第一篇：基因工程技術在廢水處理中的應用

基因工程技術在廢水處理中的應用

李孟 廖改霞

（武漢理工大學市政工程系，湖北 武漢 430070）

【摘要】基因工程技術是在DNA分子水平上按照人們的意愿進行的定向改造生物的新技術。利用基因工程技術提高微生物凈化環境的能力是用于廢水治理的一項關鍵技術。本文介紹了基因工程技術的原理、特點和主要研究內容，重點闡述了基因工程技術在廢水處理中的應用,并對其研究方向作了展望。關鍵詞：基因工程 技術 廢水處理 應用

The application of gene engineering technique to wastewater treatment

Li Meng

Liao Gaixia(Department of Municipal Engineering, Wuhan University of Technology, Hubei Wuhan 430070)Abstract: Gene engineering technique was the new technique for modifying living beings according to human wishes on the DNA molecular level and the key technique for wastewater treatment by improving the purifying environment ability of microbes.The paper introduced the principle, characteristic, main research content of gene engineering technique, emphasized on formulating the application of gene engineering technique in wastewater treatment, and discussed its research orientation in the end.Key words: gene engineering

technique

wastewater treatment

application

利用基因工程技術提高微生物凈化污染物的能力是現代生物技術用于廢水治理的一項關鍵技術。20世紀50年代初,由于分子生物學和生物化學的發展,對生物細胞核中存在的脫氧核糖核酸(DNA)的結構和功能有了比較清晰的闡述。20世紀70年代初實現了DNA重組技術,逐步形成了以基因工程為核心內容,包括細胞工程、酶工程、發酵工程的生物技術。這一技術發展到今天,正形成產業化并列為世界領先專業技術領域之一,廣泛應用于食品、醫藥、化工、農業、環保、能源和國防等許多部門,并日益顯示出其巨大的潛力,將為世界面臨的水污染等問題的解決提供廣闊的應用前景[1]?；蚬こ碳夹g概述

基因工程技術是一種按照人們的構思和設計,在體外將一種生物的個別基因插入病毒、質?；蚱渌d體分子,構成遺傳物質的重組,然后導入到原先沒有這類分子的受體細胞內，能持續穩定地進行無性繁殖,使重組基因在受體細胞內表達,產生出人類所需要的基因產品的操作技術?；蚬こ碳夹g是一項極為復雜的高新生物技術,它具有高效、經濟、清潔、低耗、可持續發展、預見性和準確性等特點[2]。一個完整的基因工程技術流程一般包括目的基因的獲得、載體的制備、目的基因與載體的連接、基因的轉移、陽性克隆的篩選、基因的表達、基因工程產品的分離提純等過程[1]?；蚬こ碳夹g在廢水處理中的應用

基因工程技術應用于廢水處理是水處理領域一項具有廣泛應用前景的新興技術。常規的廢水處理方法有物化法、生物法等。由于一般的物化方法只是污染物的轉移，不能從根本上治理，且容易造成二次污染，成本也較高，生物法逐漸成為廢水處理的主要方法。但是由于廢水的多樣性及其成分的復雜性，自然進化的微生物降解污染物的酶活性往往有限，如果能利用基因工程技術對這些菌株進行遺傳改造，提高微生物酶的降解活性，并可大量繁殖，就可以定向獲得具有特殊降解性狀的高效菌株，方便有效地應用于水污染處理。因此，構建基因工程菌成為現代廢水處理技術的一個重要研究方向，且日益受到人們的重視。

2.1 利用基因工程菌富集廢水中的重金屬離子

近幾十年來,經濟的高速發展導致各種有毒、有害金屬污染物,經生產和使用過程中的各種渠道進入環境。高穩定性和高脂溶性使其在環境中具有停留時間長、能沿著食物鏈富集等特點,嚴重威脅著人類的健康和生存。隨著國家對污染物排放標準的要求日益嚴格,單純使用傳統生物法處理這類重金屬廢水在適應性和高效性等方面存在局限性。針對這一問題,一些新型生物處理技術應運而生,其中利用基因工程菌代替普通微生物處理重金屬是近年來研究的熱點。此法采用生物工程技術將微生物細胞中參與富集的主導性基因導入繁殖力強、適應性能佳的受體菌株內,大大提高了菌體對重金屬的適應性和處理效率。

X.W.Zhao等[3]研究發現,宿主菌在Hg2+濃度為1mg/L的LB培養液中生長嚴重受抑,而基因工程菌E.coliJM109在Hg2+濃度為7.4mg/L時仍能增殖,且Hg2+富集量為2.97mg/g(細胞干重),去除率達96%以上。

Carolina Sousa等[4]構建了表達酵母金屬硫蛋白(CUP1)、哺乳動物金屬硫蛋白(HMT-1A)和外膜蛋白LamB的融合蛋白的基因工程菌E.coli,該菌種的Cd2+富集能力比原始宿主菌提高15～20倍。K.Kuroda[5]等在釀酒酵母細胞壁處的凝集素蛋白中表達了含His的寡肽,增強了酵母對Cu2+的抗性和吸附能力,其Cu2+富集能力比對比菌株提高了8倍多。

X.Deng等[6]構建了同時表達鎳轉運系統和金屬硫蛋白的基因重組菌E.coliJM10,將其用于處理含鎳廢水的試驗研究時,發現其對Ni2+的富集能力比原始宿主菌增加了6倍多。

趙肖為等[7]利用基因工程菌E.coli SE5000 對水體中的鎳離子進行富集研究。菌體細胞對Ni2+的富集速率很快,富集過程滿足Langmuir 等溫線模型。經基因改造的基因工程菌不僅最大鎳富集容量與原始宿主菌相比增加了4倍多,而且對pH值的變化呈現出更強的適應性。袁建軍等[8]利用構建的高選擇型基因工程菌生物富集模擬電解廢水中的汞離子。模擬電解廢水中除含有3.0 mg·L-1的汞離子外, 還含有十種以上的其它金屬離子。實驗表明,與重組菌對只含汞離子的水溶液的處理結果比較, 電解廢水中其它組份的存在意外地增大了重組菌富集汞離子的作用速率, 但同時卻使細菌的最大汞富集量降低了約30%。

張迎明等[9]利用基因重組技術構建出基因工程菌Staphylococcus aureusATCC6538，該工程菌在IPTG用量為1.00mmol·L-1,誘導時間為4 h的條件下培養對鎳離子的富集能力最高。在不同鎳離子濃度時,基因工程菌對溶液中Ni2+的平衡富集量為11.33mg·g-1,與原始宿主菌相比提高了3倍。對基因工程菌吸附鎳和鈷的實驗表明,Staphylococcus aureusATCC6538的NiCoT對鎳具有較高的特異性和富集容量,屬于第Ⅲ類鎳鈷轉運酶。

