现代生物工程技术与可持续发展的突破

近几十年来，现代生物工程技术的飞速发展为世界各国的农业、医疗业、制药业、环保等行业开辟了广阔的发展前景。作为“对全社会最为重要并可能改变未来工业和经济格局的技术”，现代生物工程技术日益受到世界各国的普遍关注。中国作为一个拥有超过13亿人口的大国，在人口与健康及农业、能源、环保等诸多领域面临着巨大的挑战，发展现代生物工程技术对实现我国社会经济可持续发展有着重要的意义。

1.农业

中国是世界人口大国。民以食为天，我们首先面临的就是解决吃饭问题。如今以蛋白质工程、细胞工程和酶工程为基础，以基因工程全面综合利用而组成的工程农业将发生变化，促进传统的由动植物资源组成的“二维结构”农业向由动植物和微生物资源组成的“三维结构”农业转变；由陆地生物资源的开发利用向海洋生物资源的开发利用转变，开创海陆并举、人工能源、不受气候限制、实行产业化生产、节土节水而又不污染环境的“未来大农业”，在21世纪内实现可持续发展的战略目标，迎接人类的农业新世纪。

现代生物工程技术是农业科学的基础，而基础农学的发展又是农业科学和基础发展的源泉。农业的首要任务是解决粮食短缺问题。世界人口在增加，粮食需求量增大，而耕地面积却在减少，因而必须依靠培育优良品种大幅度提高单位面积产量。通过基因工程技术进行基因转移（gene transfer），使生物体获得新的优良品系，培育出具有抗寒、抗旱、抗盐、抗病虫害等抗逆特性及品质的作物品系，满足粮食需求。不但要求吃饱，还要求吃好，食品要更加符合营养要求。应用基因工程可以改善粮食和畜牧产品品质，譬如增加谷物中蛋白质的含量，使家畜家禽的蛋白质成分与人类更接近等。要实现农业可持续发展，还必须克服农业化学化带来的恶果，限制化肥与农药的使用，大力开展固氮基因工程的研究，培育抗病虫害的农作物新品种，实行生物防治，降低对农药的依赖性。

2.医药卫生

目前，医药卫生领域是现代生物工程技术应用最广泛、成绩最显著、发展最迅速、潜力也最大的一个领域。据统计，目前现代生物工程技术60%应用于医药卫生方面。它可以提供过去常规方法不能生产的药品或制剂；替代化学合成法或组织提取法等生产成本昂贵的药品；提供灵敏度高、反应专一、实用性强的临床诊断新试剂和新方法；提供安全性能好、免疫能力强的新一代疫苗。所以现代生物工程技术是提高生命质量、延长人类寿命的重要技术手段。

众所周知，基因是决定人类各种性状的主要因素，当今正在如火如荼进行的“后基因组计划”几乎每周都能发现一些引起人类疾病的基因缺陷（gene deficiency），最终将彻底查清基因与疾病的对应关系。比如现在发现了控制眼睛形成的基因、阿尔茨海默病（老年痴呆症）的基因、精神分裂症的基因、艾滋病的基因及一种与骨髓癌有关的基因。人容易冲动、好走极端的性格等也有相应的基因，自杀也和基因有关，肥胖也有对应的基因，即控制饥饿的基因。

生命科学的理论是医学的基础，生命科学的每一项新成果都会使诊断、治疗和保健的面貌焕然一新。生命科学技术的发展可以生产更多的新技术药品，可以有更高效的提取技术，可以通过改造微生物提高发酵生产效率或使其能生产新的发酵产物。有人预计，到21世纪中叶，药品将主要依靠经过基因工程改造过的微生物发酵生产，这样将会使医疗保健水平提高若干个等级。

