，成本高，難度大。相比之下，生物措施成本低、見效快、易推廣，能從根本上解決草地鹽堿化問題，是鹽堿化草地恢復技術的發展方向［10］。在理論和方法創新的支持下，將會不斷出現鹽堿地恢復的新材料、新方法和新技術，實現草地生態系統的可持續發展。

生物技術進展論文:生物技術在含油廢水處理中的應用研究進展

【摘要】本文對含油廢水處理工藝中的生物處理技術進行了相關流程和方法的探究，并最終提出了生物深度處理技術這一發展趨勢。

【關鍵詞】含油廢水；生物技術；過程；深度處理

一、生物處理技術的概況介紹與應用實例

（一）概述

生物處理技術處理含油廢水指的是利用在微生物代謝作用下，將分散到水中的原油、有機污染物進行降解處理，使有機污染物質轉化為穩定的無害物質，最終完全無機化。近來較普遍應用且相對成熟的生物處理工藝包括好氧生物處理技術和厭氧生物處理技術兩大類。顧名思義，所謂好氧生物處理技術，是指利用好氧微生物代謝作用處理含油廢水的技術，按所選材料，分為活性污泥法、SBR法、生物膜法、氧化塘法、AB處理法等形式；而厭氧生物處理技術，則是利用厭氧微生物作用進行含油廢水處理的技術，按處理設備，分為厭氧接觸法、厭氧生物濾池、升流式厭氧污泥床（UASB）、厭氧生物轉盤等處理方法。這兩類生物處理技術在有機物負荷、污泥產率，能耗、營養物需要量、應用范圍，對水溫適應性、啟動時間以及處理效果各方面作用不同，相對來說，好氧生物技術在處理效果上較厭氧處理技術好，但兩者各有其優缺點，單純采用一種技術難以達到理想效果。因此，結合使用兩種處理技術進行含有廢水處理變得較為普遍，遵照分級處理程序，先采用厭氧技術進行初步處理，利用好氧工藝進行處理檢驗和再處理，以確定合理的技術過程。

（二）實例

學者對含油廢水處理技術的綜合研究表明，油田污水的處理方法很多，如物理法、化學法等，這兩種方法都能夠獲得一定的處理效果，但存在較多劣勢，前者成本高，后者由于投入了化學藥劑極易產生二次污染。相比之下，生物處理技術的經濟性、適用性最強，對于大規模污水處理收到較好效果。在國內許多油田得到應用，以下對應用該技術的油田及其廢水處理工藝作基本介紹：1.勝利油田王家崗廢水處理站，該站點建成投產于2002年，利用美國公司菌種，由油田自行設計完成占廢水總量約為70%的含油廢水處理工程。其技術處理過程為：含油廢水—接收罐—兩級大罐沉降—溶氣浮選—混合池—接觸氧化池—沉淀池—計量排放。該站經過生物處理技術的廢水指標滿足國家廢水排放標準。2.大港油田東二廢水處理站，該站用美國公司RBC菌種，借助容積為2700m3的接觸氧化池每天處理上萬立方的廢水。其廢水處理技術過程為：兩級沉降—過濾—隔油—接觸氧化池—緩沖池—氧化塘—排放。經處理后的廢水符合國家要求排放標準。3.冀東油田高一聯廢水處理站；該站同樣建成并投產于2002年，該工程采用石油大學技術每天實際處理的廢水量約3600m3，僅小于設計處理能力400m3，其廢水處理技術過程為：兩級大罐沉降—過濾—緩沖罐—泵提升—冷卻塔—均質池—厭氧池—中沉池—接觸氧化池—二沉池—緩沖池—提升—排放。對外排水質的驗收報告平均數據進行處理，表明廢水排放符合國家標準。

