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關鍵詞:生物技術;發展;生物教育;創新
中圖分類號:G633.91文獻標識碼: A 文章編號:
前言
隨著我國教育體制的改革與完善,在生物教學中注重對學生動手能力、實踐能力的培養, 注重對學生復合能力、適應能力和創新能力的培養, 是生物教學追求的總目標。然而, 目前生物學教學仍然處于“強調學習結果, 忽視探索問題; 以閱讀科學代替了做科學; 一味要求學生獨立思考, 不鼓勵學生研究問題和討論結果”等教學狀況。生物技術是以生物體系和生物工程原理來生產生物產品, 提供社會服務的綜合性生物科學技術, 是由多學科交叉形成的理論與實踐并重, 以細胞工程、酶工程、發酵工程和基因工程等技術體系為主的新興學科。它的發展已經對人類生活產生了重大的影響, 其理論和技術并重的學科體系, 給生物學教育創新以及課程結構、教學內容和教學方法等方面提供了良好的素材, 并奠定了堅實的基礎。
1.1 生物技術的概念與分類
什么是生物技術? 從字面上來說可解釋為在分子、細胞水平上定向操縱或改造生物體的技術。但這個概念的外延很容易被人為地擴大, 即認為“生物技術”可方便地用于對所有利用生物體本身、代謝產物及功能等技術的泛指, 只不過是操作的物質層次不同。
對于生物技術的分類, 在學術界存在著兩種觀點: ①按照生物學科發展的大致歷程, 把生物技術也分為傳統生物技術、近代生物技術和現代生物技術; ② 從產業發展的角度, 把 20 世紀 70 年代以前包括有機溶劑、維生素、工業用酶制劑和抗生素等在內的老工業, 稱為“傳統生物技術”; 而把 DNA 重組和單克隆抗體兩大技術建立以后的工業, 稱為“現代生物技術”。顯然, 生物技術的發展與科學和技術的發展是同步的, 與生物學科的發展更是密不可分。現代生物技術是在傳統生物技術基礎上發展起來的, 包括基因工程、酶工程、細胞工程、發酵工程和蛋白質工程等, 它們是互相聯系、互相滲透的, 其中以基因工程技術為核心。
1.2 生物技術的發展
1.2.1 傳統生物技術階段。傳統生物技術是指 19 世紀末到20 世紀 30 年代前, 以發酵產品為主干的工業微生物技術體系。這一時期的生物技術主要是通過微生物的初級發酵來生產食品, 其應用僅僅局限在化學工程和微生物工程的領域, 通過對粗材料進行加工、發酵和轉化來生產純化人們需要的產品, 如乳酸、酒精、面包酵母、檸檬酸和蛋白酶等。
1.2.2 近代生物技術階段。近代生物技術是以 20 世紀 40年代抗菌素的提取, 50 年代氨基酸的發酵到 60 年代酶制劑工程為線索, 仍以微生物發酵技術為技術特征的。這一時期抗生素工業、氨基酸發酵和酶制劑工程相繼得到發展, 細胞工程相關技術日臻完善, 但從技術特征上看還不具備高新技術諸要素, 因此只能被視為近代生物技術。
1.2.3 現代生物技術階段?,F代生物技術以 20 世紀 70 年代 DNA 重組技術的建立為標志, 以世界上第一家生物技術( Genetech, 遺傳技術) 公司的誕生( 1976) 年為紀元。此后, 越來越多的科學家投身于分子生物學研究領域, 并取得了許多重大的進展。至此, 以基因工程為核心的技術上的革命帶動了現酵工程、酶工程、細胞工程以及蛋白質工程的發展, 形成了具有劃時代意義和戰略價值的現代生物技術。
2、生物技術發展與生物教育創新
隨著基因操作技術不斷完善、基因工程藥物和疫苗研究與開發突飛猛進、轉基因植物和動物取得重大突破, 闡明生物體基因組及基因編碼蛋白質的結構與功能成為當今生命科學發展的一個主流方向, 生物技術將在人類生活中扮演更為重要的角色。為了鼓勵和推動生物技術的發展, 許多國家制訂和采取了一系列政策及措施。如為了保持生物技術的領先地位, 刺激生物技術產業快速發展, 美國食品和藥物管理局在 1995 年底決定放寬對生物技術公司的限制,對用生物技術方法生產出來的藥品與傳統藥品一視同仁;日本提出了“生物技術立國”的戰略思想, 政府從一開始就介入了生物技術的組織與協調, 建立了“產、學、研”三位一體的聯合研究與開發體制; 英國政府發表了“生物技術制勝2005 年的預案和展望”報告; 新加坡設立了“生命科學部長委員會”, 制定了 5 年躋身生物技術頂尖行列的計劃。這些重大舉措顯現了外國政府欲搶占生物產業制高點的魄力和決心。我國也將生物技術擺在了重要的位置, 在國家“863”和“973”計劃、“攀登計劃”、國家自然科學基金和國家政策計劃中也已將生物技術方面的項目列為重大項目, 以此推動生物技術的蓬勃發展。
生物教育創新是一個系統工程, 包括課程標準、課程目標、課程結構、課程教學和評價創新等內容。對基層生物學教育工作者而言, 生物教育的創新, 重要的就是要把生物教學從“以破壞學生形成一些重要的思維能力為代價的死記硬背”的教學狀況中解脫出來, 重視“科學探索過程”的教學, 它反映了科學家獲得知識的思維方式和使用方法, 是學生享用終身的財富。2001 年新頒布的《生物課程標準》“,以學科體系、學生需要、社會發展”為結合點選擇課程內容, 以“人與生物圈”為框架構建課程體系, 以“提高學生的科學素養”為宗旨定位學科價值, 以“科學探究”為策略改變學生的學習方式, 以“科學、技術、社會”為切入點體現課程回歸生活, 以“滲透人文理念”培養學生的情感態度和價值觀, 以“開發與利用課程資源”為手段實現課程目標。在全國范圍內全面實施新大綱、新教材, 在原有基礎上充實了許多現代生物科學知識。如新大綱在必修課部分新增了生物科學新進展, 細胞分化與衰老、細胞癌變、人類的遺傳病與優生、環境與人體健康、綠色食品等內容; 選修課部分介紹了營養與健康、人體兩大免疫機制、生物固氮、發酵工程、細胞工程、酶工程、基因的結構和基因表達調控等內容。當然, 這些具體內容和表述方式上的改進, 給廣大教師教學過程的創新奠定了一定的基礎, 也在教學實踐中取得了一些成效, 推進了生物學教育改革的進程。
3、生物技術的發展推進生物教育改革
生物技術是當今迅速發展的高新技術, 是 21 世紀最具有發展潛力的新興產業, 它涵蓋了基因工程、細胞工程、酶工程、發酵工程和生物化學工程。其中基因工程發展迅猛,已經成為生物科學領域最有生命力、最引人注目的前沿科學, 生物技術已被廣泛應用于食品、醫藥、農業、化工、環保等工業部門, 且隨著對生物分子認識水平和改造生物遺傳物質手段的提高, 生物技術必將為有效解決長期困擾人類的糧食短缺、疑難病癥、能源危機、環境污染等問題帶來美好的前景。
生物技術又將成為21 世紀科學技術的主流。這不僅因為它所研究與開發的對象是可以再生的生物資源, 而且還因為它對當今人類面臨的人口和食物、能源和資源以及環境和健康等迫切需要解決的問題發揮重要的作用?,F代生物學發展的新技術、新成就, 特別是與人類生活息息相關的技術落實到學生的課程和教材中去, 使其成為培養學生的基本素材。20 世紀末, 國外一些專家認為: 隨著科學和技術的飛速發展, 公眾的科學素養比以前任何時候都顯得重要。因而, 加強生物技術教育, 培養公民的科學素養是生物教育發展的必然趨勢。
結語