2.1 利用基因工程菌降解廢水中的有機污染物

生物處理法是廢水中有機污染物降解的主要方法，但是部分難降解有機污染物需要不同降解菌之間的協同代謝或共代謝等復雜機制才能最終得以降解,這無疑降低了污染物的降解效率。首先,污染物代謝產物在不同降解菌間的跨膜轉運是耗能過程,對細菌來說這是一種不經濟的營養方式；其次,某些污染物的中間代謝產物可能具有毒性，對代謝活性有抑制作用；此外,將不同種屬、來源的細菌的降解基因進行重組,把分屬于不同菌體中的污染物代謝途徑組合起來以構建具有特殊降解功能的超級降解菌,可以有效地提高微生物的降解能力[10]。

Satoshi Soda等[11]將基因工程菌P.putidaBH(pSl0-45)接種到SBR反應器的活性污泥中,用于處理500mg/L的苯酚廢水,在大大提高苯酚去除率的同時改善了污泥沉降性能。南京大學、揚子石油化工有限責任公司、香港大學、國家環保總局南京環境科學研究所聯合完成了跨界融合構建基因工程菌處理石化廢水的生物工程技術。在優化調控技術的基礎上,該菌株對二甲苯、苯甲酸、鄰苯二甲酸、4-羧基苯甲醛和對苯二甲酸的降解率分別高達86%、94%、99%、97%和94%,比原工藝提高了20%～30%,總有機碳去除率達到了94%；污水經過處理后,銅、錳、鋅、硒的濃度符合國家規定排放標準,生物毒性明顯降低。

劉春等[12]以生活污水為共基質,考察了基因工程菌在MBR和活性污泥反應器中對阿特拉津的生物強化處理效果,以及生物強化處理對污泥性狀的影響。結果表明,基因工程菌在MBR中對阿特拉津具有很好的生物強化處理效果,阿特拉津平均出水濃度為0.84 mg/L,平均去除率為95%,最大去除負荷可以達到70mg/(L·d)。生物強化的MBR對生活污水中COD的平均去除率為71%,COD平均出水濃度65mg/L。

陳俊等[13]采用跨界原生質融合技術,構建基因工程特效菌Fhhh,實現廉價工業化生產Fhhh菌劑,在10m3/d精對苯二甲酸廢水處理實驗裝置中,容積負荷率達到3.0 kg/(L·d)以上,生物負荷率達到1.42d-1,出水水質達到國家一類標準,與國內外同類裝置相比,生物負荷率處于先進水平。

蔣建東等[14]采用同源重組法成功構建了分別含1個和2個mpd 基因插入到rDNA位點且不帶入外源抗性的多功能農藥降解基因工程菌株CDS2mpd和CDS22mpd?；蚬こ叹z傳穩定,能同時降解甲基對硫磷和呋喃丹。甲基對硫磷水解酶(MPH)的比活在各生長時期均高于原始出發菌株,比活最高達6.22mu/μg。

劉智等[15]采用基因工程技術構建出具有耐鹽、降解苯乙酸和水解甲基對硫磷的功能的基因工程菌H2pKT2MP和H2pBBR2MP,其中H2pBBR2MP水解酶活性與親本菌株甲基對硫磷降解菌(Pseudomonas putida)DLL2E4相當,而H2pKT2MP水解酶活性要提高1倍左右。

呂萍萍等[16]研究發現，克隆有苯降解過程中的關鍵基因——甲苯加雙氧酶的基因工程菌E.coli.JM109(pKST11)對苯具有較高的降解效率和降解速度,應用于固定化細胞反應器中效果突出。在較短的水力停留時間內,可以將1500mg/L苯降解70%,降解速度為1.11mg/(L·s),延長水力停留時間,可以使去除率達到95%以上。該反應器對高濃度的苯具有突出的處理效果。同時所得到的產物為環己二烯雙醇,可以被野生非高效菌W3快速利用。展望

隨著基因工程菌的出現,基因工程技術將不斷應用于更多的廢水治理工程中。培養出新的特效物種并進一步提高其應用效率、降低應用成本；運用各種相關技術加以優化組合,尤其是高效、低能耗、易普及的特種微生物與特殊工藝的最佳結合；加強不同專業、不同學科之間的合作,如將毒理學和微生物學和環境工程學相結合；從根本上消除污染源,充分協調人與自然之間的關系,充分實現廢水資源化,引入DNA 擴增和其它生物技術的環境監測方法等將是基因工程技術研究的側重方向?；蚬こ碳夹g作為一種新興技術以極快的速度發展。以下兩方面的研究將對水資源保護有著重要意義。一是對基因工程菌的深入研究,如基因工程菌對污染物的代謝途徑、控制目的基因表達的啟動子基因序列、降解基因表達的調控條件的優化等方面的研究；二是對環境中微生物的習性及基因工程菌與環境中微生物和污染物之間的相互作用進行研究。目前的研究主要是利用單一的基因工程菌對污染物進行處理,隨著研究的不斷深入,利用多種基因工程菌相結合對污染物進行處理,將對水資源保護起到更為重要的作用。

參考文獻

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2003,23(1)：12-15

第二篇：基因工程技術在廢水處理中的應用研究

基因工程技術在廢水處理中的應用研究

摘 要：隨著科技的發展,產生了一系列嚴重的環境污染問題，尤其是對水的污染。越來越多的廢水難以用傳統方法進行處理，而基因工程技術作為一項新技術，逐漸應用到廢水處理中。基因工程技術是在DNA分子水平上按照人們的意愿進行的定向改造生物的新技術。本文介紹了基因工程技術的發展歷程、基本原理，對該技術的特點及研究內容進行了說明，重點介紹了基因工程技術在廢水處理中的應用，并對其發展趨勢作了展望。

關鍵詞：基因工程；原理；特點；廢水處理；應用

1引言

眾所周知，環境污染現已遠遠超出了自然界微生物的凈化能力，尤其是在廢水處理方面。如今生物法是廢水處理的主要方法，但生物法也有其局限性，并且有些特殊污水用自然界中自然進化的微生物難于降解，而基因工程的引進開辟了培育高降解能力新品菌種的方法，利用基因工程技術檢測微生物性狀、提高微生物凈化環境的能力是用于廢水治理的一項關鍵技術[1]。

20世紀50年代初, 由于分子生物學和生物化學的發展, 對生物細胞核中存在的脫氧核糖核酸(DNA)的結構和功能有了比較清晰的闡述。20世紀70年代，Berg等首次用限制性內切酶EcoRI切割病毒SV40 DNA和λ噬菌體DNA，經過連接，組成重組DNA分子，宣告了基因工程的誕生[2]。這一技術發展到今天, 正形成產業化并列為世界領先專業技術領域之一, 廣泛應用于食品、醫藥、化工、農業、環保、能源和國防等許多部門,并日益顯示出其巨大的潛力, 將為世界面臨的環境保護等問題的解決提供廣闊的應用前景。

2基因工程技術概述

基因工程（genetic engineering）又稱基因拼接技術或DNA重組技術，是一項極為復雜的高新生物技術, 它利用現代遺傳學與分子生物學的理論和方法,按照人類的需要, 用DNA重組技術對生物基因組的結構或組成進行人為修飾或改造, 從而改變生物的結構和功能, 使之有效表達出人類所需要的蛋白質或對人類有益的生物性狀[3]。基因工程技術為基因的結構和功能的研究提供了有力的手段。