二、含油廢水生物處理技術方法

隨著油田開采力度加大，采油技術也在不斷發展，前后經歷了天然能量動力、人工注水方式、改變注入水特性這三次采油變化。目前較普遍采用以人工注水方式保持地層壓力，以及通過改變注入水的特性提高采油率的后兩種采油方式。由于經電脫水、分離出來的“油田污水”成分復雜，除含原油以外，還溶有各種有害雜質，因此，選取生物處理技術對廢水進行處理，方法有：1.曝氣生物濾池組合工藝法，該方法是在微生物氧化分解作用，填料及生物膜的吸附阻留作用和食物鏈分級捕食作用以及反硝化作用下共同完成的。相比傳統的活性污泥法，具有生物濃度、有機負荷高，占地面積小，過程簡單，成本投入低，抗溫性好，菌群組成合理，耐沖擊性等優點。包括：1）膜生物反應器—曝氣生物濾池法，它能夠高效快速過濾超濾膜，同時有效降解高濃度活性污泥生物，且不借助二沉池和污泥回流系統，具有成本小、能耗低以及處理效果好等優點。2）超聲氣浮—BAF法，在羥基自由基氧化、氣泡內高溫熱解和超臨界水氧化三種因素作用下，利用聲化學這一邊緣科學，在大于20Hz的超聲波條件下，提高化學反應速率，超聲波有促進有機污染物降解和提高廢水的可生化性的功能，但單獨應用時去除廢水中有毒物質的能力不高。3）A/O—BAF法，此方法模式是“隔油/氣浮/二級生化”，處理效果不甚理想。2.氧化溝，氧化溝是在20世紀中期由荷蘭開發的一種污水處理工藝，它是在傳統活性污泥法的基礎上進行改造生成的，污水和活性污泥的混合液可在溝渠形的曝氣池中循環流動。其技術過程簡單，處理效果良好，排放水達標。3.人工濕地，該方法處理污水最初是借助蘆葦之類的人工濕地凈化污水，去除其中大量有機和無機物。經過發展，演變為利用基質、微生物和植物，在生態系統的物理、化學和生物協調作用下，通過過濾、吸附、吸收和分解等一些列過程來凈化廢水，實現廢水無害化處理目標。同時通過生物地球化學循環，有利于綠色植物生長。它在出水水質、營養物質去除能力、成本費用、技術含量、綜合管理方便等方面具有明顯優勢。4.氧化塘，將各類微生物和藻類置于氧化塘中，發生氧化反應后，去除有機污染物，使其轉變為無機物。研究表明，它對油、酚類有機物、硫化物等的去除效果都較好。5.特種菌類處理，在污水生物處理中，很多細菌具有特殊功能，這些菌類經過分離、培養后，對有機物處理有良好效果。

三、生物處理技術的主要問題及趨勢

目前采用高效降解菌的生物深度處理技術在含油廢水深度處理領域的研究已取得很大進展，但未來發展中仍存在以下問題，需要重視。體現在：1.由于含油廢水所含有機物復雜、繁多的特性，需要結合各種方法，優化各步處理技術，再找出一套綜合工藝，滿足深度處理技術高效處理廢水的要求。2.提高含油廢水深度處理器中特殊菌的濃度與活性。在了解含油廢水成分組成的基礎上，分離、培養各篩選優勢菌種，監測該菌的最佳降解條件。根據反饋信息，提高凈化效率。3.基于生物工程技術的處理效果，創新技術。提高更有效處理含油廢水的可能性。

國外處理采油廢水的技術已經由單一利用一種方法轉變為多種方法結合使用，出現了物理化學方法與生物技術綜合運用，提高了廢水處理效率和達標度。而國內多利用二次、三次采油工藝處理廢水，相對較落后，不能達到理想的處理效果，為對油田中這種難降解含油廢水進行處理，生物深度處理技術成為國內油田采油廢水處理技術的發展趨勢。

生物技術進展論文:現代生物技術在環境保護中的應用研究進展

摘要　介紹了我國生態環境現狀，闡述了現代生物技術在治理環境污染應用方面的優點及其在環境保護中的應用情況，并對其應用前景進行了展望，以期促進現代生物技術在環境保護中的應用。

關鍵詞　現代生物技術；環境保護；應用；前景

隨著現代工業技術的迅速發展，我國國民經濟社會總體發展速度較快，城市化進程的步伐也日益加快。在經濟高速發展過程中，環境問題也隨之而來。為了全面建設小康社會，保證國民健康，維護社會可持續、健康發展，必須采取有力措施進行環境保護。因此，積極利用現代生物技術、加強環境保護已經成為人民日益關注的課題。為了實現社會健康、持續發展，實現各類資源的永續利用，環保工作者的首要工作任務就是努力保護和提高環境質量。

