生物技術(shù)是涉及使用生物系統(tǒng)、活的有機(jī)體或其衍生物來(lái)制造對(duì)人類(lèi)有用的產(chǎn)品的科學(xué)領(lǐng)域。生物技術(shù)幫助我們解決許多問(wèn)題，例如傳染病、改善食品質(zhì)量、化石燃料短缺等。隨著人口的增加和自然資源的減少，生物技術(shù)幫助我們尋找替代資源。生物技術(shù)在滿足我們?nèi)粘Ｉ畹男枨蠓矫姘l(fā)揮著至關(guān)重要的作用。長(zhǎng)期以來(lái)，生物技術(shù)幾乎在醫(yī)療保健、食品工業(yè)、釀酒、乳制品、紡織工業(yè)和生物修復(fù)等各個(gè)領(lǐng)域提供服務(wù)。今天，當(dāng)全世界都在遭受 COVID-19 之苦時(shí)，生物技術(shù)在疫苗生產(chǎn)中發(fā)揮著重要作用。

文章索引

• 1. 生物燃料

• 生物乙醇

• 生物柴油

• 沼氣

• 2. 乳制品

• 3.烘焙產(chǎn)品

• 4. 無(wú)乳糖牛奶

• 5. 酒精生產(chǎn)

• 6. 護(hù)膚品

• 7. 洗滌劑酶

• 8. 轉(zhuǎn)基因（GM）作物

• 轉(zhuǎn)基因作物

• 黃金大米

• 9.染料制造

• 10. 造紙工業(yè)

• 11. 生物修復(fù)

• 生物修復(fù)的應(yīng)用

• 12. 抗生素的生產(chǎn)

• 為什么微生物會(huì)產(chǎn)生抗生素？

• 13. 疫苗生產(chǎn)

例子

1. 生物燃料

生物燃料來(lái)源于生物質(zhì)，如植物、動(dòng)物廢物和藻類(lèi)材料。隨著燃料價(jià)格的上漲和化石燃料的枯竭，通過(guò)生物技術(shù)生產(chǎn)生物燃料可以發(fā)揮關(guān)鍵作用。生物燃料是一種可再生能源，并且對(duì)環(huán)境友好，因?yàn)樗鼈兛梢苑乐箿厥覛怏w排放。生物燃料的例子是乙醇、生物柴油和沼氣。

生物乙醇

乙醇是一種無(wú)色液體生物燃料，由玉米、甘蔗等作物中的淀粉發(fā)酵而成。巴西和美國(guó)是乙醇的主要生產(chǎn)國(guó)。美國(guó)使用甘蔗、大麥和高粱等含糖量高的糧食作為生產(chǎn)乙醇的原料。在美國(guó)，10% 的乙醇與汽油混合形成“汽油醇”，即汽油和乙醇的混合物，用作內(nèi)燃機(jī)的燃料。

生物柴油

生物柴油是一種由植物油、動(dòng)物脂肪等制成的國(guó)產(chǎn)生物燃料。它有助于燃料的清潔燃燒，是石油柴油的可再生替代品。在車(chē)輛中使用生物柴油可以減少環(huán)境污染，從而改善空氣質(zhì)量。生物柴油是通過(guò)脂肪酸中存在的甘油三酯的酯交換過(guò)程制成的。乙醇對(duì)植物油的酯交換反應(yīng)產(chǎn)生生物柴油和甘油。在印度等一些guo家，生物柴油是由麻風(fēng)樹(shù)的種子生產(chǎn)的。

沼氣

沼氣是通過(guò)某些稱為產(chǎn)甲烷菌的細(xì)菌降解農(nóng)業(yè)、植物和動(dòng)物廢物以及污水或城市廢物而產(chǎn)生的。沼氣是一種可再生能源，它是甲烷、二氧化碳等氣體的混合物。沼氣主要用于農(nóng)村做飯，壓縮后可用作汽車(chē)燃料。

2. 乳制品

生物技術(shù)在乳制品中有著廣泛的應(yīng)用，我們最喜歡的乳制品如奶酪和酸奶要?dú)w功于生物技術(shù)。奶酪是由牛奶的乳酸發(fā)酵形成的。牛奶含有水（85%）、脂肪、碳水化合物（乳糖）和蛋白質(zhì)（酪蛋白和乳清）。奶酪是通過(guò)酸化牛奶或添加凝乳酶將牛奶分離成固體凝乳和液體乳清而形成的。某些細(xì)菌，如乳酸桿菌或鏈球菌科將牛奶糖（乳糖）轉(zhuǎn)化為乳酸，從而降低牛奶的 pH 值。這稱為牛奶酸化；它會(huì)殺死牛奶中存在的有害細(xì)菌。這有助于將牛奶分離成凝乳和液態(tài)乳清。凝乳酶是一種有助于酪蛋白凝固的酶。這將固體凝乳和液體乳清分開(kāi)。然后去除液體乳清，然后將凝乳腌制和成型。凝乳酶是存在于反芻哺乳動(dòng)物胃中的一組酶。凝乳酶（蛋白酶）是關(guān)鍵酶，可凝結(jié)牛奶中的酪蛋白。

