時間：2022-12-06 17:19:39
開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇生物技術應用，希望這些內容能成為您創作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進步。
1 我國的環境狀況
隨著我國經濟的不斷發展，環境污染問題越來越嚴重，近年來雖采取了大量控制措施，但環境污染的趨勢仍在繼續。如何在經濟高速發展的同時控制環境污染，改善環境質量是我國當前亟待解決的重要問題[1]。在環境保護中，從源頭上防止污染是實現經濟增長和改善環境所必須執行的技術策略[2]。綠色技術嶄露頭角，理想的綠色技術是采用無毒、無害的原料、催化劑和溶劑，采用高選擇性、極少副產品的反應，實現零排放[3]。隨著生物技術研究的進展和人們對環境問題認識的深入，現代生物技術為環境污染問題的解決提供了重要依據。
2 生物修復技術
環境污染物的清除有多種方法，其中常用的方法是是物理和化學方法，這些方法雖然行之有效，但通常成本很高，而且還容易造成二次污染。采用生物清除環境中污染物的生物修復技術則極具應用前景，具有極大的潛力。生物修復是指在一定的條件下，利用微生物、植物和動物降解、穩定和去除環境中的污染物，使受污染生態系統的正常功能得以恢復。利用生物修復技術可以削弱乃至消除環境污染物的毒性，降低污染物的健康風險[4]。生物修復技術包括微生物修復、植物修復。微生物修復在生物修復技術中處于主導地位，近年來國內外對微生物修復技術的研究非常重視。Fulthorpe等從巴基斯坦土壤中分離出一株微生物，能礦化2，4-D，還發現添加硝酸鹽、鉀離子和磷酸鹽能增加降解率[5]。植物修復是利用綠色植物來轉移、容納或轉化污染物使其對環境無害。植物修復的對象是重金屬、有機物或放射性元素污染的土壤及水體。研究表明，通過植物的吸收、揮發、根濾、降解、穩定等作用，可以凈化土壤或水體中的污染物，達到凈化環境的目的。中國科學院水生生物研究所在湖北黃石完成的污水凈化和污水資源化雙重功能的新型穩定塘設計實驗證明，水生植物能夠去除N、P，能達到一定的凈化效果[6]。
3 現代生物技術的特點
現代生物技術是指以DNA技術為先導，包括微生物工程、基因工程、細胞工程、酶工程、蛋白質工程和生物修復技術在內的一系列生物高新技術的統稱[7]。自20世紀80年代以來，生物技術作為一種高新技術，已普遍受到世界各國和民間研究機構的高度重視，發展十分迅猛。現代生物技術具有以下幾個特點：
（1）利用微生物，少部分利用植物作為環境污染控制的生物。（2）應用環境生物技術處理污染物時，最終產物大都是無毒無害的穩定的物質。（3）利用生物方法處理污染物通常能一步到位，避免了污染物的多次轉移。（4）生物處理具有更高的效率，更低的成本和更好的專一性。（5）生物技術的產品或副產品基本上都是可以較快生物降解的，并且都可以作為一種營養源加以利用。
4 現代生物技術在生物修復中的應用
生物修復技術的最大特點是可以對大面積的環境污染進行治理。生物修復技術的發展最早可追溯到20世紀50年代，Martin Alexander與他的學生開展了農藥在土壤中可降解性的研究，為生物技術在環境保護中的應用打下了基礎[8]。至70年代，隨著環境技術和微生物學的快速發展，生物修復技術也有了長足的發展。運用現代生物技術構建高效菌，加強微生物對農藥等污染物的降解能力，提高降解速率。生物強化技術可有效提高有毒有害污染物的去除效果，將生物強化技術融入到傳統的生物修復中，并結合現代分子生物技術提供的新方法、新手段進行監測和評價，已成為生物修復發展的一種趨勢。通過對微生物的研究得知，微生物修復的最佳溫度在30℃，李榮等從受阿維菌素農藥污染的土壤中分離出一株能高效降解阿維菌素的菌株AW70，這菌株在30℃-37℃的范圍內降解率最好，能達到80%以上，而低溫和高溫對降解有一定的抑制作用[9]。生物修復在農藥污染的應用外，還在石油污染、水體污染修復中應用廣泛。20世紀80年代以來生物修復技術開始應用于石油污染治理。污水的生物凈化是利用微生物自身的生命活動對污水中的有毒物質進行遷移和轉化，從而達到凈化目的的處理方法。
5 現代生物技術的問題與展望
近30年來現代生物技術的多數內容已經滲透到環境工程領域中。有應用前景的領域包括廢物的高效生物處理技術、污染事故的現場補救、污染場地的現場修復技術等許多方面。現代生物技術深入到我們生活領域中，給我們帶了重大作用。但生物技術也帶了許多問題。通過生物技術產生的新菌種從實驗室走到田間，可能會破壞生態平衡，帶來生態災難。還有軍事政治家利用生物基因制造生物武器，利用基因重組技術，復制大量致病微生物的遺傳基因，并放入到武器中。給人類帶來新的憂患。現代生物技術帶來的問題不容忽視，要提高研究人員的意識，加強國際合作和強化社會責任機制。通過對現代生物技術的倫理構建，使其能夠更好的推動人類社會的發展。
縱觀現代生物技術及其產業的發展，其前景是美好的，大力發展現代生物技術及其產業已成為世界各國經濟發展的戰略重點。專家預測現代生物技術創新的將伴隨人類基因組計劃的完成而到來，以基因組為基礎的生物技術產業將成為21世紀的朝陽產業，它的巨大經濟效益吸引著投資商和企業匯集于這一領域，現代生物技術將進入廣泛的大規模產業化階段，像當年工業革命一樣，使人類的生活發生根本性的變化。
【參考文獻】
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[5]Fulthorpe RR， Rhodes AN， Tiedje JM. Pristine soils mineralize 3-chlorbenzoate and 2，4-dichloro-phenoxyacetate via different microbial populations[J]. Appl. Environ. Microbiol.， 1996，62（4）：1159-1166.
[6]陳金霞，徐王華，張小莉.生物修復技術在污染治理中的應用[J].上海化工，2000（9）：4-7.
[7]林海.現代生物技術在環境保護中的應用[J].中國高新技術企業，2010（19）：74-75.
1PCBs污染土壤修復技術
生物修復主要依靠微生物、植物和土壤動物吸收、代謝、降解污染物,最終使其無害化,具有對環境擾動小、不產生二次污染、運行成本低等特點.該技術主要分為兩類,即植物修復和微生物修復.由于PCBs疏水性強、生物可利用性低,因此會阻礙植物對它的吸收與轉化,從而影響植物修復效果.而優良的PCBs耐受或降解植物的缺乏也在一定程度上限制了該技術的推廣應用.微生物修復常采用2種方式[21]:一是生物激勵,通過向土壤中添加有機物如葡萄糖或者其他營養元素如N、P等,以促進土著微生物生長,達到降解污染物的目的;二是生物強化,即向土壤中添加外源的高效降解菌(或含有高效降解菌的載體),以促進土壤中污染物的降解.在實際應用過程中,通常都是將這兩種技術相結合,以期達到最佳的修復效果.PCBs是人工合成的難降解化合物,其所污染的環境必須經歷一個相當漫長的時期才能自然馴化出一些具有降解PCBs能力的微生物,進而轉化分解PCBs,其效率較為低下.因此,通過人工篩選獲得高效的PCBs降解菌,將其擴大培養后投入污染土壤中加速PCBs的降解,是一種十分可行的技術手段.目前研究工作者已經從環境中分離出了許多能夠降解PCBs的微生物,主要分布在假單胞菌屬(Pseudomonas)、紅球菌屬(Rhodococcus)、產堿桿菌屬(Alcaligenes)、伯克霍爾德氏菌屬(Burkholderia)及鞘氨醇單胞菌屬(Sphingomonas)等多個屬,代表種有真養產堿桿菌(AlcaligeneseutrophusH850)、伯克霍爾德氏菌(Burkholderiasp.LB400)和假單胞菌(Pseudomonassp.KF707)[22-24].在實驗室條件下,微生物降解PCBs的效果往往比較理想,但在實際應用中,由于抗毒害能力差、被原生動物吞噬、與土著微生物競爭處于劣勢等原因[25],導致外源投加微生物的生物量及代謝活性迅速降低,污染物降解能力也隨之下降.因此,如何使外源微生物定殖于原位環境中并穩定發揮其功能,一直是國內外學者關注的焦點,而固定化微生物技術的興起則為解決這一問題提供了新思路.
