盡管時(shí)間只有20多年灵妨，生物工程已發(fā)展成一個(gè)龐大的體系宿礁，按照傳統(tǒng)的說(shuō)法（盡管這個(gè)傳統(tǒng)也不過(guò)20年）钉寝，生物技術(shù)主要包括細(xì)胞工程乍迄、遺傳工程管引、發(fā)酵工程、酶工程這四大支柱闯两。推廣開(kāi)來(lái)褥伴，生物工程還包括四大支柱之外的現(xiàn)代生物技術(shù)群——光生物技術(shù)、聲生物技術(shù)生蚁、低溫生物技術(shù)噩翠、現(xiàn)代仿生技術(shù)等，當(dāng)然還要包括那顆耀眼的新星——蛋白質(zhì)工程邦投。

　∩嗣（1）細(xì)胞工程

　　1665年，英國(guó)建筑師用自制的顯微鏡看到：櫟樹(shù)皮是由許多蜂窩狀的小格子構(gòu)成的志衣，他把這些小格子定名為“細(xì)胞”屯援。在其后的一二百年中，對(duì)細(xì)胞的研究層層深入念脯。人們發(fā)現(xiàn)狞洋，不僅樹(shù)皮是由細(xì)胞組成的，樹(shù)身绿店、樹(shù)根吉懊、葉子、花假勿、果實(shí)……植物的所有部位都是由細(xì)胞組成的借嗽；不僅所有的植物是由細(xì)胞組成的，所有的動(dòng)物也都是由細(xì)胞組成的转培。連微生物也不例外恶导，也是由細(xì)胞組成的，只不過(guò)有的微生物結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單浸须，整個(gè)個(gè)體就是那么一個(gè)細(xì)胞惨寿，甚至是一個(gè)原始的、不完整的細(xì)胞删窒。

　　到19世紀(jì)中葉裂垦，人們終于建立了完整的認(rèn)識(shí)：一切動(dòng)植物都是細(xì)胞的集合體，細(xì)胞是生命的基本單位肌索，動(dòng)物和植物都是在細(xì)胞的繁殖和分化中發(fā)育起來(lái)的蕉拢。這一認(rèn)識(shí)被稱為細(xì)胞學(xué)說(shuō)。

　　細(xì)胞學(xué)說(shuō)是19世紀(jì)自然科學(xué)的三大發(fā)現(xiàn)之一。

　　進(jìn)入20世紀(jì)企量，隨著科學(xué)的發(fā)展，新技術(shù)亡电、新工具届巩、新方法不斷涌現(xiàn)，人們對(duì)細(xì)胞的研究越來(lái)越深入份乒，從細(xì)胞整體的研究推進(jìn)到亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)的研究和細(xì)胞分子的研究恕汇。細(xì)胞的基本生命活動(dòng)，包括它的生長(zhǎng)或辖、發(fā)育瘾英、分化、分裂等等颂暇，其規(guī)律日益清晰地呈現(xiàn)在人們的眼前缺谴。

　　對(duì)細(xì)胞核的研究更是激動(dòng)人心。人們確認(rèn)耳鸯，細(xì)胞核里的染色體湿蛔，正是遺傳物質(zhì)DNA的載體，隱藏著神奇的遺傳密碼县爬，控制著細(xì)胞的生長(zhǎng)和繁殖阳啥，是指揮整個(gè)生命活動(dòng)的最核心、最?yuàn)W妙的部位财喳。

　　到70年代察迟，一些走在前列的科學(xué)家開(kāi)始有計(jì)劃地對(duì)細(xì)胞進(jìn)行培養(yǎng)，進(jìn)行改造耳高，使細(xì)胞服從人類的意志扎瓶，產(chǎn)生人類需要的物質(zhì)，或是形成新的品種祝高。

　　既然細(xì)胞是生命的基本單位栗弟，那么改造生命就應(yīng)該從改造細(xì)胞開(kāi)始。他們按照這個(gè)思路進(jìn)行了艱苦的實(shí)踐工闺，他們成功了乍赫。

　　細(xì)胞工程就此誕生了。

　÷襟　（a）細(xì)胞融合技術(shù)

　　作為細(xì)胞工程的骨干雷厂，細(xì)胞融合技術(shù)有可能創(chuàng)造出許多不可思議的奇跡，它的前程不可限量叠殷。

　　所謂細(xì)胞融合改鲫，就是使兩個(gè)不同物種的活細(xì)胞緊密接觸在一起，并且使接觸部位的細(xì)胞膜發(fā)生融化。這樣像棘，兩個(gè)細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì)稽亏、細(xì)胞器你來(lái)我往，互相流通缕题，最后合而為一截歉，完全合并成一個(gè)細(xì)胞。在精巧的培養(yǎng)技術(shù)之下烟零，這個(gè)細(xì)胞有可能發(fā)育成完整的生物個(gè)體瘪松，那就是原來(lái)兩個(gè)細(xì)胞所屬的物種的雜種后代了。這個(gè)雜種后代有可能兼有兩個(gè)上代的一些優(yōu)良性狀锨阿。這對(duì)于改良品種宵睦，提高農(nóng)、林墅诡、牧業(yè)產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量壳嚎，都是很有意義的。

　　美國(guó)的科學(xué)家曾經(jīng)選擇了兩種煙草進(jìn)行細(xì)胞融合末早。這兩種煙草诬辈，一種是產(chǎn)量很高的栽培品種，一種是抗病害能力很強(qiáng)的野生種荐吉。兩種煙草的葉肉細(xì)胞經(jīng)過(guò)化學(xué)藥品處理后脫去了細(xì)胞壁焙糟，然后發(fā)生了融合。融合的細(xì)胞再經(jīng)過(guò)培養(yǎng)样屠，長(zhǎng)成了一株面目一新的煙草穿撮。這種煙草兼有高產(chǎn)和抗病害的優(yōu)點(diǎn)，而且能直接繁育后代痪欲，這樣悦穿，美國(guó)的煙草種植業(yè)就獲得了一個(gè)優(yōu)良的新品種。

　　細(xì)胞融合說(shuō)說(shuō)容易业踢，做起來(lái)就是另一回事了栗柒。細(xì)胞的直徑大多在數(shù)十微米上下，幾十只細(xì)胞并排著能從針眼里穿過(guò)知举，所以細(xì)胞融合的操作難度是可想而知的瞬沦。這還是小事，要使兩個(gè)不同種的活細(xì)胞緊密接觸雇锡，進(jìn)而細(xì)胞膜發(fā)生融化逛钻，是細(xì)胞融合的最大難題。在這個(gè)難題面前锰提，科學(xué)家們使盡了渾身解數(shù)：有的使用了聚乙二醇等化學(xué)藥品曙痘；有的使用了細(xì)胞電穿孔技術(shù)——用高強(qiáng)度芳悲、短時(shí)程的電脈沖去擊穿細(xì)胞膜以促進(jìn)融合；有的更是別出心裁边坤，用失去活性的病毒顆粒來(lái)促使細(xì)胞膜融化名扛。至于在細(xì)胞融合后再把它培養(yǎng)成健全的生物個(gè)體，則牽涉到設(shè)計(jì)和使用成份復(fù)雜的培養(yǎng)基茧痒，牽涉到控制和不斷變更培養(yǎng)條件等等罢洲，也是困難重重，荊棘滿途文黎。

　　盡管如此，致力于細(xì)胞融合的科學(xué)家還是獲得了很大進(jìn)展殿较。不要說(shuō)馬鈴薯和西紅柿那樣不同屬的植物的雜種耸峭，連菌科植物和豆科植物的雜種也已得到了。許多植物優(yōu)良品種由此來(lái)到了世界上淋纲。在動(dòng)物方面劳闹，山羊-綿羊，猴-鼠洽瞬，甚至人-鼠的細(xì)胞融合也已經(jīng)成功了本涕。這些融合了的細(xì)胞盡管還沒(méi)有能發(fā)育成動(dòng)物個(gè)體，但已能長(zhǎng)期存活伙窃，而且能不斷分裂菩颖，形成同種細(xì)胞的群體——雜交瘤。

　　前兩年为障，有人完成了一項(xiàng)引人矚目的細(xì)胞融合：在使用細(xì)胞電穿孔技術(shù)后晦闰，人的紅細(xì)胞被整個(gè)攝入矮牽牛花的葉肉細(xì)胞中鳍怨。這個(gè)奇特的融合可以看作是一種全新的生物體系——植物和動(dòng)物的雜交體系呻右，盡管它離開(kāi)完整的雜交個(gè)體還有遙遠(yuǎn)的距離，但已經(jīng)是一個(gè)破天荒式的偉大的開(kāi)端了鞋喇。

　∩摹（b）細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)

　　細(xì)胞工程的出現(xiàn)，改變了珍貴藥材資源稀缺的局面侦香。例如：靈芝大量用于治病救人已經(jīng)變成了現(xiàn)實(shí)落塑。當(dāng)然，那不是原來(lái)意義上的靈芝罐韩，而是靈芝細(xì)胞培養(yǎng)的產(chǎn)物芜赌。科學(xué)家們將野生的靈芝搗碎后伴逸，放在特定的培養(yǎng)基中缠沈，控制好溫度、光照等條件，靈芝細(xì)胞就能迅速繁殖洲愤，產(chǎn)生一代又一代新的靈芝細(xì)胞颓芭。要不了多少天，就可以收獲到數(shù)百倍的新生靈芝細(xì)胞柬赐。除了少數(shù)細(xì)胞留下來(lái)投入到又一輪細(xì)胞培養(yǎng)之外亡问，大多數(shù)收獲物被用來(lái)提取藥用有效成份——靈芝多糖。靈芝多糖的神奇的抗腫瘤作用肛宋，已經(jīng)為大量的臨床實(shí)踐所證實(shí)州藕，它的生產(chǎn)和應(yīng)用正在迅速推廣之中。

　　細(xì)胞培養(yǎng)酝陈，從原理上來(lái)說(shuō)并不復(fù)雜床玻，所需設(shè)備也比較簡(jiǎn)單，但它仍是一門很精巧的技術(shù)沉帮。比較關(guān)鍵的是確定培養(yǎng)基的配方锈死，特別是針對(duì)不同培養(yǎng)物使用不同種類、不同數(shù)量的生長(zhǎng)激素穆壕。另外待牵，培養(yǎng)的物理?xiàng)l件也很重要。諸如溫度喇勋、光照缨该、振蕩頻率等，都需要精心研究川背，仔細(xì)掌握压彭。拿光照來(lái)說(shuō)，人參細(xì)胞在白光下生長(zhǎng)最快渗常，藍(lán)壮不、綠光下就要慢一些，紅光下生長(zhǎng)最慢皱碘，幾乎和在暗室中生長(zhǎng)一樣询一。而有些植物的細(xì)胞對(duì)光照的反應(yīng)卻正好相反。

　　細(xì)胞培養(yǎng)并非局限于植物細(xì)胞癌椿，動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)也有它寬廣的天地健蕊。要進(jìn)行動(dòng)物細(xì)胞融合、細(xì)胞核移植和DNA重組踢俄，動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)是必要的準(zhǔn)備缩功。

　　另外，它還被用來(lái)生產(chǎn)某些珍貴藥品都办，用來(lái)檢測(cè)對(duì)人和動(dòng)物致癌嫡锌、致畸虑稼、致病的有毒物質(zhì)。至于通過(guò)細(xì)胞培養(yǎng)來(lái)生產(chǎn)豬肉势木、牛肉蛛倦、雞肉，目前還僅僅是設(shè)想啦桌。這樣做在技術(shù)上是完全可行的溯壶，有待解決的是經(jīng)濟(jì)效益問(wèn)題。