總之, 人類伴隨著生物技術發展, 親身感受著生物技術給我們帶來的生活質量的提高, 關注生物學領域學科發展的動向, 并能及時恰當地體現在生物教育中, 特別是體現在課程建設、教學內容改革、學生技能培養等諸方面, 并逐漸改變“重結論、輕過程”的教學局面, 是生物技術發展和生物教育創新永恒的主題。
參考文獻:
1.1地方醫學院校生物技術專業畢業生就業率不高
生物技術專業近十年由于辦學規模迅速擴大,導致該專業畢業生明顯供大于求,學生就業壓力年年加大。在地方醫學院校生物技術專業就業問題仍然是亟須解決的問題,一般每年除了大約30%-50%的畢業生考取研究生外,其他畢業生的就業往往趨向于散發狀態。而且一般性生物技術企業多是參加大型綜合性院校的就業招聘會,而不參加醫學類就業市場,生物技術醫藥類企業多數是名為招聘生物技術專業,實則招收醫學類、藥學類學生,更是加劇了醫學院校生物技術專業就業形勢的惡化。根據對我校生物技術專業近三年的調查,生物技術專業的本科生畢業后直接就業從事生物技術產業的學生比例較低,大部分學生從事的行業與生物技術關系不大。因此,考取研究生也成為該專業大多數學生的首要選擇,學校和專業教師也往往鼓勵學生考研,從而使地方醫學院校生物技術專業本科“培養醫藥生物技術產業的應用型人才,服務于地方醫藥生物經濟發展的辦學目標”大大打了折扣,變相地轉變研究生教育的預科培養。根據對我校生物技術專業大學四年級學生近三年的調查,表明大約有80%以上的學生將考取研究生作為其畢業時的首選,甚至畢業后仍有不少沒有考取研究生的畢業生又重新加入再考研的隊伍中。由此可見地方醫學院校生物技術專業畢業生在本專業領域內就業形勢的嚴峻性。
1.2生物技術專業就業形勢嚴峻帶來的后續問題
就業形勢的差強人意帶來連續的負面影響,從而造成高考招生時,考生在填報志愿時不青睞生物技術專業,這種現象在地方醫學院校生物技術專業尤為普遍。該專業的第一志愿錄取率近幾年一直不高,而這種現象又會影響到學校的整體發展部署,在資源配置、師資力量的引進與培養、實踐教學資源等方面不向生物技術專業傾斜。同時由于第一志愿錄取率低,大部分生源需要從其他報考專業調劑,又造成了生物技術專業學生良莠不齊的現象,調劑到生物技術專業的學生往往感到沒有進入自己喜歡的專業學習,從心理上對生物技術專業認同感較差。這些調劑的學生中大部分處于被動學習的狀態,極大地影響了整個專業的學習風氣,從而使專業的發展極其被動。
2醫學院校生物技術專業發展的對策
現代生物技術從誕生開始就顯現出其巨大的應用價值和商業前景,并被迅速、廣泛地應用于醫藥、農業、能源和環境保護等領域,直接促成了生物經濟產業的發展。2013年我國生物醫藥制造業實現產值
2.1萬億元,展現出巨大的發展潛力
醫藥生物技術將是我國生物技術及產業發展的重要研究和開發領域,如何在醫學院校做好做強生物技術專業顯得尤為重要。
2.1發揮醫學院校的醫學教學資源優勢
地方醫學院校一般都有多年的辦學歷史,優勢專業往往集中在醫藥專業,如臨床醫學專業、口腔醫學專業、中醫學專業和藥學等專業,而這是其他類型高校所不具備的資源優勢。我校生物技術專業充分挖掘醫藥學科的基礎優勢,結合目前社會對醫藥生物技術人才的需求,在生物技術專業構建了完整系統的“生物醫藥復合型”人才培養體系,在專業計劃與課程設置方面,充分體現生物、醫藥之間的交叉融合特點,除讓學生學好生物基礎平臺課程外,在專業課程設置方面,分別安排一定比例的醫學和藥學有關的醫藥類板塊,建立生物技術知識為主、醫學和藥學知識為輔、理論和實踐密切聯系的課程體系,為實現“培養醫藥生物技術產業的應用型人才,服務于地方醫藥生物經濟發展的辦學目標”奠定堅實的基礎。
2.2加強產學研結合,與醫藥生物技術企業聯合辦學
產學研是相互耦合、相互促進的,生物技術專業作為應用型專業,培養的人才不但需要掌握一定的理論知識、創新的思維,還要有嫻熟的操作技能。建立產學研一體的培養體系,將極大地提升學生的培養質量。優秀的醫藥生物技術企業往往站在醫藥生物技術科技發展的前沿,往往洞悉生物技術發展趨勢。因此充分挖掘辦學駐地或者臨近區域的醫藥生物技術企業資源和相關科研院所,加強合作,資源共享,實現產學研的密切結合,讓醫藥生物技術企業和科研院所參與生物技術專業人才培養方案的制定中,融入他們對人才培養和需求的理念,有助于培養與現代醫藥生物技術企業相接軌的應用型人才。我校生物技術專業積極走出去,同山東省煙臺市威海市的生物醫藥企業合作,構建產學研平臺,為學生的實踐教學提供了強有力的保障。
2.3注重“雙師型”教師的培養
根據生物技術專業的具體規模,我校生物技術專業分別從生物技術企業和生物技術專業專職教師中選拔一定數量的教師,通過互派方式,培養為“雙師型”教師。這部分教師既熟悉教育教學規律,又熟悉生物技術企業的運行機制和生產操作平臺,他們是校企合作的橋梁和紐帶,是實現培養實用型醫藥生物技術人才的重要參與者。熟悉生物技術企業的發展,能及時掌握生物技術企業中生物技術應用的實際狀況,就會為人才培養體系的更新提出更合理的建議,深諳教育教學規律就能更好的在校企合作中建立更為切合實際的實踐教學模式,從而為培養應用型醫藥生物技術人才奠定堅實的基礎。
2.4及時更新課程體系,與社會發展接軌
卓越有效的課程體系是培養優秀人才的基礎,要根據專業人才培養要求,及時抓住社會對醫藥生物技術人才的需求特點,進行統籌考慮、系統設計,使教學各環節前后銜接,形成相對穩定的理論知識授課體系,并將國際上關于生物技術的新進展融入教學體系中;緊跟生物醫藥企業對醫藥生物技術人才需求的方向,建立科學合理的、靈活的實踐教學體系,保證實踐教學的及時更新。在已有的大學生科技創新計劃、綜合性與設計性實驗等措施的基礎上,加強與醫藥生物技術企業或醫藥研究所(公司)聯合,提高實踐教學的比例,逐步對部分實驗教學內容采用校企聯合模式組織教學,在企業進行的教學過程由企業技術人員和專業教師共同完成,進一步提高學生的科技創新能力與應用能力。
2.5根據學生對本專業的認同感
分類培養我校藥學院生物技術專業積極根據學生的學習態度和對生物技術專業的喜愛程度,進行分類培養,通過有類別的引導,培養他們成為生物技術產業中不同層次的人才。例如,熱愛生物技術科學、愿意從事科學研究的學生往往理論知識扎實,要及時把這部分學生引入教師的科研中,使其不僅擁有扎實的理論基礎,更有嫻熟的實驗操作技能和一定的科研思維,為以后的進一步深造打下堅實的基礎,引導他們考取研究生,培養成為生物技術的高層次研發人才。近三年,我校藥學院積極在生物技術專業中積極開展大學生早接觸科研活動,取得了極好的效果。經過統計,從大學二年級開始每個年級基本保持有30%以上的學生能積極主動地聯系專業教師,課余時間跟隨專業教師從事科學研究,對學生的動手能力和創新思維都起到了很好的培養,參加的山東省大學生科技創新和山東省醫藥生物技術大學生實驗技能大賽都取得了較好的成績。而其他對生物技術不是非常喜歡的學生甚至厭惡的學生,要引導他們認清社會發展趨勢和就業難度,使其樹立正確的就業觀念,在產學研平臺中的醫藥生物技術企業中及早進行實踐鍛煉,把所學知識與醫藥生物技術企業的實際生產相結合,使他們一畢業就能有嫻熟的與現代醫藥生物技術企業相對接的操作技能,在企業中成為優秀的技術人才。