2固定化微生物技術及其在土壤修復方面的研究現狀
2.1固定化微生物技術固定化微生物技術是指通過物理或化學的方法將游離的微生物與特定的載體相結合,使其固定在某一空間區域內,以提高微生物細胞的濃度、保持較高的生物活性并能反復利用的方法[26].微生物被固定后,載體為微生物提供了一個相對穩定的生存環境[14];載體作為一種屏障,能在一定程度上減輕土著微生物帶來的競爭壓力、削弱原生動物的吞噬作用[15];成型的固定化顆粒中微生物細胞密度大、代謝活性較強.這些特點使得固定化微生物具備了更好的環境適應能力和應用價值.載體的種類和固定化方式是決定固定化微生物性能的關鍵因素.良好的載體需具備機械強度高、理化性質穩定、物理性狀優良、壽命長、無毒、不溶于水、價格低廉及易制備等特點[27].目前研究與應用中常見的微生物固定化載體材料主要分為4類:無機載體、天然高分子載體、人工合成高分子載體及復合載體[28-29].這4類載體各有優缺點,其中無機載體如蛭石、硅藻土以及天然高分子載體海藻酸鈉、瓊脂糖等均來源于自然環境,價格低廉且不易造成二次污染,是制備固定化微生物的首選載體,將其應用于環境修復方面的研究報道也較為豐富[17,30-31].此外,固定化方法也會對微生物的生長和活性造成不同程度的影響.因此,必須根據固定化微生物的用途及其應用的環境選擇合適的固定方法.吸附法、包埋法、共價結合法和交聯法為4種最主要的微生物固定化方法,其各自的特點見表1[26,28].交聯法和共價結合法制備的固定化微生物細胞活性相對較低,而且傳質阻力大、制備成本高,目前仍然處于實驗室研究階段.吸附法與包埋法對細胞活性影響小,而且制備過程比較簡單,所以是目前應用較為廣泛的微生物固定化方法[32].2.2固定化微生物技術在有機污染土壤修復方面的研究現狀固定化微生物技術興起于20世紀80年代,運用該技術處理含酚廢水、含油廢水和味精廠廢水[33-37]等高濃度有機廢水時均取得了良好的效果.但是到目前為止,固定化微生物技術在土壤修復方面的研究仍然處于起步階段.其中,利用固定化微生物技術降解土壤中的殘留農藥及多環芳烴方面的研究報道相對較多.Su等[15]以蛭石為載體,吸附固定毛霉(Mucorsp.SF06)及芽孢桿菌(Bacillussp.SB02),用于降解土壤中的苯并[a]芘.42d內,苯并[a]芘的降解率高達95.3%,而游離菌組的降解率僅為79.6%.Balfanz等[38]將用粘土吸附固定的產堿桿菌(Alcaligenessp.A7-2)投入反應器中,提高了土壤中對氯苯酚的降解速率.吸附固定的過程比較簡單,但其缺點在于微生物與載體結合不夠緊密,在使用過程中微生物易從載體上流失.而包埋法則能有效克服這一缺點,所以包埋法以及包埋法與吸附法相結合的微生物固定化技術也受到了廣泛關注.Lin等[14]把粉末活性炭加入到海藻酸鈉凝膠包埋體系中固定黃孢原毛平革菌(PhanerochaetechrysosporiumBKM-F-1767),制得的固定化顆粒對五氯酚的降解能力優于游離菌,而且還具備了污染物吸附性能.范玉超等[17]采用竹炭吸附蒼白桿菌(Ochrobactrumsp.AHAT-3),并輔以海藻酸鈉包埋,所得到的固定化顆粒在28d內對砂姜黑土和紅壤中阿特拉津的降解率分別為51.9%和52.8%,均比添加游離菌的試驗組高出約10%.Wang等[19]的研究結果表明,在采用海藻酸鈉和聚乙烯醇包埋微生物時,添加活性炭粉末有助于固定化顆粒形成良好的孔隙結構、利于物質傳輸和微生物生長.固定化微生物技術在降解有機污染物方面的優越性已經引起了越來越多的關注,而開發多樣化的固定化技術則會成為研究的重點.2.3固定化微生物技術在PCBs污染物修復方面的研究現狀國內外有關應用固定化微生物技術修復PCBs污染土壤的研究報道十分少見.現有研究主要集中于分離PCBs降解微生物、研究微生物對PCBs代謝譜和代謝產物以及分析相關功能基因和酶的結構[39-43].直接投加微生物修復PCBs污染土壤的研究也處于探索階段[44-46].20世紀末美國通用電子公司嘗試通過投加微生物并結合翻耕等技術實地修復PCBs污染土壤,最終發現土壤的溫度、濕度及有機質含量是影響微生物降解PCBs的重要因素[47-49].2011年,Tu等[50]報道了一株具備PCBs降解能力的苜蓿中華根瘤菌(Sinorhizobiummeliloti).室內模擬試驗結果表明,該菌不僅能提高土壤中PCBs的降解率,而且能促進土著細菌與真菌生長,預示著該菌株具備較高的應用價值.近十年來開始有研究者關注固定化微生物對PCBs的降解(表2).Mukerjee-Dhar等[12]首次采用海藻酸鈣包埋的混濁紅球菌(RhodococcusopacusTSP203)降解水體中的PCBs,發現固定化的菌株具備更持久的PCBs降解能力:半連續降解試驗表明,在第一個降解周期結束后,游離菌的PCBs降解活性基本喪失,而固定化菌株的PCBs降解活性可維持至第三個降解周期.聚氨酯泡沫也是一種常用的載體,Na等[51]用其包埋假單胞菌(Pseudomonassp.SY5)并獲得了高活性的固定化顆粒,其對Aroclor1242中不同PCBs同系物的降解率要比游離菌高5%~40%.隨后有學者嘗試運用吸附型載體固定PCBs降解微生物、構建生物膜反應器,用于降解水體中的PCBs.Borja等[53]以水泥顆粒為載體設計的簡易生物膜反應器運行5d后,Aroclor1260的降解率高達95%左右.Diana等[54]以聚氨酯泡沫和磨砂玻璃珠為填料,通過添加多種微生物所構建的生物膜反應器能有效的降解多種PCBs和氯代苯甲酸(chlorobenziocacids,CBAs).該研究結果表明,生物膜結構能有效抵御環境沖擊對微生物造成的不利影響,從而保證微生物穩定的發揮其功能。目前,僅有少量研究涉及固定化真菌修復PCBs污染土壤.Fernández-Sánchez等[55]以甘蔗渣為主要基質培養黃孢原毛平革菌(PhanerochaetechrysosporiumH-298),并用其修復PCBs污染土壤.結果表明附著在甘蔗渣上的真菌能定殖在土壤中并加速土壤中PCBs的降解.而且外源真菌和土著微生物間能建立協同關系,使得土壤中的異養生物活性提高,并促進土壤中PCBs的降解.Federici等[56]用玉米秸稈顆粒培養虎皮香菇(LentinustigrinusCBS577.79),使該菌在生長過程中逐漸與秸稈顆粒緊密結合.土壤修復試驗結果顯示,這種真菌能顯著提高Aroclor1260的降解率,并能促進土壤微生物多樣性的恢復.生物質材料不僅能作為真菌附著生長的載體,而且還能為真菌的生長提供營養,這兩種效用確保了真菌穩定地定殖在土壤中,持久發揮其功能.故在探索真菌固定化方法的過程中,擴大生物質載體材料的篩選范圍是非常有必要的.而以PCBs降解菌為對象、選擇適當的載體材料、結合不同的物化技術制備出高性能的固定化微生物,并應用其修復PCBs污染土壤是值得深入探究的.雖然迄今為止已經發現了大量具備PCBs降解功能的細菌,但尚未出現與固定化細菌降解土壤中PCBs相關的研究報道.本課題組從長期受PCBs污染的土壤中獲得了1種微生物混培物和1株飛魚鞘氨醇菌(SphingobiumfuliginisHC3,GenBank登錄號為KC747727).它們均能降解氯取代數小于4的PCBs同系物.研究還發現當微生物吸附在以水稻秸稈為材料制備的生物炭上后,其細胞能維持較高的代謝活性.因此我們嘗試以生物炭為主要載體固定PCBs降解菌,以期獲得能適用于PCBs污染土壤修復的固定化微生物.