3.烘焙產(chǎn)品

面包是人類(lèi)日常生活中最常見(jiàn)的食物之一。你知道是什么讓面包變得柔軟蓬松嗎？面包是通過(guò)使用面粉、水、酵母和糖制作面團(tuán)而形成的。潮濕面團(tuán)中的淀粉酶分解面粉中的淀粉（淀粉酶或支鏈淀粉）并釋放麥芽糖和蔗糖。酵母是一種以糖為食的真菌。面團(tuán)中的酵母含有麥芽糖酶，它通過(guò)有氧呼吸將麥芽糖分解成葡萄糖，但很快就會(huì)耗盡氧氣并轉(zhuǎn)為無(wú)氧呼吸。在無(wú)氧呼吸中，它分解糖并產(chǎn)生二氧化碳和乙醇。這些二氧化碳分子被困在面筋分子中，導(dǎo)致面團(tuán)蓬松。然后將面團(tuán)加熱，從而殺死酵母并蒸發(fā)乙醇。

4. 無(wú)乳糖牛奶

乳糖是一種天然存在于牛奶中的糖。它有更小的單位，稱為葡萄糖和半乳糖。乳糖在我們的腸道中被乳糖酶分解。有些人不能消化乳糖并且是乳糖不耐癥，因?yàn)樗麄凅w內(nèi)缺乏乳糖酶。在這些人中，乳糖會(huì)留在腸道中并導(dǎo)致惡心、腹脹、痙攣等癥狀。感謝生物技術(shù)為我們提供了市場(chǎng)上的無(wú)乳糖牛奶。這種牛奶是用乳糖酶預(yù)處理的。這會(huì)導(dǎo)致乳糖分解成葡萄糖和半乳糖。這種酶是在稱為克魯維酵母的酵母中產(chǎn)生的。無(wú)乳糖牛奶由單一單位的葡萄糖和半乳糖組成，它們比乳糖更易溶于水，更容易被腸道吸收。

5. 酒精生產(chǎn)

生物技術(shù)過(guò)程酒精發(fā)酵，由某些細(xì)菌和酵母實(shí)現(xiàn)，廣泛用于生產(chǎn)酒精。酒精生產(chǎn)的原料是大麥、小麥、水稻、甘蔗或玉米等淀粉作物。發(fā)酵是酵母將糖轉(zhuǎn)化為酒精（乙醇）和二氧化碳（CO2）的過(guò)程。在氧氣存在的情況下，酵母將葡萄糖（糖）分子分解為兩個(gè)丙酮酸分子，并釋放出二氧化碳和水作為副產(chǎn)品。然后這兩個(gè)丙酮酸分子在厭氧條件下被還原成乙醇和二氧化碳。一些細(xì)菌物種如運(yùn)動(dòng)發(fā)酵單胞菌也可以進(jìn)行酒精發(fā)酵。由釀酒酵母進(jìn)行的酒精發(fā)酵是非常常見(jiàn)且眾所周知的，但 Z. Mobilis 也用作工業(yè)中乙醇生產(chǎn)的起始物。葡萄酒是通過(guò)葡萄（Vitis vinifera）發(fā)酵形成的。釀酒涉及兩個(gè)主要的生物技術(shù)過(guò)程，酒精發(fā)酵和蘋(píng)果乳酸發(fā)酵。在酒精發(fā)酵中，水果中的糖分轉(zhuǎn)化為乙醇和二氧化碳，隨后大多數(shù)紅葡萄酒經(jīng)過(guò)乳酸菌 Oenococcus oeni 的蘋(píng)果乳酸發(fā)酵。這個(gè)過(guò)程將蘋(píng)果酸（辛辣的味道）轉(zhuǎn)化為乳脂狀的乳酸，同時(shí)也提高了 pH 值。這對(duì)于葡萄酒的脫酸和風(fēng)味修飾是必要的。水果中的糖分轉(zhuǎn)化為乙醇和二氧化碳，大多數(shù)紅葡萄酒經(jīng)過(guò)乳酸菌 Oenococcus oeni 的蘋(píng)果乳酸發(fā)酵。這個(gè)過(guò)程將蘋(píng)果酸（辛辣的味道）轉(zhuǎn)化為乳脂狀的乳酸，同時(shí)也提高了 pH 值。這對(duì)于葡萄酒的脫酸和風(fēng)味修飾是必要的。水果中的糖分轉(zhuǎn)化為乙醇和二氧化碳，大多數(shù)紅葡萄酒經(jīng)過(guò)乳酸菌 Oenococcus oeni 的蘋(píng)果乳酸發(fā)酵。這個(gè)過(guò)程將蘋(píng)果酸（辛辣的味道）轉(zhuǎn)化為乳脂狀的乳酸，同時(shí)也提高了 pH 值。這對(duì)于葡萄酒的脫酸和風(fēng)味修飾是必要的。