1 我國生態環境現狀

在我國過去幾十年的經濟快速發展中，由于片面重視經濟GDP的高速發展而忽視了經濟發展中的環境保護，導致目前環境狀況十分嚴峻。近年來雖采取了大量控制措施，但環境質量下降的趨勢仍在繼續。我國是世界上環境污染最為嚴重的國家之一，由于工業“三廢”污染、農用化肥和農藥的污染，造成水體污染嚴重，無法利用。全國約300個城市工業生產和居民生活用水較為短缺，成為缺水城市，占全國600個城市中的50%；而農村這一情況更加嚴重，約有1億人口和2億頭牲畜飲水困難。在廣大農村，由于水體和土壤的嚴重污染，耕地利用效率大大降低，不僅減少了有效耕地面積，而且直接威脅居民身體健康，引發各類疾病[1]。目前的當務之急就是要盡快應用高新技術，綜合治理和保護環境，從而有效控制環境污染，保持生物多樣性和生態平衡。

2 現代生物技術在治理環境污染方面的優點

由于基因重組技術的發現和應用，一項以基因工程為核心的現代生物技術迅速崛起，并成為高新產業革命的重要標志之一。現代生物技術是以DNA分子技術為基礎，包括微生物工程、細胞工程、酶工程、基因工程、蛋白質工程等一系列高新技術。環境生物技術是由現代生物技術與環境工程相結合的新興交叉學科，是應用生物圈的某部分使環境得以控制，或治理預定要進入生物圈的污染物的生物技術。這一技術在解決環境問題過程中顯示出了獨特的功能和顯著的優越性，不僅充分體現出這項技術是一個純生態的過程，且從根本上體現了可持續發展的戰略思想。在環境的保護和污染治理中，環境生物技術與傳統方法相比較，具有明顯優勢。生物轉化技術可以真正實現清潔生產的目的，其充分利用生物過程減少生產中產生的污染，很大程度上代替了傳統生產中的化學過程，更有利于實現無廢生產，促進了生產工藝的生態化。現代生物技術的發展，尤其是酶工程、細胞工程、基因工程等，提高了生產效率，強化了環境生物處理過程，在工農業生產中應用這些技術，可以降低成本，其高專一性等特性為環境生物技術在環境保護中的應用展示了更為廣闊的前景。

3 現代生物技術在環境保護中的應用

3.1 環境監測與評價

近年來，國內外研究較多的是應用PCR技術生物芯片、生物傳感器等生物高新技術進行環境監測。Niedrhauser等利用PCR技術檢測了食品中的單核細胞生利斯特氏菌（易導致人類腦膜炎）。傳統方法至少需10 d時間，應用PCR技術大大縮短了分析周期，對該菌種的分析只需數小時。劉永軍等通過設計多種腸道病原細菌的通用引物，運用實時熒光定量PCR方法，實現了環境水體中腸道病原細菌的定量檢測[2]。可以預見，PCR技術在檢測水體、土壤等環境中的致病菌、指示菌及基因工程菌方面將發揮越來越重要的作用。

近年來，利用生物傳感器監測環境中的污染物，日益為人們所青睞。目前，生物傳感器具有使用方便、成本低、省時、易制作等優點，如甲烷生物傳感器、氨生物傳感器、乙醇生物傳感器、亞硝酸鹽生物傳感器、BOD生物傳感器等已達到商業化應用水平，在環境監測中的應用前景廣闊[3]。

3.2 工業污水和生活廢水的處理與凈化

工業污水和生活廢水中含有多種有毒物質，例如氰化物、酚類、有機汞、重金屬、蛋白質、有機酸、醇、醛、有機磷等，這些污水和廢水成分構成復雜，凈化難度也較大。生物凈化污水的常用方法為固定化酶和固定化細胞技術，也就是酶工程技術。國外已經有許多成功的應用經驗，利用固定化酶和固定化細胞實現對工業污水和生活廢水中無機金屬、有機污染毒物的高效處理。例如德國，以共介結合法制成農藥降解酶柱，將酶固定于硅珠及多孔玻璃上，從而實現對多種農藥的降解，包括對硫磷等，去除率超過95％。而在我國，固定化細胞技術的應用也有了較大發展，主要用于降解合成洗滌劑中的表面活性劑，對于含100 mg/L廢水，酶活性保存率和降解率均超過90%。