3展望
(杭州市食品有限公司浙江杭州310003)
摘要:隨著社會經濟的發展,人民群眾對生活質量的要求越來越高,這其中也包括對食品質量安全的要求。然而,國內近年來頻頻曝光的食品安全事件卻逐漸令大眾擔憂食品的質量安全。提高食品質量安全檢測標準,有效運用生物技術來改善食品市場現狀是解決之道。本文基于我國食品檢測現狀,從生物技術在食品檢測中的有效運用出發,為食品檢測技術的不斷提升提出意見。
關鍵詞 :食品檢測;生物技術;生物技術
中圖分類號:TS207.4
我國經濟的快速發展,使得人民的生活水平越來越高,大眾對食品安全問題的重視程度不斷提升,有效的食品檢測技術越來越被重視。食品安全檢測中,傳統的化學檢測方法雖然成熟,但應對越來越繁雜的食品種類漸漸顯得無力。生物技術的有效運用是提升食品檢測效率的有效途徑。
1 食品檢測的重要性
食品是社會大眾的生活必需品,保障安全的食品質量和穩定的食品供給市政府部門工作的主要職能。我國的國情決定了我國對于食品的需求不斷提升,食品生產廠家也是參差不齊。在這樣的背景下,食品檢測成了食品質量的標桿,政府也越來越重視食品檢測。
在另一個層面上,食品檢測是制裁不良食品生產商的有效手段,只有建立起完善的食品檢測制度,設立國家化標準的食品檢測參考指標,并不斷地將生物技術等高科技技術運用到食品檢測中,才能使我國的食品生產業不斷提升。
2 食品檢測中的主要生物技術
2.1 基因探針技術
2.1.1 基因探針技術運作原理
基因探針技術是傳統的生物技術之一,在科學研究的各個領域有著廣泛的應用。基因探針技術的本質是利用分子雜交,以基因序列的堿基排列組合為理論基礎,設定好基因探針的基因序列以檢測食品樣本中是否含有對人體健康有害的物質。
2.1.2 基因探針技術的有效運用
與傳統的微生物檢測方法相比,基因探針檢測技術的優勢在于,它可以排查到更加微小的食品安全隱患,而且特異性非常強,靈敏度也比較高。基因探針檢測技術的主要不足之處在于,檢測成本非常高,如果大量運用基因探針技術來進行食品安全檢測,將會大大增加食品檢測的成本。開發廉價的基因探針技術是有效運用生物技術檢測食品安全的關鍵。
2.2 PCR擴增技術
2.2.1 PCR 擴增技術在食品檢測中的運用
PCR 擴增技術的全稱為聚合酶鏈擴增反應技術[1],此技術的研究理論在20世紀70年代被公開后,迅速應用到實踐中,并且近些年來在生物科學領域有著越來越重要的地位。其主要的原理就是利用PCR 擴增儀對核算序列進行批量擴增。在擴增時,雙鏈DNA打開,模版鏈迅速擴增為新的DNA序列。
在食品檢測中,PCR技術主要用于目的片段的擴增和提取,從而使樣本的可信度提升,增大到滿足食品檢測所需求的量。有了此技術的支持,食品檢測過程中的樣本片段得以保存,檢驗結果更加科學。
2.2.2 PCR技術的有效運用
PCR技術的主要問題在于,對技術操作人員的要求很高,技術含量較大。在這樣的背景下,提升食品檢測工作人員的素質是解決之道。食品檢測人員不僅需要學習食品科技方面的知識,掌握生物技術的操作也是很有必要的。
2.3 生物傳感器技術
生物傳感器技術在食品檢測中的應用比較成熟,主要有兩個方面的作用,其一是檢測魚肉、牛羊肉等肉類食品的新鮮度,其二是來檢測食品的口味。生物傳感器技術在食品檢測中的主要工作原理是放大被檢測樣品本身的關鍵信號,讓傳感器能夠識別并進行判斷。生物傳感器技術在食品檢測的歷史上運用比較悠久,工作人員的經驗也比較豐富[2],是一種有效并且成熟的食品檢測方法。
2.4 基因芯片技術
基因芯片技術在食品檢測中的應該用過程是,將DNA 序列擴增后,集中置于基因芯片的表面,然后用熒光標記某些特定的基因序列,通過掃描儀器的工作來確定待檢測的樣品中是否含有不良的基因,以進一步確認食品的質量是否合格。在這個檢測過程中,基因芯片的制作和確認是核心。基因芯片檢測技術的操作并不復雜,并且對于真菌等DNA序列特殊的物質更加敏感,對于排查食品安全隱患意義重大。
3 檢測食品安全成分分析
食品是由不同的物質組成的,檢測食品的成分組成可以對食品安全指標進行排查和分析,也可以有效檢測食品的品質。根據有關文獻和經驗表明,對于食品的成分檢測,主要是分為以下幾個方面。首先,是對食品中腐敗物質的檢驗,尤其是新鮮的食材,或者是保質期較為短暫的食品。檢測食品中的腐敗物質可以知道食品是否符合食用標準,是否能夠流向市場。其次是對于食品的氣味檢驗,食品的氣味源于食品的物質組成[3],大部分有害物質具有特殊氣味,可以被檢測出來。有害物質可能會在食品的生產過程中殘存在食品上,對于消費者來說是一種傷害。食品成分的分析可以在某種程度上避免這種類型的傷害。最后是轉基因因素的排查。近年來,隨著國家對生物技術的重視,轉基因技術的研究成果日新月異,相關使用標準卻存在很多不足。轉基因的生物對于環境和人類健康來說都存在著未知的隱患,只有對轉基因食品進行合理的控制,才能將隱患排除。在食品檢測中,對于轉基因物質的檢測主要是利用生物技術來實現。生物技術在食品檢測中有效運用,能夠科學排查出轉基因因素,做到轉基因產品始終在人類的控制范圍之內,對轉基因技術的運用進行限制。
4 結論
綜上所述,食品檢測越來越被人們所重視,因為人們已經不滿足于溫飽的基本生活條件,而是追求更高的生活標準。食品檢測對于社會大眾,特別是對于老人和兒童等容易受到外界傷害的社會群體意義重大,可以說是保護此類人群的一道屏障。在這樣的背景下,生物技術憑借其自身的優勢,在檢測食品樣本中腐敗菌、病原菌和毒素等威脅因素時,逐漸被證明出具有針對性強、靈敏度高、便捷和高效等特點。生物技術的不斷開發讓生物技術的運用面臨空前的繁榮,也承受著空前的壓力。對于食品檢測這個領域,生物技術的應用開啟了食品檢測的高效進程。如何有效地運用生物技術進行食品檢測,以及開發新的生物技術運用到食品檢測中,仍然需要進一步研究。
參考文獻:
[1]吳昊.在食品檢測中現代技術的全面運用[J].黑龍江科技信息. 2014(01)
關鍵詞:園藝生物技術;發展現狀;對策
中國分類號:F307.13 文獻標識碼:A
(一)生物技術的內容
所謂的生物技術,亦稱為生物工程,它是一門綜合性的、新興的學科。生物技術是指人們在現代生命科學的基礎上,與其他基礎科學原理相結合,采用科學技術方法并按照預先的設計,來加工生物原料或是改造生物體,來提品為人類服務以滿足需求,它主要包括細胞工程、基因工程、發酵工程和酶工程。作為工程技術與現代生物科學相結合的產物,生物技術如今已被廣泛應用。
(二)生物技術在園藝方面的應用及意義
隨著我國園藝市場的不斷發展,園藝植物育種也漸漸向高新技術領域發展,在傳統園藝育種技術的基礎上,現代生物技術也融入其中,它以細胞工程技術和基因工程技術為核心,將基因分離克隆與轉化、分子標記輔助育種選擇、花粉花藥培育以及原生質體融合等新型育種技術應用于現代園藝中,極大地推動了園藝業的可持續發展。
生物技術能夠改良作物品質,提高作物產量