目前，加拿大多伦多大学联合生物伦理中心进行的一项研究指出，在未来5～10年内改善全球医疗状况的现代生物工程技术有以下几种。①分子诊断术。诊断是治疗的基础，分子诊断术建立在PCR、Mab和重组抗原等技术的基础上，能够更早地发现感染和其他疾病状况。②新疫苗和药物服用方式。重组疫苗是利用现代生物工程手段设计的疫苗，目前已有部分类型投入使用，由于设计者精确地控制疫苗的特性，使疫苗更安全、更有效。大多数疫苗和许多药物目前须注射使用，而不安全的注射是每年数十万艾滋病、乙肝和丙肝病例的罪魁祸首，新的服用方式将使疫苗和药物的使用更安全、更易于管理，也降低了疫苗和药物的成本。③环境的生物复原。“环境病”是发展中国家居民的一大“杀手”，而有机污染物和铅、汞、镉等重金属污染又是原因之最。生物复原依靠微生物和植物来降解、吸收这些污染，相对技术难度和成本都较低。④病原体基因组测序。通过对人类病原体的基因组测序，可以更好地了解致病机制，找到对药物和疫苗有关键作用的新蛋白质。⑤女性专用的性传播疾病防治手段。性传播疾病的危害正在急剧增加，据统计，全球每年有3.33亿人染上艾滋病以外的性传播疾病，其中妇女是最大的受害者。女性专用的性传播疾病防治手段建立在重组疫苗、Mab等生物技术的基础上，如果得到推广，有望极大改善全球妇女的健康状况。⑥生物信息学。生物信息学是生命科学和信息技术的“联姻”，它以计算机分析大量的生物信息数据，如DNA、RNA和蛋白质的排序等，从中得到有价值的信息用于疾病防治。有了生物信息学，发展中国家可以利用全球公开的原始数据，而不必在获取这些数据上消耗资金和人才，因此，它将推动发展中国家医疗水平的进步。⑦基因改造过的富营养作物。发展中国家1/5的居民患有营养不良症，这极大地削弱了他们对疾病的抵抗力。大米、土豆等低营养作物的广泛种植对此有很大的影响。通过基因工程来提高主食的营养水平将为改善全球营养状况做出贡献。但科学家警告，对基因改造作物的安全性应该严格评估。⑧重组药物。以基因重组技术为基础的重组药物是具有治疗作用的药用蛋白质，这种“生物制药厂”将增强发展中国家对付非传染疾病的能力。⑨组合化学。近年来，基因组学和分子生物学的突破，使人们能更精确地在基因上定位药物的“标靶”，而依靠高度自动化的组合化学手段，科学家可以不断地试验不同的药物分子及其变体是否对这些“标靶”有效，这种交互性的过程将使新药物研发效率提高，周期缩短。

3.资源与能源

由于人口增加，资源过度消耗，煤与石油资源的枯竭已是必然，核燃料也必有罄尽之时。目前，水、能源、耕地等资源的短缺，已经成为我国经济和社会发展的瓶颈。我国正处于工业化迅速发展时期，对资源需求量大，如何从资源上保证我国社会经济持续、稳定、协调发展，其总战略应是建立资源节约型国民经济体系，高度重视节约资源，改变以大量消耗资源为特征的粗放经营模式，提高资源的利用效率。开发资源可以为人类提供新的物质财富，且避免因未被利用而造成的浪费；将废物作为资源进行再开发，可以充分利用有效的资源，可以减少废弃物数量进而减轻处理的负担；可以节约非再生资源，以便为后代多保留些生活资料。资源开发的战略是合理开发非再生资源，努力开发可再生资源，但在开发植物性可再生资源时，应特别注意保护植被和生物物种。

改变能源的结构，提高能源利用率，开拓多种能源已成为必然趋势。利用太阳能和可再生资源，才能真正彻底地解决能源问题。在解决能源问题方面，人们对生物技术寄予厚望。例如，用基因工程培养特殊的细菌，将废弃物植物纤维素分解成葡萄糖，生产乙醇，用来补充或替代石油，在巴西已开始应用；培育含油量高的植物生产燃料用油的研究也已有进展。可以用基因工程培养出特殊的“超级细菌”，这种细菌喜爱吸收某种金属，这样不用花大力气就能够探明矿藏，并且利用它来进行采矿。据统计，全世界每年用“超级细菌”浸出的铜高达20万吨。培养某种“超级细菌”还可以吸掉石油里的某种杂质，相应降低石油产品的成本。