（1）廢水好氧生物處理。活性污泥法是一種應用最廣的廢水好氧生物處理技術，它是利用某些微生物在生長繁殖過程中形成表面積較大的菌膠團來大量絮凝吸附廢水中污染物，并在氧的作用下將這些物質同化為菌體本身組分。活性污泥有著很大的表面積，能夠與混合液進行廣泛接觸，在較短的時間內，通過吸附作用，除去廢水中大量的呈懸浮狀態和肢體狀態的有機污染物，使廢水的BOD值大幅度下降。該方法不僅操作簡單、方便，而且能使運行管理人員隨時了解曝氣池中活性污泥的濃度和泥質情況，從而掌握和控制整個工藝的運行參數，通過確定穩定的污泥沉降比值，從而達到高效污水處理的效果[4]。

（2）廢水厭氧生物處理。厭氧生物處理又稱厭氧消化，是在厭氧條件下由許多種微生物的共同作用，使有機物分解并形成甲烷和二氧化碳的過程。其過程包括水解發酵階段、產氫產乙酸階段和產甲烷階段。由于厭氧處理能量需求低，污泥產量低，能分解好氧生物所不能分解的微生物，因此這項技術也被廣泛應用于當今廢水處理方面，并達到了預期的效果。

3.3 污染土壤的生物修復

土壤污染也是較為嚴重的環境污染問題之一，其最主要表現形式是土壤板結沙化、重金屬污染，導致土壤無法利用，威脅農業生產。利用生物修復技術治理土壤重金屬污染，主要是通過酶促反應等生物作用，對土壤中的重金屬進行固定，由于重金屬元素的化學形態發生了改變，其移動性也相應降低，通過有針對性的生物對其吸收、代謝，可以削減土壤中重金屬的含量，達到凈化土壤和降低毒性的目的。其中應用最廣的屬低溫微生物修復技術，重金屬的低溫微生物修復是利用低溫微生物的生物活性，對重金屬親和吸附或轉化為低重金屬的污染程度。此外，污染土壤經過生物修復過程后還可以增加土壤有機質的含量，激發微生物的活性，由此可以改善土壤的生態結構，這將有助于土壤的固定，遏制風蝕、水蝕等作用，防止水土流失等[5]。

3.4 白色污染的處理和消除

我國每年產生的塑料垃圾數量十分巨大，對環境的破壞程度也十分嚴重，城鄉廢棄塑料袋和農用地膜在土壤中幾十年都不分解，是形成環境污染的主要污染物之一，利用現代生物技術廣泛分離可以降解塑料的微生物群。對塑料制品中的主要成分聚酯分子結構進行破壞，從而消除污染物質。日本及德國已經開展了相關研究，利用細菌生產塑料，通過基因工程方法，對細菌生產聚合物的功能基因進行分離和重組，實現多功能塑料的高效生產。英國在這方面的應用已經實現了產業化，利用微生物生產的塑料深受消費者歡迎，尤其是受到生態環境保護者的青睞。在應用現代生物技術治理白色污染的同時還應大力推廣可降解的塑料制品和地膜的應用和研發，從根本上解決白色污染。