　　醫(yī)學(xué)專家們已經(jīng)完成了一件驚人之舉甫男。那就是且改，取下人體的一些皮膚細(xì)胞進(jìn)行培養(yǎng)，數(shù)十天后就得到一塊較大面積的新皮板驳。這塊新皮可以移植到大面積的創(chuàng)口上又跛。這對(duì)于燒傷病員來(lái)說(shuō)是一個(gè)福音。因?yàn)閭鹘y(tǒng)的做法是從病員身體其他部位切取一塊健康皮膚來(lái)移植到創(chuàng)口上笋庄，可以想象，那該多么痛苦倔监！

　≈鄙啊（c）單克隆抗體技術(shù)

　　產(chǎn)生抗體來(lái)對(duì)付抗原，是人體免疫系統(tǒng)的一種功能浩习。人體免疫系統(tǒng)擁有的1億種B淋巴細(xì)胞静暂，每種B淋巴細(xì)胞只能解除一種抗原的武裝。專一而高效谱秽，這是對(duì)抗體特性的最好的概括洽蛀。

　　當(dāng)細(xì)胞工程發(fā)展到一定階段時(shí)，科學(xué)家們開(kāi)始思考這樣一個(gè)問(wèn)題：如果人工培養(yǎng)產(chǎn)生某一抗體的B淋巴細(xì)胞疟赊，讓它快速繁殖郊供，提取的抗體不就是最有效的藥品嗎？

　　然而近哟，正常的B淋巴細(xì)胞分裂太慢了驮审，讓人等得心煩。于是吉执，有人就想到了那分裂速度驚人的癌細(xì)胞疯淫。如果能使B淋巴細(xì)胞和某種癌細(xì)胞融合在一起，使它既能高速繁殖戳玫，又保持著產(chǎn)生某種抗體的性能熙掺，就有可能獲得大量的抗體了。70年代中期咕宿，兩位英國(guó)科學(xué)家完成了這一壯舉币绩，培養(yǎng)成了這種合二而一的細(xì)胞蜡秽，它被稱為雜交瘤細(xì)胞。

　　這里還要介紹一個(gè)新的名詞——單克隆抗體类浪。由一個(gè)細(xì)胞進(jìn)行多次無(wú)性繁殖而形成的一系列細(xì)胞稱為單克隆载城。如果那第一個(gè)細(xì)胞能產(chǎn)生某種抗體，那么這個(gè)單克隆就都能產(chǎn)生這種抗體费就，這就稱為單克隆抗體诉瓦。

　　前面說(shuō)過(guò)，雜交瘤細(xì)胞保持著產(chǎn)生某種抗體的性能力细。由雜交瘤細(xì)胞繁殖成的雜交瘤睬澡，產(chǎn)生的抗體就是單克隆抗體。

　　單克隆抗體的用處可大了眠蚂！

　　對(duì)人體來(lái)說(shuō)煞聪，牛痘、天花逝慧、病菌昔脯、腫瘤細(xì)胞等都是抗原，都會(huì)引發(fā)產(chǎn)生相對(duì)應(yīng)的抗體笛臣。在細(xì)胞工程中云稚，針對(duì)某些病素、病菌或是腫瘤細(xì)胞而生產(chǎn)的單克隆技術(shù)沈堡，在診斷静陈、治療方面的作用往往是其他藥物不能相比的。

　　有的單克隆抗體本身就是高效的藥物诞丽，能直接用于治病鲸拥。

　　有的單克隆抗體能攜帶同位素或其他標(biāo)記物質(zhì)，直接抵達(dá)有病變的器官僧免、組織刑赶，有助于對(duì)病情作出準(zhǔn)確的診斷。

　　有的單克隆抗體是生產(chǎn)某些酶懂衩、激素角撞、干擾素的高效能工具，能使這些珍貴藥品的生產(chǎn)效率提高數(shù)百或數(shù)千倍勃痴。

　　更神奇的是谒所，有的單克隆抗體能與放射性同位素、毒素和化學(xué)藥品聯(lián)結(jié)在一起沛申，準(zhǔn)確地找到癌變部位劣领，將癌細(xì)胞“就地正法”。所以铁材，有人將這種攜帶藥物的單克隆抗體稱為“生物導(dǎo)彈”尖淘、“腫瘤克星”奕锌。

　　通過(guò)培養(yǎng)癌細(xì)胞，生產(chǎn)出單克隆抗體來(lái)治癌村生，這可算是20世紀(jì)的一種“以毒攻毒”吧惊暴？

　　目前，世界上用來(lái)生產(chǎn)單克隆抗體的雜交瘤細(xì)胞系數(shù)以萬(wàn)計(jì)趁桃，每年要增加1萬(wàn)多個(gè)辽话，生產(chǎn)的單克隆抗體有上千種∥啦。可以毫不夸張地說(shuō)油啤，單克隆抗體的生產(chǎn)已經(jīng)是一門新興工業(yè)，而單克隆抗體本身則是生物工程中的一顆明珠蟀苛。

　∫嬉А（d）植物組織培養(yǎng)技術(shù)

　　植物組織培養(yǎng)的理論基礎(chǔ)是植物細(xì)胞的全能性。所謂植物細(xì)胞的全能性是說(shuō)帜平，植物體的所有細(xì)胞都有長(zhǎng)成完整植株的潛在能力幽告。也就是說(shuō)，植物體身上的任何部分裆甩，不管是種子冗锁、果實(shí)，還是根淑掌、莖蒿讥、葉蝶念、花抛腕，每一個(gè)細(xì)胞都有可能培養(yǎng)出一棵完整的植株。這個(gè)理論早在1902年就由一位德國(guó)學(xué)者提出來(lái)了媒殉，可是真正通過(guò)實(shí)驗(yàn)加以證明担敌，再推廣應(yīng)用到生產(chǎn)中去，卻是70年代以后的事情廷蓉。成功的關(guān)鍵是找到適宜的培養(yǎng)基全封，確定最佳的培養(yǎng)條件和培養(yǎng)流程。說(shuō)說(shuō)容易桃犬，那可是幾代科學(xué)家花了六七十年的努力才換來(lái)的成果∩层玻現(xiàn)在，植物組織培養(yǎng)已遍地開(kāi)花攒暇，在世界各地進(jìn)展很快土匀。培養(yǎng)的材料有莖尖、根尖形用、花粉就轧、花藥证杭、葉原基、愈傷組織等等妒御。已經(jīng)培養(yǎng)成功的植物品種有近千種解愤。

　　（e）“試管動(dòng)物”技術(shù)

　　人類中的試管嬰兒已經(jīng)是一個(gè)不太熱門的話題了乎莉。自從1978年第一個(gè)試管嬰兒在英國(guó)誕生以來(lái)送讲，全世界已有上萬(wàn)個(gè)這樣的娃娃呱呱墮地。那第一個(gè)嬰兒現(xiàn)在已經(jīng)是個(gè)十幾歲的姑娘了梦鉴，一表人才李茫，聰明伶俐。

　　然而肥橙，這十多年來(lái)魄宏，誕生的動(dòng)物試管嬰兒數(shù)量更大，而且存筏，已經(jīng)顯示出了驚人的經(jīng)濟(jì)價(jià)值宠互，從而吸引了更多的注意力，使許多科學(xué)家踴躍投身于這項(xiàng)研究之中椭坚。

　　所謂“試管嬰兒”予跌，當(dāng)然不是在試管里把受精卵直接培育成嬰兒，而是指在科學(xué)家的精心設(shè)計(jì)和嚴(yán)密控制下善茎，精細(xì)胞和卵細(xì)胞的受精作用在試管里完成券册，受精卵又在試管里發(fā)育成胚胎。這胚胎則要放入母親本人或是“代理母親”（也叫“寄母”）的子宮中垂涯，再發(fā)育成胎兒烁焙。

　　科學(xué)家還有一手高招。當(dāng)試管里的受精卵發(fā)育成胚胎后耕赘，到了一定的階段被取出來(lái)進(jìn)行分割骄蝇，分割成兩份、四份甚至八份操骡，然后再放入試管繼續(xù)培育九火。分割成的部分胚胎有的只有兩個(gè)細(xì)胞，照樣會(huì)不斷分裂册招，發(fā)育成新的胚胎岔激。這些新胚胎照樣可以植入普通乳牛的子宮，發(fā)育成地道的良種牛犢而來(lái)到世間是掰。

　　這手高招稱為胚胎分割虑鼎。有了它，試管嬰兒技術(shù)如虎添翼冀惭，可以迅速地為人類提供大量的良種牛震叙、良種馬掀鹅、良種羊、良種豬……有人斷言媒楼，要不了多長(zhǎng)時(shí)間乐尊，動(dòng)物育種技術(shù)將徹底更新，全世界的畜牧業(yè)將是另一種模樣划址。

　【〕（2）發(fā)酵工程

　　釀酒评汰、制醬蛹尝、做奶酪等等枪汪，是原始狀態(tài)的發(fā)酵工程。在人類文明史上世澜，那數(shù)千年的漫漫長(zhǎng)途中独旷，發(fā)酵工程的進(jìn)步甚是緩慢。轉(zhuǎn)折點(diǎn)出現(xiàn)在19世紀(jì)后葉寥裂，從那時(shí)起嵌洼，發(fā)酵工程開(kāi)始突飛猛進(jìn)了。

　　對(duì)于這一轉(zhuǎn)折的出現(xiàn)封恰，有兩個(gè)人是值得一提的麻养。

　　一位是17世紀(jì)的列文虎克，荷蘭人诺舔。1683年鳖昌，他在顯微鏡下發(fā)現(xiàn)了細(xì)菌的存在。另一位是19世紀(jì)的法國(guó)人巴斯德低飒，1857年许昨，他提出了著名的“發(fā)酵理論”，即：“一切發(fā)酵過(guò)程都是微生物作用的結(jié)果逸嘀〕狄”

　　列文虎克和巴斯德的發(fā)現(xiàn)奠定了發(fā)酵理論的基礎(chǔ)允粤。

　≌柑取（a）什么是微生物

　　發(fā)酵工程的主角是微生物。

　　微生物是一種通稱类垫，它包括了所有形體微小司光、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的低等生物。從不具有細(xì)胞結(jié)構(gòu)的病毒悉患，單細(xì)胞的立克次氏體残家、細(xì)菌、放線菌售躁，到結(jié)構(gòu)略為復(fù)雜一點(diǎn)的酵母菌坞淮、霉菌茴晋，以及單細(xì)胞藻類（它們是植物）和原生動(dòng)物（它們是動(dòng)物）等，都可以歸入微生物回窘。與發(fā)酵工程有關(guān)的诺擅，主要是細(xì)菌、放線菌啡直、酵母菌和霉菌烁涌。

　　對(duì)人類而言，大多數(shù)微生物有益無(wú)害酒觅，會(huì)造成損害的微生物只是少數(shù)撮执。

　　就總體來(lái)說(shuō)，微生物肯定是功大于過(guò)舷丹，而且是功遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于過(guò)抒钱。

　　微生物在發(fā)酵工程里充當(dāng)著生產(chǎn)者的角色，這與它的特性是分不開(kāi)的颜凯。

　　微生物有三大特征继效。一是對(duì)周圍環(huán)境的溫度、壓強(qiáng)装获、滲透壓瑞信、酸堿度等條件，微生物有極大的適應(yīng)能力穴豫。拿溫度來(lái)說(shuō)凡简，有些微生物在80～90℃的環(huán)境中仍能繁衍不息，另一些微生物則能在－30℃的環(huán)境中過(guò)得逍遙自在精肃，甚至在－250℃的低溫下仍不會(huì)死去秤涩，只是進(jìn)入“冬眠”狀態(tài)而已。拿壓強(qiáng)來(lái)說(shuō)司抱，在10公里深的海底筐眷，壓強(qiáng)高達(dá)1.18×攩7X08帕，但有一種嗜壓菌照樣很活躍习柠，而人在那兒會(huì)被壓成一張紙匀谣。拿滲透壓來(lái)說(shuō)，舉世聞名的死海里资溃，湖水含鹽量高達(dá)25％武翎，可是仍有許多細(xì)菌生活著。正因?yàn)槲⑸镉心敲磸?qiáng)盛的生命力溶锭，所以地球上到處都有它們的蹤跡宝恶。