研究探索植物光合作用中将水分子分解为氢气与氧气的机制及其催化剂酶的结构，人工模拟光合作用，利用太阳能分解水得到氢燃料，这样就有了用之不竭的可再生能源，这项研究更具吸引力。还可以使用氢、甲烷等制造燃料电池，产生电能。建立以草地、节水为中心的农业生产体系；以节能、节材为中心的工业生产体系，缓解资源不足。倡导节能减排，大力发展循环经济。利用秸秆等生物质进行制氢则是颇有前景的方法。生物制氢一般会使用蓝细菌，但是由于在制氢的同时，伴随氧的释放，氢酶易失活。光合细菌可利用光合作用将太阳能转化成氢能，在理论上这是最理想的制氢途径。生活垃圾的处理困扰着人们，以生活垃圾为原料制取氢气具有极大的开发潜力。据有关资料，每1 kg生活垃圾可以获取49 L的氢气，其残渣是无臭味的糊状物体，有成为有机肥料的价值。CO2是引起温室效应等环境问题的主要原因，它也是一种重要的化工原料，利用藻类植物在光照条件下进行光合作用吸收CO2，同时将太阳能储存起来，这样，藻类植物就成了一个巨大的能量库。

4.环境与生态平衡

在长期演化、适应及与环境相互作用的过程中，形成了地球上的生态系统，人类就是在这样一个生态系统中进化而来的。生态平衡是生物维持正常生长发育、生殖繁衍的根本条件，也是人类生存的基本条件。生态平衡遭到破坏，会使各类生物濒临灭绝。出于人类的贪婪和自私，对自然进行了掠夺式的开发，创造出了现在的“物质文明”。目前，人类各种活动产生的有害物质被排放到空气、水体和土壤中，由此引起资源耗竭、水体污染、环境恶化、灾害频发，地球环境问题日趋严重，人们的生存环境受到威胁，人们必须认识到严重破坏地球环境实际也是自绝生存之路。

重金属污染是造成土壤污染的主要污染物，采用生物修复，即利用生物（主要是微生物、植物）作用，削减、净化土壤中重金属或降低重金属的毒性，这有助于土壤的固定，遏制风蚀、水蚀等作用，防止水土流失，改善土壤的生态结构。废弃塑料盒、塑料袋、农用地膜等经久不分解，是形成环境污染的重要成分。在土壤中残存会引起农作物减产，若塑料连续积累，十几年后耕地将颗粒无收。可见数量巨大的塑料垃圾严重影响着生态环境，研究和开发生物可降解塑料已迫在眉睫。利用生物工程技术，一方面可以广泛地分离和筛选能够降解塑料和农膜的优势微生物、构建高效降解菌，另一方面可以分离克隆降解基因并将该基因导入某一土壤微生物（如根瘤菌）中，使两者同时发挥各自的作用，将塑料类物质迅速降解。同时，还需大力推行可降解塑料和地膜的研发、生产和应用。有些微生物能产生与塑料类似的高分子化合物，即聚酯，这些聚酯是微生物内源性储藏物质，可以用发酵法生产，该材料由于具有很好的生物可降解性、高熔点、高弹性、不含有毒物质等优点而在医学等许多领域有极好的应用前景。为了降低成本、提高产量，人们正在用重组DNA技术对相关的微生物进行改造。目前，一个研究热点是采用微生物发酵法生产聚β-羟基烷酸（PHAs），研究人员正设法构建出自溶性PHAs生产菌种，即将PHAs重组菌进行发酵，在积累大量的PHAs后，加入信号物质，使裂解蛋白产生，细胞壁被破坏，PHAs析出，以简化胞内产物PHAs的提取过程，降低提取成本。