2.1 基因工程技術的原理

基因工程技術是一種按照人們的構思和設計,在體外將一種生物的個別基因插入質粒或其他載體分子, 構成遺傳物質的重組, 然后導入到原先沒有這類分子的受體細胞內進行無性繁殖, 使重組基因在受體細胞內表達, 產生出人類所需要的基因產品的操作技術?；蛘哒f, 基因工程技術是在生物體外, 通過對一種生物的DNA分子進行人工剪切和拼接, 對生物的基因進行改造和重新組合, 再把它導入另一種生物的細胞里, 定向地改造生物的遺傳性狀, 產生出具有新的遺傳特性的生物[4]。

2.2 基因工程技術的特征

(1)跨物種性

外源基因到另一種不同的生物細胞內進行繁殖。(2)無性擴增

外源DNA在宿主細胞內可大量擴增和高水平表達。

2.3 基因工程技術的研究內容

一個完整的基因工程技術流程一般包括目的基因的獲得、載體的制備、基因的轉移、基因的表達、基因工程產品的分離提純等過程。詳細步驟和內容如下：(1)從復雜的生物有機體基因組中, 經過酶切消化或PCR擴增等步驟, 分離出帶有目的基因的DNA片段；

(2)在體外, 將帶有目的基因的外源DNA片段連接到能夠自我復制并具有選擇記號的載體分子上,形成重組DNA分子；

(3)將重組DNA分子轉移到適當的受體細胞(亦稱寄主細胞), 并與之一起增殖；(4)從大量的細胞增殖群體中, 篩選出獲得了重組DNA分子的受體細胞克隆；(5)從這些篩選出來的受體細胞克隆, 提取出已經得到擴增的目的基因, 供進一步分析研究使用；

(6)將目的基因克隆到表達載體上, 導入受體細胞, 使之在新的遺傳背景下實現功能表達, 產生出人類所需要的物質[5]。

3基因工程技術在廢水處理中的應用

隨著環境污染的加劇，出現了很多用傳統方法難以解決的問題，于是基因工程技術逐漸被應用到環境保護中，尤其在廢水的處理方面。

3.1基因工程技術在污水檢測中的應用

3.1.1 聚合酶鏈反應(PCR)技術在污水檢測中的應用

聚合酶鏈式反應(Polymerase Chain Reaction)是20世紀80年代后期由K.Mullis等建立的一種體外酶促擴增特異DNA片段的技術，PCR是利用針對目的基因所設計的一對特異寡核苷酸引物，以目的基因為模板進行的DNA體外合成反應。由于反應循環可進行一定次數(通常為25~30個循環)，所以在短時間內即可擴增獲得大量目的基因。這種技術具有靈敏度高、特異性強、操作簡便等特點。PCR技術的基礎是只有在微生物特定核酸存在的條件下，重復性酶促DNA合成和擴增才能夠發生。PCR擴增產物可通過瓊脂糖凝膠電泳來檢驗和純化，也可以被用來克隆、轉化和測序.在具體應用中往往采用經過修正的或與其它技術聯合應用的PCR衍生技術，如RT-PCR、競爭PCR、PCR-DGGE、PCR-SSCP和巢式PCR等[6]。

PCR通過對待測DNA片段的特異性擴增，一方面作為菌株定性鑒定的重要手段，同時也為定性和定量研究微生物的群落特征提供幫助。自PCR技術問世以來，通過其自身的不斷完善以及同其它相關技術的聯用，在污水生物處理微生物的檢測和鑒定方面得到了長足的發展，為該領域的研究提供了一個高效、靈敏、簡便的研究工具。應用PCR-DGGE(Polymerase Chain Reaction Denaturing Gradient Gel Electrphoreses)方法對環境微生物進行研究可以不經過培養，直接從樣品中提取細菌的DNA，再將編碼有16SrDNA的基因進行擴增。通過這種方法能夠直接了解樣品中微生物分布結構，并能大致比較相同條件下單一菌群的生物量。王峰等[7]采用PCR-DGGE技術來分析活性污泥與生物膜中微生物種群的結構，可以不經過常規培養而直接從活性污泥和生物膜樣品中提取DNA；Marsh等[8]利用PCR-DGGE分析并獲得了活性污泥中真核微生物的種群變化情況。以上的事實均說明，PCR-DGGE結合測序技術是一種完全可行的適于環境樣品微生物研究的快速分析方法。

3.1.2 熒光原位雜交技術(FISH)技術在污水檢測中的應用

熒光原位雜交技術(Fluorescence In Situ Hybridization，FISH)結合了分子生物學的精確性和顯微鏡的可視性，能夠在自然的微生物環境中檢測和鑒定不同的微生物個體，并提供污水處理過程中微生物的數量、空間分布和原位生理學等信息。FISH技術的基本原理是通過熒光標記的探針在細胞內與特異的互補核酸序列雜交，通過激發雜交探針的熒光來檢測信號從而對未知的核酸序列進行檢測[9]。

近年來，對污水處理的研究已經從簡單研究污水處理的表征現象轉移到更深入地研究活性污泥內部微生物種類及其特性。熒光原位雜交技術是一種微生物生態的研究技術，在測定過程中不破壞細胞、保持細胞形態完整，能夠真實反映在自然環境下微生物的形態結構及分布狀態。FISH技術的優勢在于可以了解微生物在污泥中的數量、形態及分布狀態等。雖然FISH技術在應用過程中還存在著一些問題，如：檢測的假陽性、假陰性等。但是，目前FISH技術在不斷發展完善的同時，已與其他分子生物技術相結合，這樣更能反映出污水中微生物種群的多樣性以及定量分析微生物種群在空間的動態變化[10]。

3.1.3 DNA重組技術在污水檢測中的應用

DNA重組技術的實質是，將兩個或多個單獨的DNA片段連接起來產生一個能在特定宿主中自主復制的DNA分子。其基本程序是:外源DNA的獲得；選擇載體并進行處理；將目的DNA片段和處理后的載體連接；將連接產物導入合適的宿主細胞內，使重組DNA分子在宿主細胞內復制擴增；將轉化菌落在平板培養基上培養成單個菌落，篩選獲得含有重組DNA的陽性克隆[11]。在廢水的處理過程中僅靠分離和篩選的功能性微生物是不夠的。在混合的微生物群體中篩選特定的微生物菌種時往往得不到預期的結果；特定的微生物可能難以培養，從而無法應用到實際的生物反應器中；人類排放到環境中的污染物越來越復雜且難以處理。因此，有必要通過基因工程技術并根據具體的需要構建有效的基因工程菌或培育出可高效降解復雜多樣的有害污染物的細菌來解決以上的問題。

3.2基因工程技術在有機廢水處理中的應用

生物處理法是廢水中有機污染物降解的主要方法，但是部分難降解有機污染物需要不同降解菌之間的協同代謝或共代謝等復雜機制才能最終得以降解,這無疑降低了污染物的降解效率。首先,污染物代謝產物在不同降解菌間的跨膜轉運是耗能過程,對細菌來說這是一種不經濟的營養方式；其次,某些污染物的中間代謝產物可能具有毒性，對代謝活性有抑制作用；此外,將不同種屬、來源的細菌的降解基因進行重組,把分屬于不同菌體中的污染物代謝途徑組合起來以構建具有特殊降解功能的超級降解菌,可以有效地提高微生物的降解能力。