3.5 化學農藥污染的消除

據估計，我國每年大量使用農藥后，僅有0.1％左右的農藥可以作用于目標病蟲，99.9％的農藥則進入農業生態系統，并在食物鏈中不斷傳遞、遷移，對長期生活在農業生態系統中的人類構成危害，同時也對大氣、水源造成污染。為了解決這些問題，人們致力于研制安全有效的方法，也取得了相應的進展。一方面是利用微生物對農藥的毒害殘留成分進行降解，消除其不利影響。微生物通過其生化途徑，分解農藥成分，形成無害產物，如CO2和H2O，從而實現無副作用的農藥污染治理。另一方面應全面推廣生物農藥，從源頭上消除農藥對環境的污染。生物農藥，主要是利用某些特殊微生物或微生物的代謝產物所具有的殺蟲、防病、促生功能。其有效功能成分完全存在和來源于自然生態系統，是一種來于自然、歸于自然正常的物質循環方式，它的最大特點是極易被日光、植物或各種土壤微生物分解。因此，可以認為它們對自然生態環境安全、無污染。英國科學家利用一種叫綠僵菌的真菌殺滅蝗蟲，已經取得良好效果。目前，國際上真菌殺蟲劑的開發研究方興未艾，發展迅速[6]。

3.6 微生物脫硫治理空氣污染

煤炭直接燃用時將排放出大量的SO2等有害氣體，造成大氣污染，并由此引發酸霧、酸雨，破壞生態平衡，危害人類健康。據北京環保局計算，2010年北京市僅燃煤每年排入大氣的SO2就高達26萬t。生物學家利用微生物脫硫，把Fe2+ 變成Fe3+，把單體硫變成硫酸，取得了良好效果。如日本中央電力研究所從土壤中分離出一種硫桿菌，它是一種鐵氧化細菌，能有效除去煤中的無機硫。目前，在美國和德國已建成2個實驗室規模的連續生化脫硫試驗裝置。4個歐洲研究組織在意大利撒丁島已建成一套工業規模的中試連續生化脫硫裝置。這些研究已經取得了很大的進展，獲得了許多有價值的數據，為朝著工程應用方向發展奠定了基礎。微生物脫硫技術簡單，成本低，更為重要的是符合“源頭防治”的環保新理念，比“末端治理”（污染產生后再治理）效益高，是很有前途的大氣污染治理方法[7]。

4 發展前景

我國是一個發展中大國，改革開發30余年來，我國經濟總量已居世界第2位，但經濟持續高速增長的同時也伴隨著嚴重的物質資源過度濫用和生態環境的嚴重破壞。現代生物技術作為一種有效的環境污染治理措施，受到越來越多的關注，其在環境生物監測、污染治理、生物修復等方面都得到了廣泛的應用，并取得了很好的經濟效益和社會效益。更新環保理念，積極借鑒發達國家先進的現代生物技術，對適合我國國情的新技術要加以引進、消化、吸收、創新，大力發展現代生物技術，是我國推進循環經濟、實施可持續發展戰略的重要組成部分，也是實現全面建設小康社會的宏偉目標，推動整個社會走上生產發展、生活富裕、生態良好的文明發展之路的重要技術保障。隨著現代生物技術研究的進展和人們對環境問題認識的深入，人們已越來越意識到，現代生物技術的發展為根本上解決環境保護問題

提供了無限的希望。現代生物技術的迅猛發展無疑將會推動環境保護理論及技術的日臻完善，為人類治理和保護環境提供更多可行、可用、有效的方法。

生物技術進展論文:環境保護工程中生物技術與重要進展分析

摘 要：隨著全球范圍內對環境保護的高度重視和越來越嚴厲的環境法，市場對環境生物技術的需求越來越廣泛。同樣，隨著環境生物技術的進展和市場開拓，其應用已從單個的環境目標治理，發展為廣泛應用于環境保護的各個方面。本文主要闡述了環境保護工程中環境生物技術的特點，并針對環境生物技術的重要進展進行分析論述，僅供參考。

關鍵詞：環境保護；環境工程；生物技術

環境生物技術已不單純是一種污染治理技術，而已開始影響到包括其他行業的產業政策，促進各工業部門逐步以生物過程替代傳統的化工過程，如利用生物酶制劑在造紙行業中，進行生物漂白，減少甚至徹底替代化學漂白，并最終在造紙工業中實現完全的生物制漿和生物漂白，徹底解決嚴重污染我國水環境的造紙黑液問題，使許多污染行業的工業生產真正進入無污染的清潔生產的軌道。