化学农药广泛运用在农业生产之中，它对控制农业生产的病虫害，调节动植物生长起到重要的作用，但是约有80%化学农药会残留在土壤中，特别是氯代烃类农药是最难分解的，经生态系统造成滞留毒害作用。因此，多年来人们一直在寻找更为安全有效的办法，而利用微生物降解农药已成为消除农药对环境污染的一个重要途径。能降解农药的微生物，有的是通过矿化作用将农药逐渐分解成终产物CO2和H2O，这种降解途径彻底，一般不会带来副作用；有的是通过共代谢作用，将农药转化为可代谢的中间产物，进而从环境中消除残留农药，这种途径的降解结果比较复杂，有正负两方面效应。采用基因工程方法对已知有降解农药作用的微生物进行改造，改变其生化反应途径，以希望获得最佳的降解、除毒效果。要想彻底消除化学农药的污染，最好全面推广生物农药。所谓生物农药是指由生物体产生的具有防止病虫害和除杂草等功能的一大类物质总称，它们多是生物体的代谢产物，主要包括微生物杀虫剂、农用抗生素制剂和微生物除草剂。其中微生物杀虫剂主要包括病毒杀虫剂、细菌杀虫剂、真菌杀虫剂、放线菌杀虫剂等。利用重组DNA技术可以提高杀虫效果。例如，目前正在研究将外源毒蛋白基因如编码神经毒素的基因克隆到杆状病毒中以增强其毒性；将能干扰害虫正常生活周期的基因如编码保幼激素酯酶的基因插入杆状病毒基因组中，形成重组杆状病毒并使其表达出相关激素，干扰其正常的代谢和发育从而达到杀死害虫的目的。

环境污染使生态平衡遭到破坏，导致生物多样性丧失。从科学内容上来说，生物多样性包括遗传多样性、物种多样性和生态系统多样性。生物多样性是人类生存的基础，环境和生物多样性的保护已越来越受到各国的重视。根据不同学者的估计，全球生物物种总数估计有500万～5000万种，但现在物种以1000倍于自然的灭绝速度在减少。有学者估计按现在的速度，20～30年内生物种将消失1/4，到21世纪末消失一半以上。中国生物多样性对全球有很大的意义，中国具有丰富的动植物资源和利用天然动植物资源的丰富经验，但中国物种的消失速度高于全球平均值。例如，我国约有陆生生物100万种，约占全球1/10，全球濒危植物估计达10%，而我国则达15%～20%，远远高于欧美国家。自然界是一个大的生态系统，任何一个环节出了问题，都会影响整个系统。因此，保护环境，保护生物多样性，维持生态平衡，保护人类赖以生存的家园是每一个公民的责任。

5.轻化工业(www.xing528.com)

化工工业的发展，使全球化学工业面临越来越大的资源和环境压力，化解这些压力，生物质化工无疑成为未来发展方向。后化石经济时代的物质生产必须依赖生物质来替代化石资源。美国已提出，到2020年，50%的有机化学品和材料将产自生物质原料。通过利用广泛的生物质资源将有效地避免化石资源的短缺对世界经济的制约及化石资源的工业化利用所造成的严重污染，从而实现世界经济的可持续发展。

现代生物质原料的利用必须基于利用植物所有部分，才能保证利用效率，同时避免新的环境污染，很显然，要达到这一目标必须依靠多学科的交叉，尤其是生物学、化学及化学工程各领域的整合。美国能源部（United States Department of Energy，USD0E）和美国国家可再生能源实验室（National Renewable Energy Laboratory，NREL）分别对生物质原料利用获得各种产品，即生物炼制进行定义和解释，均认为生物炼制就是以可再生的生物质资源包括糖质（如淀粉、纤维素和半纤维素等）、油脂和蛋白质等为原料，经过物理、化学、生物方法或这几种方法集成的方法加工成需要的化学品、功能材料和能源物质（如液体燃料）。

生物炼制是开拓创新型技术，生产能源、材料与化工产品的新型工业模式。绿色生物炼制是一种环境和资源友好的复杂技术体系，它以探索和开发可持续利用土地资源所产生的绿色生物质原料的全面利用为目的。生物炼制的核心技术为工业生物催化技术。世界经济合作与发展组织指出“工业生物催化技术是工业可持续发展最有希望的技术”，其中心任务是以可再生的生物质资源为原料生产生物能源（Bio-energy）和生物基产品。它不仅是未来取代石油等化石资源的主要物质生产方式，也是真正实现循环经济、减少CO2排放量的最重要途径，并能促进能源农业和能源林业的大规模发展，有效绿化荒山荒地，改善生态环境。借助于微生物的自然能力并重组微生物细胞，使之通过一系列的生物化学途径（类似于石油炼制中的裂解、裂化、重整等单元操作），利用生物质原料替代石油原料，高效转化成燃料、材料或平台化合物等各类化学品。生物炼制打破了原来用生物质纯生产单一产品的传统观念，充分利用原料中的每一种组分，将其转化为不同的产品，实现原料充分利用、产品价值最大化和土地利用效率最大化。目前，生物炼制已经成为世界研究的热点，主要包括生物材料、生物基化学品、生物能源、生物基原料、生物炼制平台技术等。