植物基因工程技術已可克隆出參與光合作用的基因,保證了作物產量的提高。利用生物技術,既可以通過基因轉移來增加園藝作物器官中必需氨基酸或蛋白質的含量,又可以通過將十八烯酸ACP脫氫酶基因反向導入等技術來改變作物中油脂的某一成分的含量,還能夠采用反義基因技術等手段改變支鏈淀粉和支鏈淀粉的比例以提高淀粉的質量與含量。
2。生物技術可以提高園藝作物的抗性
(1)抗蟲。以基因工程為核心的生物技術,已研究出淀粉酶抑制劑基因、蛋白酶抑制劑基因、植物凝集素基因以及幾丁質酶基因等多種抗蟲基因,并將這些抗蟲基因導入園藝作物中,極大地提高了園藝作物的抗蟲性。
(2)抗病毒。生物技術提出了多條技術路線,包括導入病毒外殼蛋白基因、反義RNA技術、病毒的復制酶技術、病毒衛星RNA、中和抗體法等。其中導入病毒外殼蛋白基因技術是目前最為成熟的抗病毒技術,對園藝作物的抗病毒工作產生深遠意義。
(3)抗寒。園藝生物技術能夠將高不飽和脂肪酸的甘油—3—磷脂轉移酶的基因導入植物而培育出具有高抗寒能力的轉基因作物,還利用魚抗凍蛋白和基因以提高抗寒性。
(4)抗藥性。生物技術利用基因工程和細胞工程,通過把靶酶基因導入作物細胞等手段,培育出抗除草劑的轉基因作物,極大地提高了園藝作物的抗藥性。
園藝生物技術的發展現狀及問題
園藝生物技術的應用,使得園藝業獲得了飛速的發展,帶來了巨大的經濟和生態效益,然而,園藝生物技術的發展現狀仍存在一些問題,具體有:
轉基因園藝作物的發展存在污染環境、破壞生態系統和基因污染的隱患。
利用生物技術培育出抗藥、抗病蟲害、抗旱耐鹽園藝作物的同時,生物多樣性也面臨著遭受破壞的風險,甚至影響物種的平衡,轉基因作物的生長可能會與其他非轉基因作物的生長相排斥,且非自然選擇所得的性狀極易導致自然界的生態系統失衡。另外,園藝生物技術可能會帶來基因污染的問題。轉基因園藝作物中的外源基因,尤其是抗逆基因一旦被野生植物所污染,將會導致“超級雜草”的泛濫,不僅加大除草難度,更會導致生態失衡。此外,長期種植轉基因園藝作物會使害蟲的適應性增強而產生藥物耐受性,給園藝業的長期健康發展埋下了隱患。
園藝生物技術科技人才缺乏
園藝生物技術是高新技術研究的一大重要領域,也是生物技術應用最為廣泛最具現實意義的領域,科技含量極高。然而,現階段,園藝生物技術領域的科技人才較為匱乏,人才支撐較為薄弱,研究開發人員的培養周期長,園藝生物技術人才隊伍急需壯大,需要為優秀人才提供良好的環境。
資金投入不足,融資渠道狹窄
園藝生物技術屬于高新技術范疇,其高投入、高風險的特點直接決定了該技術的發展必須以高額的研發資金作為依托。然而現階段,我國園藝生物技術的研發資金投入不足,與發達國家相比仍有較大差距,影響了研究深度與廣度。此外,融資渠道比較單一,園藝生物技術的研發經費主要依靠國家投入,企業及民間等融資比重較低,不利于科技成果的轉化和產業化水平的提高。
園藝生物技術產權保護力度不夠,自主創新能力有待提高。
知識產權保護制度是激勵研究開發人員的積極性和推動自主創新能力提高的關鍵舉措。目前我國對園藝生物技術的知識產權保護力度不足,相關的知識產權保護法律法規急需進一步的完善,立法存在漏洞,盡管專利法規已經實施,但執行機制較為薄弱,程序繁瑣效率低,不利于園藝生物技術的自主研發。
5。園藝生物技術合作研發機制不健全,研發與產業化脫節。
盡管產、學、研相結合的研究體系已初步形成,但各行為主體利益的差異導致合作機制尚不完善,在我國目前的單向的科技成果轉化模式中,科研機構與企業的研究方向和價值選擇不同,易導致技術與產業相分離,使得園藝生物技術產業的科學技術成果轉化率相對較低,嚴重阻礙了產業化進程。
園藝生物技術的發展對策
1。對轉基因園藝作物必須進行嚴格監督、加強立法規范、加強科學檢驗。建立基因安全評價技術體系,加強安全檢測與管理。加大對園藝作物轉基因技術的監督力度,謹慎使用轉基因技術,充分考慮自然環境的生態平衡性,盡量避免基因污染等后果的發生,防止出現超級雜草、物種惡性競爭現象的出現。國家要加強生物技術立法工作,規范園藝生物技術研究工作,科研人員要加強對轉基因園藝作物的檢驗和觀察。
2。積極培養高素質的園藝生物技術人才,改善人才工作環境。園藝生物技術的自主創新,離不開人才隊伍。要重視高等教育對園藝生物技術領域人才的培養,提高科技人才素質,并改善人才環境,采取傾斜政策,引進優秀人才,壯大高新技術創新人才隊伍。
3。加大國家的投資力度,并拓寬融資渠道。國家應重視園藝生物技術,增加投入,完善產業政策扶持。此外,應建立多渠道的投資體系,采取銀行貸款、企業投資等方式,積累資金。完善風險投資體制,促進風險投資,為技術發展提供資金保障。
4。完善園藝生物技術的知識產權保護法律法規。國家應加強立法,完善知識產權保護立法工作,制定一系列鼓勵保護園藝生物技術發展的法律法規,鼓勵自主發明創新和技術轉移,加強合作研究。并對盜竊生物技術行為處以嚴厲懲戒,保證該產業的健康發展。
5。國家應加強管理,推動研究產業化的進程。增加對產業化的投入,拓寬國際技術合作渠道,統一管理國家園藝生物技術研究規劃,制定促進研究成果轉化的政策,組建國家級轉基因園藝生物研發與產業化基地,逐步建立合乎國情的產業化發展體制。
小結:園藝生物技術的發展是高新技術發展的一項重要內容,將園藝業與生物技術相結合,使園藝植物在生產規模、性狀改良、品質提高和環境改善等方面取得了極大的發展,這項技術的長遠健康發展,離不開國家和科研人員的共同努力。
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關鍵詞:環境生物技術 污染治理 環境保護 發展前景
中圖分類號:X505 文獻標識碼:A 文章編號:1007-3973(2013)004-093-02
1 前言
環境污染問題是當前世界所面臨的四大難題之一,我國也將環保作為基本國策之一,主要應用于環境污染治理的環境生物技術也得到了與時俱進的發展。生物技術作為高新技術之一已經具有悠久的歷史,而由環境工程技術與現代生物技術相互結合所形成的新興學科即環境生物技術只是在上世紀末期才在歐美發達區域萌芽,但其能在短時期內得到飛速的發展,成為了兼具環境效益、經濟效益并能有效解決當前復雜環境污染問題的方式之一。環境生物技術的核心是微生物學的過程,其主要研究內容有:污染物微生物的降解技術、環境污染的監控技術、環境友好材料生物的合成技術、污染場地生物的監測技術以及固體廢物的強化處理技術等,因此環境生物技術是現代生物技術在環境污染治理、監控以及監測等環節之中的重要應用手段。筆者主要從污染水、廢氣與固體廢棄物的處理與凈化、生物監測技術以及化學農藥污染清除等方面論述環境生物技術研究進展,并探討其在相關方面的發展前景。
2 環境生物技術的研究進展
2.1 污水的凈化處理