3應用固定化微生物技術修復PCBs污染土壤的可行性
雖然目前有關采用固定化微生物技術修復PCBs污染土壤的研究報道仍然較少,但應用該技術修復多環芳烴、石油及農藥等有機物污染土壤方面的研究已經取得了一定的進展.這些有機物和PCBs具有類似的性質,如具有生物毒性、疏水性強、生物可利用性較低.Su等[15,57]以蛭石和玉米芯顆粒為載體、Chen等[58]以生物炭為載體,制備固定化微生物降解土壤中的多環芳烴;Xu等[59]以花生殼粉為載體、Liang等[60]以活性炭和沸石為載體,制備固定化微生物修復石油污染土壤;Lin[14]等采用凝膠包埋法(輔助活性炭)制備固定化微生物降解土壤中的五氯酚;范玉超等[17]用包埋法制備固定化微生物降解土壤中的阿特拉津.這些研究都表明在土壤中添加固定化微生物降解有機污染物的效果優于直接添加游離微生物.其主要原因為微生物被固定后,載體形成的屏障能在一定程度上屏蔽土著微生物帶來的競爭壓力、抵御環境因素變化對微生物的沖擊,而且適當的固定化方法還能改善微生物的代謝活性[12-16].因此,運用固定化微生物技術修復PCBs污染土壤具有一定的可行性.而且在土壤原位修復過程中,固定化微生物技術的實施工藝簡單、對土壤生態環境的擾動小,使這項技術具備了較高的推廣價值.此外,目前研究工作者已經篩選出了許多能降解PCBs的微生物,其中能有效降解PCBs并且降解途徑已經被闡明的代表種有紅球菌(Rhodococcussp.RHA1和Rhodococcussp.R04)、伯克霍爾德氏菌LB400、和彎曲無色細菌(AchromobactergeorgiopolitanumKKS102)[61-64].這些寶貴的微生物資源將為制備固定化微生物提供物質基礎.能用于固定微生物的載體材料十分豐富,如天然載體硅藻土、蛭石、瓊脂糖、海藻酸鈉、農作物秸稈以及人工合成載體聚乙烯醇、硅膠和聚酯酰胺泡沫等都比較容易獲取或制備,為研究與開發不同性能的固定化微生物提供了充足的資源.其中,蛭石和農作物秸稈常被用作吸附載體固定微生物[15,55-56],而海藻酸鈉和聚乙烯醇則可作為交聯劑包埋微生物[12,14,19].
4今后研究的重點
雖然固定化微生物技術在環境修復領域中表現出了巨大應用潛力,但其在PCBs污染土壤修復中的研究尚處于起步階段,還有許多問題尚待解決:1)固定化微生物促進土壤中PCBs降解機理的探究.現有研究主要依據目標污染物的降解效率間接評價固定化微生物技術的優劣.但無法深層揭示在實際環境中,究竟是固定化微生物的哪些特點確保了它對目標污染物的降解效率高于游離菌.借助顯微技術、原位雜交技術以及實時熒光定量PCR等技術,并嘗試開發新的研究手段,用于直接表征土壤中固定化顆粒的形態與結構、分析固定化顆粒表面的微生物種群、檢測固定化顆粒中降解菌的數量與活性、評價目標污染物是否能與固定化顆粒中的降解菌有效接觸,將有助于進一步揭示固定化微生物促進土壤中PCBs降解的機理,還有助于更為準確地評價固定化微生物技術的應用價值.2)環境友好型載體的選擇.投放到土壤中的固定化微生物難以回收再利用,因此篩選穩定性好、成本低廉且易獲取的環境友好型材料至關重要.聚氨酯泡沫是一種常用的微生物固定化載體,具有理化性質穩定、易制備和成本低的特點[51].但由于這種材料很難自然降解,因此具有造成二次污染的風險,不適用于土壤原位修復.而一些生物質材料如小麥秸稈、蔗渣和玉米秸稈等不但能作為微生物的附著載體,提供微生物的生長所需的營養物質,而且還能充當疏松劑、提高土壤的透氣性,特別適用于真菌的固定化[15,55-56].許多研究表明黑炭也是一種優良的載體.黑炭具有多孔結構,能夠吸附大量的微生物并為其提供生長空間,還能充當物理屏障、減輕土著微生物帶來的競爭壓力[58,65].而黑炭豐富的表面官能團和較高的比表面積又能使其吸附和濃縮環境中的有機污染物[14,58],保證降解菌與污染物能相互接觸,進而提高生物降解效率.而傳統理論則認為黑炭加入土壤后,能強烈吸附有機污染物,從而降低其生物可利用性,不利于微生物對有機污染物的降解[66].因此,此類對有機污染物具有強烈吸附能力的材料是否適合作為固定化微生物的載體,仍有待深入研究.3)強化土壤體系的傳質能力.土壤的傳質能力遠遠低于水體,而固定化微生物顆粒自身亦存在一定的傳質阻力.這兩種阻力將在一定程度上阻礙微生物與目標污染物及營養物質的接觸,進而干擾其功能作用的發揮.為了提高土壤體系的傳質能力,一方面需要改善固定化顆粒自身的傳質性能.如Wang等[19]以海藻酸鈉和聚乙烯醇為交聯劑、以活性炭粉末為改良劑,采用反復凍融技術,最終獲得了具有良好孔隙結構、利于物質傳輸和微生物生長的固定化顆粒.或是篩選適合微生物附著生長的材料,采用以吸附法為主的技術制備出自身傳質阻力較低的固定化微生物.另一方面,選擇適當的原位調控方法如翻耕、通風等方式,提高土壤微環境中的傳質水平,促進微生物、營養物質和污染物有效接觸,確保以固定化微生物為核心的“微反應器”有效運轉.4)多種微生物聯合固定.PCBs的完全降解一般需要厭氧還原脫氯形成低氯代PCBs、低氯代PCBs氧化形成氯代苯甲酸及氯代苯甲酸礦化3個過程[67-69],分別由3類不同的微生物完成.其中氯代苯甲酸是多氯聯苯好氧降解過程中最易積累的一類中間代謝產物,該類化合物能通過抑制微生物生長而間接阻礙PCBs的降解[70-71].因此,將這幾類不同的微生物聯合固定(尤其是好氧氧化過程中的兩類微生物)、實現PCBs的完全降解、避免有毒中間代謝產物的積累也是相關研究應當關注的問題.