劉春等[12]以生活污水為共基質,考察了基因工程菌在MBR和活性污泥反應器中對阿特拉津的生物強化處理效果,以及生物強化處理對污泥性狀的影響。結果表明,基因工程菌在MBR中對阿特拉津具有很好的生物強化處理效果,阿特拉津平均出水濃度為0.84 mg/L,平均去除率為95%,最大去除負荷可以達到70mg/(L·d)。生物強化的MBR對生活污水中COD的平均去除率為71%,COD平均出水濃度65mg/L。

呂萍萍等[13]研究發現，克隆有苯降解過程中的關鍵基因——甲苯加雙氧酶的基因工程菌E.coli.JM109(pKST11)對苯具有較高的降解效率和降解速度,應用于固定化細胞反應器中效果突出。在較短的水力停留時間內,可以將1500mg/L苯降解70%,降解速度為1.11mg/(L·s),延長水力停留時間,可以使去除率達到95%以上。該反應器對高濃度的苯具有突出的處理效果。同時所得到的產物為環己二烯雙醇,可以被野生非高效菌W3快速利用。

3.3基因工程技術在重金屬廢水處理中的應用

處理重金屬廢水的傳統方法有:中和沉淀法、化學沉淀法、氧化還原法、氣浮法、電解法、蒸發和凝固法、離子交換法、吸附法、溶劑萃取法、液膜法、反滲透和電滲析法等。目前最常用的就是基因工程技術，它與傳統的處理方法相比,具有以下優點[14]:(1)在低濃度下,金屬可以被選擇性地去除；(2)節能,處理效率高；(3)操作時的pH值和溫度條件范圍寬；(4)易于分離回收重金屬；(5)吸附劑易再生利用；(6)對鈣、鎂離子吸附量少；

(7)投資小,運行費用低,無二次污染。

3.3.1基因工程菌強化生物化學法處理重金屬廢水

生物化學法指通過微生物處理含重金屬廢水,將可溶性離子轉化為不溶性化合物而去除。硫酸鹽生物還原法是一種典型生物化學法,該法是在厭氧條件下硫酸鹽還原菌通過異化的硫酸鹽還原作用,將硫酸鹽還原成H2S,重金屬離子和H2S反應生成溶解度很低的金屬硫化物沉淀而被去除,同時H2SO4的還原作用可將SO42-轉化為S2-而使廢水的pH值升高,從而形成重金屬的氫氧化物而沉淀。中國科學院成都生物研究所從電鍍污泥、廢水及下水道鐵管內分離篩選出35株菌株,從中獲得高效凈化Cr(VI)復合功能菌。

袁建軍等[15]利用構建的高選擇型基因工程菌生物富集模擬電解廢水中的汞離子,發現電解廢水中其他組分的存在可以增大重組菌富集汞離子的作用速率,且該基因工程菌能在很寬的pH范圍內有效地富集汞。但高濃度的重金屬廢水對微生物毒性大,故此法有一定的局限性,不過,可以通過遺傳工程、馴化或構造出具有特殊功能的菌株,微生物處理重金屬廢水一定具有十分良好的應用前景。

3.3.2 基因工程強化生物絮凝法處理重金屬廢水

生物絮凝法是利用微生物或微生物產生的具有絮凝能力的代謝物進行絮凝沉淀的一種除污方法。生物絮凝劑又稱第三代絮凝劑，是帶電荷的生物大分子，主要有蛋白質、黏多糖、纖維素和核糖等。目前普遍接受的絮凝機理是離子鍵、氫鍵結合學說。前述硅酸鹽細菌處理重金屬廢水可能的機理之一就是生物絮凝作用。目前對于硅酸鹽細菌絮凝法的應用研究已有很多，有些已取得顯著成果。運用基因工程技術，在菌體中表達金屬結合蛋白分離后，再固定到某些惰性載體表面，可獲得高富集容量絮凝劑[16]。

3.4基因工程菌在制藥廢水處理中的應用

化學合成制藥廢水中有機污染物濃度高、可生化性差且組分復雜, 屬于難處理廢水。利用基因工程技術構建高選擇性基因工程菌可以提高微生物生物強化處理技術。因此，采用跨界融合技術，構建基因工程菌Xhhh處理制藥廢水，其出水水質可以達到《污水綜合排放標準》GB 8978—1996 一級標準。運行結果表明，該工藝處理效果穩定高效[17]。

4結語 自2000年，國際上提出基于系統生物學原理的基因工程概念后，基因工程被應用于社會各個領域，并且手段日新月異。在環境領域當中，基因工程正迅速應用到廢水檢測和廢水治理當中，培養出新的特效物種并進一步提高其應用效率、降低應用成本。隨著分子生物學技術、環境工程檢測技術的發展，并結合我們已經掌握的微生物群落結構和功能方面的知識,我們逐漸了解到污水生物處理系統中微生物群體的多樣性、實際生存狀態、功能特點,并更有效地對其加以開發和利用。此外，基因工程菌的出現，使以往的一些難降解有機廢水、制藥廢水、石油廢水、重金屬污染廢水以及其他有毒有害廢水等都得到了有效地治理，還會實現廢水資源化。當前，引入DNA擴增和其它生物技術的環境監測方法等將是基因工程技術研究的側重方向。

基因工程技術作為一種新興技術以極快的速度發展著。以下兩方面的研究將對水資源的保護有重要意義。一是對基因工程菌的深入研究，如基因工程菌對污染物的代謝途徑、控制目的基因表達的啟動子基因序列、降解基因表達的調控條件的優化等方面的研究。二是對環境中微生物的習性及基因工程菌與環境中微生物和污染物之間的相互作用進行研究。從而使基因工程菌在治理有機物污染方面的實際應用成為可能。目前的研究主要是利用單一的基因工程菌對污染物進行處理,隨著研究的不斷深入,利用多種基因工程菌相結合對污染物進行處理,將對水資源保護起到更為重要的作用。

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第三篇：基因工程技術應用綜述

綜述

----基因工程技術應用

摘要:從 20 世紀 70 年代初發展起來的基因工程技術，經過 30 多年來的進步與發展，已成為生物技術的核心內容。許多科學家預言，生物學將成為21世紀最重要的學科，基因