現代污水凈化處理技術便是運用微生物的新陳代謝功能將污水凈化,目前主要有生物膜法、活性污泥法、厭氧生物處理法以及自然生物處理法等。污水之中的有毒成分十分復雜,其包括各種氰化物、酚類、有機磷、有機酸、重金屬、醇及醛等,微生物通過自身的活動可以促使污水之中的有毒物轉化為有益的無毒物,從而有效清除污水的毒害作用。固定化細胞與固定化酶技術是生物凈化污水的酶工程技術,微生物細胞是固定化酶反應器,運用制備固定化酶的方式把微生物細胞加以固定則可催化一系列生化反應;固定化酶則可通過化學鍵合法或者物理吸附法將水溶性酶與固態的不溶性載體相互融合,使酶成為保持催化活性但不溶于水的衍生物,因此固定化細胞與固定化酶可有效地對廢水之中的無機金屬毒物及有機污染物進行凈化處理。我國運用固定化細胞技術來降解合成洗滌劑中的表面活性劑直鏈烷基苯磺酸鈉的凈化技術取得進展,對于 (LAS)100mg/L的污水降解率及酶活性保存率均處于90%以上。除此之外,美國從土壤中分離的厭氧菌能夠有效地將毒性較強的化合物轉化為乙醇及醋酸鹽等化工原料,還利用氰化物細菌來進收集水中的銅、鋅等重金屬,使水凈化之后得到循環利用。
2.2 廢氣的凈化處理
氣態污染物的生物凈化主要先有氣相到液相的轉換過程,再在液相中利用微生物對其進行吸附降解,而其纏上的代謝物則溶入液相、析出至空氣中或者成為細胞代謝能源或者細胞物質。近期來,生物技術對廢氣的凈化處理方法有將煤的物理選煤技術之一的浮選法與微生物處理技術相互結合,進而將黃鐵礦與煤進行分離而實現脫硫的目的。荷蘭與德國運用生物膜過濾器凈化含硫化氫的廢氣,控制率高達90%以上;捷克斯洛伐克于上世紀末在其北部的煤礦中用氧化亞鐵硫桿菌脫褐煤中硫,平均能夠脫去23.4%的有機硫以及78.5%的無機硫;美國運用CB1菌株能夠成功地脫離18%-47%的有機硫,都是生物技術研究進展中廢氣凈化處理的成功實例。
2.3 固體廢棄物生物處理技術
固體廢棄物主要來源于城市生活、農業生產以及污水處理后的剩余污泥。目前為止,固體廢棄物生物處理方式主要有掩埋、囤積、焚燒以及利用生物技術等,其中生物技術能夠將固體廢棄物進行資源化、無害化以及減量化的處理,培養微生物使廢渣轉化為含氨基酸及蛋白質的有益物質,從而使其變為有利于農田的改良土壤肥料。除此之外,微生物堆肥是一種可分為厭氧發酵法與需氧性堆制法的堆肥方法,厭氧發酵法包括高溫生物發酵法以及沼氣發酵法,主要是利用厭氧微生物造肥使得固體廢棄物無害化;需氧性堆制法是在通氣的條件下依靠需氧性微生物活動的高溫堆肥方式,例如設置堆肥工廠對城市垃圾廢料進行集中處理并使其在高溫環境之中進行發酵。
2.4 生物監測技術
傳統的環境生物技術的監測方法主要有:利用發光細菌快速地監測環境有毒有害物質、Ames實驗監測物質的致癌性及突變性、通過水中藻類生物種類數量的測定來進行物質的酶性監測以及水質監測以及利用糞便污染指數及細菌總數來對水質進行監測等。上述生物監測技術在檢驗的標準以及操作模式上已逐漸成熟,而隨著環境生物技術的不斷發展與進步,多種分子工具也被運用到生物的監測技術之中,主要有核酸探針、生物芯片與生物傳感器、生物免疫檢驗、病毒監測、PCR以及單細胞電泳等,這些監測方法具有靈敏、快速、試驗周期短以及特異性較強的優點,因此被廣泛應用于環境生物的監測技術之中。
3 環境生物技術的發展前景
3.1 完善環境污染治理
環境生物技術處理污染物的產物多數穩定持效、無毒無害,并且有效地避免了污染物的多次轉移,使得污染的資源得以重新利用并強化環境的自凈能力,因此環境生物技術以其效率高、速度快、成本低、消耗少以及無二次污染的優點成為了當今世界環保應用中最為廣泛及重要的技術。環境生物技術在污染治理方面的完善在初步階段已取得發展,但在深入工程階段還存在較大的進步空間,活性污泥法與生物膜法相互結合、厭氧與好癢工藝技術相結合的污水處理技術,無害無毒化的生產工藝以及完善高效的自動化系統是今后環境生物技術在污染治理方面的主要發展方向。除此之外,高活性脫硫菌種的研制與培養、微生物脫硫技術對廢氣處理的運用還需配合清潔生產技術的研究,并考慮到充分利用微生物降解產物的有效途徑,從而為人類生活提供更多能源。
3.2 加強生物檢測手段
隨著科技的發展進步,環境生物污染的檢測應向更全面、更快捷及更靈敏的方向發展,分子生物技術可以分析污染的來源、探索環境污染物質的轉化及降解規律以及檢測污染致突變的原因,其將在研制開發生物傳感器方面發揮強大的作用。生物傳感器可以有效地滿足對環境實際情況實施連續自動的需求,并可判斷環境污染發展的趨勢,從而盡早地采取預防措施。
3.3 與其它技術相結合
環境生物技術與其他科學技術之間的相互結合可有效地提升處理效率及增強處理效果,與此同時,電子計算機的使用也能為生物技術處理工藝實現自動化,還可有助于數學模擬研究的發展。例如將聲、光、電與生物處理技術相結合對有毒有害高濃度難降解的有機廢水進行處理可以取得良好效果,電化學的高級氧化、光催化氧化以及輻射分解等都是生物技術與其他技術之間相互整合開發的新型處理技術,而這些工藝與設備組合的模塊化轉變是環境生物技術發展的新方向。
4 結語
綜上所述,環境生物技術在自然界環境中發揮強大的凈化功能的同時,還對改善現時環境污染難題以及提升世界整體環境質量水平起到了不可或缺的作用。隨著當前世界經濟不斷的發展以及環境污染治理的需求,環境生物技術的成果已逐漸地滲透進產業化與商品化的發展之中,各國對生物技術在環境領域內的運用開展了規模巨大的科研活動,并成功地研究開發了諸多環境生物技術及其產品,并被廣泛地應用于各項環境污染治理問題之中。環境生物技術具有非常廣闊的市場前景,在未來的社會發展中將發揮出愈來愈重要的作用。
參考文獻:
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關鍵詞:生物技術石油化工應用
中圖分類號:F406文獻標識碼: A 文章編號:
一生物技術與石油化工
生物技術又稱生物工程,是在古老的微生物發酵工藝學基礎上發展起來的一門新興綜合學科,它很早就與石油關系密切。
早在20世紀20年代,石油工作者就提出將微生物用于石油回收。50年代生物技術逐漸由石油向石油化工領域延伸,許多化工產品的生物生產技術和工藝相繼出現。60年代,石油微生物學興起,以石油為原料生產單細胞蛋白的工業化成為可能。70年代,生物分子生物學的突破,出現了生物催化劑固定化技術,與此同時,美國、歐洲及原蘇聯等都先后進行了微生物采油應用研究和實施。80年代,DNA重組技術和細胞融合技術的崛起,生物化學反應工程應運而生,為人們在石油化工領域開發精細化工產品提供了重要手段和工具。90年代,節能與環保成為人們關注的兩大課題,能源與資源的合理利用,使得生物技術在石油化工領域的應用更加活躍。
面對21世紀石油與石油化工技術的挑戰,清潔過程的開發,“綠色化學”產品的生產,生物脫硫技術正引起人們極大的關注。隨著生物技術的發展,溫和條件的合成反應將會繼續受到重視,生物催化劑將大力推廣,生物能源的替代,具有光、聲、電、磁等高性能生物化工材料的應用,都將為石油化工技術注入新的活力,新的生物石油化工技術必將興起。
二生物技術在石油化工中的應用
1生物技術在石油勘探中的應用
隨著微生物培養技術及菌種數測定方法的不斷改進,利用微生物勘探石油的技術得到迅速發展。根據直接探測油氣的有關理論,地下烴類的向上滲透使地表和地球化學環境發生了變化。從生物圈角度來看,無論是根植于地下較高等植物,或是散布于其間的低等生物,都會發生變異,用現代生物分析檢測手段(如微生物微量元素分析、毒素分析、DNA的PCR擴增技術檢測)檢測這種變異,再經過適當的數據處理,就可能達到預測油氣藏的目的。現代石油工業根據石油的生物標志特征可以研究判斷石油的生成相和油源。我國石油工作者就是利用生物標志特征判斷出柴達木盆地西部剖面油砂和瀝青的前身原油是成熟原油,它具有水體相對較深的湖相有機質形態,其源巖應該是侏羅系的。隨著生物技術在石油勘探領域應用的拓寬與深化,生物與石油相關規律的研究將會取得更大的成果,有可能在深山密林、深海谷底、冰川、南北極等尚未開發的環境區域,探測到更多的油氣礦藏,大大提高石油的儲采比,增加石油儲備。
