千年古木吐新枝

生物工程是一项具有悠久历史和近期突破的新兴高技术。按照人们对生物物质的认识观察水平，我们大致把它划分为三个阶段：宏观的生物“个体水平”阶段，这一时期人们对于生命现象的认识仅限于感性和记叙；随后进入显微的“细胞、亚细胞水平”阶段，人们对生物的结构功能已能进行较系统深入的研究；从本世纪五十年代以后，科学家开始对生命的本质进行深入研究并取得了重大突破，从而使生物工程进入了精密定量的“分子水平”阶段。让我们通过各种实例来看看生物工程的现状。

在我们的日常生活中柴米油盐酱醋茶，衣食住行日用品，几乎都离不开生物工程。“山西陈醋”、“镇江香醋”、“生抽王”酱油等等调味佐料， “茅台”、“人头马”、“白兰地”等国内外名酒，还有泡菜、豆豉、酸牛奶、干酪和面包等都是通过微生物工程技术酿制的。“龙井”、“毛尖”、“碧螺春”等名茶的焙制也离不开生物技术。每天做饭烧的“柴”，实际上就是一种“生物能源”，随着人们生活水平的提高，广大农村也会丢掉“吹火筒”，燃起“煤气灶”，即不烧植物秸梗，改用煤或液化气。由于资源有限，人们正在通过生物工程技术，制造“生物油田”、培育“石油树”等。谈到穿，大家有目共睹，各种新兴的纺织面料层出不穷，现在人们正在利用生物工程技术，模仿蜘蛛吐丝一样，研制生产出更多、更好、更美的纺织品。日常用品的品种则更多，例如塑料包装、塑料用品，它给人们带来了许多方便，增添了生活色彩。但也给人类带来了困惑，不易分解，被称为“白色垃圾”，目前人们正在开发应用“生物塑料”，不久，我们就可克服“化学塑料”的缺点。“民以食为天”，至于每天吃的“大米”，各种“点心”，更

离不开生物工程。

当今人类社会虽已进入信息时代，但是，能源、资源、粮食、人口、环境等五大危机却严重地困扰着我们。生物工程对于缓和、解决这些重大社会经济问题，更是休戚相关，“唇齿相依”。

小小的地球，已经超负荷维持着 50 亿人口的生存。可是，现在人口仍以

1500 万/年的速度激增，而人均耕地面积锐减，到 2000 年可能只有 1.5 亩/ 人，粮食增产却又十分缓慢，致使不少人仍苦苦挣扎于饥饿线上，即使富粮国家，慢性粮食不足也将成为国家的重要课题。中国是一个农业大国，占世界 7％的耕地却养活了世界 21％的人口，的确是一个奇迹。但粮食问题仍是我国的重大课题。在国家高技术规划中，提出了向生物工程要粮的战略。随着“绿色革命”之后，将掀起农业上的“基因革命”的浪潮，就是把有用基因，通过基因“枪”或运载“火箭”等传递到培养的农作物组织、细胞或原生质体中去，使之能稳定的整合和表达，提高农作物的优良性状、改良品质、增加产量。目前在大豆、马铃薯、蕃茄、菸草和油菜中都获得了转基因植物，有的已进行了田间试验。这些转基因植物，具有抗病虫害或抗寒、抗盐碱、抗干旱等“天不怕、地不怕”而又高产的新特性；“无土庄稼”也崭露头角。

人类所需的各种营养物质，以往主要靠植物、动物来提供，现在正应用生物工程，以动植物的废弃物质为原料，通过微生物发酵工程，在发酵罐中，生产出能与动植物蛋白质等相媲美的“微生物肉”——菌体蛋白。由于该技术不受环境气候条件的影响，这样就能够稳定的、批量的供给人类必需的动植性的蛋白质。更有趣的是，有人利用发酵罐培养分散的植物离体细胞来获取一种红色天然化妆品原料或作为外敷药物；有人利用可转化离体培养的棉花细胞成为纤维细胞，用于生产“棉花纤维”，并可人为控制纤维的长度、粗细和品质；还有，给每棵植物建造一个“微型氮肥厂”，这也是生物工程应用于农业的重要课题。

俗话说：“肥多粮多”。当前，各种化肥在农业增产上起了很大作用，但对土壤生态环境也造成了不利影响，且成本较高。而“瓜与豆间作”或“瓜与豆轮作”能够提高土壤肥力，这是农民都知道的事实，是我们的祖先早在2000 多年前就总结出来的经验。它实际上就是利用根瘤菌与豆科植物如大豆、蚕豆等的根系共生，把空气中的氮素固定下来，成为作物的氮肥，从而提高土壤肥力，即使少施肥或不施肥也能高产。可是很多重要的经济作物，如水稻、小麦、棉花等却不能与根瘤菌“和平共处”，共生固氮，必须施用大量氮肥。科学家们正企图通过生物工程技术，将根瘤菌的固氮基因转移到上述农作物的根系周围大量存在而又不能固氮的微生物或致根瘤微生物细胞中，或者干脆将固氮基因引入这类农作物细胞中去，给每棵植株都建造一个“微型氮肥厂”。这种新品种，不但可满足自身肥料的需要，还可在土壤中积累一定量的氮肥供其它作物吸收利用，据估计，利用该技术所消耗的研究经费，可能仅为常规法发展氮肥工业以达到同样效果的 1/200 以至 1/2000。真可谓“一本万利”！