利用微生物卓越的合成能力，几乎能合成地球上所有的有机化学品，尤其是替代石油化工原料的关键平台化合物，如一碳平台化合物（甲烷等）、二碳平台化合物（乙醇等）、三碳平台化合物（乳酸、丙烯酸）、四碳平台化合物（富马酸、丁二丁醇等）等，进而与现代化工技术和产业相衔接，大规模生产各种化学品，从而构建出一条通往生物经济时代的现代化之路。造纸工业消耗大量木材，但现用的树木中不仅包含了造纸所用的纤维素，还含有不需要的天然木质素（又称木素）。将纤维素与木质素分离是一项耗资较大的工作，如果木材能够含有较少的木质素和更多的纤维素，每年将能为造纸工业省下不少的处理费用。因此，培育出一种天然木质素含量低的树种，将是造纸工作者的期盼。目前，这一愿望已经变成现实，北卡罗来纳州立大学的研究者已经培育出了天然木质素含量只有普通杨树一半的改良杨树，而且生长迅速。美国北卡大学的研究人员最近利用基因改造技术，已经成功地通过双基因改造技术将木杨树的木质素含量减少了45%～50%，纤维素的含量增加，树木的生长速度加快，使用低木质素、高纤维素的树木减少了传统强碱处理过程对环境造成的伤害，降低了生产成本，提高了企业的经济效益。此外，将胡萝卜的基因引入树木中，使其可以在酸性土壤中生长。

造纸废水是所有工业废水中最难治理的一种，黑液占其中的80%左右，因此黑液治理标志着造纸污水治理水平的高低。利用现代生物工程技术治理造纸黑液取得了重大突破，培养出大批量的可使黑液的碱性降低的产酸菌种和处理全化学草浆的特效产甲烷菌种，极大降低了废水的处理成本。一种“人工固化工程菌”处理造纸废水，优化了传统除油工艺，不仅效率高.运行稳定，而且较二级气浮环节节省基建投资36%，节省运行费用33%，具有广阔的市场需求和应用前景。造纸淤泥是一种生物固体废弃物，它含有大量的纤维素类有机质和氮、磷、钾等植物养分。利用固体废弃物开发出的有机肥系列产品可用于“哺苇育林”，再通过“苇林养纸”，促进有机纸业发展，形成有机纸业、有机林业、有机农业互为依托的可持续发展有机“生态链”。同时，生物有机肥系列产品还能提高农业生产水平，改善土地肥力，是一种新型的绿色生产资料。

皮革工业现已成为我国轻工业的支柱产业和出口创汇行业。加脂是皮革生产过程中的一道重要工序，通过加脂赋予皮革良好的耐弯折生、弹性、韧性、疏水性和延伸性，提高的强度和丰满度，从而使皮革具有良好的使用性能。因此，加脂剂及加脂操作越来越受到皮革行业的重视，成为影响皮革的风格、手感和用途的一个重要手段。近年来，国内外利用现代生物工程技术对天然油脂进行改性，改性油脂具有反应速度快、条件温和、无污染和反应进行完全等优点。这种生物改性皮革加脂剂性能优异，完全可以替代一些进口产品。