工程及相關領域的產業將成為21世紀的主導產業之一。因工程研究和應用范圍涉及農業、工業、醫藥、能源、環保等許多領域。

關鍵詞:基因工程技術；現狀；發展；應用；存在問題

基因工程應用于植物方面從20世紀80年代每個科學家獲得第一株轉基因植物到現在的十

幾年時間內，農業生物技術的發展日新月異，大量的轉基因植物進入了大田試驗，有不少轉

基因作物被批準進入商品化生產。農業生物技術的研究主要集中在美國、加拿大和歐洲的一

些發達國家以及南美和亞洲的一些國家。從1987年到1999年1月，美國共批準 4779 項基

因工程作物進入大田試驗。從基因工程作物大田試驗的種類來看，試驗次數最多的是抗除草

劑的基因作物，其次是抗病蟲害的農作物；從作物品種來看，已經進入大規模測試的農作物

有玉米、土豆、番茄、大豆、棉花、瓜類，水稻、小麥等已進入中型規模的大田 試驗。至 1999

年，轉基因玉米、番茄、土豆、棉花、大豆等均已批準進入市場。據統計，全球消費的農

產品中，大豆的 60%、棉花的 40%、玉米的 30%都是經 過基因工程改造過農業領域是目前

轉基因技術應用最為廣泛的領域之一。農作物生物技術的目的是提高作物產量，改善品質，增強作物抗逆性、抗病蟲害的能力。基因工程在這些領域已取得了令人矚目的成就。由于植

物病毒分子生物學的發展，植物抗病基因工程也也已全面展開。自從發現煙草花葉病毒(TMV)的外殼蛋 白基因導入煙草中，在轉基因植株上明顯延遲發病時間或減輕病害的癥狀，通過

導入植物病毒外殼蛋白來提高植物抗病毒的能力，已用多種植物病毒進行了試 驗。在利用

基因工程手段增強植物對細菌和真菌病的抗性方面，也已取得很大進展。植物對逆境的抗性

一直是植物生物學家關心的問題。由于植物生理學家、遺 傳學家和分子生物學家協同作戰，耐澇、耐鹽堿、耐旱和耐冷的轉基因作物新品 種(系)也已獲得成功。植物的抗寒性對其生

長發育尤為重要?？茖W家發現極地的 魚體內有一些特殊蛋白可以抑制冰晶的增長，從而免

受低溫的凍害并正常地生活 在寒冷的極地中。將這種抗凍蛋白基因從魚基因組中分離出來，導入植物體可獲 得轉基因植物。隨著生活水平的提高，人們越來越關注口味、口感、營養

成分、欣賞價值等品質性狀。實踐證明，利用基因工程可以有效地改善植物的品質，而 且

越來越多的基因工程植物進入了商品化生產領域，近幾年利用基因工程改良作 物品質也取

得了不少進展, 如美國國際植物研究所的科學家們從大豆中獲取蛋白 質合成基因，成功地

導入到馬鈴薯中，培育出高蛋白馬鈴薯品種，其蛋白質含量接近大豆，大大提高了營養價值，得到了農場主及消費者的普遍歡迎。在花色、花香、花姿等性狀的改良上也作了大量的研究。

基因工程應用于醫藥方面目前基因工程應用于醫藥方面。以基因工程藥物為主導的基因工

程應基因工程應用于醫藥方面用產業已成為全球發展最快的產業之一,發展前景非常廣闊。

基因工程藥物主要包括細胞因子、抗體、疫苗、激素和寡核甘酸藥物等。它們對預防人類的腫瘤、心血管疾病、遺傳病、糖尿病、包括艾滋病在內的各種傳染病、類風濕疾病等有重要

作用。在很多領域特別是疑難病癥上，基因工程工程藥物起到了傳統化學藥物難以達到的作

用。我們最為熟悉的干擾素(IFN)就是一類利用基因工程技術研制成的多功能細胞因子，在臨床上已用于治療白血病、乙肝、丙肝、多發性硬化癥和類風濕關節炎等多種疾病。目前，應用基因工程研制的艾滋病疫苗已完成中試，并進入臨床驗證階段；專門用于治療腫瘤的“腫瘤基因導彈”也將在不久完成研制，它可有目的地尋找并殺死腫瘤，將使癌癥的治愈成為可能.由中國、美國、德國三國科學家及中外六家研究機構參與研制的專門用于治療乙肝、慢遷肝、慢活肝、丙肝、肝硬化的體細胞基因生物注射劑，最終解決了從剪切、分離到吞食肝細胞內肝炎病毒，修復、促進肝細胞再生的全過程。經 4 年臨床試驗已在全國 面向肝炎患者。此項基因學研究成果在國際治肝領域中，是繼干擾素等藥物之后的一項具有革命性轉變的重大醫學成果。

基因工程應用于環保方面.工業發展以及其它人為因素造成的環境污染已遠遠超出了自然界微生物的凈化能力，已成為人們十分關注的問題?；蚬こ碳夹g可提高微生物凈化環境的能力。美國利用 DNA 重組技術把降解芳烴、多環芳烴、脂肪烴的 4 種菌體基因鏈接，轉移到某一菌體中構建出可同時降解 4 種有機物的“超級細菌”，用之清除石油污染，在數小時內可將水上浮油中的 2/3 烴類降解完，而天然菌株需 1 年之久。也有人把 Bt 蛋白基因、球形芽孢桿菌表達成功。它能釘死蚊蟲與害蟲，而對人畜無害，不污染環境。現已開發出的基因工程菌有凈化農藥的 DDT 的細菌、降解水中的染料、環境中有機氯苯類和氯酚類、多氯聯苯的工程菌、降解土壤中的 TNT 炸藥的工程菌及用于吸附無機有毒化合物(鉛、汞、鎘等)的基因工程菌及植物等。90 年代后期問世的 DNA 改 組技術可以創新基因，并賦予表達產物以新的功能，創造出全新的微生物，如可 將降解某一污染物的不同細菌的基因通過 PCR 技術全部克隆出來，再利用基因重組技術在體外加工重組，最后導入合適的載體，就有可能產生一種或幾種具有 非凡降解能力的超級菌株，從而大大地提高降解效率。

前景展望。由于基因工程運用 DNA 分子重組技術，能夠按照人們預設的前景展望的設計創造出許多新的遺傳結合體，具有新奇遺傳性狀的新型產物，增強了人們改造動植物的主觀能動性、預見性。而且在人類疾病的診斷、治療等方面具有革命性的推動作用，對人口素質、環境保護等作出具大貢獻。所以,各國政府及一些大公司都十分重視基因工程技術的研究與開發應用，搶奪這一高科技制高點。其應用前景十分廣闊。我國基因工程技術尚落后于發達國家，更應當加速發展，切不可坐失良機。但是，任何科學技術都是一把“雙刃劍”，在給人類帶來利益 的同時,也會給人類帶來一定的災難。比如基因藥物，它不僅能根治遺傳性疾病、惡性腫瘤、心腦血管疾病等，甚至人的智力、體魄、性格、外表等亦可隨意加以改造；還有，克隆技術如果不加限制，任其自由發展，最終有可能導致人類的毀滅。還有，盡管目前的轉基因動植物還未發現對人類有什么危害，但不等于說轉基因動植物就是十分安全的，畢竟這些東西還是新生事物，需要實踐慢慢地檢驗。轉基因生物和常規繁殖生長的品種一樣，是在原有品種的基礎上對其部分性狀進行修飾或增加新性狀，或消除原來的不利性狀，但常規育種是通過自然選擇，而且是近緣雜交，適者生存下來，不適者被淘汰掉。而轉基因生物遠遠超出了近緣的范圍，人們對可能出現的新組合、新性狀會不會影響人類健康和環境，還缺乏知識和經驗，按目前的科學水平還不能完全精確地預測。所以，我們要在抓住機遇，大力發展基因工程技術的同時，需要嚴格管理，充分重視轉基因生物的安全性。