作者：胡金星 蘇曉梅 韓慧波 沈超峰 施積炎 單位：浙江大學環境與資源學院環境保護研究所 杭州市環境保護科學研究設計有限公司
1兒童ADHD的診斷
1.1兒童ADHD腦電生物技術診斷經臨床實踐研究發現，患有ADHD的人群大腦背外側額葉與眶周存在明顯的病變，并且這一病變在腦電圖中得到相應顯示〔10〕。研究結果表明患有ADHD兒童存在神經生物學的發育缺陷，主要表現為腦電波慢波(θ)活動多于正常兒童，并伴有β波活動減少，尤其是右前額葉腦電頻率低于正常兒童〔11〕。兒童注意力缺陷與多動障礙測試儀是將這一腦電生物特點與現代數字化技術相結合的一個診療儀器，目前應用于輔助臨床診斷的有美國研發的ADHD腦電波評估測試儀、A－620腦電神經生物反饋儀以及國內非針對ADHD診斷的腦電波測試儀。1.2傳統診斷方法與腦電生物診斷方法的比較傳統診斷方法主要以單純問診與父母主訴為主，帶有一定的主觀片面性，缺乏可操作化和標準化，兒童ADHD與其他兒童精神疾病由于癥狀相似而難以鑒別〔12－13〕，這些因素均導致了兒童ADHD的確診率擴大化，甚至出現過度醫療等后果。由于需要臨床醫生將ADHD與其他兒童精神疾病相鑒別，因此需要臨床醫生具備豐富的臨床經驗。腦電生物技術應用于兒童ADHD的診斷后，將使得診斷信息量化，并能夠幫助臨床醫生更好的診斷兒童ADHD，以避免因兒童頑皮、家長陳述片面性帶來的誤診。腦電生物技術能夠在兒童診斷中記錄相關波形變化，并且為評價治療效果提供了比較參數信息，這大大降低了因非癥狀因素造成的誤診和漏診的可能性。
2兒童ADHD的治療
2.1兒童ADHD傳統治療兒童ADHD的傳統治療常選用中樞興奮劑、非中樞興奮劑、抗抑郁劑、抗焦慮藥物、安定藥和情緒穩定劑。中樞興奮劑哌醋甲酯(利他林)為常用治療藥物，它能夠改善ADHD主要癥狀，對完成課堂學習任務和社會功能都有正性作用，并能夠減少攻擊、對抗和破壞行為等癥狀〔14－15〕。近些年，我國中醫學者也有運用辨證論治、中藥湯劑、針灸等方法治療兒童ADHD達到較好療效的臨床治療報告。臨床實驗研究顯示，中藥在治療兒童ADHD短期效果優于或等于西藥，長期療效也較穩定，不良反應少，無成癮性〔16－18〕。行為干預方法是需要結合患兒的個體情況制定具體的、個性化的干預方法，并且需要在老師、家長的全力配合下才能進行。心理干預過程中，不能單一依靠懲罰來達到矯正行為，需要具體問題具體分析，找問題發生的根本原因。這樣就需要家長和老師具備一定的心理學知識，積極地給予孩子創造良好的學習生活環境，并且保證與ADHD患兒之間進行良好的溝通。2.2兒童ADHD腦電生物反饋治療腦電生物技術治療作為一種新興治療兒童ADHD的技術近年來發展很快，它的基本原理是通過訓練來強化15～18Hz的感覺運動節律波，抑制4～8Hz的θ波，并通過自身調節來改變腦電圖波形，以強化對大腦有利的波形、抑制對大腦不利的波形，從而改變腦功能〔19〕。有研究發現〔20〕，此治療措施相比傳統的心理學行為干預和藥物治療效果要好，并且經該方法治療后患兒各項情況明顯好轉，且具有持久性特點。腦電生物技術治療除了對兒童ADHD三大主要癥狀有明顯改善之外，還具有改善視覺、聽覺商數，達到視覺、聽覺相互協調統一的效果，使得注意力四維同步提升〔21－22〕。2.3傳統治療方法與腦電生物技術治療方法的比較西藥雖然具有起效快、癥狀緩解明顯等特點，但絕大多數藥物的半衰期短、不良反應大，若長期用藥或用藥劑量過大還會出現呆板和意志力減退等不良反應，從而導致患者服藥依從性差、治療效果降低〔23〕。采用中醫中藥方法治療兒童ADHD雖然在臨床已經取得初步成效，但是缺乏多中心、大樣本支持，所以用藥微量化、客觀化、標準化還未能具體實現。由于家長對于藥物產生的不良反應是否會影響兒童生長發育存在一定擔憂，因此較少家長會選擇藥物治療這一方法〔24〕。在臨床上，為了避免給兒童造成傷害，對于低齡、癥狀較輕的兒童一般不采用藥物治療而選擇行為干預的方法。因為一方面低齡兒童處于大腦發育時期，此時用藥可能會影響大腦正常發育過程，另一方面該類藥物對于患有其他基礎疾病如癲癇、高血壓、心臟病等患兒具有一定局限性〔25〕。行為干預能夠較好地矯正注意力缺陷多動障礙患兒的行為，但是由于干預周期長，環境與心理因素對心理學行為干預效果影響較大，如在患兒與家長、家長與老師、患兒與老師之間的矛盾關系存在的情況下，患兒常常在治療過程中出現癥狀反復的現象。與藥物治療相比，腦電生物技術治療具有適用人群廣、效果持久、無不良反應等特點，通過腦電生物技術對兒童ADHD進行非藥物干預有望改善我國治療兒童ADHD藥物濫用的現狀;其與心理學行為干預相比，它也具有治療周期短、效果明顯、影響因素小等特點。
3腦電生物技術在兒童ADHD診療領域的應用前景
兒童ADHD在全球普遍存在，據有關資料統計表明，隨著現代化進程的加快，兒童注意力缺陷現象呈現逐年上升趨勢。每年因為兒童ADHD給社會帶來的經濟損失也是十分巨大的，據美國1995年的統計，光公立學校1年中用于ADHD兒童特殊教育的經費就達30億美元。至于因為ADHD造成的社會問題，如暴力行為行為，更是難以用數字來表達。由于腦電生物技術安全無損傷，且對ADHD兒童提供的診斷依據較為客觀、科學，因此在國外已把腦電生物技術作為兒童ADHD的輔助診斷，并且已經取得顯著成效。不僅如此，近年隨著科技的進步，應用腦電生物技術治療兒童ADHD已開始替代當前傳統的心理學行為干預和藥物治療。腦電生物技術在兒童ADHD治療中的應用不僅解決了傳統心理干預周期長、療效不顯著、藥物治療不良反應大等難題，還具有易被患兒及家長接受、不受空間限制等優點，因此腦電生物技術在兒童ADHD的診斷、治療過程中的作用正被越來越多的學者所青睞。關于腦電生物技術的研究還處于起步階段，因此需要更多的專家與學者來參與兒童ADHD診治的實踐研究，這對實現早期防治兒童ADHD并提高我國現代醫學診治水平具有重大意義。
作者：尤淑霞 鐘秀宏 田敏 徐純林 單位：吉林醫藥學院
關鍵詞：甘薯（Ipomoea batatas）；現代生物技術；育種；誘變育種；細胞工程；分子標記；基因工程
中圖分類號：S531；Q789 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2016）11-2721-06
DOI：10.14088/ki.issn0439-8114.2016.11.001
Application of Modern Biotechnology in Ipomoea batatas Breeding
YANG Han1，CHAI Sha-sha2，SU Wen-jin2，LEI Jian2，WANG Lian-jun2，SONG Zheng2，LIU Yi3，YANG Xin-sun2
（1.College of Plant Science and Technology， Huazhong Agricultural University， Wuhan 430070， China；2. Institute of Food Corps， Hubei Academy of Agricultural Sciences， Wuhan 430064， China；3. Agronomy College， Yangtze University， Jingzhou 434023， Hubei， China）
Abstract：The modern biotechnology has overcome the difficulties which could not be solved in the past in Ipomoea batatas breeding.Mutation breeding， cell engineering， molecular markers，genetic engineering etc.， are playing very important roles in Ipomoea batatas breeding for high yield， good quality，resistance to diseases and pests and other characteristics.The research and utilization of mutation breeding， cell engineering，molecular markers and genetic engineering in Ipomoea batatas breeding are reviewed in this paper.