1 環境生物技術的特點

生物是構成生態系統的要素，生態系統內物質循環主要是依靠生物過程來完成的。科技的發展也充分證明生物技術是環境保護的理想武器，這一技術在解決環境問題過程中所顯示的獨特功能和顯著優越性充分體現在它是一個純生態過程，從根本上體現了可持續發展的戰略思想。生物技術在處理環境污染物方面具有速度快、消耗低、效率高、成本低、反應條件溫和以及無二次污染等顯著優點，加之其技術開發所預示的廣闊的市場前景，受到了各國政府、科技工作者和企業家的高度重視。

目前生物技術應用于環境保護中主要是利用微生物，少部分利用植物作為環境污染控制的生物。生物技術已是環境保護中應用最廣的、最為重要的單項技術，其在水污染控制、大氣污染治理、有毒有害物質的降解、清潔可再生能源的開發、廢物資源化、環境監測、污染環境的修復和污染嚴重的工業企業的清潔生產等環境保護的各個方面，發揮著極為重要的作用。應用環境生物技術處理污染物時，最終產物大都是無毒無害的、穩定的物質，如二氧化碳、水和氮氣。利用生物方法處理污染物通常能一步到位，避免了污染物的多次轉移，因此它是一種消除污染安全而徹底的方法。大部分有機污染物適于作為底物，一些有機污染物經生物過程處理后可轉化成沼氣、酒精、生物蛋白等有用物質，因此，生物處理方法也常是有機廢物資源化的首選技術。生物過程是以酶促反應為基礎的，酶是一種活性蛋白，生物反應過程通常是在常溫、常壓下進行的，因而投資省、費用少、消耗低、效果好、過程穩定、操作簡便，同時，它還可和其他技術結合使用。生物過程代替化學過程可以降低生產活動的污染水平，有利于實現工藝過程生態化或無廢生產，真正實現清潔生產的目標。另外，生物技術的產品或副產品基本上都是可以較快生物降解的，且都可以作為一種營養源加以利用。用生物制品代替一切可以取代的化學藥物、化石能源、人工合成物等，有助于把人類活動產生的環境污染降至最低程度，使經濟發展進入可持續發展的軌道。利用環境生物技術可治理用其他方法難以處理的環境介質，即用生物修復技術凈化環境，使受污染的寶貴資源如水資源、土壤等得以重新利用，同時還可進一步強化環境的自凈能力。

2 環境生物技術的重要進展

環境污染不但影響了國民經濟的可持續發展，甚至已威脅到人類的健康、智力乃至生存，因此全球各國近幾年都在尋找新的途徑和方法，以治理和解決環境污染問題。我國是一個發展中國家，經濟水平和科技總體水平離國際發展水平仍有相當差距，這就要求我國在科技發展特別是環保高科技發展上，需跟蹤國際前沿，與國際同步開發未來可能應用的高新技術。以下介紹幾項已接近產業化的環境生物技術。

2.1 高硫煤微生物脫硫技術

我國是一個發展中國家，開發廉價的、操作簡便的煤脫硫技術，將具有深遠的經濟和環境保護意義。與現有的物理、化學法相比，微生物潔凈技術具有投資低、操作簡便、反應條件溫和、不產生新污染，并可和現有的物理洗煤過程相結合，脫除其中的灰分，而煤基本無損失，且可提高煤的燃值等優勢。

煤的微生物潔凈技術主要是脫硫、脫塵。煤炭中的硫分主要包括有機硫和無機硫、無機黃鐵礦硫以及少量的硫酸鹽硫。其中，有機硫分、黃鐵礦硫FeS2較易去除，早期的研究主要利用一些自養菌在幾天時間里將黃鐵礦氧化分解成鐵離子和硫酸，硫酸溶于水中而排出。雖然該方法脫硫效率較高，可去除90%的無機硫，使某些煤的含硫量降至1%以下，但處理的時間較長，并要求較大的反應器容積和較細的煤炭粒徑。

為提高脫硫效率，近年來研究人員把選煤技術之一的浮選法和微生物處理相結合，即把煤粉碎成微粒與水混合，并將微生物加入溶液中，讓微生物附著在黃鐵礦表面，使其表面變成親水性，能溶于水。在浮選中其難以附著在氣泡上，下沉至底部，從而把煤和黃鐵礦分開。由于它僅處理黃鐵礦的表面，因此脫硫時間只需數分鐘即可，從而大幅度縮短了處理時間，可脫除無機硫約70%。另外，該法在把煤中的黃鐵礦脫硫時，灰分也可同時沉底，所以也具有脫去灰分的優點。目前，浮選法微生物脫硫已成為國際上潔凈煤技術開發的熱點。