6. 護(hù)膚品

生物技術(shù)在美容和美容醫(yī)學(xué)中發(fā)揮了重要作用。肉毒桿菌是日常生活中生物技術(shù)產(chǎn)品的突出例子之一。肉毒桿菌是一種由肉毒梭菌產(chǎn)生的蛋白質(zhì)。它麻痹神經(jīng)細(xì)胞，從而減少臉上的皺紋。透明質(zhì)酸也是抗衰老護(hù)膚中非常重要的成分。它天然存在于人體中。在實(shí)驗(yàn)室中，透明質(zhì)酸是由某些細(xì)菌（如獸疫鏈球菌、大腸桿菌和枯草芽孢桿菌）在適當(dāng)?shù)臏囟群?pH 條件下發(fā)酵葡萄糖形成的。

7. 洗滌劑酶

傳統(tǒng)的去污劑已經(jīng)被生物技術(shù)產(chǎn)品去污劑酶所掩蓋。這些洗滌劑含有蛋白酶、脂肪酶和淀粉酶等酶，有助于去除血漬、油漬等。

8. 轉(zhuǎn)基因（GM）作物

生物技術(shù)在改善棉花、羊毛絲等天然纖維方面發(fā)揮著重要作用。它還有助于通過(guò)使作物具有抗蟲(chóng)害或除草劑的能力來(lái)提高作物生產(chǎn)的產(chǎn)量和質(zhì)量。轉(zhuǎn)基因食品是通過(guò)基因工程引入其 DNA 變化來(lái)生產(chǎn)的。轉(zhuǎn)基因食品的一些例子是 Bt 作物、黃金大米等。

轉(zhuǎn)基因作物

Bt 作物經(jīng)過(guò)基因改造，含有一種細(xì)菌的特定基因，即蘇云金芽孢桿菌 (Bt)。該基因?qū)е略谌~子中形成毒素。當(dāng)害蟲(chóng)以 Bt 作物為食時(shí)，植物細(xì)胞中的毒素（Cry 蛋白）會(huì)使害蟲(chóng)的消化系統(tǒng)結(jié)晶并殺死害蟲(chóng)。這種蛋白質(zhì)對(duì)人類(lèi)沒(méi)有有害影響。這種毒素對(duì)蝴蝶、飛蛾、船蛉、甲蟲(chóng)等幾種昆蟲(chóng)是致命的。BT 作物的例子是玉米和棉花。

黃金大米

黃金大米是轉(zhuǎn)基因水稻品種（Oryza sativa）。其中，通過(guò)基因工程將多基因生化途徑整合到水稻基因組中。該途徑導(dǎo)致產(chǎn)生β-胡蘿卜素，這是維生素A的前體。當(dāng)被人類(lèi)代謝時(shí)，它會(huì)產(chǎn)生維生素A。黃金大米已被設(shè)計(jì)用于克服發(fā)展中國(guó)家的維生素A缺乏癥。缺乏維生素 A 會(huì)導(dǎo)致夜盲癥和角膜疤痕或永久性失明。

9.染料制造

紫草素是天然存在的萘醌的一個(gè)例子。它存在于植物紫草的干燥根中。它們?cè)诨瘖y品、食品和紡織工業(yè)中用作天然著色劑。生物技術(shù)也有助于生產(chǎn)蒽醌染料。這些染料可以從各種真菌中提取，如木霉、曲霉和彎孢菌菌株。蒽醌類(lèi)生物染料的例子有 CI 分散藍(lán) 7 和 CI 酸性綠 28。這些染料更便宜且非常環(huán)保。

10. 造紙工業(yè)