持久性有机污染物（POPs）是环境中的一类重要污染物，也是最难控制的一类污染物。其中的氯代芳烃类化合物则属于污染面积广、毒性较大的化合物。作为环境外来物，由于天然微生物缺乏降解的酶或酶系，通常难以生物降解，持久滞留于环境中，对生态环境和人体健康构成极大威胁。中国科学院微生物研究所完成了“生物降解基因资源开发与应用”课题，充分利用我国丰富的生物资源，结合国家环境保护和可持续发展战略的需要，围绕POPs微生物降解和降解基因资源开展了研究。他们在氯代芳烃类化合物的污染环境中分离纯化得到了降解目标污染物的菌株，克隆了直接参与污染物降解的基因，并探讨了菌株降解污染物的代谢途径。此项研究对于人们认识持久性有机污染物在环境中的降解途径及微生物代谢机制等问题具有重要的促进作用；获得的基因资源可用于构建高效降解微生物菌株或者开发污染物控制技术。合理开发并利用这些基因资源来发展生物治理或生物修复技术具有现实意义和广阔的应用前景。

此外，基因改良工程在淀粉方面的应用也取得了一些进展。马铃薯淀粉包括造纸所需要的支链淀粉和造纸不需要的直链淀粉两种。荷兰AVEBE公司开发出一种基因改良马铃薯，其中含有较多量的支链淀粉而较少量的直链淀粉。但是，这种基因改良马铃薯被欧盟所限制，不允许其进入市场。AVEBE公司目前正在开发新一代产品，但欲使其进入市场尚需要数年的努力。德国的化学品巨头BASF公司在瑞典的一个分公司也开发出一种高支链淀粉含量的基因改良马铃薯。然而，正如该报告所说，尽管造纸行业中需要多种多样的基因改良技术，但要使基因改良的树种和庄稼获得商业应用至少还需要10年的时间，不过，这一切都正在进行中。

6.食品工业

现代生物工程技术广泛应用于食品生产与开发，使食品工业也有了飞速的发展。利用现代生物技术不仅能改造食品资源，同时还能改进传统工艺，改良食品品质、提高产品加工深度，增加食品包装功能并将其产业化。基因工程运用于植物食品原料的生产，可进行品种改良、新品种开发与原料增产，如选育抗病植物、耐除草剂植物、抗昆虫或抗病毒、耐盐或耐旱植物等，既丰富了食品原料的多样性，也改善和提高了食品资源的品质特性，增加了食用与营养价值。例如，利用反义RNA技术将几种不同的基因结构转移至番茄植株上，可以明显延缓番茄的后熟和老化，延长货架期。利用植物细胞的大量培养，生产天然色素、天然香料、次生代谢产生的功能性食品和食品添加剂。日本研究人员利用培养草莓细胞生产红色素的技术已成功应用于葡萄酒及食品加工中。我国科学家利用胡萝卜细胞生产胡萝卜素已获得成功，繁殖速度快，周期短，并可实现工业化生产。利用转基因手段，在动植物或其细胞中，通过基因表达而获得有利于人类健康的有效成分。例如，生产含有较高比例不饱和脂肪酸植物油的大豆，提高食用油的品质；改变谷类蛋白质中氨基酸组成和比例，提高植物蛋白的消化吸收率；生产酪蛋白含量高的奶或含改良蛋白（酪蛋白和胰凝乳清蛋白）的牛奶，减少乳中乳糖和β乳球蛋白的含量等。另外，将一种有助于心脏病患者血液凝结溶血作用的酶基因克隆至牛或羊中，饮用这种羊奶可以起到药膳同食的效果。利用转基因植物生产食品疫苗是当前食品生物技术研究的热点之一。例如，将某些致病微生物的有关蛋白质（抗原）基因，通过转基因技术导入某些植物或动物受体细胞中，得以表达，直接成为具有抵抗相关疾病的疫苗。目前已成功研制出狂犬病病毒、乙肝表面抗原、链球菌突变株表面蛋白等10多种转基因马铃薯、香蕉、番茄的食用疫苗。虽然食品疫苗的研发还处于起步阶段，但发展潜力巨大。