2.2 造紙工業生物制漿和生物漂白技術

造紙工業中的制漿和漂白工序是污染物產生的主要工序。與化學法相比，雖然機械法制漿紙漿得率高，可節省大量林木資源，但能耗很大，成品紙強度等質量性能不如硫酸鹽漿，因而限制了這項技術的發展。生物技術可以幫助解決這問題，其中以生物制漿與生物漂白為最具優勢，采用生物制漿與生物漂白可以有效減少蒸煮黑液和漂白廢液的產生。利用微生物與微生物酶類進行生物制漿與生物漂白具有很大的優勢和潛力，因為微生物極易生長繁殖，酶催化反應具有高度專一性，反應條件溫和，并且高效無污染。

木質素是造紙工業中有效利用纖維素的最大障礙。傳統的化學漂白法是采用多段的氯/二氧化氯漂白及堿提取來去掉木質素，在廢水中會有大量含氯的、致癌致畸的物質，如呋喃、二惡英等，造成嚴重的環境污染和生態破壞。將生物預漂白技術引入制漿造紙工業中，用木聚糖酶對紙漿進行預漂白，至今，用于生物預漂白的木聚糖酶已經經歷了三代的發展。目前，對第三代木聚糖酶的研究與應用正進入高峰期，采用基因工程與蛋白質工程手段獲得性質優良的耐熱耐堿木聚糖酶已成為各相關實驗室的研究熱點，期望不久的將來重組酶會更有效地應用于漂白工藝中。未來生物制漿和生物漂白的技術突破將使造紙工業擺脫污染，實現清潔生產。

2.3 污染土壤的生物修復

人類的生產活動，當代工業的迅速發展，大量的人造化學物質排放入環境中，對資源和環境構成越來越嚴重的破壞。化石燃料的開采和使用，工業三廢的排放，給我們賴以生存的環境造成難以估量的污染，不僅制約了經濟的發展，而且影響到人類的健康和生存。

針對嚴重污染的土壤，我國尚未采取大規模的治理措施，僅在少數地區開展了治理，并以物理化學方法(如洗脫、吸附)為主，不僅投資成本高，而且也造成了二次污染。對全國范圍的污染環境進行修復，若采用傳統方法，即使考慮勞動力相對便宜的因素，其投資規模將仍然非常龐大，如采用生物修復技術，不僅其投資規模大為縮小，而且還沒有二次污染。綜上所述，環境污染的生物修復技術是我國今后治理環境污染必須發展的生物技術，更具有廣闊的市場和發展前景。可預見，在21世紀，生物修復技術將成為我國生態環境保護領域最具有價值和最具有生命力的大面積污染的優選生物工程技術。

生物修復技術是80年代以來出現和發展的清除和治理環境污染的生物工程技術，其主要利用生物特有的分解有毒有害物質的能力，去除污染環境如土壤中的污染物，達到清除環境污染的目的。實踐結果表明生物修復技術是可行的、有效的和優越的，此后該技術被不斷擴大應用于環境中其他污染類型的治理。生物修復是采用諸如提高通氣效率、補充營養，投加優良菌種、改善環境條件等辦法來提高微生物的代謝作用和降解活性水平，以促進對污染物的降解速度，從而達到治理污染環境的目的。

結束語

目前，我國的環境生物技術處于剛剛起步階段，該技術的進一步開發需要得到社會、同行及主管部門的廣泛支持，大力開展以污染控制生物技術為主體的環境生物技術的研究，將大力推進生物技術在環境保護中的應用，并將通過生物高技術的發展帶動整個環保科技的發展，解決我國目前和未來面臨的嚴峻的環境保護問題，并為環保市場提供高品質的環境保護高技術，應該充分認識到環境生物技術開發對我國環境保護和社會、經濟發展的重大意義。