另外，利用花粉培养技术和组织培养技术，采用“工厂”或“实验室” 代替“种子田”和“苗圃”，已培育出多种“花粉植株”、“无土种苗”和“人工种子”等。同时具有土豆和西红柿特点的“土豆西红柿”，白菜和甘蓝特点的“生物白蓝”等新奇品种也纷纷问世。

畜牧业是农业的一个重要组成部分。利用生物工程，已培养出比普通猪

大一半的大型猪，还有既长高级绵羊毛又有优质猪肉的“绵羊猪”、自动脱毛的大绵羊等。通过无性繁殖，选择生产能力强的公牛和母牛，可使 100 头

奶牛的产奶量高于 2800 头的产量。

医药是生物工程捷足先登的领域，目前已获得了广泛应用，取得了或正在取得巨大的效益和成果。它将导致医疗科学更深刻的革命。诸如各种疫苗、医用酶和酶抑制剂、干扰素、抗生素、激素、单克隆抗体⋯⋯。例如能促进人体生长的生长激素的生产，采用发酵工程技术以后，每 450 升发酵液中的

含量，相当于 6 万具尸体所得。

单克隆抗体是近年出现的新药，它是通过细胞融合技术而得到的一种杂交瘤细胞，该细胞具有只产生一种特异性抗体又能长期增殖的特性，在医学上可用于精确诊断各种疾病，如心血管疾病、溃疡、感染和卵巢、乳腺、肺、肝等肿瘤，并可提供高效治疗剂，尤其能制成“生物导弹”。

“生物导弹”又名“药物导弹”，是一种专一性、定向性极强的药物。大家知道军事上攻击性极强的导弹，主要由运载体和弹头两大部分组成。“生物导弹”亦大致相同，只是它的运载体是特导性极强的单克隆抗体，而“弹头”则是对肿瘤细胞有着巨大杀伤力的药物，比如某些致病微生物的毒素、蛇毒蛋白、相思子毒蛋白等。有的药物不到一毫克便可置人于死地。当这些药物被制成“生物导弹”后，既可大大减少用药量，又有极强的定向性，专门攻击癌细胞，尤其对深层肿瘤的治疗更具广阔前景。预计 2000 年左右将有一批“生物导弹”投放市场。

能源危机严重制约着社会经济的发展，人类生活水平的提高。生物工程技术能为缓和或解决这一危机作出贡献。

当今所用燃料主要是煤和石油，由于大量消耗而又不能再生，而且这些燃料还严重污染环境，因此人类将面临能源危机和严重社会问题。寻找新的可再生的能源，充分开发利用已有的能量资源，便成为当今科学技术所迫切关心的课题。目前，科学家正从以下几方面进行研究探讨：

用细菌替代酵母菌而大量生产乙醇，利用基因工程菌，将木屑、纤维和不能食用的植物“加工”转换为乙醇，其价格比谷物生产的酒精低廉一倍。例如巴西的石油完全依赖进口，而国内蔗糖过剩，于是就地取材，用甘蔗为原料来生产乙醇，解决了全国汽车燃料的 50％左右；改革传统发酵工艺，利用固定化技术增殖酵母生产乙醇，其发酵周期还不及老工艺的 1/10，不仅提高了产量，还可减少能量消耗 60％。

寻求新能源现在发现有些植物或微生物蕴藏着极其丰富的可被利用的新能源。例如：生长于沙漠、干旱地的“石油”树，每年每棵树可产 50 克“石油”；海南有一种高大乔木—油楠，一棵 15 米高的树可流出几十斤“柴油”；巴西有一种“柴油树”流出的油可作为汽车发动机的燃料；美国有一种名为霍霍木的种子，含有 50％的液体蜡；另有单细胞藻类如丛粒藻含碳氢化合物量占细胞干重的 15—75％；有的细菌，如果在含淀粉和其它营养物的培养基中培养，每 5 毫克淀粉便可产优质的能源—氢气 5 毫升；就是大家都爱吃的菠菜，其叶绿体进行水光解后也可产生氢气。

利用废水、废渣、生产沼气采用固定化细胞装置，如果每天处理 1 万 8

千吨废水便可获得大量沼气，其能量相当于 2700 吨汽油；在我国广大农村，利用废水、废渣、人畜粪尿也可生产大量沼气，用作燃料或照明等。

用于石油的第二次、第三次开采，尽量发掘石油资源，提高石油开采量。

生物工程技术除了应用于农业、医药、新能源开发之外，对于控制人口增长、增强人体健康、延缓人体衰老、新生婴儿保健等方面也将起到不可估量的作用。现在控制人口增长最基本的方法是使用避孕套、避孕环或服用某种药物等，这些均有其弊病。现在发现，从细菌中获得避孕药物，有效避孕期可达一年之久。这一发现，为大量制备细菌避孕疫苗开辟了新的途径，并为实现免疫性避孕带来了可喜的希望。再如，将生物工程菌引入新生婴儿消化道，就能防止某些疾病，确保婴儿安康。

生物工程技术在消除污染、净化环境并同时获得大量有用物质等方面同样有着极大潜力。不少科学家认为：未来的废渣、废气、废水的治理，主要依靠生物工程技术。