Key words：Ipomoea batatas； modern biotechnology； breeding； mutation breeding； cell engineering； molecular marker； genetic engineering
甘薯（Ipomoea batatas）屬旋花科甘薯屬，為一年生或多年生蔓生草本，是中國的重要糧食作物、飼料作物和新型生物能源作物，具有極高的經濟價值。甘薯含有60%～80%的水分，10%～30%的淀粉（支鏈淀粉含量高，易被人體消化吸收），5%左右的糖分，還富含人體必需的多種維生素（VA、VE、VB1、VB2、VC等）、氨基酸（賴氨酸含量較高）、蛋白質、脂肪、膳食纖維以及鈣和鐵等多種礦物質。甘薯中的活性化學物質（脫氫表雄酮）可以抑制癌癥和預防癌細胞增殖[1]。因此，培育出高產、穩產、優質的品種及各類不同用途和種類的品種如食用、加工用、飼料用、莖尖菜用等[2]具有非常重要的現實意義。但是由于甘薯的高度雜合性、雜交不親和性、遺傳資源匱乏、遺傳基礎狹窄、優異近緣野生種利用困難和病蟲害、病毒病危害嚴重[3]，極大地制約了甘薯的生產和發展。但傳統育種模式周期長，品種改良進度緩慢，難以滿足發展需求。生物育種是目前應用推廣最為迅速的技術，它突破了傳統育種的局限性，有利于加速培育高產、優質、抗逆、廣適的新品種。本文重點介紹近年來幾種主要生物技術，包括誘變育種、細胞工程、分子標記輔助選擇育種和基因工程在甘薯育種中的發展與應用。
1 誘變育種
甘薯是一種無性繁殖作物，其自然變異和人工誘變產生的變異，是甘薯育種重要的變異來源，因此誘變育種一直是甘薯育種的一條重要途徑，也是發展比較早的一種技術。
在自然條件下，由于外界環境的變化和遺傳結構的不穩定性，植物本身會發生自發突變，但是這類突變發生的頻率較低。自然變異突變體的選擇、鑒定是甘薯種質創新的主要途徑。張連順等[4]從抗薯瘟病的閩抗329中選育出了兼抗蔓割病、藤蔓旺盛的閩抗330，張永濤等[5]、李培習等[6]分別從高抗根腐病的徐薯18芽變體中選育出了兼抗莖線蟲病的臨選1號和富貴1號。
輻射誘變的方式包括χ射線、60Co處理、80 Gy γ射線處理、搭載返回式衛星進行空間誘變處理等。但誘發突變的方向難以控制，有利突變頻率不夠高。通過輻射誘變育種加以多年篩選獲得了比較好的品種如較徐薯18高抗黑斑病的品系農大601[7]和抗線蟲擴展、薯皮色同質、干物率高、食味優、高胡蘿卜素突變體及淀粉類型和紫色素類型育種材料[8]。
化學誘變具有專一性強、突變頻率高，突變范圍大的特點，為多基因點突變，誘變后代的穩定過程較短，可以縮短育種年限。Luan等[9]用EMS處理魯薯8號愈傷組織，并通過離體篩選，獲得3個耐鹽突變體株系（ML1，ML2，ML3）。王鳳保等[10]用0.05%秋水仙素和2%二甲基亞砜混合水溶液處理秦薯1號甘薯種子，選育出高產、高淀粉、低β-淀粉酶活性、高蛋白質、高鐵、早熟的短蔓型甘薯新品種短蔓3號。王芳等[11]用0.5% NaN3處理澳大利亞Au1990sp紫甘薯的胚性細胞團，選育出品種適應性廣、產量高、品質佳、抗性強的甬紫薯1號。
2 細胞工程
甘薯細胞工程主要有體細胞胚發生、原生質培養、細胞懸浮培養、莖尖分生組織培養等，在種質資源創新、新品種選育和脫毒苗工廠化生產等方面具有廣闊的應用前景。目前主要通過莖尖誘導體細胞胚胎的植株再生。利用甘薯莖尖培養誘導得到胚性愈傷后，通過液體振蕩懸浮培養可以迅速增殖，利用農桿菌介導、基因槍、電激等方法研究甘薯的遺傳轉化。在此過程中，常常會出現自發變異，通過對這些突變體進行篩選，也可以用于甘薯新品種選育[12]。
甘薯容易侵染的病毒和類病毒種類較多，加上甘薯屬于無性繁殖作物，病毒能夠在植株體內不斷增殖積累，使甘薯病毒病的危害逐年加重，造成了大幅度的減產。利用甘薯莖尖病毒含量低或不帶病毒的特點，通過莖尖分生組織培養可以生產甘薯無毒苗。脫毒甘薯增產效果顯著，根莖葉生長旺盛，光合效率高，抗逆能力強[13]。經檢測確定為不帶病毒的組培苗可以進行快繁和原種生產。
3 分子標記輔助選擇育種
分子標記在甘薯遺傳育種中的應用是利用標記將不同甘薯品種DNA序列上的多態性體現出來，可利用其進行種質鑒定、基因定位、遺傳圖譜構建和輔助育種等并最終應用到生產實踐中。在作物遺傳改良過程中，形態標記、細胞學標記和同工酶標記等已很難滿足對它們的基因組進行更詳細研究的需要。隨著分子生物學的發展，產生了多種基于DNA多態性的分子標記技術，在甘薯育種中應用較多的是RAPD、AFLP、ISSR、SCAR和SNP等。
3.1 構建甘薯分子遺傳圖譜
由于甘薯的遺傳背景較復雜，對甘薯基因組的研究較滯后，分子標記的數量和種類相對匱乏，分子遺傳圖譜的構建要落后于水稻、玉米等作物。Kriegner等[14]在2003年用AFLP技術構建了首張甘薯遺傳連鎖圖，632個母本標記和435個父本標記分別排列在Tanzania的90個連鎖群和Bikilamaliya的80個連鎖群上，共定位了1 100個AFLP標記，平均遺傳距離為5.9 cM。隨著甘薯栽培種轉錄組測序的完成和分子標記技術的發展，李愛賢等[15]在2010年利用SRAP標記構建了漯徐薯8號和鄭薯20連鎖圖譜，漯徐薯8號的81個連鎖群由473個SRAP標記組成，總圖距為5 802.46 cM，標記間距為10.16 cM，鄭薯20的66個連鎖群由328個SRAP標記組成，總圖距為3 967.90 cM， 標記間距為12.02 cM。Zhao等[16]在2013年利用AFLP和SSR標記構建了徐781（高抗莖線蟲病）和徐薯18（高抗莖線蟲病）的連鎖圖，徐薯18的90個連鎖群含有1 936個AFLP和141個SSR標記，總圖距為8 184.5 cM，標記間距為3.9 cM；徐781的90個連鎖群含有1 824個AFLP和130個SSR標記，總圖距8 151.7 cM，標記間距為4.2 cM。這也是到目前為止標記密度最高、基因組覆蓋率最廣的甘薯栽培品種分子標記遺傳圖譜。
3.2 繪制指紋圖譜，鑒定甘薯品種
甘薯是一種無性繁殖作物，其品種數量多、同種異名、同名異種的情況比較普遍，在甘薯的生產過程中容易出現品種間混淆的情況，使得品種鑒定困難，影響品種的改良和育種。隨著分子生物學的快速發展，DNA分子標記技術已成為指紋圖譜構建和品種鑒定的主要方法。指紋圖譜能夠在分子水平上鑒別生物個體之間的差異，可以有效克服形態和生化上的局限性，是甘薯品種鑒別的重要工具，在生產實踐上具有重要意義。