　　二是和高等動(dòng)物相比，微生物的消化能力要強(qiáng)上數(shù)萬(wàn)倍。在發(fā)酵罐里垫毙，一克酒精酵母一天能吃下數(shù)千克糖類霹疫，把它們分解成酒精；在人體里成千成萬(wàn)地盤踞著的大腸桿菌综芥，如果能徹底滿足它們的話更米，一個(gè)小時(shí)里能吃掉比自己重2000倍的糖。

　　微生物幾乎什么都能吃毫痕。石油征峦、塑料、纖維素消请、金屬氧化物栏笆，都在微生物的食譜里；連形形色色的工業(yè)垃圾臊泰，殘留在土壤里的農(nóng)藥DDT蛉加，甚至那劇毒的砒霜，也是某些微生物競(jìng)相吞吃的美味缸逃。

　　三是微生物的繁殖速度簡(jiǎn)直令人咋舌针饥。大多數(shù)微生物是以“分鐘”來(lái)計(jì)算繁殖周期的。也就是說(shuō)需频，每隔數(shù)十分鐘丁眼，一個(gè)微生物就會(huì)變成兩個(gè)；再過(guò)一個(gè)周期昭殉，兩個(gè)就會(huì)變成四個(gè)苞七。只要條件合適，微生物的數(shù)量就會(huì)不停地成倍成倍地增長(zhǎng)挪丢。

　　大腸桿菌的繁殖周期大約是12～17分鐘蹂风，就算是20分鐘吧，一個(gè)大腸桿菌一天就能繁殖72代乾蓬。有人算過(guò)惠啄，如果這72代都活下來(lái)，數(shù)目就是4722366482869645213696個(gè)任内。按每10億個(gè)大腸桿菌重1毫克計(jì)算撵渡，這些大場(chǎng)桿菌大約重4722噸。照這樣推算下去族奢，要不了兩天姥闭，繁殖出來(lái)的大腸桿菌重量就會(huì)超過(guò)地球丹鸿。

　　這樣一說(shuō)可能你會(huì)擔(dān)心越走，明天早上醒來(lái)時(shí)地球上已經(jīng)積了厚厚一層細(xì)菌，人類要沒(méi)有立足之地了。請(qǐng)放心吧廊敌，這種事是不會(huì)發(fā)生的铜跑，因?yàn)橛性S多條件約束著微生物的繁殖。在現(xiàn)實(shí)生活中骡澈，微生物的數(shù)量不會(huì)無(wú)限制地增長(zhǎng)锅纺，而總是保持在相對(duì)穩(wěn)定的水平上。但是肋殴，那種驚人的繁殖能力囤锉，微生物是確實(shí)具備的。如果人們?cè)谀硞€(gè)局部環(huán)境里能充分滿足微生物所需的條件护锤，這種繁殖能力就會(huì)得到充分的發(fā)揮官地。

　　（b）現(xiàn)代發(fā)酵工程

　　現(xiàn)代發(fā)酵工程可以認(rèn)為是從傳統(tǒng)的釀造業(yè)脫胎而來(lái)烙懦，然而驱入，現(xiàn)代發(fā)酵工程與傳統(tǒng)的釀造業(yè)已經(jīng)是不可同日而語(yǔ)的兩回事了。

　　舉一個(gè)例子氯析。人類在幾千年前就掌握了制醬技術(shù)亏较，作為人們的重要調(diào)味品之一的醬油，世界上不少地方至今仍用傳統(tǒng)的釀造工藝進(jìn)行生產(chǎn)掩缓。那可是一個(gè)很繁瑣雪情、很費(fèi)時(shí)的過(guò)程，從發(fā)酵你辣、曬醬旺罢、泡醬，直到取得成品醬油绢记，需要半年到一年的時(shí)間扁达。在80年代，日本的一家公司用現(xiàn)代的發(fā)酵工程取而代之蠢熄。他們的做法是將一種耐乳酸細(xì)菌和一種酵母菌一起固定在海藻酸鈣凝膠上跪解，再裝入制造醬油的發(fā)酵罐。各種營(yíng)養(yǎng)物和水慢慢地從罐頂注入签孔，產(chǎn)品醬油則不停地從罐底流出來(lái)叉讥，形成一個(gè)連續(xù)生產(chǎn)的過(guò)程，從原料到成品的周期還不滿3天饥追！

　　上面提到了發(fā)酵罐图仓，它可以說(shuō)是現(xiàn)代發(fā)酵工程的標(biāo)志。目前世界上最大的發(fā)酵罐高度超過(guò)100米但绕，容量達(dá)到4000立方米救崔。

　　發(fā)酵罐是微生物在發(fā)酵過(guò)程中生長(zhǎng)惶看、繁殖和形成產(chǎn)品的外部環(huán)境裝置，它取代了傳統(tǒng)的發(fā)酵容器——形形色色的培養(yǎng)瓶六孵、醬缸和酒窖纬黎。跟這些傳統(tǒng)的容器相比，發(fā)酵罐具有一些明顯的優(yōu)點(diǎn)劫窒，例如：

　　能進(jìn)行嚴(yán)格的滅菌本今，通入空氣，提供良好的發(fā)酵環(huán)境主巍；能實(shí)施攪拌冠息、震蕩等促進(jìn)微生物生長(zhǎng)的措施；能對(duì)溫度孕索、壓力铐达、空氣流量實(shí)行自動(dòng)控制；能通過(guò)各種生物傳感器測(cè)定發(fā)酵罐內(nèi)的菌體濃度檬果、營(yíng)養(yǎng)成份瓮孙、產(chǎn)品濃度，用電腦隨時(shí)調(diào)節(jié)發(fā)酵進(jìn)程选脊。

　　所以杭抠，發(fā)酵罐能實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的連續(xù)生產(chǎn)，最大限度地利用原料和設(shè)備恳啥，獲得高產(chǎn)量偏灿、高效率。

　　不要以為發(fā)酵罐操作是發(fā)酵工程的“專利”钝的。發(fā)酵罐在基因工程翁垂、細(xì)胞工程、酶工程中也占有重要的位置硝桩，是這些生物工程分支獲得最終產(chǎn)品的基本設(shè)備沿猜。所以有人說(shuō)，發(fā)酵罐是連接發(fā)酵工程與基因工程碗脊、細(xì)胞工程啼肩、酶工程的紐帶，是生物工程整體的標(biāo)志衙伶。

　　發(fā)酵工程的優(yōu)越性當(dāng)然并不局限于發(fā)酵罐祈坠。由于科學(xué)家們對(duì)發(fā)酵微生物進(jìn)行精心篩選、誘導(dǎo)和改良矢劲，現(xiàn)代發(fā)酵工程的原料已從農(nóng)林產(chǎn)品發(fā)展到醋酸赦拘、甲醇、天然氣芬沉、纖維素等工業(yè)品或礦產(chǎn)品躺同，這就為大規(guī)模生產(chǎn)提供了可能阁猜。

　　發(fā)酵工程的產(chǎn)品也遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了食品這一范圍。從生產(chǎn)潤(rùn)滑劑笋籽、化妝品蹦漠、炸藥椭员、塑料车海、激素、蛋白質(zhì)隘击，到冶煉金屬侍芝、開(kāi)采石油、處理污水埋同、改良土壤州叠，發(fā)酵工程幾乎無(wú)所不能。

　⌒琢蕖（c）單細(xì)胞蛋白生產(chǎn)技術(shù)

　　單細(xì)胞蛋白也是發(fā)酵工程對(duì)人類的杰出貢獻(xiàn)之一咧栗。

　　以發(fā)酵工程來(lái)生產(chǎn)單細(xì)胞蛋白是不太復(fù)雜的事，關(guān)鍵是選育出性能優(yōu)良的酵母菌或細(xì)菌虱肄。這些微生物食性不一致板，或者嗜食甲醇，或者嗜食甲烷咏窿，或者嗜食纖維素斟或，等等。它們的共同點(diǎn)是都能把這些“食物”徹底消化吸收集嵌，再合成蛋白質(zhì)貯存在體內(nèi)萝挤。由于營(yíng)養(yǎng)充分，環(huán)境舒適根欧，這些微生物迅速繁殖怜珍，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(huì)拼命吞噬“食物”凤粗，合成蛋白質(zhì)绘面，并繁殖下一代……當(dāng)然，這些過(guò)程都是在發(fā)酵罐里完成的侈沪。人們通過(guò)電腦嚴(yán)密地控制著罐內(nèi)的發(fā)酵過(guò)程揭璃，不斷加入水和營(yíng)養(yǎng)物（甲醇、甲烷亭罪、纖維素……）瘦馍，不時(shí)取出高濃度的發(fā)酵液，用快速干燥法制取成品——單細(xì)胞蛋白应役。

　　在發(fā)酵罐內(nèi)情组，每一個(gè)微生物就是一座蛋白質(zhì)合成工廠燥筷，每一個(gè)微生物體重的50％－70％是蛋白質(zhì)。

　　用發(fā)酵工程生產(chǎn)的單細(xì)胞蛋白不僅絕對(duì)無(wú)毒院崇，而且滋味可口肆氓。由于原料來(lái)源廣泛，成本低廉底瓣，有可能實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的生產(chǎn)谢揪。

　　蛋白質(zhì)是構(gòu)成人體組織的主要材料，每個(gè)人在一生中要吃下約1.6噸蛋白質(zhì)捐凭。然而拨扶，蛋白質(zhì)是地球上最為缺乏的食品，按全世界人口的實(shí)際需要計(jì)算茁肠，每年缺少蛋白質(zhì)的數(shù)量達(dá)3000～4000萬(wàn)噸患民。可見(jiàn)垦梆，發(fā)酵工程生產(chǎn)單細(xì)胞蛋白的意義對(duì)全人類有著不可估量的作用匹颤。

　　60年代，英國(guó)率先實(shí)現(xiàn)了單細(xì)胞蛋白的工業(yè)化生產(chǎn)托猩。此后印蓖，日本、美國(guó)站刑、法國(guó)另伍、前蘇聯(lián)、德國(guó)相繼建立了生產(chǎn)單細(xì)胞蛋白的工廠绞旅。步入90年代摆尝，全世界單細(xì)胞蛋白的產(chǎn)量已經(jīng)超過(guò)2000萬(wàn)噸，質(zhì)量也有了重大突破因悲，從主要用作飼料發(fā)展到走上人們的餐桌堕汞。

　　發(fā)生在歐洲的一項(xiàng)進(jìn)展是頗為有趣的。那里的科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了一種新的生產(chǎn)單細(xì)胞蛋白的細(xì)菌——一種極為能干的氫細(xì)菌晃琳。這種氫細(xì)菌只吃氫氣和空氣就能合成蛋白質(zhì)讯检，并排出純凈的水。不過(guò)卫旱，要獲得廉價(jià)的氫氣人灼，只有用電來(lái)分解水才行。于是顾翼，科學(xué)家們就計(jì)劃在陽(yáng)光充沛的荒漠上建造新穎的太陽(yáng)能電站投放，用太陽(yáng)能來(lái)生產(chǎn)電，然后制取氫氣适贸，通過(guò)發(fā)酵工程生產(chǎn)單細(xì)胞蛋白灸芳。

　　這樣涝桅，“荒漠變良田”的美好愿望就有可能用一種嶄新的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)了。

　±友（d）賴氨酸生產(chǎn)技術(shù)

　　蛋白質(zhì)是構(gòu)成人體組織的基本材料冯遂，而組成蛋白質(zhì)的基本單位是氨基酸。人體內(nèi)的蛋白質(zhì)種類繁多谒获，千變?nèi)f化蛤肌，但歸根結(jié)蒂都是由20多種氨基酸以特定的排列方式組合成的。這20多種氨基酸中有8種是人體自身不能合成究反，必須從食物中攝取的寻定，稱為“必需氨基酸”儒洛。而動(dòng)物蛋白之所以營(yíng)養(yǎng)價(jià)值高精耐，就是因?yàn)檫@8種必需氨基酸的含量比較高。