2生物技術在石油開采中的應用
生物技術特別是微生物采油技術,已經引起石油工程技術人員的空前關注,目前在國內外開展的微生物采油先導性礦物試驗已初見成效。利用微生物提高原油的采收率技術(Microbial Enhanced Oil Recovery簡稱MEOR)來開發我國豐富的資源,已成為生物技術發展的主導方向之一。微生物采油就是利用微生物代謝產生的聚合物、表面活性劑、二氧化碳及有機溶劑等物質進行有效的驅油。微生物采油技術與其它采油技術相比,具有適應范圍廣、工藝簡單、投資少、見效快、無污染等特點,是目前開采油藏中剩余油和利用枯竭油藏最好的廉價方法,并且更符合環保要求。微生物采油技術起源于美國,發展至今已成為國內外發展迅速的一項提高原油采收率的技術,也是二十一世紀的一項高新生物技術。
其經歷了:1930年~1965年的起步與探索,1965年~1980年的迅速發展,1980年~1990年的深入研究和礦場應用見效,1990年至今的現代微生物采油技術的發展等四個階段。現代微生物采油技術的發展階段主要是現代生物技術在微生物采油上的應用階段。美國應用現代生物技術重組微生物菌體,構建基因工程菌,使微生物菌種具有較高的性能,大大促進和發展了生物技術在微生物采油中的應用。現代生物技術,特別是分子生物學技術的快速發展,使采油微生物研究已經進入了分子水平。分子生物學技術的發展,對微生物采油機理的研究產生了很大影響。PCR(Polymerase Chain Reaction)技術、DNA芯片技術等是研究微生物群落新穎的分子生物學工具。一1PCR與DNA芯片技術結合,可以對微生物采油菌種的油藏適應性、地下運移能力、增殖和增采能力進行準確可靠的認證,可以對油田地層中存在的微生物群落進行詳細調查,并以此對具有微生物采油作用的菌加以利用,對有害菌進行有效防治,進而研究微生物的驅油增產機理,為調整各項技術工藝,優化方案設計和把握實驗進程提供可靠依據。微生物提高原油采收率的真正成功或突破的關鍵在于“超級菌”的組建,因此,構建目的基因,培養較強競爭力的基因工程菌(Gene Engineering Microbe,簡稱GEM)是現代微生物采油技術的主要目標之一。利用基因工程,可針對性地培養有利菌株,拓寬微生物采油的菌種資源。
3生物技術在石油化工中的應用
① 微生物氧化烴類生產有機酸
微生物氧化烴類生產有機酸主要有二羧酸和一元酸。二羧酸主要有已二酸和癸二酸。一元酸主要有檸檬酸、琥珀酸。此外烷烴經氧化還可生產谷氨酸、富馬酸、水楊酸等。
a. 酶催化丙烯腈生產丙烯酰胺
丙烯酰胺大部分以40%~50%的水溶液銷售,低溫下會析出胺的結晶。常規生產丙烯酰胺有硫酸水和法和銅催化水和法兩種,前者工藝過程復雜,后者因反應中會生成加成反應而含有少量加成反應物。用酶催化丙烯腈生產丙烯酰胺,是將丙烯腈、原料水與固定化生物催化劑一起進行水和反應,反應后分離出廢生物催化劑。得到產品丙烯酰胺。酶催化丙烯腈生產丙烯酰胺,產品純度高,選擇性好,丙烯腈轉化率達99.9%以上。
70年代,日本日東化學公司使用Rhodococ—cus SP.N一774生物酶,經十年努力,成功開發了最初的生物催化生產丙烯酰胺的工藝,80年代中期建成規模為400t/a的工業化裝置。其后日本京都大學發現了代號為B一23、J一1的生物酶并對工藝加以改進。90年代初,日本使用生物酶生產丙烯酰胺的能力已上升到1.5萬t/a。
b. 烴類發酵生產二元羧酸
中長鏈二元羧酸是合成纖維、工程塑料、涂料、高檔油等重要的石油化工原料,通常是通過化學方法制取。以石油餾分為原料發酵生產二元羧酸的研究已有近40年的歷史。20世紀70年代初,日本礦業生物科學研究院(簡稱日本礦業)以正構石蠟為原料,微生物發酵氧化代替尿素加成法,生產相同鏈長的二元羧酸,80年代工業化,在世界上首先建成了150t/a的長鏈二元羧酸生產發酵裝置。90年代初由發酵法生產的十三碳二元酸(“巴西羧酸”),規模已達200t/a,終止了傳統的由菜籽油、蓖麻油裂解合成的歷史,是石油發酵在石油化工領域工業化最早的例子L2j。日本礦業選用Candida trpicalis 1098酵母菌生產二元羧酸,日本三井石化公司則用擬球酵母Torutopsis生產長鏈二元羧酸。研究表明,酵母菌、細菌、絲狀真菌都有不同程度氧化正構烷烴生成二元羧酸的能力,而假絲酵母、畢赤式酵母尤其是正構烷烴發酵生產二元羧酸的高產微生物。據報導l31,我國鄭州大學等單位承擔的“九五”國產科技攻關計劃“十二碳二元酸合成尼龍1212工業生產試驗研究”,最近已通過鑒定。該研究合成的長鏈高性能工程塑料尼龍1212所用原料,即是以石油輕蠟發酵生產的十二碳二元酸,這充分顯示了生物技術在石油化工領域的成功應用。
②在其它石油化工方面的應用
生物技術在其它石油化工方面的應用主要有:由烯烴類制備環氧乙烷和環氧氧丙烷,以石油為原料生產單細胞蛋白,加氧酶在石油化工的開發利用,柴油生物脫硫研究與開發,石油微生物的脫氮的研究,生物法生產丙烯酰胺、1,3——丙二酸等。
結束語
隨著社會發展和科學技術的進步,生物技術正逐步擴大到石油和石油化工行業,以更加有效的、經濟的生物化學過程代替傳統的化工過程。生物技術在石油化工中的應用,將為石油化工技術注入新的活力,新的生物石油化工技術必將興起。
參考文獻
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【關鍵詞】微生物采油技術 微生物 發展
1 微生物采油技術概述
1.1 微生物采油的涵義及分類
微生物采油技術是指將篩選的微生物或微生物代謝產物注入油藏,經微生物的生命活動或代謝產物的某些特性作用于原油,改變原油的某些物化特性,從而提高原油采收率的技術。根據實施過程與方法的不同,分為地上微生物采油技術與地下微生物采油技術。地上微生物采油技術是指在地上經微生物發酵工程研制、生產微生物的某種代謝產物注入油藏而提高原油采收率。即利用優良微生物在地上發酵生產采油制劑的技術。目前,廣泛應用的有微生物多糖和微生物表面活性劑。地下微生物采油技術將在地上模擬油藏條件篩選的微生物菌種與營養物注入油藏,微生物在油藏中運移,生長繁殖產生多種代謝產物,作用于原油而提高原油采收率; 或用生長繁殖的菌體細胞及代謝產物封堵貯油巖層大的孔道,調整水驅油剖面;或將營養物注入油藏,激活油藏內的原生微生物生命活動提高原油采收率。由于地上微生物采油技術,存在純種發酵,產品單一,且成本較高,因此,相比之下地下微生物采油技術更有發展前景。
1.2 微生物采油技術的現狀與發展趨勢