目前用來作DNA指紋圖譜的標記主要有RAPD、SSR、ISSR、AFLP、SRAP等。Arthur等[17]應用RAPD標記分析在美國8個州種植的甘薯品種“Jewel”的無性系，發現其中5個的多態性譜帶在7.1%～35.7%之間，表明RAPD標記可以檢測無性系中的變異。王紅意等[18]研究表明通過RAPD標記產生的指紋圖譜可以將30個中國甘薯主栽品種分為3類。羅忠霞等[19]采用EST-SSR標記，利用2對引物將52份甘薯品種區分開，建立了52份甘薯品種的指紋圖譜。季志仙等[20]利用ISSR技術對不同引物獲得的指紋圖譜進行了分析，發現利用2對引物即可將供試的17份甘薯品種區分為4類。蒲志剛等[21]利用AFLP技術通過五對引物構建出47個品種南瑞苕的指紋圖譜，將其分為5類。張安世等[22]利用SRAP技術通過2對引物構建出22種甘薯品種的DNA指紋圖譜，將其分為7類，隨后又利用ISSR技術通過3對引物將22種甘薯品種分為4類[23]。
3.3 甘薯基因定位和DNA分子標記輔助選擇育種
甘薯許多重要的農藝性狀如塊根產量、品質（淀粉含量、胡蘿卜素含量）、抗病性（莖線蟲病、根腐病和黑斑病）等都屬于多基因控制的數量性狀，在甘薯分子連鎖圖譜的基礎上，對重要農藝性狀進行QTL定位，進而克隆相關性狀的主效基因，是甘薯育種研究的重要方向。DNA分子標記輔助選擇育種具有方便、快捷、準確等特點，且較少受季節、發病條件、發育條件、鑒定方法等因素的限制，可以在低世代進行早期選擇，更適合目前育種的需要。目前該技術已廣泛應用于甘薯的育種研究中。
Ukoskit等[24]利用甘薯易感根線蟲病品種與抗根線蟲病品種雜交，用760個RAPD引物對2親本和F1分離群體進行分析，篩選出1個抗根線蟲病的基因。柳哲勝[25]用RAPG法和改進的SSAP技術對農大603和徐薯18的基因組進行抗莖線蟲病相關基因的分析，結果顯示由片段54設計的引物在抗病和感病品種之間擴增出多態性帶，推測片段54是與甘薯抗莖線蟲病有關的RGA（Resistance gene analog），并得出甘薯MIPS基因可能與甘薯抗莖線蟲病有關。周忠等[26]對高抗莖線蟲病的徐781和高感莖線蟲病的徐薯18的后代進行抗病性鑒定和RAPD分析，得到與抗莖線蟲病基因相連鎖的RAPD標記OPD0l-700，經證明，該標記可作為甘薯抗莖線蟲病輔助育種的分子標記，并在甘薯育種尤其是抗病品種選育中發揮較大的作用。王欣等[27]利用對高抗親本徐781和高感親本徐薯18的F1分離群體的161個品系進行OPD01-700的克隆和測序，成功地將OPD689標記轉化為SCAR標記，初步驗證結果與田間鑒定結果基本一致，初步建立了甘薯抗莖線蟲病育種分子標記輔助選擇技術。袁照年等[28]以金山57×金山630的雜交F1分離群體為材料，按F1單株抗性分群，建立薯瘟病抗病池和易感池，分別以其為模板進行RAPD分析，結果顯示其中S213-500在抗感池和易感池間顯示多態性，可以作為抗Ⅰ型薯瘟基因的連鎖標記，在鑒定甘薯抗I型薯瘟病方面具有應用價值。蘇文瑾等[29]在已有的高抗根腐病品種徐薯18與高感品種勝利百號F1分離群體抗性鑒定的基礎上，采用分離群體混合分析法（BSA）與AFLP技術相結合，發現顯性標記Eco（45）-Mse（45）與感病基因連鎖，對甘薯抗根腐病的遺傳改良具有指導意義。蒲志剛等[30]以南薯88等12個抗感黑斑病品種為材料，建立了甘薯黑斑病的AFLP分子標記體系，并用該體系找到了與甘薯抗黑斑病緊密相關的特異性DN段，為甘薯抗黑斑病分子標記輔助育種奠定了基礎。
吳潔等[31]利用甘薯高淀粉品種綿粉1號和甘薯低淀粉品種紅旗4號雜交F1代分離群體采用SRAP分子標記，將1個與淀粉含量相關的QTL定位到綿粉1號遺傳圖的第三連鎖群上。蒲志剛等[32]利用甘薯高淀粉品種綿粉1號與甘薯低淀粉品種紅旗4號雜交F1代分離群體，在綿粉1號遺傳圖的第二連鎖群上檢測到E1M7-2可作為淀粉的臨近QTL。李愛賢等[33，34]以高淀粉、低胡蘿卜素含量的甘薯品種漯徐薯8號和低淀粉、高胡蘿卜素含量的甘薯品種鄭薯20雜交得到的F1分離群體，采用SRAP分子標記的方法在父本鄭薯20的Z31連鎖群上檢測到1個與淀粉含量相關的QTL，并檢測到17個與甘薯β-胡蘿卜素含量相關的QTLs，其中10個定位在鄭薯20圖譜上，7個定位在漯徐薯8號圖譜上。
3.4 甘薯轉錄組測序和分子標記的開發
轉錄組測序（RNA-seq）操作簡單，不局限于已知的基因組序列信息，可獲得低豐度表達基因，具有通量高、靈敏度高、成本低及應用領域廣等優點。轉錄組研究是基因功能與結構研究的基礎和出發點，利用新一代高通量測序，能夠快速全面地獲得某一物種目標細胞在某一特定狀態下的全部RNA序列的信息，例如發現新轉錄本、了解基因的表達量、挖掘單核苷酸多態性（SNP）、結構性變異等[35]。目前，測序技術已成為分子生物學研究中最常用的技術。相比于其他作物，甘薯的基因數據資源極少，這給甘薯的分子生物學研究帶來極大的不便。Gu等[36]應用Illumina的RNA-Seq技術對不同的甘薯組織與發育階段進行高通量的轉錄組測序，通過對甘薯的轉錄組從頭組裝、基因注釋和代謝通路分析，得到了大量重要的轉錄本信息，如淀粉合成、抗鹽、抗旱、轉座子和病毒等相關基因。Tao等[37]利用Illumina數字基因表達（DGE）標簽分析甘薯的7個組織的轉錄組的差異，鑒定出大量的差異和特異表達的轉錄本，主要涉及病毒基因組的基因表達方式、淀粉代謝、潛在耐逆性和抗蟲性等方面。
轉錄組測序的高通量特點使分子標記的大規模發掘得以實現。基于轉錄組測序開發的分子標記主要為SSR和SNP。Wang等[38]采用同樣的方法獲得56 516個unigenes，基于與已知的蛋白序列的相似性搜索，總共鑒定發掘出114個cDNA的潛在的SSRs。Xie等[39]通過對紫薯轉錄組的高通量測序，獲得58 800個unigenes，發掘出851個潛在的SSRs。SNP是基因組中最普遍的遺傳變異，有著分布廣、數量多、遺傳穩定性高、密度高、易于實現分析自動化等諸多優點，是構建遺傳圖譜、完成分子標記輔助育種的一種非常重要的遺傳標記，新一代的高通量測序平臺為SNP位點的檢測提供了強有力的技術支持。許家磊[35]在淀粉含量、薯干產量和莖線蟲病抗性差異明顯的徐781和徐薯18的Illumina RNA-seq測序結果中已獲得1 386個SNP候選位點的基礎上，發現Tetra-primer ARMS-PCR可以檢測出SNP分子標記，可以用于甘薯SNP分子標記的開發。蘇文瑾等[40]利用簡化基因組測序技術（SLAF-seq）對300份甘薯種質資源的大群體測序，通過生物信息學分析進行系統設計，篩選特異長度的DN斷，構建SLAF-seq文庫后高通量測序，通過軟件分析比對，獲得260 000個多態性SLAF標簽，在多態性SLAF標簽上共開發得到795 794個群體SNP位點。
4 甘薯基因工程