　　賴氨酸是8種必備氨基酸中最重要的一種琅锻。

　　在大米卦停、玉米、小麥中添加少量賴氨酸恼蓬，就能極大地提高營(yíng)養(yǎng)價(jià)值惊完，接近動(dòng)物蛋白的水平。聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織和世界衛(wèi)生組織確認(rèn)处硬，用添加賴氨酸來(lái)強(qiáng)化植物蛋白的營(yíng)養(yǎng)小槐，是解決不發(fā)達(dá)國(guó)家人口膨脹、營(yíng)養(yǎng)缺乏的最經(jīng)濟(jì)荷辕、最有效的手段凿跳。

　　令人高興的是，發(fā)酵工程已經(jīng)能大量生產(chǎn)賴氨酸了疮方。

　　最早用發(fā)酵法生產(chǎn)賴氨酸是在60年代初控嗜。那時(shí)的原料是葡萄糖水，生產(chǎn)效率也很低下骡显。隨著發(fā)酵工程的飛速發(fā)展疆栏，科學(xué)家們不僅通過(guò)篩選找到了一種又一種高產(chǎn)的菌種，還通過(guò)物理惫谤、化學(xué)方法的誘導(dǎo)和基因工程的協(xié)助壁顶，造就了一種又一種性能優(yōu)異的菌株，使得賴氨酸的產(chǎn)率大大提高溜歪，而且原料也改為使用價(jià)格低廉的化學(xué)工業(yè)品若专，如生產(chǎn)尼龍的一種副產(chǎn)品等。

　　目前痹愚，國(guó)際市場(chǎng)上每千克賴氨酸的價(jià)格僅合人民幣5元左右富岳，而在1噸糧食里添加2～4千克賴氨酸蛔糯，就相當(dāng)于增產(chǎn)了100千克雞蛋，或50千克豬肉窖式！

　　今天的發(fā)酵工程已經(jīng)能生產(chǎn)所有的20多種氨基酸蚁飒，以致這一部分的發(fā)酵工程被稱為“氨基酸工業(yè)”。這20多種氨基酸萝喘，有的被用作食品添加劑淮逻、調(diào)味品，有的是藥品阁簸，有的則充任飼料添加劑爬早，間接地為人類服務(wù)。

　　氨基酸工業(yè)的產(chǎn)品启妹，早已進(jìn)入了千家萬(wàn)戶筛严。

　　（e）制造新能源

　　從70年代起饶米，能源問(wèn)題開(kāi)始困擾著人類桨啃。

　　在80年代，研究能源的學(xué)者們臉上出現(xiàn)了微笑檬输。

　　除了核能照瘾、太陽(yáng)能、風(fēng)能的利用取得不少進(jìn)展之外丧慈，最重要的是析命，人們確認(rèn)了這樣一個(gè)事實(shí)：地球上每年生產(chǎn)出的纖維物質(zhì)，也就是那些稻草逃默、麥稈鹃愤、玉米秸、灌木笑旺、干草昼浦、樹(shù)葉等等，只要拿出5％來(lái)筒主，加以合理的利用关噪，就足夠滿足全球?qū)δ茉吹男枨罅苛恕?/p>

　　這里的關(guān)鍵是“合理的利用”。說(shuō)說(shuō)容易乌妙，做起來(lái)就不簡(jiǎn)單了使兔。

　　誰(shuí)來(lái)完成這一使命？當(dāng)然是發(fā)酵工程藤韵。

　　這些纖維物質(zhì)虐沥，都是由纖維素、半纖維素、木質(zhì)素這三種成分組成的欲险，其比例大致是4∶3∶3镐依。發(fā)酵工程要使纖維物質(zhì)轉(zhuǎn)化成能源，第一步是要進(jìn)行預(yù)處理天试，將這三種成分分開(kāi)槐壳。這是不難辦到的，有多種工藝可以采用喜每。其中比較成熟务唐、比較經(jīng)濟(jì)的是蒸氣膨化和氨冷凍膨化。

　　這三種成分分開(kāi)以后带兜，除了木質(zhì)素另有用途之外枫笛，纖維素和半纖維素可以分別進(jìn)入發(fā)酵罐，采用不同的微生物來(lái)進(jìn)行發(fā)酵刚照。它們的發(fā)酵過(guò)程都分為兩個(gè)階段刑巧。第一階段的產(chǎn)物是糖類，即碳水化合物涩咖，第二階段的產(chǎn)物主要是乙醇海诲。

　　微生物的性能優(yōu)良與否繁莹，當(dāng)然是至關(guān)重要的檩互。日本科學(xué)家培養(yǎng)出一種最先進(jìn)的菌株，能將纖維素百分之百地轉(zhuǎn)化為葡萄糖咨演，而2噸葡萄糖可以生產(chǎn)出1噸乙醇闸昨。

　　乙醇，不就是酒精嗎薄风？發(fā)酵工程的起源饵较，不就是古時(shí)候的釀酒技術(shù)嗎？

　　歷史似乎繞了個(gè)大圈子遭赂，最原始的發(fā)酵工程又返回來(lái)為現(xiàn)代人解決最揪心的能源問(wèn)題了循诉。當(dāng)然，那是在高得多的層次上撇他。

　　酒精作為一種新穎的能源茄猫，具有一些明顯優(yōu)點(diǎn)。它的來(lái)源豐富困肩，可以再生划纽，沒(méi)有污染，而且生產(chǎn)技術(shù)已經(jīng)比較成熟锌畸。酒精作為能源的使用方式是代替燃料油勇劣。汽油中摻入10％的酒精，在略加改裝的汽車上即可使用。另外比默，直接以酒精為燃料的發(fā)動(dòng)機(jī)也已經(jīng)誕生了幻捏。目前，在領(lǐng)先一步的20多個(gè)國(guó)家里命咐，酒精替代汽油作燃料的比例已達(dá)到5％～10％粘咖。

　　發(fā)酵工程對(duì)能源問(wèn)題的貢獻(xiàn)遠(yuǎn)不止于生產(chǎn)酒精這一項(xiàng)。

　　說(shuō)起沼氣發(fā)酵侈百，人們也許會(huì)想到我國(guó)農(nóng)村里那大大小小的沼氣池瓮下。對(duì)現(xiàn)代發(fā)酵工程來(lái)說(shuō)，那實(shí)在過(guò)于簡(jiǎn)陋了钝域。沼氣的主要成分是甲烷》砘担現(xiàn)代化的甲烷發(fā)酵裝置，每立方米容積每天可以生產(chǎn)10立方米甲烷例证，效率是普通沼氣池的數(shù)十倍路呜。

　　與酒精發(fā)酵不一樣，甲烷發(fā)酵的原料是工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的廢物织咧、廢液和生活污水胀葱。甲烷是一種熱效率很高的燃料，可以通過(guò)燃燒驅(qū)動(dòng)內(nèi)燃機(jī)和發(fā)電機(jī)笙蒙。

　　美國(guó)抵屿、日本都在研究適合于家庭用的小型甲烷發(fā)生裝置，以生活垃圾為原料捅位，既經(jīng)濟(jì)轧葛、又衛(wèi)生。

　　對(duì)于傳統(tǒng)能源——石油的開(kāi)采艇搀，發(fā)酵工程另有一功尿扯。一方面，已報(bào)廢的油井投入某種細(xì)菌培養(yǎng)液后焰雕，井內(nèi)壓力會(huì)上升衷笋，會(huì)再奉獻(xiàn)20％～30％的原油。這種培養(yǎng)液已大量生產(chǎn)并投入應(yīng)用矩屁。另一方面马胧，科學(xué)家已發(fā)現(xiàn)了兩種神通廣大的細(xì)菌廓译，它們都能利用空氣中的水和二氧化碳直接合成石油腐缤，而且它們繁殖能力都很強(qiáng)搏明，培養(yǎng)并不困難。這樣郭膛，在解決若干技術(shù)問(wèn)題之后晨抡，廣闊的海面將可能成為永不枯竭的油田，人類對(duì)能源的憂慮將徹底一掃而空。

　≡胖（f）治理環(huán)境

　　近百年來(lái)如捅，環(huán)境惡化的問(wèn)題給人類帶來(lái)了極大的麻煩。隨著工業(yè)的高度發(fā)展调煎，廢物镜遣、廢水、廢氣泛濫成災(zāi)士袄。

　　全世界的“三廢”不僅數(shù)量驚人悲关，而且還在以驚人的速度增長(zhǎng)。拿污水來(lái)說(shuō)娄柳，70年代全世界污水年排放量為4600億立方米寓辱，到本世紀(jì)末將增長(zhǎng)14培，達(dá)到近70000億立方米赤拒。在整個(gè)地球上秫筏，“三廢”的產(chǎn)生和排放遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了大自然本身的凈化能力。如果再不抓緊治理“三廢”挎挖，再不采取有力措施保護(hù)環(huán)境这敬，人類在地球上很快將沒(méi)有立足之地了。

　　發(fā)酵工程的巨大威力使人們看到了徹底治理環(huán)境的曙光蕉朵。

　　微生物治理環(huán)境這件事崔涂，可說(shuō)是源遠(yuǎn)流長(zhǎng)。多少年來(lái)墓造，人類的生活中何曾少過(guò)廢物堪伍、廢水。不過(guò)觅闽，由于工業(yè)不怎么發(fā)達(dá)，城市人口也不怎么密集涮俄，這些廢物蛉拙、廢水被偉大的自然界悄悄地消化掉了，不曾構(gòu)成人類生存彻亲、發(fā)展的威脅孕锄。大自然擁有神奇的凈化力量，而微生物則是凈化力量的主力軍苞尝。這些不起眼的“小不點(diǎn)”無(wú)聲無(wú)息地戰(zhàn)斗在環(huán)境保護(hù)的第一線畸肆，吃掉了廢物、廢水宙址，把它們轉(zhuǎn)化成可供動(dòng)植物再次利用的無(wú)害物質(zhì)轴脐，使地球保持著生態(tài)平衡。只有在進(jìn)入工業(yè)社會(huì)以后，由于“三廢”排放量劇增大咱，那些自生自滅恬涧、各自為戰(zhàn)的微生物已無(wú)法應(yīng)付，回天乏力碴巾，生態(tài)平衡才被打破溯捆，人類才面臨環(huán)境惡化的威脅。

　　最終厦瓢，解決環(huán)境問(wèn)題還得靠微生物提揍，處理廢物、廢氣煮仇、廢水還得靠微生物碳锈。不過(guò)不是那些各自為戰(zhàn)的微生物“游擊隊(duì)”，而是融合著人類智慧的欺抗、經(jīng)過(guò)改造的微生物售碳，是發(fā)酵工程的微生物“正規(guī)部隊(duì)”。

　　舉個(gè)例子绞呈。從60年代以來(lái)贸人，海面的浮油污染已經(jīng)成了環(huán)境保護(hù)中最令人頭疼的問(wèn)題之一。浮油的來(lái)源不光是油輪失事佃声，還有貨輪和沿岸工廠排放污油艺智，那更是經(jīng)常性的事。其結(jié)果便是整個(gè)地球的海洋表面上出現(xiàn)了一大片一大片的油污圾亏，久久不肯褪去十拣。就在浮油污染日益嚴(yán)重，幾乎使人束手無(wú)策的時(shí)候志鹃，一些聰明的學(xué)者又祭起了發(fā)酵工程這一法寶夭问。他們找到一種又一種以石油為食的微生物（叫作嗜烴菌），篩選出生命力最強(qiáng)的菌株曹铃，供給最充分的營(yíng)養(yǎng)缰趋，使它們活性更強(qiáng)，而且大量繁殖陕见，然后配制成一瓶一瓶的藥液——濃縮的菌液秘血。在被污染的海面上，只要灑上一定數(shù)量的藥液评甜，不出一周灰粮，80％的油污即會(huì)被這些微生物吞吃掉，產(chǎn)品則是二氧化碳和菌體蛋白忍坷。菌體蛋白還是一些海洋生物的營(yíng)養(yǎng)品呢粘舟！這種神奇的藥液已經(jīng)商品化熔脂，可以大量生產(chǎn)了。徹底解決海面浮油污染已是指日可待的事情蓖乘。