紙是通過(guò)從木材中提取纖維素并將其轉(zhuǎn)化為紙漿而形成的。制漿的目的是將纖維素纖維從木材中存在的木質(zhì)素和其他雜質(zhì)中釋放出來(lái)。生物技術(shù)允許通過(guò)特定的木質(zhì)素降解真菌對(duì)纖維素進(jìn)行制漿，這種制漿方法稱為生物制漿。許多有害化學(xué)物質(zhì)被紙漿加工中使用的酶所取代。由于木質(zhì)素的存在，紙漿通常呈棕色，為了使它們顏色變淺，需要進(jìn)行生物漂白。最初，氯用于漂白紙漿，但由于其對(duì)環(huán)境的不利影響，現(xiàn)在已被木聚糖酶等酶所取代。生物漂白劑木聚糖酶由曲霉木霉（真菌）產(chǎn)生，它有助于水解紙漿中存在的半纖維素（木聚糖）。生物漂白具有成本效益，可防止有害副產(chǎn)品的形成。它還可以改善紙張的質(zhì)地和強(qiáng)度。

11. 生物修復(fù)

環(huán)境污染是全球關(guān)注的主要問(wèn)題，但隨著新興的生物修復(fù)技術(shù)，我們可以輕松控制污染物的破壞性影響。生物修復(fù)是利用微生物降解受污染的地下水或土壤中存在的有毒物質(zhì)并將其轉(zhuǎn)化為無(wú)毒物質(zhì)的過(guò)程。

生物修復(fù)的應(yīng)用

• 它有助于清潔犯罪現(xiàn)場(chǎng)的血液和體液。最初漂白劑或氨水被用作清潔劑，但現(xiàn)在酶清潔劑（蛋白酶、脂肪酶等）被用于去除血液等有害物質(zhì)，這些物質(zhì)可能對(duì)艾滋病毒或肝炎等健康構(gòu)成威脅。

• 化學(xué)農(nóng)藥和工業(yè)廢物會(huì)通過(guò)向土壤中釋放有毒物質(zhì)來(lái)污染土壤和地下水。通過(guò)生物修復(fù)，微生物可以利用土壤中的這些化學(xué)污染物作為它們的能源。它們通過(guò)氧化還原反應(yīng)代謝這些污染物并產(chǎn)生能量。

• 生物修復(fù)還可以幫助控制海洋生態(tài)系統(tǒng)中的石油泄漏。石油泄漏會(huì)傷害海洋動(dòng)物，也會(huì)使食用海鮮不安全。生物修復(fù)可以通過(guò)兩種方式幫助控制石油泄漏的危險(xiǎn)影響。
  

• 生物強(qiáng)化：將少量石油降解微生物插入受影響的區(qū)域。
  生物刺激：通過(guò)添加營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)來(lái)刺激石油降解微生物的生長(zhǎng)。這增加了細(xì)菌和真菌等微生物的降解速度。

12. 抗生素的生產(chǎn)

抗生素是生物技術(shù)產(chǎn)品中非常常見(jiàn)的例子之一。它們是生活在土壤中的微生物產(chǎn)生的非蛋白質(zhì)分子?？股厥怯涉溍咕鷮?、芽孢桿菌屬和青霉屬（真菌）等多種細(xì)菌產(chǎn)生的次級(jí)代謝產(chǎn)物?？股卦趯?duì)抗人類(lèi)和動(dòng)物的傳染病方面發(fā)揮著重要作用?？股馗鶕?jù)其作用方式可分為兩大類(lèi)，殺菌劑（殺死細(xì)菌）和抑菌劑（阻止細(xì)菌生長(zhǎng)）。青霉素是亞歷山大·弗萊明發(fā)現(xiàn)的第一種抗生素。

為什么微生物會(huì)產(chǎn)生抗生素？

土壤中的幾種微生物，如細(xì)菌和真菌，會(huì)產(chǎn)生抗生素，作為對(duì)生活在同一附近的其他微生物的防御機(jī)制。由于土壤的異質(zhì)性，不同的微生物棲息在其中。這些不同的微生物為它們的生存和成功繁殖而戰(zhàn)，因此它們產(chǎn)生抗生素來(lái)抑制其他微生物的生長(zhǎng)。土壤微生物是抗生素生產(chǎn)的主要來(lái)源。 

13. 疫苗生產(chǎn)

生物技術(shù)在生產(chǎn)針對(duì)各種致命疾病的疫苗方面發(fā)揮了重要作用。疫苗由死亡或無(wú)活性的病原體、病原體產(chǎn)生的一種表面蛋白或毒素制成。疫苗接種會(huì)觸發(fā)我們的免疫系統(tǒng)，從而產(chǎn)生抗體。這些抗體作為記憶抗體在血液中循環(huán)很長(zhǎng)時(shí)間，如果將來(lái)該病原體入侵，記憶抗體就會(huì)與之抗?fàn)帯?/p>