我國基因技術發展中存在的問題

1、研究開發的產品跟蹤和模仿國外的多，自己創新的少。我國的生物技術主要是跟蹤國外而發展起來的，基本上是國外研究開發什么，我們也研究開發什么，因此很少有創新產品。這種狀況在新藥研制中尤為突出。

2、尚未形成社會化發展格局。在討論生物技術產業發展時，很多人已注意到了所面臨的國際化問題，但卻很少注意社會化問題。由于缺乏社會化的意識和氛圍，以及其他各種各樣的原因，我國新興的一些生物技術企業，不少是從研究開發到生產銷售一條道走到底，做得非常辛苦。事實上，由研究到產品銷售，這中間有許多環節都是可以社會化的。

3、一哄而起、重復研究、重復建設的現象大量存在，導致研究力量十分分散。現在國內搞農業生物技術研究的單位很多，有農業科學院系統、中科院系統、高校系統，還地方單位等，但大多數是低水平重復。

4、是缺乏產業化的接軌機制。國外的經驗表明，高新技術只有通過資本市場的商業運作才能加速它的產業化進程。而國內很少有公司參與基因技術的研究與成果轉化，使基因成果的研究與開發受到很大影響。

5、軟件建設與硬件不配套，導致資源的效益得不到充分的發揮。企業的軟件主要有兩個方面，一是各種管理規范，二是人員的素質，二者缺一不可。生物制藥作為高技術產業，不僅對硬件設備的要求高，對軟件的要求更高。我國目前的現狀是先進的儀器設備大多從國外進口，而人員及由人員制訂的規章制度卻是土生土長的，二者不配套的直接后果就是產品質量穩定性差，硬件資源浪費嚴重。

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第四篇：基因工程技術在制藥領域的應用和發展

基因工程技術在制藥領域的應用和發展

吳蘇亞

（南京中醫藥大學，08藥學一班，042008118）

摘要：基因工程技術又稱基因拼接技術和DNA重組技術,是以分子遺傳學為理論基礎,以分子生物學和微生物學的現代方法為手段將不同來源的基因按預先設計的藍圖,在體外構建雜種DNA分子,然后導入活細胞,以改變生物原有的遺傳特性、獲得新品種、生產新產品。經過30多年來的進步與發展,已成為生物技術的核心內容。本文簡述了近年來基因工程技術在制藥技術的應用和發展。其中主要從基因工程制藥和基因工程藥物的治療進展兩方面來呈現基因工程技術在制藥領域的杰出貢獻以及在整個生物領域的強大生命力和廣闊的應用前景。關鍵詞：基因工程技術，基因工程制藥，基因工程藥物

Genetic engineering applications in the pharmaceutical sector

and development

Wu Suya Abstract: The genetic engineering technique known as gene splicing and recombinant DNA technology, is based on the theoretical basis of molecular genetics, molecular biology and microbiology, as a means of modern methods of genes from different sources according to pre-designed blueprint, in the in vitro Hybrid DNA molecules into living cells and then to change the genetic characteristics of the original bio, access to new varieties, production of new products.After 30 years of progress and development, has become the core of biotechnology.This paper describes the genetic engineering technology in recent years in the pharmaceutical technology and development.Mainly from the pharmaceutical and genetic engineering, genetic engineering of drugs both to render the treatment of advanced genetic engineering technology in the pharmaceutical field, and outstanding contribution to the field in the biological application of strong vitality and broad prospects.Key words: genetic engineering, genetic engineering, pharmaceuticals, genetic engineering drugs 所謂基因工程是指將所得的目的基因節基因、載體相結合，然后將它引進受體細胞，使之進行復制并產生相應基因產物的技術。實質上，基因工程是一種對不同種類生物的DNA進行切割和連接，使之形成雜種DNA的技術。今年來基因工程技術在制藥領域發揮著重大作用。

1、基因工程制藥

基因工程制藥是指按照人們的意圖,將外源基因整合入宿主基因組中,表達具有生物學活性的蛋白藥物。1.1大分子的分離

基因大分子的分離主要指質粒(plasmid DNA)和基因組DNA的分離。質粒分離的常用方法有堿變性抽提法、煮沸法、去污劑裂解法、質粒DNA釋放法、酸酚法等。質粒在基因工程中最常用來做成各種克隆載體(cloning vector)或表達載體(expressionvector)。質粒載體還可用于RNA干擾(RNA inter-ference)的研究?；蚪MDNA的分離通常采用酚-氯仿法、基因文庫(gene library)、Southern雜交以及PCR擴增技術等。最近又有研究者利用名為chum-RNA的小分子RNA建立非PCR擴增的單細胞cDNA文庫。1.2聚合酶鏈式反應

聚合酶鏈式反應(polymerase chain reaction,PCR)是一種在體外模擬天然DNA復制過程的核酸擴增技術。PCR技術可分為定性PCR和定量PCR。定性PCR技術包括:反轉錄PCR(reverse transcription PCR, RT-PCR)、多重PCR(multiplex PCR)、反向PCR(inverse PCR)、錨定PCR(an-chored PCR)。定量PCR技術以實時PCR(real time PCR)為代表,其基本原理是在PCR反應體系中引入熒光標記分子,對每一反應時刻的熒光信號積累進行實時監測,計算出PCR產物量,或通過標準曲線法得出初始模板量。1.3基因芯片

基因芯片技術是建立在基因探針和雜交測序技術上的一種高效快速的核酸序列分析手段?；蛐酒前殡S著人類基因組計劃的實施而發展起來的前沿生物技術,又稱DNA微陣列。它的突出特點是高通量、高集成、微型化和自動化。根據用途不同可分為表達譜芯片(expression profile chip)、測序芯片和診斷芯片。其中表達譜芯片的應用最為廣泛,可用于基因功能分析、疾病發生機制的探討及藥物研究和篩選。1.4外源基因的表達

導入宿主細胞的外源基因,通過基因表達得到相應的蛋白質產物。根據宿主細胞的不同可分為原核細胞表達系統和真核細胞表達系統。在外源基因表達時,通常把一個報告蛋白的基因與一個目的蛋白的基因融合在一起,形成融合蛋白,用于目的蛋白的檢測與純化。常用的報告蛋白有β-半乳糖苷酶(β-gal-actosidase)、谷胱甘肽S-轉移酶(glutathione s-transfer-ase,GST)、綠色熒光蛋白(green fluorescence protein,GFP)以及硫氧還蛋白(thioredoxin, Trx)等。

2、基因工程藥物

基因工程藥物就是先確定對某種疾病有預防和治療作用的蛋白質,然后將控制該蛋白質合成過程的基因取出來,經過一系列基因操作,最后將該基因放入可以大量生產的受體細胞中去,這些受體細胞包括細菌、酵母菌、動物或動物細胞、植物或植物細胞,在受體細胞不斷繁殖過程中,大規模生產具有預防和治療這些疾病的蛋白質,即基因疫苗或藥物。