食品发酵工业的关键是优良菌株的获取。利用基因工程对传统发酵微生物进行改良，目前已成为改良食品工业菌种的一个重要途径。例如，在啤酒酵母的改良中，利用转基因技术将外源a-乙酰乳酸脱羧酶基因导入啤酒酵母细胞进行表达，可有效降低啤酒中双乙酰含量，改善啤酒风味。基因工程技术将霉菌的淀粉酶基因转入E.coli，并将此基因进一步转入酵母细胞中，使之直接利用淀粉生产乙醇，省掉了高压蒸煮工序，可节约60%能源，极大缩短了生产周期。采用细胞融合技术或原生质融合技术改良和培育新菌株。例如，日本研究人员利用原生质融合技术，对构巢曲霉、产黄青霉、总状毛霉等菌的同一种内或种间进行细胞融合，选育出蛋白酶分解能力强、发育速度快的优良菌株，应用于酱油生产，既提高了生产效率，又提高了酱油品质。应用酶法生产果葡糖浆是现代酶工程在食品工业上最成功、规模最大的应用。在果蔬加工中，利用果胶酶可以明显降低果汁澄清度，增加果汁出汁率，降低果汁黏度，提高果汁过滤效果。在食品烘焙加工时，酶制剂可以增大面包体积，改善表皮色泽，改良面粉质量，延缓陈变，提高柔软度，延长保存期限。在乳制品加工方面，凝乳酶作为重要的凝结剂被广泛使用。在肉制品加工中，添加少量的木瓜蛋白酶可以分解胶原蛋白，软化肉品。酶技术应用于食品保鲜是利用酶的催化作用，防止或消除外界因素对食品的不良影响，从而保持食品原有的优良品质和特性。目前应用较多的是葡萄糖氧化酶和溶菌酶。例如，把葡萄糖氧化酶和过氧化物酶添加到果蔬中，密闭保藏，可以脱去氧气，延长果蔬的保藏期。溶菌酶对革兰氏阳性菌、枯草杆菌、地衣型芽孢杆菌等有较强的溶菌作用，现已在干酪、肉制品、水产品、乳制品、糕点、饮料等的防腐保鲜中广泛应用。由于酶具有特异性，因此它适合于植物和动物材料化合物的定性和定量分析。例如，采用乙醇脱氢酶测定食品中的乙醇含量；采用柠檬酸裂解酶测定柠檬酸的含量等。另外，在食品中加入一种或几种酶，根据它们作用于食品中某些组分的结果，可以评价食品的质量，这是一种十分简便的方法。

现代生物工程技术的应用，为食品工业的上、中、下游，即食品资源改造、食品生产工艺改良及加工品的包装、贮运、检测等方面的发展开拓了更为广阔的前景，也将成为解决食品工业生产所带来的环境保护问题和健康问题等的有效途径。未来生物工程技术将会在高产菌株和耐特殊环境微生物的选育，高活性新酶品种的开发及酶的固定化和细胞工业化应用，功能性食品添加剂和配料的研制，生物传感器、生物芯片等食品安全快速检测方法的应用等热点领域取得新的突破.并带动食品工业发生革命性的变革。

7.生物安全与社会伦理

随着现代生物技术的不断发展和应用，依靠先进生物技术手段，进行生物体之间基因的转换与重组，改变生物体原有的一些性能，实现集多种生物体优势于一身，为解决人类面临的一系列问题带来了美好前景。通过应用现代生物技术，对农作物、畜禽品种和水产品的遗传基因进行修饰，可使其品种改良、产量增加、品质提高、抗性增强。正是由于这种十分广泛的市场效益，目前世界各国都在积极进行这一领域的研究并取得了显著进展，如转基因牛羊、转基因鱼虾、转基因粮食、转基因蔬菜和转基因水果等都相继培育成功并已部分投入食品市场。科学技术是一把双刃剑，生物技术如果使用不当也会对生物多样性、生态环境和人体健康造成潜在的不利影响，尤其是当人类不能确保正确合理操作和运用这项技术时，这种影响可能是灾难性的。现代生物技术使基因在人、动物、植物和微生物之间进行人为的相互转移，而目前人类对这种基因调整后的结果尚无十足的把握。迄今为止，研究人员提出现代生物技术最有可能给人类健康、生物多样性和生态环境造成一些不良后果。正是由于认识到生物技术有可能对人类和环境产生不良影响，同时又无法确切知道这种影响到底有多大，因此才使人们越来越关注生物安全问题。目前，生物安全问题已经引起了国际社会的高度重视，为了达到趋利避害的目的，许多国家和国际组织在积极发展生物技术的同时，也在积极进行生物安全方面的研究，并制定、发布和实施了一些生物技术安全方面的法规、条例、指南和规定。近年来，随着人们对环境问题关心程度的不断加大，各国政府均已经认识到这一问题的严重性，建立了相关管理机构，出台了一系列保护措施，逐渐形成了一套生物安全管理机制。