1983年世界首例轉基因植物培育成功，標志著人類用轉基因技術改良植物的開始，至今已有120多種植物轉基因獲得成功。近年來基因工程技術在農業作物育種領域已經取得成功并逐步推廣，基因工程技術已成為普及應用最快的先進農作物改良技術之一。基因工程技術是提高作物產量和改良作物品質的有效途徑，給人類帶來巨大的社會和經濟效益。相對于其他作物，甘薯基因工程的研究起步較晚。自1987年以來，許多學者陸續報道把抗性基因nptII和標記基因Gus轉入甘薯，成功地獲得了轉基因的愈傷組織、芽或再生植株，為進一步轉化目的基因改良甘薯積累了經驗[41]。近年來，在應用基因工程提高甘薯蛋白質或淀粉含量、改善蛋白質氨基酸組成或淀粉組成、提高甘薯抗蟲及抗逆性等方面取得了較大進展。
4.1 甘薯品質改良的基因工程
甘薯品質改良主要集中在淀粉、蛋白質和胡蘿卜素方面。Shimada等[42]構建了編碼甘薯淀粉分支酶的IbSBEII基因的dsRNA干擾載體并通過農桿菌轉化進入甘薯基因組，轉基因植株的淀粉具有較高的直鏈淀粉含量。Otani等[43]通過RNA干擾技術抑制甘薯淀粉粒附著性淀粉合成酶I（GBSSI）基因的表達，培育出不含直鏈淀粉的轉基因甘薯植株。Takahata等[44]通過抑制淀粉合成酶Ⅱ（SS Ⅱ）的表達改變支鏈淀粉的結構降低甘薯淀粉的糊化溫度。Santa-Maria等[45]從海棲熱袍菌中克隆了一個編碼極端嗜熱α-淀粉酶的基因，通過根癌農桿菌介導的轉化獲得的轉基因植株在80 ℃具有自發處理淀粉為可發酵糖的能力。
羅紅蓉等[46]用根癌農桿菌介導獲得了含人乳鐵蛋白基因（hLFc）的甘薯抗性愈傷組織，為獲得具有轉人乳鐵蛋白基因的甘薯材料奠定了基礎。高峰等[47]獲得了轉玉米醇溶蛋白的轉基因甘薯植株。脂聯素（Adiponectin）具有抗炎、增加機體對胰島素敏感性和降糖、抗動脈粥樣硬化的作用。Berberich等[48]利用根癌農桿菌介導的轉化獲得表達Adiponectin cDNA的轉基因甘薯植株。Kim等[49]利用RNAi沉默CHY-β基因，可以增加甘薯中的β-胡蘿卜素的含量和類胡蘿卜素含量。
4.2 甘薯抗病蟲的基因工程
甘薯病毒、病蟲害嚴重影響產量。Kreuze等[50]研究利用靶向編碼SPCSV（甘薯褪綠矮化病毒）和SPFM（甘薯羽狀斑駁病毒）序列復制酶的內含子剪接的發夾結構的RNAi策略通過根癌農桿菌轉化甘薯，轉基因植株對SPCSV和SPFMV的抗性顯著增強。Muramoto等[51]的研究表明，轉大麥αHT基因的甘薯植株的葉片和塊根表現出對黑斑病菌的抗性。蔣盛軍等[52]用根癌農桿菌介導法將OCI（水稻巰基蛋白酶抑制劑基因）導入甘薯品種栗子香中獲得了轉基因植株，對轉基因甘薯植株對甘薯線蟲病的抗性進行了初步研究。
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關鍵詞： 生物技術；農業；生產；應用
隨著生物技術在農業中的不斷應用與革新，其已經成為21世紀具有潛力的產業之一。其發展之迅速，趨勢之良好，并且在極大程度上影響了傳統農業技術，使得現代農業技術走向了一個新的高度。在現代農業中，優質、高產、綠色環保是其發展的重要課題。目前，世界各國已經開始將生物技術視為高新技術，這是由于其可以幫助人們解決食品短缺、環境污染和經濟建設等問題，有助于國家提升自身的綜合國力，增強經濟實力。
然而，由于人類社會、經濟的不斷發展，以及為了發展而進行的過度環境開發利用等行為，其給生存環境帶來了極大的污染和破壞。眾所周知，地球每小時都可能有一個物種滅絕，并且我們的地球已經面臨著生態失衡、資源枯竭等嚴重現象。這些現象給我們走可持續發展道路帶來了極大的阻礙，但生物技術的出現卻給人類的未來送來了一絲曙光。
一、生物技術
生物技術（biotechnology）亦可稱“生物工程”或“生物工程技術”，其是指利用現代生命科學作為基礎，結合其它學科的科學原理，采用最先進的技術手段，并按照預先的設計，達到改造生物體或加工生物原料的目的，從而生產出所需的特定生物產品或達到某些預定的目的。生物技術主要包括傳統生物技術、發酵技術和現代生物技術。其中，現代生物技術則又是在傳統生物技術上發展起來的，但其又和傳統生物技術有著本質上的區別。所以，生物技術是一門新興的、具有綜合性的學科。
二、農業生產中的現代生物技術應用
生物技術對于農業生產來說，其可以提高作物的產量和質量，這點正好符合了當前全世界所面臨的食物短缺的境況，其高產性和高質性對于人類的生產生活提供了基本的保證。
隨著生物技術的提出到發展至今，人類在技術上以及可以將某個作物品種的“理想遺傳性”導入另外一個品種中，從而達到提高作物的產量、價值和質量，并且賦予給作物一種新的特性來達到預防干旱、蟲害和光合作用效率的提高等。而光合作用效率的提高對于作物產量的提高起著決定性的作用，目前人類已經克隆除了很多參與光合作用的基因，并且對于光對基因表達的調控作用作出了完善的分析。現代農業生產中的生物技術主要是“植物基因工程”，而Rubisco酶是植物基因工程的主要研究內容，具體體現在通過增強Rubisco對CO2的親和，以及降低光呼吸的競爭反應方面。實際上，將不同植物的Rubisco導入到植物細胞中，可以形成雜合誘導點突變，或亞基酶分子，并使其起到增加對CO2的親和力和修飾酶活性等作用，使基因在葉片中高效表達來提高光合生產力，努力培育出具有C4植物1.50倍以上光合性能的作物。目前，對于利用生物技術進行植物產量、品質的改良主要有三個方面：油脂類、淀粉和蛋白質。而對于人類肉類的提供者――動物，其也屬于農業中不可缺少的一環。生物技術在動物中的運用則體現在提高肉質、繁殖能力。那么在農業生產當中，現代生物技術到底被運用到了那些層面呢？下面，我們將逐一的進行歸納。
1.生物技術對于植物（作物）的應用
在現代生物技術的良好發展下，人類已經可以通過基因技術將一個品種的“理想遺傳性”導入另外一個品種中，從而達到提高作物的產量、價值和質量，或賦予新作物一種新的特性，從而達到預防干旱、蟲害和提高光合作用效率等的目的。如，在番茄中導入編碼EFE酶的反義基因，從而使得EFE酶的活性降低至正常的5%以下，限制住乙烯的生成。這樣做的好處是，其能夠使番茄的生理成熟后長期保持果實堅硬，一個月左右不產生腐爛機制，延長了番茄的儲存、運輸的時間，帶來更大的經濟效益。當然，生物技術在農業生產中的應用層面很廣泛，在此我們便不逐一的復述了。生物技術對植物（作物）中的應用，可以使得植物（作物）起到良好的品質和產量，或者能夠給作物提供更好的抗蟲害、抗逆性、抗機械損害性和抗病性等，其比傳統的種植技術更加的省力，更加的省時。
2.生物技術對于動物的育種與繁殖應用
隨著生物技術的不斷發展和提高，我們不但可以對植物（作物）改進，同樣也可以將其運用到動物上。目前的現代生物技術在養殖業中的應用主要是畜禽基因工程疫苗、動物分子育種和動物繁殖等。動物分子育種指的是動物的胚胎工程技術、基因技術、克隆技術等，其主要是通過DNA重組技術來實現改變動物的體質、習性等。例如，人類已經可以運用基因技術，將單個有功能的基因簇導入到高等生物基因的基因組中去，并通過有關的分子生物技術、DNA試劑盒等檢測和診斷，從而加以選擇，使其改變生物的某些特征或習性，提高產量。另外，對于動物來說，人工受精技術也可以幫助其進行良好的有效的繁殖。如良種公牛的可以稀釋成很多倍，可以一次使多個母牛受精，這樣一來大大提高了動物受精的效率，提高產量。此外，還有胚胎移植、克隆繁殖等技術，這些技術的發展都將改變今后畜牧業的產業現狀。