2009年,“世界石油微生物技術大會”于尼日利亞召開,微生物采油技術進一步引起了世界的關注。早在1926年,微生物采油的想法就已經提出,上世紀中葉美國與蘇聯成功的進行了微生物采油實驗。我國的微生物采油技術起步較晚,大約在上世紀60年代開始了微生物煉油的研究,經過多年的努力,在這一方面的研究取得了較大的成就。直到現在,全國多個油田都開展了微生物煉油技術的應用,取得了明顯的效果。對于石油微生物遺傳學研究,目前已經建立了細菌以烷烴、奈和水楊酸、甲苯和二甲苯三類典型烴類物質生長的遺傳學模型。在高粘采油機理的研究方面,篩選高粘性優良菌種,探討高粘性采油機理。成為了急需解決的技術難題。各國的研究結果表明,微生物提高采收率技術在成本上很有優勢,有著極大發展空間。微生物采油十分環保,比起其他的采油方式對環境的污染很小,不會對環境造成2次污染,不會對人體健康帶來威脅,這一種綠色工藝。由此可見,微生物采油技術將會有更好的發展前景,為人類的發展做出一定的貢獻。
2 微生物采油技術機理
2.1 微生物改變原油結構
微生物生長代謝能降解原油的重組分變成輕組分 , 產生的 CO2、 H2、 N2、 CH4等氣體增加油層壓力 ,細菌對油層直接作用,在貯油巖石表面生長繁殖,占據孔隙空間而驅出孔隙中的原油,降低原油中的某些組分而降低原油粘度,從而使其流動性變好。
2.2 微生物改變驅油環境
微生物生長代謝產生能促使油釋放的代謝產物,如低分子量的醇、有機物、生物表面活性劑等,使油水界面張力降低,從而使原油從巖石中釋放出來,從而提高采收率;溶劑性產物可溶解原油,生成的CO2、 H2、CH4等小分子產物可起到溶解驅油的作用;微生物可以產生有機酸,增加孔隙度,提高滲透率,增加油層壓強等使其更容易開采出來;微生物代謝產生的生物聚合物可控制液體流動,或者形成選擇性封堵。
3 微生物采油技術的方法及優缺點
3.1 微生物采油技術方法
用于微生物采油的微生物必須是厭氧或兼性厭氧型微生物;這內微生物在油層高溫、高壓、高鹽等極端環境下能正常生長繁殖并產生代謝;大多數采油微生物能以烴類作為碳源,并能以貯油層內的無機鹽作氮源或作營養元素;采油微生物必須與其注入油層的環境條件相配伍相適應。微生物采油技術根據實施過程與方法的不同,分為地上微生物采油技術與地下微生物采油技術。另外也可以分為微生物采油方法分為生物工藝法與微生物地下發酵提高采收率法。采油界普遍認為,地上微生物采油技術實施的是微生物純種發酵,產品單一,且成本較高。如將篩選的微生物混合菌種或單一菌種,注入貯油巖層,在貯油巖層這個巨大的天然的發酵罐中生長繁殖,產生多種代謝產物,菌體細胞和多種代謝產物聯合作用于原油,改變原有的某些物化性能,提高原油采收率。所以地下微生物采油技術是較地上微生物采油技術更先進的高新技術,有著更廣闊的開發應用前景?,F正推廣應用。鑒于地下微生物采油技術解決的技術性問題不同,采用的方法及工程實施不同,近30―35年在世界范圍內開展的地下微生物采油現場試驗及應用主要分成六大類:微生物清蠟處理法、單井增產微生物處理法、微生物驅油法、微生物壓裂液壓裂法、激活油藏微生物群落發和微生物選擇性封堵法。
3.2 微生物采油技術的優缺點
3.2.1微生物采油技術的優點
微生物采油技術的優點:首先它對環境的污染較小,不會傷害人類的身體健康。其次這項技術與其他技術相比,成本更低,更加經濟。再者微生物采油工藝工程十分簡單,所需設備與其他技術相比更是簡單的多。微生物采油的方向廣,使用與重質油、輕質油等各種類型的原油。最后微生物一起體積優勢,能夠達到其它技術多不能達到的死角。
3.2.2微生物采油技術的缺點
微生物采油技術的缺點:首先微生物采油技術不能在冬季施工,這將有礙有采油量,給企業帶來一定的損失。其次微生物產生的生物聚合物可能產生沉淀,影響采油的正常進行。再者在重金屬含量、溫度較高及鹽度較大的情況下,微生物很容易遭到破壞。最后微生物的施工條件很難恰當的把握。
4 結論
生物技術在國外一直是熱門,隨著生物技術的發展,微生物采油技術日趨成熟,我國的對生物技術的重視程度及在生物技術上的發展與國外相比還有很大的距離,但本世紀以來,生物技術在我國得到了極大的發展。生物技術極其的有用,而微生物采油更是重中之重,它不僅緩解了國際石油壓力,還降低了石油價格,減輕消費者的經濟壓力。如此重要的一門技術,需要更加廣闊的發展空間,其必將為人類帶來巨大的財富。
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關鍵詞 現代生物技術;農業生產;應用;影響
中圖分類號 S188 文獻標識碼 A 文章編號 1007-5739(2013)07-0336-01
現代生物技術也稱生物工程,是現代生物科學和工程技術相結合的產物?,F代生物技術對農業發展產生著深刻而廣泛的影響。近幾年來,隨著科技的不斷進步,技術的不斷發展,現代生物技術已經不是一個遙不可及的夢想,而是存在于現實當中,并且為人們服務。隨之而來的就是現代生物技術對農業的發展做出的長足貢獻。
現代生物技術在農業上的應用主要是進行農業生物遺傳改良和創制,其在現代農業上的主要研究內容主要有增強農作物以及畜禽魚的抗性、品質改良、提高產量和生產具有特殊用途的物質等。為農業生產提供了新品種、新方法、新資源,并且顯示出了其巨大的潛力,呈現出加速發展的態勢。
1 現代生物技術在農業生產中的應用
1.1 植物育種和繁殖
隨著生物技術的不斷發展,其在植物育種和繁殖中的應用越來越多,如將一些品種的優良性狀通過基因工程轉入到另一個品種中去,以獲得更高的產量、質量,或者是提高該品種的抗性,減少傳統的種植過程中繁瑣的病蟲害防治、防倒伏等操作,較傳統的育種更省時、更具效益,在當前農業生產中已顯示出巨大的經濟效益,并展示了植物基因工程在未來農業生產中的廣闊前景。抗蟲、抗病、抗除草劑的轉基因棉花、玉米、大豆、油菜等已進入大規模商業化應用階段。
1.2 生物固氮
農業土壤的氮素流失是水體富營養化的主要原因。生物技術的利用能為這些問題的解決提供潛在的、真正有價值的幫助。生物固氮不僅節約能源,而且不會對環境造成威脅。近年來,固氮基因工程的發展迅速,基因組學和功能基因組學的建立賦予了生物固氮研究新的內涵和研究策略,對生物固氮的研究增加了新的動力。如我國已成功地構建了12株水稻糞產堿菌耐氨工程菌。施用這種細菌可節約化肥1/5,平均增產5.0%~12.5%。
1.3 生物農藥
生物農藥是指利用生物活體或其代謝產物防治病蟲草鼠害的一類農藥。目前,在實際應用中,生物農藥泛指可以進行大規模生產的微生物源農藥。近年來我國生物農藥得到了較大發展,已初步形成40余家研究機構大約300家生產企業。如阿維菌素具有很強的觸殺活性、胃毒活性和殺蟲廣譜性;另一主打產品抗菌素類的井岡霉素至今仍是防治水稻紋枯病的當家品種。
1.4 動物體細胞克隆及生物反應器的應用
1997年世界上第1個體細胞克隆綿羊“多莉”的誕生,標志著動物核移植技術取得了重大突破,用轉基因植物和動物器官組織高效表達和生產活蛋白的生物反應器研究與開發近年也取得了顯著的進展。
2 現代生物技術對農業的影響
2.1 農作物的毒性問題