现代生物工程是生物学和工程学综合交叉的边缘学科，也是知识密集型学科，是所有自然科学领域中涵盖范围最广的学科之一。未来生物技术的发展取决于技术平台的宽度和高度，已有的重组DNA、细胞培养和DNA芯片三个平台，已经取得的成果或产业，如基因治疗、基因工程药物、转基因植物、克隆动物、诊断试剂等都是这些平台上的产物。在21世纪还将形成几个新的平台。第一个是基因组平台。目前已有数十种微生物和4种模式生物（酵母、线虫、果蝇和拟南芥）的基因组全序列已进入数据库，人类基因组全序列的草图也已经完成，这意味着数以10万计的基因及其编码的蛋白质可供基因工程和蛋白质工程操作，从而极大扩展了生物技术的产业范围。第二个平台是生物芯片，它是分子生物学与化学和物理领域的多种高新技术的交叉和融合。从DNA芯片延伸到含各种生物分子的硅片最终将与纳米技术相结合，使离体操作的芯片发展成为可在活体内执行某种功能的组件。第三个平台是干细胞生物学，它是克隆动物和克隆组织器官的基础。正在发展的技术关键是控制有全能性或多能性的干细胞的分化发育。例如，神经干细胞可发育成神经系统的各种类型细胞。这一平台的完善将为医学上的器官移植，农业上优良家畜的繁殖带来革命性的进展。第四个平台是生物信息学。目前，生物信息学已经广泛用于基因组和蛋白质组的研究，但是随着大多数基因和蛋白质功能的阐明，将会出现一个新发展前景，那就是计算机模拟细胞内和机体内的生化代谢过程，甚至模拟进化历程，这将使生物学真正进入理论生物学的新时期。用计算机设计生物新类型的高技术也将会变成现实。第五个平台是神经科学。目前国际上正在开展神经生物学的大科学计划。人类的高级神经活动，如感觉、认知和思维终将在分子水平和细胞水平上被解析。在不远的将来，就会在这个平台上出现新的生物技术，一方面为人类自身的精神疾患带来福音，另一方面也会由此产生高度智能化的计算机和机器人。

现代生物技术在近20年的发展中受到各方面人士的普遍关注，更有许多专家认为21世纪是生命科学的世纪，现代生物工程技术产业是21世纪的朝阳产业。一方面，是由于现代生物工程技术发展迅速，用途广泛；另一方面，是由于现代生物工程技术具有其他技术所无法比拟的优越性，即可持续发展。面对人口膨胀、资源枯竭、环境污染等一系列直接关系到整个人类生死存亡的严重问题，人们越来越深切地认识到发展具有可持续发展的新技术、新产业的必要性和紧迫性。由于现代生物工程技术所需原料具有再生性，同时利用生物系统生产产品产生的污染物很少，对环境的破坏性很小或几乎没有，重组微生物甚至还可以消除环境中的污染物，现代生物工程技术产业必然会在21世纪获得更大的发展。

生物技术在世纪之交已经以众多的成就为我们展示了一卷21世纪的宏图，从医药革命到绿色革命，从新能源到永续的生态环境，现代生物工程技术的研究进入了一个快速、稳步发展的时期，并将成为我国创新产业的经济增长点。现代生物工程技术将为人类解决疾病防治、人口膨胀、食物短缺、能源匮乏、环境污染等一系列问题。近年来，全球医药市场发展重心正逐步从小分子化学药转向生物技术药，后者在全球医药市场的比例已从2006年的13%攀升至现在的17%左右。2015年年底，全球销量排名前100的药物中，生物医药达到50多种。中国生物技术药物市场总额目前已达180亿元，占全球生物技术药物市场的2%。随着生物技术突飞猛进的发展，预计未来国内生物板块将有很大的发展空间。