　　與海面浮油污染相似的锤悄，是土壤的DDT污染。

　　DDT是一種高效殺蟲(chóng)農(nóng)藥嘉抒，從20年代起風(fēng)行于全世界零聚，但60年代即被禁用。原因是它在使用后不會(huì)自行分解些侍，而是積聚在土壤中隶症。土壤中的DDT會(huì)通過(guò)農(nóng)作物的根系進(jìn)入農(nóng)作物，然后又會(huì)進(jìn)入人體岗宣，并積聚于人的肝臟蚂会，損害人體健康。即使在DDT被禁用以后耗式，這個(gè)問(wèn)題仍未解決胁住。因?yàn)榻?jīng)過(guò)數(shù)十年的使用，DDT在土壤中的濃度已經(jīng)很高了刊咳，而且自然界的凈化能力對(duì)它毫無(wú)辦法彪见。這些DDT仍在不斷地侵蝕人們的肝臟，醫(yī)生們認(rèn)為這是各類肝病娱挨，包括肝癌余指，發(fā)病率持續(xù)上升的原因之一。

　　到80年代后期跷坝，人們終于找到了從全球的土壤中清除DDT的根本辦法酵镜。

　　一些科學(xué)家移花接木，將一種昆蟲(chóng)的耐DDT基因轉(zhuǎn)移到細(xì)菌體內(nèi)柴钻，培育一種專門“吃”DDT的細(xì)菌淮韭，再大量培養(yǎng)，制成藥液顿颅。這種藥液噴灑到土壤上缸濒，不出數(shù)天，土壤中的DDT就會(huì)被“吃”得一干二凈粱腻。這樣，人類數(shù)十年來(lái)的這個(gè)“心腹之患”總算可以清除掉了斩跌。

　∩苄（3）基因工程

　　“龍生龍，鳳生鳳耀鸦，老鼠生娃鉆壁洞”柬批⌒ピ瑁“種瓜得瓜，種豆得豆”氮帐，這些都是遺傳嗅虏。

　　生物為什么會(huì)遺傳？拿人來(lái)說(shuō)上沐，最初僅僅是父親的一個(gè)精細(xì)胞和母親的一個(gè)卵細(xì)胞皮服，結(jié)合在一起，一步一步就發(fā)育成了胚胎参咙、嬰孩龄广，發(fā)育成了兒童、成人蕴侧。下一代和上一代之間的物質(zhì)聯(lián)系僅僅是那么兩個(gè)細(xì)胞择同。那么一丁點(diǎn)兒的物質(zhì)聯(lián)系就足以確定下一代是人而不是其他什么動(dòng)物，足以確定下一代在外貌净宵、體質(zhì)等方面酷肖父母敲才。多少年來(lái)，人們一方面贊美大自然的神奇造化择葡，一方面苦苦思索：生物遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ)到底是什么紧武？

　　進(jìn)入20世紀(jì)中葉，一批批科學(xué)家在遺傳學(xué)領(lǐng)域里的辛勤耕耘有了收獲刁岸，這個(gè)問(wèn)題的答案開(kāi)始清晰起來(lái)脏里，生物的遺傳物質(zhì)是DNA。DNA的正式名稱叫脫氧核糖核酸虹曙，它隱藏在染色體內(nèi)迫横。染色體是細(xì)胞核的主要成分（低等的原核細(xì)胞例外），而DNA則是染色體的核心部分酝碳，是染色體的靈魂矾踱。

　　DNA直接控制著細(xì)胞內(nèi)的蛋白質(zhì)合成，細(xì)胞內(nèi)的蛋白質(zhì)合成與細(xì)胞的發(fā)育疏哗、分裂息息相關(guān)呛讲。細(xì)胞如何發(fā)育、如何分裂決定著生物的形態(tài)返奉、結(jié)構(gòu)贝搁、習(xí)性、壽命……這些統(tǒng)稱為遺傳性狀芽偏。DNA就通過(guò)這樣的途徑來(lái)控制生物的遺傳雷逆。當(dāng)然，這是最簡(jiǎn)略的說(shuō)法污尉。

　　遠(yuǎn)在發(fā)現(xiàn)DNA之前膀哲，一些生物學(xué)家推測(cè)生物細(xì)胞內(nèi)應(yīng)該存在著控制遺傳的微粒往产，并把它定名為基因。現(xiàn)在人們清楚了某宪，基因確確實(shí)實(shí)存在著仿村。一個(gè)基因就是DNA的一個(gè)片段，是DNA的一個(gè)特定部分兴喂。一個(gè)基因往往控制著生物的一個(gè)遺傳性狀蔼囊，比如，頭發(fā)是黃還是黑瞻想，眼睛是大還是小压真，等等。準(zhǔn)確地說(shuō)蘑险，一個(gè)遺傳性狀可以由多個(gè)基因共同控制滴肿，一個(gè)基因可以與多個(gè)遺傳性狀有關(guān)。

　　低等生物噬菌體的DNA總共才有3個(gè)基因佃迄，大腸桿菌大約有3000個(gè)基因泼差，而人體一個(gè)細(xì)胞的DNA中有大約10萬(wàn)個(gè)基因。

　　搞清楚DNA的結(jié)構(gòu)頗費(fèi)周折呵俏。

　　DNA是由四種核苷酸聯(lián)結(jié)而成的長(zhǎng)鏈堆缘。這四種核苷酸相互之間如何聯(lián)結(jié)，這條長(zhǎng)鏈折疊成什么樣的立體形狀普碎，這兩個(gè)問(wèn)題在本世紀(jì)40年代曾難倒了許許多多有志于此的研究者吼肥。終于，在1954年麻车，兩位美國(guó)科學(xué)家找到了正確的答案缀皱，建立了令人信服的模型——DNA是由兩條核苷酸鏈平行地圍繞同一個(gè)軸盤曲而成的雙螺旋結(jié)構(gòu)，很像是一把扭曲的梯子动猬。兩條長(zhǎng)鏈上的核苷酸彼此間一一結(jié)成對(duì)子啤斗，緊緊連結(jié)。螺旋體每盤旋一周有10對(duì)核苷酸之多赁咙，而一個(gè)基因大約有3000對(duì)核苷酸钮莲。

　　DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)是生命科學(xué)史上一件劃時(shí)代的大事。它對(duì)生物的遺傳規(guī)律提供了準(zhǔn)確彼水、完善的解釋崔拥，是人們揭開(kāi)遺傳之謎的鑰匙。那兩位科學(xué)家——華生和克里克凤覆，因此而獲得了諾貝爾獎(jiǎng)握童。

　　基因工程，又叫遺傳工程叛赚，是生物工程的核心澡绩。它的功能是通過(guò)改換生物的基因，使生物的遺傳性狀得到改變俺附，產(chǎn)生符合人們需要的面目一新的新生物肥卡。改換基因的工作稱為基因重組，或者叫DNA重組事镣，意思就是對(duì)DNA重新進(jìn)行組合步鉴。既然生物的所有性狀都是由一定的基因控制的，那么璃哟，我們根據(jù)需要可以設(shè)法在生物的DNA中增添氛琢、減少或改變某個(gè)基因，也就是一小段DNA随闪，就會(huì)使生物的性狀發(fā)生符合我們意愿的變化阳似，甚至成為一種新的生物種類。這就是基因工程的基本原理铐伴。

　　原理是簡(jiǎn)潔明了的撮奏，做起來(lái)可就是萬(wàn)分艱難了。如果我們要在某個(gè)生物細(xì)胞的DNA里加進(jìn)一個(gè)另一種生物的基因当宴，就要完成以下幾個(gè)步驟：

　　1.在另一種生物的DNA上找到那個(gè)所需的基因畜吊，并準(zhǔn)確地切下它來(lái)。

　　2.選一種作為運(yùn)輸工具的載體户矢，把切下的基因連接到載體的DNA上玲献，通過(guò)載體帶入生物細(xì)胞。如果這個(gè)生物細(xì)胞比較大梯浪，還有可能直接以注射的方式使切下的基因進(jìn)入生物細(xì)胞捌年。

　　3.在許多動(dòng)過(guò)這種手術(shù)的細(xì)胞中篩選出確實(shí)已經(jīng)接受外來(lái)基因的細(xì)胞。

　　用來(lái)切取基因的驱证，往往是某種酶（一種特殊的蛋白質(zhì)）延窜；用來(lái)?yè)?dān)任載體的，往往是質(zhì)粒抹锄、噬菌體等有生命的小顆粒逆瑞。這些都是以納米（10－9米）為長(zhǎng)度單位的小不點(diǎn)兒，操作的難度可想而知伙单。再拿篩選來(lái)說(shuō)获高，細(xì)胞接受外來(lái)基因意味著表現(xiàn)出這個(gè)基因的功能，確定這一點(diǎn)需要精細(xì)的鑒別吻育，而這種細(xì)胞往往只占動(dòng)手術(shù)細(xì)胞的百分之幾念秧。

　　加進(jìn)去一個(gè)基因已經(jīng)是千難萬(wàn)難了，要隨心所欲地將基因排列組合布疼，捏成一個(gè)完整的DNA摊趾，并讓它表現(xiàn)出功能币狠，當(dāng)然就更難了。到目前為止砾层，像《侏羅紀(jì)公園》里那家基因公司所完成的工作漩绵，還是不可能實(shí)現(xiàn)的。復(fù)活恐龍還是很難想象的事肛炮。

　　然而止吐，基因工程已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了許多在常人看來(lái)是很難想象的事。

　　你能想象老鼠長(zhǎng)得像狗一樣大嗎侨糟？

　　1982年碍扔，美國(guó)的兩位基因工程學(xué)者把大白鼠的生長(zhǎng)激素基因轉(zhuǎn)移到小白鼠的受精卵中，結(jié)果秕重，培育出的小白鼠比普通的大兩倍半不同。接著，臺(tái)灣的學(xué)者進(jìn)行了類似的工作悲幅，培育出了像狗那么大的老鼠套鹅。

　　按照這個(gè)思路，把一些高大動(dòng)物（如大象汰具、牛）的生長(zhǎng)激素基因轉(zhuǎn)移到家畜的受精卵中卓鹿，就可能培育出體重大出幾倍的家畜來(lái)。美國(guó)一位學(xué)者宣稱留荔，這項(xiàng)工作已經(jīng)“沒(méi)有不可逾越的障礙”吟孙。

　　進(jìn)入80年代后期，基因工程的喜訊聯(lián)翩而至：通過(guò)改換基因聚蝶，培植出了耐堿的水稻杰妓、高蛋白的水稻、高產(chǎn)的棉花碘勉、抗病害的煙草巷挥，用改造過(guò)的大腸桿菌、酵母菌生產(chǎn)珍貴藥物验靡，開(kāi)采石油倍宾，冶煉金屬等等。

　　有人說(shuō)胜嗓，基因工程幾乎無(wú)所不能高职，它就像20世紀(jì)的造物主，使一批又一批面目全新的生物從實(shí)驗(yàn)室走向社會(huì)辞州、走向自然怔锌，最終將造就新的社會(huì)、新的自然界。

　　下面談一下基因工程的應(yīng)用埃元。

　±缘印（a）在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用

　　侏儒癥患者的病因是生長(zhǎng)發(fā)育時(shí)期體內(nèi)缺少一種叫作人生長(zhǎng)激素的東西。這是腦部的垂體所分泌的一種激素亚情。誰(shuí)的垂體分泌人生長(zhǎng)激素過(guò)少妄痪，就會(huì)患上侏儒癥：發(fā)育不良，形體特別矮小楞件。