轉基因農作物一般情況下均是將細菌和病毒作為載體,通過將需要轉入的基因連接在細菌和病毒上,再將其導入受體細胞中,最終使受體細胞表現出人類需要的表現型。在基因的轉移中使用的最多的為反轉錄病毒,研究表明,反轉錄病毒有可能會誘發癌癥和其他疾病。
2.2 抗藥性和過敏性
研究表明,棉鈴蟲已對轉基因抗蟲棉產生抗性。轉基因抗蟲棉對第1、第2代棉鈴蟲有很好的毒殺作用,但第3、第4代棉鈴蟲已對轉基因棉產生抗性。如果此種具有轉基因抗性的害蟲變成對轉基因表達蛋白具有抗性的超級害蟲,就需要噴灑更多的農藥,將會對農田和自然生態環境造成更大的危害。
2.3 環境生態問題
利用生物技術生產出抗旱、耐鹽、抗病蟲害作物同時,也導致生物多樣性遭受嚴重破壞,導致一些物種的滅絕,甚至使雜草對除草劑產生抗性而成為“超級雜草”,從而嚴重威脅其他作物的正常生長和生存。由此,造成嚴重的基因污染問題,破壞原有的自然生態平衡,導致生物多樣性的喪失[1-2]。
2.4 對農業生態系統造成危害
轉基因植物、動物、微生物脫離當地農業生態系統所造成的危害,許多有意或無意的動植物引起當地嚴重的農業生態問題。引發自生作物成為嚴重的雜草問題,轉基因作物通過雜交后產生雜種影響食物安全等,有些已經成為當地的有害動植物。
3 生物技術及農業發展的展望
我國農業生物技術起步晚,與發達國家尚有一定差距,但是發展順利,進步較快,在國家政策的扶持下,尤其是在國家“863”計劃、“973”計劃和“國家轉基因植物研究與產業化專項”的直接支持下,已取得了很大的成績,歷經了20多年的發展和積累,已經初步建成了世界上為數不多的轉基因育種科技創新和產業發展體系,已擁有一批抗病蟲、抗除草劑、抗旱、營養改良等重要基因的自主知識產權和核心技術,水稻、棉花、玉米等轉基因作物的基礎研究和應用研究也已取得了一批高水平的科技成果,形成了自己的特色與優勢。隨著農業生物技術研究的深入,一系列基因農作物新品種正逐漸走向市場。預測在21世紀,將有更多的優良農作物新品種在農業生產中得到廣泛推廣,并為消費者所接受[3-7]。
現代生物技術是一把雙刃劍,有其好的一面,也有其不好的一面,對于現代農業發展方面的優勢是不言而喻的,其貢獻也是有目共睹的??偟膩碚f,現代生物技術對當代農業做出的貢獻是不能磨滅的也是不容忽視的。我國的生物產業會在充分利用制度、資源以及人才與技術上的優勢上,抓住有利時機并大力推進生物高新技術在現代農業上的應用,在即將到來的生物世紀里,真正占據自己的位置,促進農業快速發展。
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[關鍵詞] 生物技術 農業 發展措施
[中圖分類號] S1 [文獻標識碼] A [文章編號] 1003-1650(2016)08-0068-01
隨著科學技術的發展,生物技術逐漸得到人們重視,并對人們的生活和工作產生了潛移默化的影響。從傳統的嫁接技術到雜交技術再到基因工程,每一次生物技術向前推進,都大大豐富了人們的生活,甚至美國政府將生物技術作為第三次科技革命的起點,進行重點發展。生物技術立足于現代高端科技,從細胞層次進行開發和研究,可以從本質上改變人們的生活,實現農業的可持續性發展。
1 生物技術在農業方面的發展現狀
生物技術是基于遺傳學、生物學、細胞學等近現代高端技術發展起來的,具有科學性、根本性、長久性,對增加農業產量、提高農產品質量起到了積極作用。例如:根據生物技術中基因工程的研究,培育出了抗倒伏、抗病害等特點的玉米、棉花、小麥種子,減少了這些農作物植株生長初期的死亡情況;將煙草花葉病毒基因轉入煙草、黃瓜等作物中,得到了抗病蟲的優良品種,增加了作物產量。從總體上看,生物技術已經悄無聲息地進入了農業生產中,在育種、施肥、催熟等多個方面表現出不可忽視的影響。因此,本文從生物技術的角度提出了農業發展的具體措施。
2 生物技術運用到農業發展的具體措施
2.1 加速培育優良品種,提高農業總體產量
我國農業品種更新換代的速度雖然快,但制種方式、技術跨越并不大。根據調查發現,大田種植使用的包衣種子前后3年保持在一個水平中,并不能根據農業的現實需求進行及時改進,進而影響到大田農作物的產量?;诨蚬こ?、轉基因技術發展起來的新型生物技術還需要在農作物抗病、抗倒伏、抗旱三個特性中投入研究,不斷提高植物的光合效率和吸收氮磷鉀的能力,加快植株對營養成分的吸收。例如:小麥的產量由250公斤不斷增產到600公斤左右后趨于穩定。研究人員應根據小麥氨基酸組合以及排列順序,近一步優化小麥品種,使其在合理地管理下可以增加100公斤的產量。優化農作物品種是提高農業產量的重要一步,是農業發展的良好基礎。
2.2 加強對植物細胞的研究深度,減少農業成本
植物細胞工程是基于傳統嫁接技術發展而來的。為了得到良好的種苗需要進行多次雜交和自交,確保品種純正,基因表達趨于穩定狀態。在農作物中小麥、玉米和水稻的細胞培養是最有難度的;西瓜、草莓等水果難點次之;果樹、林木和花卉是最簡單的。研究者應該通過細胞融合、細胞培養、無性繁殖等手段,不斷擴展植株優良品種的個數,增強植株的代謝功能,將營養成分源源不斷的輸送到農作物的使用部分,加大農作物的生產效益。植物細胞培養和研究將從植株性狀層面進行植物基因的改造和研究,更加適合農業的需求。因此,研究人員應將這種技術進行完善,降低制作成本,投入到實際生產中,為農業的發展做出應有的貢獻。
2.3 利用胚胎技術改良牲畜品種
胚胎技術是提高牲畜繁殖速度、肉制品質量的重要措施。在畜牧業中需要將試管技術和單克隆抗體技術聯合起來,既增加牲畜的繁殖效率,又提高牲畜的抵抗力,減少疾病和死亡。目前,牲畜試管技術已經得到了使用和推廣,羊、豬、牛等牲畜的繁殖速度得到明顯提升,大大增加了農戶的經濟效益。但是,單克隆抗體技術以及新型的品種改良技術不夠成熟,應用不夠廣泛,大部分地區仍采用有性繁殖的傳統方式進行生產。在這樣的背景下,研究人員還需要在改良牲畜品種上投入更大的精力和關注度,給畜牧業的發展帶來更多的機會。此外,政府部門需要向畜牧業進行一定的資金補助,讓農業接受新科技、新思想,讓研究發展的阻力達到最小的程度。
2.4 加快農業“變廢為寶”步伐,促進農業資源的整合
生物技術還具有“變廢為寶”,將農業副產品資源化的功能。在新農村的建設中,很多地區都采用發酵設備進行供熱發電,不僅做到了廢物利用,還做到了廢物利用,保護環境。發酵工程是利用微生物的繁殖速度和產生氨氣的原理,通過燃燒氨氣獲得能源。這種方式造價比較低,適合小家小戶獨立使用,缺乏系統性和整體性。因此,“變廢為寶”的產業化管理是加快農業發展的又一關鍵性問題。生物技術方面的研究者應看到農業廢棄物的使用現狀,找到廢物資源利用的突破口,不斷擴大生物技術在農業發展中的影響力,進行系統化梳理,促進農業資源的整合。只有這樣,才可以實現保護農村環境,促進農村地區經濟發展的目的。
結語
生物技術具有巨大的潛在價值,對農業的發展和社會穩定有著舉足輕重的作用。在世界各國發展生物技術的時期,我國也應跟上時代的步伐,擴大自身的生物技術優勢,將技術帶入農村、帶入大田,切實性地促進農業發展??傊锛夹g在農業方面還有發展空間,值得研究人員進行深層次挖掘。
參考文獻
[1]張麗雙.淺議生物技術在農業種植中的推廣與應用[J].中國科技博覽,2011(11).