基因工程藥物主要包括細胞因子、抗體、疫苗、激素和寡核甘酸藥物等。它們對預防人類的腫瘤、心血管疾病、遺傳病、糖尿病、包括艾滋病在內的各種傳染病、類風濕疾病等有重要作用。在很多領域特別是疑難病癥上,基因工程工程藥物起到了傳統化學藥物難以達到的作用。2.1類風濕性關節炎

腫瘤壞死因子(TNF)a在類風濕性關節炎(RA)病理性炎癥反應中起核心作用，不僅參與了滑膜炎癥反應，而且還誘發關節結構的破壞，故有效地阻斷TNFa對RA的治療有著重要的臨床意義。目前通過給予可溶性受體以及通過TNFa抗體治療等方法可顯著降低TNFa活性，1998年上市的etanercept(Enbrel)是首個重組人TNF可溶性受體(p75)與人IgGI分子Fc部分結合的融合蛋白，而2000年批準的infliximab是首個治療RA的TNFa抗體，可用于緩解甲氨蝶吟治療無效的RA病人。2.2心血管疾病

接受經皮經腔冠脈成形術的病人雖然于術前、術中及術后給予阿司匹林或肝素等藥物，但急性冠脈綜合征發生率仍較高，而血小板糖蛋白(oP)nb/Illa受體拮抗劑能有效治療該綜合征，并改善不穩定型心絞痛和急性心肌梗死(MI)病人的長期預后，除輕微誘發出血外，未見其它嚴重不良反應。2.3病毒性疾病

干擾素(IFN)臨床廣一泛用于抗病毒感染治療，90年代以來FoA先后批準了xFNaZb(IntronA)、IFNaZa(RoferonA)和IFNal(Infergen)用于丙型肝炎治療。目前通過在IFN結構中加入聚乙二醇(PEG)鏈后產生PEG化IFN，使療效提高。其由IFNa和附著的PEG組成，PEG呈長毛狀圍繞IFN，使其避開人體代謝系統而使藥物代謝延遲，不僅能提高半衰期，達到1周給藥1次的目的，而且減少血藥濃度的峰谷變化頻率，從而降低不良反應。如阿昔單抗起先用于預防血栓，作為血管成形術的輔助治療，目前其適應證擴展至心臟病發作、不穩定型心絞痛及中風的治療。2.4糖尿病

與健康人餐后即刻出現的血漿胰島素峰值不同，短效胰島素注射45~120分鐘后會出現血藥峰值，存在時滯現象，故糖尿病患者必須餐前30~45分鐘及時注射胰島素，但每天多次注射產生的不適感使病人順應性降低。因此，制備垂組胰島素類似物并子找方便的給藥系統成為日前研究熱點。如 2000年批準的速效胰島素較普通胰島素制劑具有吸收快、起效快、作用時間短、可餐前立即注射等特點，尤其適合需進行嚴密血糖控制的病人。2.5器官免疫排斥反應

目前有daclizumab(Zenapax)和basiliximab(Simulect)等IL一2細胞表面受體的單抗用于預防器官移植免疫排斥反應。1998年首次在美國上市的Zenapax能消除被激活的T細胞，可預防腎移植后免疫排斥反應，且不抑制其他免疫反應。與其它抗免疫排斥藥物合用有協同作用而不會增加不良反應。1998年上市的basiliximab(Simuleet)能抑制IL一2誘導的T細胞增殖，可使急性排斥反應發生率減少三分之一。從來源上，Zenapax更近似于天然人抗體，因為ZenaPax是人源化單抗，而Simulect為人鼠嵌合單抗；從療效上兩者相當，Simuleet相對給藥方便，因為Simuleet的tl/2較Zenapax長。

3、結語 健康是人類永遠關注的話題，新世紀人類賴以防病治病的最好藥物無疑是基因藥物。人類基因組計劃的成功,使得基因工程成為非常熱門的話題。基因工程技術被引入藥學領域并應用于各種研究,從上面的分析可以發現基因工程技術在藥學領域的應用取得了巨大的成績。相信隨著科技的發展,制藥技術的不斷完善,基因工程在藥學領域會發揮越來越大的作用。

然而任何科學技術都是一把“雙刃劍”,在給人類帶來利益的同時,也會給人類帶來一定的災難。比如基因藥物,它不僅能根治遺傳性疾病、心腦血管疾病等,甚至人的智力、體魄、性格、外表等亦可隨意加以改造。所以，我們要在抓住機遇,大力發展基因工程技術的同時,需要嚴格管理,充分重視轉基因生物的安全性，讓基因工程技術為人類做出更大的貢獻。參考文獻：

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第五篇：淺析基因工程技術的應用現狀及前景發展

題目：

《生物技術概論》論文

淺析基因工程技術的應用現狀及前景發展

學號：

班級：

姓名：

淺析基因工程技術的應用現狀及前景發展

【摘要】從20世紀70年代初發展起來的基因工程技術，經過30多年來的進步與發展，已成為生物技術的核心內容。許多科學家預言，生物學將成為21世紀最重要的學科，基因工程及相關領域的產業將成為21世紀的主導產業之一?；蚬こ萄芯亢蛻梅秶婕稗r業、工業、醫藥、能源、環保等許多領域。本文就基因工程的應用現狀及前景分析進行綜合闡述。

【關鍵詞】基因工程技術；應用現狀；前景 1.引言

基因工程技術是一項極為復雜的高新生物技術, 它利用現代遺傳學與分子生物學的理論和方法, 按照人類所需, 用DNA 重組技術對生物基因組的結構和組成進行人為修飾或改造, 從而改變生物的結構和功能, 使之有效表達出人類所需要的蛋白質或人類有益的生物性狀?；蚬こ虖恼Q生至今, 僅有30 年的歷史, 然而, 無論是在基礎理論研究領域, 還是在生產實際應用方面, 都已取得了驚人的成績。首先,基因工程給生命科學自身的研究帶來了深刻的變化。目前科學家已完成了多種細胞器的基因組全序列測定工作。其次, 基因工程具有廣泛的應用價值, 能為工農業生產、醫藥衛生、環境保護開辟新途徑。2.基因工程 2.1概念

基因工程(又稱DNA 重組技術、基因重組技術), 是20 世紀70 年代初興起的技術科學, 是用人工的方法將目的基因與載體進行DNA重組, 將DNA 重組體送入受體細胞, 使它在受體細胞內復制、轉錄、翻譯, 獲得目的基因的表達產物。這種跨越天然物種屏障, 把來自任何生物的基因置于毫無親緣關系的新的寄主生物細胞之中的能力, 是基因工程技術區別于其他技術的根本特征。

2.2基因工程研究的內容

(1)從復雜的生物有機體基因組中, 經過酶切消化或PCR 擴增等步驟, 分離出帶有目的基因的DNA 片段。(2)在體外, 將帶有目的基因的外源DNA 片段連接到能夠自我復制并具有選擇記號的載體分子上, 形成重組DNA分子。