　　侏儒癥的病因是早就弄清楚了。特效藥也已經(jīng)找到了裳瘪，就是人生長(zhǎng)激素土浸。

　　如果發(fā)現(xiàn)誰(shuí)在生長(zhǎng)發(fā)育時(shí)期患了侏儒癥，只要給他注射一段時(shí)間人生長(zhǎng)激素就會(huì)奏效彭羹。病人會(huì)趕上正常人的發(fā)育速度黄伊，迅速長(zhǎng)高，長(zhǎng)得和常人一個(gè)模樣派殷。

　　然而还最，人生長(zhǎng)激素太貴了。它從哪里來(lái)毡惜？從尸體的垂體中提取出來(lái)拓轻。垂體有多大？才豌豆那么大经伙。50具尸體的垂體提取的人生長(zhǎng)激素扶叉，只夠治一個(gè)侏儒癥患者。即使全世界的尸體統(tǒng)統(tǒng)解剖開(kāi)取出垂體帕膜，也只能治療侏儒癥患者的15％枣氧。

　　進(jìn)入80年代，從事基因工程研究的科學(xué)家豪邁地宣布：若干年后世界上將沒(méi)有年輕的侏儒垮刹！因?yàn)槿松L(zhǎng)激素將可以大量生產(chǎn)达吞。

　　基因工程生產(chǎn)人生長(zhǎng)激素當(dāng)然不是使用人腦垂體，而是使用大腸桿菌荒典。

　　科學(xué)家先弄清了人體DNA里人生長(zhǎng)激素基因的結(jié)構(gòu)酪劫。這個(gè)基因是支配人生長(zhǎng)激素分泌的司令部，一共有573個(gè)核苷酸种蝶。接下來(lái)的一步是在實(shí)驗(yàn)室里合成人生長(zhǎng)激素基因契耿，再把它注入大腸桿菌體內(nèi)。當(dāng)然螃征，不是所有的大腸桿菌都會(huì)接受這種基因的搪桂，那些樂(lè)于接受的大腸桿菌會(huì)乖乖地在體內(nèi)合成人生長(zhǎng)激素并貯存起來(lái)。它們被挑選出來(lái)，進(jìn)行大量培養(yǎng)踢械。然后就可以提取人生長(zhǎng)激素了酗电。這個(gè)培養(yǎng)、提取的過(guò)程可以在發(fā)酵罐里連續(xù)進(jìn)行内列。一個(gè)大腸桿菌能夠產(chǎn)生20萬(wàn)個(gè)人生長(zhǎng)激素分子撵术，每升發(fā)酵液可提取人生長(zhǎng)激素2毫克以上，相當(dāng)于一個(gè)垂體的含量话瞧。人生長(zhǎng)激素不僅用來(lái)治療侏儒癥嫩与，還是治療骨折、燒傷的良藥交排，它的大量生產(chǎn)是病家的幸事划滋。

　　基因工程生產(chǎn)人生長(zhǎng)激素，大腸桿菌擔(dān)任了工程菌這一角色埃篓，是有功之臣处坪。這似乎有點(diǎn)令人難以接受，因?yàn)樵诖蠹业挠∠笾屑茏ǎ竽c桿菌是令人討厭的致病菌同窘。其實(shí)，從基因工程問(wèn)世以來(lái)部脚，大腸桿菌確實(shí)變得神氣了想邦。因?yàn)椋妙愃朴谏a(chǎn)人生長(zhǎng)激素的方法睛低，還可以生產(chǎn)許多珍貴藥物案狠，而大腸桿菌在這些項(xiàng)目中都令人信服地完成了工程菌的任務(wù)。這些珍貴藥物包括生長(zhǎng)抑素钱雷、胰島素骂铁、干擾素等等。

　　生長(zhǎng)抑素是治肢端肥大和“巨人癥”的特效藥罩抗。過(guò)去從50萬(wàn)頭綿羊的下丘腦中才能取得5毫克生長(zhǎng)抑素拉庵，用基因工程生產(chǎn)，10升發(fā)酵液就足夠了套蒂。

　　胰島素專治糖尿病钞支。全世界糖尿病人有1億之多。過(guò)去胰島素主要從豬操刀、牛的胰臟中提取烁挟，50千克胰臟才能取得1克純品。用基因工程生產(chǎn)骨坑，20升發(fā)酵液就可以生產(chǎn)1克撼嗓，成本下降了70％柬采。

　　比黃金還貴的干擾素，是病毒的克星且警，也是對(duì)付腫瘤的“希望之星”粉捻。

　　過(guò)去生產(chǎn)干擾素，是從人的血細(xì)胞中提取的斑芜，要2升人血才能取得l微克肩刃。

　　用基因工程生產(chǎn)，l升發(fā)酵液就能得到600微克杏头。

　　基因工程生產(chǎn)的藥物已經(jīng)為千千萬(wàn)萬(wàn)個(gè)病家?guī)?lái)了福音盈包。人們期望著，基因工程能為醫(yī)藥事業(yè)大州，為全人類的健康建立更多的功勛续语。

　　（b）在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用

　　植物基因工程有多種方式厦画，如雜交育種、細(xì)胞融合滥朱、DNA重組等等根暑。其中，最復(fù)雜也最先進(jìn)的當(dāng)屬DNA重組徙邻。由于植物基因工程的對(duì)象都是結(jié)構(gòu)和遺傳規(guī)律比較復(fù)雜的高等植物排嫌，而且植物細(xì)胞有比較堅(jiān)實(shí)的細(xì)胞壁，所以缰犁，將外來(lái)的基因?qū)胫参锛?xì)胞要比導(dǎo)入微生物和動(dòng)物細(xì)胞困難得多淳地。尋找一種合適的載體，是這一技術(shù)的關(guān)鍵帅容。

　　70年代颇象，兩位比利時(shí)科學(xué)家在這個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題上取得了突破。他們發(fā)現(xiàn)了一種大顆粒質(zhì)敛⑴牵——Ti質(zhì)粒遣钳，這種質(zhì)粒能順利地進(jìn)入植物細(xì)胞的核內(nèi)，把自己所帶的DNA片段麦乞，“硬塞”給植物的DNA蕴茴。Ti質(zhì)粒的“娘家”是一種根癌土壤桿菌，所以它把DNA片段硬塞給植物后姐直，植物就會(huì)生癌倦淀。這可是會(huì)致命的癌，從這一點(diǎn)來(lái)說(shuō)声畏，Ti質(zhì)粒是個(gè)壞種撞叽。可是它具有攜帶、硬塞DNA片段的通天本領(lǐng)能扒，科學(xué)家就請(qǐng)它來(lái)當(dāng)運(yùn)輸大隊(duì)長(zhǎng)佣渴，帶上特定的DNA片段，進(jìn)入特定的植物細(xì)胞初斑。試驗(yàn)下來(lái)辛润，居然一切順利。

　　從事Ti質(zhì)粒研究的科學(xué)家越來(lái)越多见秤，而Ti質(zhì)粒立下的功勞也越來(lái)越多砂竖。

　　由它帶進(jìn)植物細(xì)胞并得到表達(dá)的基因已有數(shù)十種。這中間有別種植物的基因鹃答，也有微生物的基因乎澄、動(dòng)物基因，甚至還有人的基因——人的生長(zhǎng)基因测摔，真是有點(diǎn)不可思議置济！

　　除了Ti質(zhì)粒，人們還找到了其他的載體锋八，如某些病毒浙于；還采取了其他手段，如微量注射挟纱。所以羞酗，植物基因工程至今已是碩果累累。我們隨手可以撿出幾個(gè)例子：

　　接受了細(xì)菌的殺蟲(chóng)毒素基因的煙草——這種煙草不怕蟲(chóng)咬了紊服；導(dǎo)入了抗枯萎基因的棉花——這種棉花不會(huì)得枯萎病了檀轨；接受了抗除草劑基因的水稻——在這種水稻的田塊里可以放心施用除草劑了；導(dǎo)入了大豆欺嗤、玉米的蛋白質(zhì)基因的水稻参萄、小麥——它們的蛋白質(zhì)含量比同類高出一大截。

　〖粮（c）人類基因組計(jì)劃

　　什么是人類基因組計(jì)劃拧揽？簡(jiǎn)單地說(shuō)，就是要對(duì)人體的所有基因進(jìn)行解剖分析腺占，弄清楚人類究竟有多少基因淤袜，這些基因的精確位置在哪里，每個(gè)基因的精確組成又是怎么樣的衰伯。這就等于要繪制一張精確的人類基因解剖圖铡羡，編著一部人類基因百科全書。

　　說(shuō)來(lái)也很有意思意鲸，最艱巨也是最偉大的基因工程烦周，恰恰是研究人類自身的尽爆。不過(guò)，既然人是最高等的生物读慎，是萬(wàn)物之靈漱贱，這一點(diǎn)也就不難理解了。

　　人體的一個(gè)細(xì)胞里有23對(duì)染色體夭委，每條染色體就是一個(gè)雙鏈的DNA分子幅狮，包含有5000萬(wàn)到25000萬(wàn)個(gè)核苷酸對(duì)。23對(duì)染色體里一共有60億個(gè)核苷酸對(duì)株灸。把23對(duì)染色體的全部DNA拉直崇摄，連成一條直線，長(zhǎng)度為91厘米左右慌烧。

　　這23對(duì)染色體里有大約10萬(wàn)個(gè)基因逐抑，每個(gè)基因大致上由1000～3000個(gè)核苷酸對(duì)組成。要將這些基因精確定位并確定其組成屹蚊，說(shuō)到底就要測(cè)定60億個(gè)核苷酸對(duì)的排列順序厕氨，你想這件事該是多么艱難！

　　實(shí)施人類基因組計(jì)劃汹粤，編著這樣一部人類基因百科全書腐巢，盡管千難萬(wàn)難，卻是科學(xué)家們夢(mèng)寐以求的愿望玄括。因?yàn)樗鼘⑹侨祟惾娑?xì)致地認(rèn)識(shí)自身的金鑰匙，具有廣闊的應(yīng)用前景和難以估量的價(jià)值肉瓦。

　　人類基因組計(jì)劃的價(jià)值首先體現(xiàn)在醫(yī)學(xué)方面宛瞄。

　　隨著基因工程的發(fā)展和醫(yī)療技術(shù)的提高开镣，基因治療已經(jīng)取得了一系列研究成果，并開(kāi)始走向臨床應(yīng)用。所謂基因治療蚕键，就是對(duì)人體的致病基因進(jìn)行手術(shù)，或“切割”下來(lái)?yè)Q上正常的基因确沸，或用化學(xué)饭尝、物理的手段使其“改邪歸正”，不再致病挨厚。要進(jìn)行基因治療堡僻，首先就要找到致病基因。在10萬(wàn)個(gè)基因疫剃，或者說(shuō)是60億個(gè)核苷酸對(duì)的茫茫大海中找到某種疾病的致病基因钉疫，實(shí)在是談何容易。人類光是遺傳性疾病就不下4000種巢价，每種遺傳性疾病都是受一個(gè)或數(shù)個(gè)致病基因控制的牲阁」谈螅基因治療是治療遺傳性疾病最有效的手段，甚至是唯一的根治手段城菊。然而备燃，這4000多種遺傳性疾病中，已找到致病基因的還不到3％凌唬。一旦人類基因組計(jì)劃實(shí)現(xiàn)并齐，這4000多種遺傳性疾病的致病基因就將暴露在光天化日之下，進(jìn)行基因治療就有了保證法瑟。

　　再拿人們視作洪水猛獸一般的癌癥來(lái)說(shuō)吧冀膝，至今已在人的DNA里發(fā)現(xiàn)了近百種癌基因，這些癌基因長(zhǎng)時(shí)期處于靜息狀態(tài)霎挟，一旦有某些條件使它活化窝剖，它就會(huì)使細(xì)胞無(wú)節(jié)制地分裂，人就會(huì)生癌酥夭。實(shí)施人類基因組計(jì)劃后赐纱，所有的癌基因都將一一亮相，給治療帶來(lái)許多線索——或者是進(jìn)行基因手術(shù)熬北，或者是控制它的活化條件疙描，等等。這就等于為人類攻克癌癥堡壘提供了一份精確的軍用地圖讶隐。

　　更有趣的是起胰，人類基因組計(jì)劃實(shí)現(xiàn)后，每個(gè)人在胎兒階段就能作出基因組分析巫延，建立起個(gè)人的基因檔案效五。這份檔案里不僅記載著致病基因，還記載著體質(zhì)炉峰、性格畏妖、語(yǔ)言、智力等多方面的遺傳特點(diǎn)疼阔。人們可以根據(jù)這份檔案來(lái)預(yù)防疾病戒劫，確定最適宜于自己的生活方式、飲食規(guī)律以及事業(yè)上的發(fā)展方向婆廊，大大提高生命的質(zhì)量迅细。

　　人類基因組計(jì)劃的意義還遠(yuǎn)不止這一些。在研究人類的起源和進(jìn)化否彩，研究人類的遺傳規(guī)律疯攒，研究生物學(xué)基本理論等方面，它將提供一系列新的思路列荔，引導(dǎo)出一系列新的結(jié)論敬尺。

　　人類基因組計(jì)劃最初是美國(guó)科學(xué)家于1985年提出創(chuàng)議的枚尼。從1988年起，美國(guó)砂吞、日本署恍、英國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家紛紛建立專門機(jī)構(gòu)，投入上億元經(jīng)費(fèi)蜻直，組織實(shí)施人類基因組計(jì)劃盯质。我國(guó)從1993年7月起也正式加入了這一行列，“中國(guó)人類基因組計(jì)劃”列入國(guó)家重大研究項(xiàng)目概而。

　　由于人類基因組計(jì)劃工程浩大呼巷，盡管有計(jì)算機(jī)、電子顯微鏡等現(xiàn)代化設(shè)備助威赎瑰，實(shí)際進(jìn)展還是不可能很快王悍。按1990年的統(tǒng)計(jì)，當(dāng)時(shí)已完成的工作量不過(guò)千分之二左右餐曼。從目前來(lái)看压储，估計(jì)還要15～20年的時(shí)間才能大功告成。

　≡雌（4）酶工程

　〖铩（a）什么是酶

　　牛以草為食物，草的主要成分是纖維素踩娘。纖維素和淀粉刮刑、糖一樣都是碳水化合物，但它卻很難分解养渴。那么为朋，牛胃怎么會(huì)有那么大的能耐呢？牛胃里邊有什么神奇的物質(zhì)把纖維素分解掉呢厚脉？這在很長(zhǎng)的歷史時(shí)期里都是一個(gè)謎。

　　鷹是食肉的猛禽胶惰。它的取食方式是撕下獵物的肉囫圇吞下（肉里面還夾雜著骨頭傻工、毛），然后由強(qiáng)健的胃把這些肉消化掉孵滞≈欣Γ科學(xué)家做了一根特殊的金屬管，里面裝上肉坊饶，管子兩端用金屬絲網(wǎng)封住泄伪。他們讓鷹吞下金屬管，過(guò)一段時(shí)間取出金屬管一看匿级，肉已經(jīng)無(wú)影無(wú)蹤了蟋滴。這說(shuō)明鷹胃里面也有一種神奇的物質(zhì)染厅，能擔(dān)當(dāng)消化肉類——主要成份是蛋白質(zhì)的重任。

　　鷹胃和牛胃在消化方面的神奇力量是相似的津函，只不過(guò)消化的對(duì)象一個(gè)是蛋白質(zhì)肖粮，一個(gè)纖維素。

　　起先尔苦，人們以為鷹胃和牛胃里面起消化作用的是胃酸涩馆。但很快又發(fā)現(xiàn)胃酸只是個(gè)配角，主角則是一種數(shù)量極小允坚、作用奇大的物質(zhì)——酶魂那。

　　酶究竟是什么東西呢？

　　這個(gè)問(wèn)題人們又花了數(shù)十年時(shí)間才搞清楚稠项。從本質(zhì)上說(shuō)涯雅，酶是一種蛋白質(zhì)。從特性上說(shuō)皿渗，酶是一種生物催化劑斩芭，在生物體的生命活動(dòng)中擔(dān)當(dāng)著重要的角色。它參加生物體內(nèi)大大小小的乐疆、無(wú)時(shí)無(wú)刻不在發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)划乖，在這些化學(xué)反應(yīng)中起著催化作用。千萬(wàn)不能小看這個(gè)催化作用挤土，它使這些化學(xué)反應(yīng)的速度增加1012～1020倍琴庵。而且，如果沒(méi)有酶的參與仰美，有些反應(yīng)根本不會(huì)發(fā)生迷殿。

　　在牛胃里起主要作用的，是纖維素酶咖杂。它使纖維素很快就分解成葡萄糖庆寺。

　　要消化、吸收葡萄糖就是很簡(jiǎn)單的事了诉字，人的消化系統(tǒng)也辦得到懦尝，不用說(shuō)牛了。

　　在鷹胃里起主要作用的壤圃，是胃蛋白酶陵霉。它使蛋白質(zhì)分解成分子較小的多肽和氨基酸。難怪金屬管里邊的肉會(huì)無(wú)影無(wú)蹤了伍绳。

　　纖維素酶和胃蛋白酶只是龐大的酶家族里的兩個(gè)成員踊挠。小小的大腸桿菌，身體里進(jìn)行的生物化學(xué)反應(yīng)有3000多種冲杀；人體這樣一個(gè)高度復(fù)雜的生物體效床，發(fā)生的生物化學(xué)反應(yīng)要用天文數(shù)字來(lái)表示睹酌。這些反應(yīng)都是在酶的參與下發(fā)生的，可見(jiàn)酶氏家族有多么興旺扁凛。

　　到現(xiàn)在為止忍疾，人類已完全能確定其成分和功能的酶有3000多種。

　　酶有兩大特點(diǎn)是引人注目的谨朝。一是高效卤妒，二是專一。

　　所謂高效字币，是指酶的催化能力的強(qiáng)大则披。對(duì)許多化學(xué)反應(yīng)來(lái)說(shuō)，往往可以找到一些能加速反應(yīng)的化學(xué)催化劑洗出。然而士复，酶的催化能力要比化學(xué)催化劑高出107～1013倍。就拿纖維素的分解來(lái)說(shuō)翩活，用5％的硫酸阱洪，在4～5個(gè)大氣壓、100多攝氏度的條件下菠镇，四五個(gè)小時(shí)只能使纖維素稍稍松動(dòng)冗荸。而一旦纖維素酶出場(chǎng)，而且只是那么一點(diǎn)點(diǎn)纖維素酶利耍，在常壓蚌本、40攝氏度的條件下，四五個(gè)小時(shí)可以使50％的纖維素分解成葡萄糖隘梨。這幾乎就是牛胃里發(fā)生的反應(yīng)程癌，只不過(guò)容器換了一下。

　　所謂專一轴猎，是指一種酶只能作用于具有一定結(jié)構(gòu)的物質(zhì)嵌莉。纖維素酶只能把纖維素分解成葡萄糖，碰到蛋白質(zhì)捻脖、淀粉烦秩、脂肪之類，它是無(wú)動(dòng)于衷的郎仆。

　　同樣，鷹胃里的胃蛋白酶兜蠕，只對(duì)蛋白質(zhì)“情有獨(dú)鐘”扰肌，對(duì)纖維素和其他有機(jī)物分子就毫無(wú)辦法了。鷹胃里除了主力軍胃蛋白酶之外熊杨，還有淀粉酶曙旭、纖維素酶盗舰、脂肪酶等許多酶；牛胃里除了主力軍纖維素酶之外桂躏，也還有胃蛋白酶钻趋、淀粉酶、脂肪酶等許多酶剂习。這些酶分工明確蛮位，各司其職，專找特定的對(duì)象“開(kāi)刀”鳞绕。

　　酶除了高效失仁、專一這兩大特點(diǎn)之外，還有一個(gè)顯著的優(yōu)點(diǎn)是它的催化作用都是在常溫们何、常壓之下完成的萄焦。本來(lái)嘛，酶是生物催化劑冤竹，它是在生物體內(nèi)起作用的拂封，當(dāng)然與高溫、高壓無(wú)關(guān)了鹦蠕。

　　由于酶具有那么明顯的優(yōu)點(diǎn)冒签，人們開(kāi)始考慮，能不能把它從生物體內(nèi)取出來(lái)片部，專門來(lái)催化一些重要的化學(xué)反應(yīng)呢镣衡？這樣不是能在更廣闊的天地里發(fā)揮它的優(yōu)勢(shì)了嗎？

　　于是档悠，酶工程應(yīng)運(yùn)而生了廊鸥。

　　（b）什么是酶工程

　　微生物是發(fā)酵工程的主力軍辖所。在發(fā)酵工程里（或者說(shuō)在自然界也一樣）惰说，微生物之所以有那么大的神通，能迅速地把一種物質(zhì)轉(zhuǎn)化為另一種物質(zhì)缘回，正是因?yàn)樗鼈凅w內(nèi)擁有神奇的酶吆视，正是那些酶在大顯神通。說(shuō)到底酥宴，發(fā)酵作用也就是酶的作用啦吧。

　　微生物種類繁多，微生物繁殖奇快拙寡。要發(fā)展酶工程授滓，微生物自然應(yīng)該是人們獲取酶、生產(chǎn)酶的巨大寶庫(kù)、巨大資源般堆。事實(shí)上在孝，目前酶工程中涉及到的酶絕大部分來(lái)自于微生物。

　　所謂的酶工程淮摔，可以分為兩大部分私沮。一大部分是如何生產(chǎn)酶，一大部分是如何應(yīng)用酶和橙。用微生物來(lái)生產(chǎn)酶仔燕，是酶工程的半壁江山。

　　酶的生產(chǎn)要解決一系列的技術(shù)問(wèn)題胃碾，包括：

　　挑選和培育生產(chǎn)酶的微生物（要求繁殖快涨享、安全、酶容易分離仆百、符合應(yīng)用條件）厕隧；確定合適的培養(yǎng)條件和培養(yǎng)方式；大幅度地提高酶的產(chǎn)量俄周；將生產(chǎn)出來(lái)的酶進(jìn)行分離提純吁讨，提高酶的純度等等。

　　經(jīng)過(guò)各國(guó)科學(xué)家的不懈努力峦朗，這些技術(shù)問(wèn)題一一迎刃而解建丧，酶的生產(chǎn)水平不斷提高，為酶的應(yīng)用提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)波势。

　　這里值得一提的是通過(guò)基因重組來(lái)對(duì)產(chǎn)酶的菌種進(jìn)行改造翎朱，獲得生產(chǎn)性能優(yōu)秀的菌種。最明顯的例子是α-淀粉酶的生產(chǎn)尺铣。

　　最初拴曲，人們是從豬的胰臟里提取α-淀粉酶的，這種酶在將淀粉轉(zhuǎn)化為葡萄糖的過(guò)程中是一個(gè)主角凛忿。隨著酶工程的進(jìn)展澈灼，人們開(kāi)始用一種芽孢桿菌來(lái)生產(chǎn)α-淀粉酶。從1立方米的芽孢桿菌培養(yǎng)液里獲取的α-淀粉酶店溢，相當(dāng)于幾千頭豬的胰臟的含量叁熔。然而，致力于酶工程研究的學(xué)者并不滿足于這一點(diǎn)床牧，他們用基因工程的手段荣回，將這種芽孢桿菌的合成α-淀粉酶的基因轉(zhuǎn)移到一種繁殖更快，生產(chǎn)性能更好的枯草桿菌的DNA里戈咳，轉(zhuǎn)而用這種枯草桿菌來(lái)生產(chǎn)α-淀粉酶心软，使產(chǎn)量一下子提高了數(shù)千倍革砸。