(3)重組DNA 分子轉移到適當的受體細胞, 并與之一起增殖。

(4)從大量的細胞繁殖群體中, 篩選出獲得了重組DNA 分子的受體細胞克隆。

(5)從這些篩選出來受體細胞克隆, 提取出已經得到擴增的目的基因, 供進一步分析研究使用。

(6)將目的基因克隆到表達載體上, 導入寄主細胞, 使之在新的遺傳背景下實現功能表達, 產生出人類所需要的物質。

3基因工程的廣泛應用

3.1基因工程應用于植物方面

農業領域是目前轉基因技術應用最為廣泛的領域之一。農作物生物技術的目的是提高作物產量，改善品質，增強作物抗逆性、抗病蟲害的能力。基因工程在這些領域已取得了令人矚目的成就。

由于植物病毒分子生物學的發展，植物抗病基因工程也也已全面展開。自從發現煙草花葉病毒(TMV)的外殼蛋白基因導入煙草中，在轉基因植株上明顯延遲發病時間或減輕病害的癥狀，通過導入植物病毒外殼蛋白來提高植物抗病毒的能力，已用多種植物病毒進行了試驗。在利用基因工程手段增強植物對細菌和真菌病的抗性方面，也已取得很大進展。植物對逆境的抗性一直是植物生物學家關心的問題。由于植物生理學家、遺傳學家和分子生物學家協同作戰，耐澇、耐鹽堿、耐旱和耐冷的轉基因作物新品種(系)也已獲得成功。植物的抗寒性對其生長發育尤為重要。科學家發現極地的魚體內有一些特殊蛋白可以抑制冰晶的增長，從而免受低溫的凍害并正常地生活在寒冷的極地中。將這種抗凍蛋白基因從魚基因組中分離出來，導入植物體可獲得轉基因植物，目前這種基因已被轉入番茄和黃瓜中。

隨著生活水平的提高，人們越來越關注口味、口感、營養成分、欣賞價值等品質性狀。實踐證明，利用基因工程可以有效地改善植物的品質，而且越來越多的基因工程植物進入了商品化生產領域，近幾年利用基因工程改良作物品質也取得了不少進展，如美國國際植物研究所的科學家們從大豆中獲取蛋白質合成基因，成功地導入到馬鈴薯中，培育出高蛋白馬鈴薯品種，其蛋白質含量接近大豆，大大提高了營養價值，得到了農場主及消費者的普遍歡迎。在花色、花香、花姿等性狀的改良上也作了大量的研究。

3.2基因工程應用于醫藥方面

目前，以基因工程藥物為主導的基因工程應用產業已成為全球發展最快的產業之一，發展前景非常廣闊?；蚬こ趟幬镏饕毎蜃?、抗體、疫苗、激素和寡核甘酸藥物等。它們對預防人類的腫瘤、心血管疾病、遺傳病、糖尿病、包括艾滋病在內的各種傳染病、類風濕疾病等有重要作用。在很多領域特別是疑難病癥上，基因工程工程藥物起到了傳統化學藥物難以達到的作用。我們最為熟悉的干擾素(IFN)就是一類利用基因工程技術研制成的多功能細胞因子，在臨床上已用于治療白血病、乙肝、丙肝、多發性硬化癥和類風濕關節炎等多種疾病。

目前，應用基因工程研制的艾滋病疫苗已完成中試，并進入臨床驗證階段；專門用于治療腫瘤的“腫瘤基因導彈”也將在不久完成研制，它可有目的地尋找并殺死腫瘤，將使癌癥的治愈成為可能。由中國、美國、德國三國科學家及中外六家研究機構參與研制的專門用于治療乙肝、慢遷肝、慢活肝、丙肝、肝硬化的體細胞基因生物注射劑，最終解決了從剪切、分離到吞食肝細胞內肝炎病毒，修復、促進肝細胞再生的全過程。經4年臨床試驗已在全國面向肝炎患者。此項基因學研究成果在國際治肝領域中，是繼干擾素等藥物之后的一項具有革命性轉變的重大醫學成果。3.3基因工程應用于環保方面

工業發展以及其它人為因素造成的環境污染已遠遠超出了自然界微生物的凈化能力，已成為人們十分關注的問題。基因工程技術可提高微生物凈化環境的能力。美國利用DNA重組技術把降解芳烴、萜烴、多環芳烴、脂肪烴的4種菌體基因鏈接，轉移到某一菌體中構建出可同時降解4種有機物的“超級細菌”，用之清除石油污染，在數小時內可將水上浮油中的2/3烴類降解完，而天然菌株需1年之久。也有人把Bt蛋白基因、球形芽孢桿菌、且表達成功。它能釘死蚊蟲與害蟲，而對人畜無害，不污染環境?，F已開發出的基因工程菌有凈化農藥的DDT的細菌、降解水中的染料、環境中有機氯苯類和氯酚類、多氯聯苯的工程菌、降解土壤中的TNT炸藥的工程菌及用于吸附無機有毒化合物(鉛、汞、鎘等)的基因工程菌及植物等。90年代后期問世的DNA改組技術可以創新基因，并賦予表達產物以新的功能，創造出全新的微生物，如可將降解某一污染物的不同細菌的基因通過PCR技術全部克隆出來，再利用基因重組技術在體外加工重組，最后導入合適的載體，就有可能產生一種或幾種具有非凡降解能力的超級菌株，從而大大地提高降解效率。4.前景展望

由于基因工程運用DNA分子重組技術，能夠按照人們預先的設計創造出許多新的遺傳結合體，具有新奇遺傳性狀的新型產物，增強了人們改造動植物的主觀能動性、預見性。而且在人類疾病的診斷、治療等方面具有革命性的推動作用，對人口素質、環境保護等作出具大貢獻。所以，各國政府及一些大公司都十分重視基因工程技術的研究與開發應用，搶奪這一高科技制高點。其應用前景十分廣闊。我國基因工程技術尚落后于發達國家，更應當加速發展，切不可坐失良機。

但是，任何科學技術都是一把“雙刃劍”，在給人類帶來利益的同時，也會給人類帶來一定的災難。比如基因藥物，它不僅能根治遺傳性疾病、惡性腫瘤、心腦血管疾病等，甚至人的智力、體魄、性格、外表等亦可隨意加以改造；還有，克隆技術如果不加限制，任其自由發展，最終有可能導致人類的毀滅。還有，盡管目前的轉基因動植物還未發現對人類有什么危害，但不等于說轉基因動植物就是十分安全的，畢竟這些東西還是新生事物，需要實踐慢慢地檢驗。轉基因生物和常規繁殖生長的品種一樣，是在原有品種的基礎上對其部分性狀進行修飾或增加新性狀，或消除原來的不利性狀，但常規育種是通過自然選擇，而且是近緣雜交，適者生存下來，不適者被淘汰掉。而轉基因生物遠遠超出了近緣的范圍，人們對可能出現的新組合、新性狀會不會影響人類健康和環境，還缺乏知識和經驗，按目前的科學水平還不能完全精確地預測。所以，我們要在抓住機遇，大力發展基因工程技術的同時，需要嚴格管理，充分重視轉基因生物的安全性。

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