　　人體里的尿激酶，是治療腦血栓和其他各種血栓的特效藥糯累。以前常見(jiàn)的生產(chǎn)手段是從人尿中提取，其落后性顯而易見(jiàn)册踩，產(chǎn)量也畢竟有限泳姐。學(xué)者們從人的腎臟細(xì)胞中分離出尿激酶基因，轉(zhuǎn)移到大腸桿菌的DNA中暂吉，用DNA重組后的大腸桿菌來(lái)生產(chǎn)人尿激酶胖秒。生產(chǎn)效率自然提高了不少。

　　通過(guò)基因重組來(lái)改造產(chǎn)酶的微生物慕的，建立優(yōu)良的生產(chǎn)酶的體系阎肝，被認(rèn)為是最新一代的酶工程（第四代酶工程）。這是酶工程與基因工程的結(jié)合點(diǎn)肮街。

　　基因工程被稱為生物工程的靈魂风题，在這里又一次展現(xiàn)了它的動(dòng)人之處。

　　除了酶的生產(chǎn)之外嫉父，近些年來(lái)沛硅，酶工程又出現(xiàn)了一個(gè)新的熱門課題，那就是人工合成新酶绕辖，也就是人工酶摇肌。這是因?yàn)椋藗儼l(fā)現(xiàn)光從微生物里提取酶仍不能滿足日益增長(zhǎng)的對(duì)酶的需求仪际，需要另辟新路围小。

　　人工酶是化學(xué)合成的具有與天然酶相似功能的催化物質(zhì)。它可以是蛋白質(zhì)树碱，也可以是比較簡(jiǎn)單的大分子物質(zhì)肯适。合成人工酶的要求是很高的，它要求人們弄清楚：酶是如何進(jìn)行催化赴恨，關(guān)鍵是哪幾個(gè)部位在起作用疹娶，這些關(guān)鍵部位有什么特點(diǎn)……最終，對(duì)人工酶還有另一層要求伦连，那就是簡(jiǎn)單雨饺、經(jīng)濟(jì)。

　　有人已經(jīng)合成了一個(gè)由34個(gè)氨基酸組成的大分子惑淳，這個(gè)大分子具有跟核糖核酸酶一樣的催化作用额港。然而，人們?nèi)匀幌铀珡?fù)雜歧焦，繼續(xù)尋找更簡(jiǎn)單移斩、更穩(wěn)定肚医、更小的人工酶，尋找在生產(chǎn)上比天然酶經(jīng)濟(jì)得多的人工酶向瓷。

　　盡管人工酶的效益尚不明顯肠套，然而從事人工酶研究的隊(duì)伍卻日益壯大。

　　也許猖任，在不久的將來(lái)你稚，人工酶在酶工程的生產(chǎn)領(lǐng)域里將正式取得一席之地，而且地位不斷上升朱躺，甚至壓倒天然酶刁赖。

　　（c）酶工程的核心——固定化工程

　　步入90年代长搀，以空氣為原料宇弛，用酶工程生產(chǎn)氮肥已初見(jiàn)端倪——用固定化酶來(lái)合成氨，已實(shí)現(xiàn)了少量的工業(yè)化生產(chǎn)源请。所使用的酶枪芒，有的是從固氮菌中分離、提純出來(lái)的固氮酶巢钓，有的則是根據(jù)固氮酶的化學(xué)模型制成的人工模擬酶病苗。預(yù)計(jì)，世界各國(guó)的大型氮肥廠將逐步改用酶工程來(lái)合成氨症汹，這樣既可節(jié)約大量的高溫高壓設(shè)備硫朦，又能在世界范圍內(nèi)每年節(jié)約相當(dāng)于10億噸石油的能源。

　　不僅是生產(chǎn)氮肥背镇，用空氣咬展、水、一氧化碳和二氧化碳來(lái)生產(chǎn)形形色色的化工產(chǎn)品瞒斩，對(duì)酶工程而言破婆，都不是辦不到的事。

　　這里胸囱，很關(guān)鍵的是酶的固定化祷舀，它被稱為是酶工程的中心。

　　酶作為各種化學(xué)反應(yīng)的催化劑烹笔，除了具有高效裳扯、專一的優(yōu)點(diǎn)之外，同時(shí)也存在著一些缺點(diǎn)谤职。例如饰豺，由于酶在本質(zhì)上是蛋白質(zhì)，在遇到高溫允蜈、強(qiáng)酸冤吨、強(qiáng)堿時(shí)就會(huì)失去活性蒿柳，毫無(wú)催化功能可言。又如漩蟆，酶的分離垒探、提純和生產(chǎn)，要花費(fèi)大量的時(shí)間怠李，投入大量的技術(shù)和勞動(dòng)叛复，因而成本很高，價(jià)錢很貴扔仓。

　　對(duì)酶工程來(lái)說(shuō)，最要命的是咖耘，酶催化反應(yīng)往往是在稀釋液體里進(jìn)行的翘簇，反應(yīng)完畢酶難以回收。也就是說(shuō)儿倒，事實(shí)上酶只能使用一次版保。

　　一方面是酶的成本很高，一方面是酶可以反復(fù)使用成千上萬(wàn)次而事實(shí)上只使用了一次夫否，這不是太浪費(fèi)了嗎彻犁？酶的推廣應(yīng)用在這個(gè)問(wèn)題上遇到了攔路虎。

　　60年代初凰慈，一位以色列科學(xué)家率先取得了突破汞幢。他發(fā)現(xiàn)，生物細(xì)胞里的許多酶并不是獨(dú)立在溶液里起作用微谓，而是包埋在細(xì)胞膜或其他細(xì)胞器里面起作用的森篷。于是，他試著把分離得到的酶結(jié)合到某種不溶于水的載體上豺型，或者是包埋于天然的或人工合成的膜上仲智，這樣就裝配成了固定化酶。接著他又對(duì)固定化酶的催化特性進(jìn)行觀察姻氨，出乎意料地發(fā)現(xiàn)钓辆，許多酶經(jīng)過(guò)固定化以后，活性絲毫未減肴焊，穩(wěn)定性反而有了提高前联。在反應(yīng)容器里，固定化酶可以反復(fù)利用抖韩，成百次蛀恩、成千次地發(fā)揮效能，以不變促成萬(wàn)變茂浮。這位以色列科學(xué)家萬(wàn)分欣喜地將他的發(fā)現(xiàn)公諸于世双谆。

　　這一發(fā)現(xiàn)是酶的推廣應(yīng)用的轉(zhuǎn)折點(diǎn)壳咕，也是酶工程發(fā)展的轉(zhuǎn)折點(diǎn)。

　　在這一發(fā)展的基礎(chǔ)上顽馋，酶的固定化技術(shù)日新月異谓厘。它表現(xiàn)在兩方面：

　　一方面是固定的方法。從目前來(lái)看寸谜，固定的方法有四大類：吸附法竟稳、共價(jià)鍵合法、交聯(lián)法和包埋法熊痴。所使用的載體材料和結(jié)合技術(shù)五花八門他爸，層出不窮。

　　另一方面是果善，被固定下來(lái)用于催化反應(yīng)的诊笤，除了各種酶之外，又發(fā)展了含有酶的細(xì)胞巾陕，又叫固定化細(xì)胞讨跟。固定化細(xì)胞省卻了酶的提取和純化，而且它具有多種酶鄙煤，能催化一系列的反應(yīng)晾匠，大大提高了效率。有意思的是梯刚，固定化細(xì)胞還經(jīng)歷了從固定死細(xì)胞（其中的酶仍有活性）到固定活細(xì)胞的發(fā)展過(guò)程凉馆。

　　與自然酶相比，固定化酶和固定化細(xì)胞具有明顯的優(yōu)點(diǎn)：

　　1.可以做成各種形狀亡资，如顆粒狀句喜、管狀、膜狀沟于，裝在反應(yīng)槽中咳胃，便于取出，便于連續(xù)旷太、反復(fù)使用展懈。

　　2.穩(wěn)定性提高，不易失去活性供璧，使用壽命延長(zhǎng)存崖。

　　3.便于自動(dòng)化操作，實(shí)現(xiàn)用電腦控制的連續(xù)生產(chǎn)睡毒。

　　固定化技術(shù)使得酶工程的推廣如同雨后春筍一般来惧。從日本首先采用固定化酶生產(chǎn)氨基酸開(kāi)始，到如今已有數(shù)十個(gè)國(guó)家采用固定化酶和固定化細(xì)胞進(jìn)行工業(yè)生產(chǎn)演顾，產(chǎn)品包括酒精供搀、啤酒隅居、各種氨基酸、各種有機(jī)酸以及藥品等等葛虐。

　　今后酶工程發(fā)展的步伐胎源，也將與固定化技術(shù)的提高緊緊相連。

　∮炱辍（d）酶工程的應(yīng)用

　　如果要舉幾個(gè)例子來(lái)說(shuō)明酶的應(yīng)用涕蚤，也許有人會(huì)提到：

　　加酶洗衣粉，洗衣粉添加進(jìn)蛋白酶后大大增強(qiáng)了去污能力的诵，能把衣物洗得潔凈如新万栅；多酶片，它所含的多種酶會(huì)增強(qiáng)人的消化能力西疤，專治積食申钩、消化不良；SOD瘪阁，全名叫超氧化物歧化酶，被廣泛用于食品邮偎、飲料管跺、牙膏和化妝品中，它能去除人體內(nèi)的垃圾——超氧化物禾进，使人延緩衰老豁跑，保持青春活力；加酶洗衣粉泻云、多酶片和SOD確實(shí)是酶的應(yīng)用實(shí)例艇拍。不過(guò)，對(duì)于酶工程來(lái)說(shuō)宠纯，它們猶如大海中的幾片浪花一樣卸夕，只是簡(jiǎn)單的應(yīng)用而已。在更深的層次上婆瓜，酶的應(yīng)用更為豐富多彩快集，更能體現(xiàn)酶工程的無(wú)窮魅力。

　　關(guān)于酶的應(yīng)用廉白，不妨舉一個(gè)你身邊的例子：青霉素个初。

　　自從50多年前青霉素被發(fā)現(xiàn)并投入臨床應(yīng)用以來(lái)，很長(zhǎng)時(shí)期它一直是對(duì)付許多炎癥的首選藥物猴蹂。然而院溺，它也有缺點(diǎn)，一是使用多了許多病菌對(duì)它產(chǎn)生了抗藥性磅轻；二是它對(duì)一部分病菌本來(lái)就沒(méi)有殺傷力珍逸。許多科學(xué)家開(kāi)始研究如何對(duì)青霉素進(jìn)行改造逐虚。辦法很快找出來(lái)了，那就是使用青霉素跖ⅲ化酶對(duì)青霉素進(jìn)行裂解痊班，然后再合成新一代的青霉素，它的名稱是半合成青霉素摹量。半合成青霉素有數(shù)十種涤伐，比它的母體——青霉素殺菌力更強(qiáng)，殺菌面更廣缨称，還能有效地對(duì)付那些耐藥菌凝果。不過(guò)，青霉素跄谰。化酶很嬌貴器净，不穩(wěn)定，因而当凡，實(shí)現(xiàn)半合成青霉素的工業(yè)化生產(chǎn)一度陷入了僵局山害。

　　隨著酶工程研究與開(kāi)發(fā)的進(jìn)展，尤其是固定化技術(shù)的完善沿量，這個(gè)僵局終于被打破了浪慌。德國(guó)科學(xué)家還運(yùn)用遺傳工程手段改造大腸桿菌，獲得了青霉素跗釉颍化酶高產(chǎn)菌株权纤，大大提高了生產(chǎn)效率。大批的半合成青霉素投入了臨床應(yīng)用乌妒，取得了理想的醫(yī)療效果汹想。今天，如果有誰(shuí)的炎癥在使用了甲氧苯青霉素撤蚊、羧芐青霉素（它們都是半合成青霉素）后迅速消退古掏，那也該謝謝那造福人類的酶工程。