3.生物農藥和生物固氮的應用
長期以來，化學農藥在傳統農業中占據主流的地位。然而化學農藥卻是一柄雙刃劍，其有提高產量減少蟲害的益處，但化學農藥中所存在的毒害問題則不容忽視。生物農藥技術的出現，正好解決了人們所面臨的這一難題。由于我國人民生活水平的提高，人們不再僅僅最求“吃飽”問題，而開始關注“吃好”的問題，健康飲食觀念已經深入人心。生物農藥目前的主要研究領域是微生物農藥、轉基因農藥等、生物化學農藥和“天敵生物農藥”。如，國外目前最常用的“蘇云金芽桿菌”，其是殺蟲細菌的一種，可以有效的防止蟲害對于作物的影響。
而對于化學肥料來說，同樣也會給自然帶來危害。由于化學氮肥生產是會消耗大量的能量，給環境帶來嚴重的污染。所以對于生物固氮的使用，也漸漸的成為了農業界的一項課題。生物固氮的使用，大大節約了人們對于能源的使用。同時，其還不會對自然環境造成侵害。不過，生物固氮迄今為止還未被農業界廣泛的使用，這是由于目前所發現的生物固氮微生物還不能在糧食作物上使用，即使有少數能投入使用，但是相比化學肥料來說，其所起到的效果還是很小的。
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關鍵詞：現代生物技術；環境工程；應用
經濟發展與城市建設作為當前時展的主流與基本趨勢，盡管在多年來已經取得了顯著的成就，然而由于城鎮在自身發展的過程中過于追求經濟效益，而忽視了必然的社會效益，生態環境問題油然而生。針對當前愈演愈烈的環境問題，只有不斷完善發展環境工程項目體系，不斷創新發展已有的現代生物技術，才能真正在探索解決環境問題新方法的基礎上，實現經濟效益和社會效益的有效統一，真正為人類的可持續發展做出重要貢獻。
1現代生物技術在環境工程中的應用
現代生物技術在構成上主要以DNA技術為基本引導，包括一系列生態高新技術，例如細胞工程技術、基因工程技術、微生物工程技術、生物修改技術等。從環境工程的角度來看，由于該技術具有無污染、再生方便、循環性強等基本特征，因此在環境工程中具有較高的應用價值，能夠在確保生態環境友好的基礎上追求最大化的經濟效益。下面將以生物技術和基因工程技術為例來具體論述。
1.1生物技術的應用
生物技術在生態環境工程中的作用體現在多個方面，以醫學為例，DNA重組技術的出現使得血漿蛋白相關臨床病理特征不再那么神秘。研究人員開始利用生物及時對血漿蛋白進行結構上的優化處理，并通過母體繁殖的方法，制造出了大量的人體蛋白，而這些蛋白在臨床上都具有極高的應用價值和顯著療效。與常規的臨床治療技術進行對比，生物技術的優勢特征主要體現在兩個方面，首先，生物技術的副作用低，由于人體蛋白是經由生態技術所獲取的，因此應用于人體具有很高的適用性，不良反應發生率極低；其次，由于生物技術能夠通過作用與人體網絡功能體系的方式來達到綜合醫療的臨床診治效果，因此比常規的化學療法或放射性療法具有更高的臨床適用性。
1.2基因工程技術的應用
以植物基因工程技術為例，隨著當前基因工程技術的不斷創新發展，我們已經構建起了完善系統的生物技術體現，經由將植物基因工程的相關研究內容放置到標準操作流程當中，不僅能夠植物基因工程在實際操作過程中科學性和準確性，同時還能夠幫助研究人員研制出更多的轉基因植物，進而產生大量的醫學蛋白，為醫學發展創造有利條件。
2現代生物技術繼續發展的建議
當前現代生物技術的創新發展對生態環境工程建設活動起了重要的推動作用，而為了適應當前日益增長的環境保護與綠色發展的要求，就需要我們進一步地發展現代生物技術的重要作用。由于上文針對生物技術和基因工程技術展開了論述，下面將繼續就這兩點分析繼續發展壯大現代生物技術的建議措施。
2.1提供生物技術在能源問題的應用效率
能源問題作為時展與經濟建設的重要問題，與生態環境之間有著密切的關系。這就給我們以有益提示，在發展生態技術的過程中，應當強調將生物技術與能源開發與利用有機地結合起來，一方面不斷提高舊能源的利用效率，另一方面不斷研究探索新型能源與綠色能源，著力轉變能源應用的傳統地位，嘗試新思路與新途徑。可以說，基于生物技術的能源開發與利用是未來經濟發展的重要途徑與趨勢之一。
2.2強化轉基因工程及時在環境自治問題上的應用效果
生態環境問題在迫使人類開始重新審視人與自然關系的同時，也開始讓人從環境保護的基本思路轉變為強調提高環境的自治能力，因此如何在發展的過程確保生態環境的自我恢復能力，已經成為當前環境工程的重要研究課題。以轉基因工程技術為例，通過將轉基因技術與新植物培育與養殖有機地結合起來，從而達到植物品種改良、土壤優化的目的。此外，研究人員還可以考慮改良一些具有顯著吸附能力的植物，通過將土壤中一些已經超標的金屬元素予以有效吸收，在提高土壤自身恢復能力的基礎上，提高當地生態環境的自治能力。另一方面，經由轉基因工程技術所培育出的植物在應用過程中能夠兼具經濟效益和社會效益，這就達到了二者的有機協調。
3結語
事實上，現代生物技術所涵蓋的范圍與內容及其廣泛，由于篇幅原因，本文在此只是簡單地選取了生物技術和基因工程技術兩方面的內容。當前現代生物技術在生態環境工程中的應用價值與實際效果已經為人為熟知，為了確保現代生物技術能夠在未來更好地為環境問題作出重要貢獻，就需要不斷實現該技術的創新與發展，不斷將現代生物技術與生態環境工程有機地結合起來，達到經濟效益和社會效益的和諧統一。
參考文獻
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生物技術可以幫助培育養殖優良的品種，培育的品種具有較強的適應性和生產價值。飼養中對飼料要求不高，且抗病能力強，擁有較好的發展空間和飼養前景。基因資源在生物技術的幫助下可以實現改良和延續。利用生物技術對傳統的優勢品種進行分析與基因采樣，可以幫助對優良品種的優勢加以量化分析，促進優勢資源得以廣泛的應用。如利用雜交改善當地的禽畜品種，利用外地資源和本地資源的優勢結合來改善地方品種，一方面，改善了地方品種的生產劣勢，另一方面，促進了地方品種優勢的保留。
2開發飼料資源
畜牧業中飼料對于生產十分重要，生物技術的接入可以通過微觀量化分析來對飼料的成分和作用進行分析，為飼料的改良和應用提供重要的技術支持。生物技術在飼料領域的應用還可以幫助改善飼料中的營養成分，如，發酵飼料的應用。生物技術改變了傳統的飼料來源，使其降低成本，更可以幫助禽畜提高自身的抵抗力和適應性，以此降低發病率。如，在一些國家已經開始對飼料植物進行技術改良，使之蛋白成分得到改善，對飼料植物的基因進行調整，從而使得飼料植物中的營養價值得到改善，使之更加適應某種禽畜。同時，也可在飼料生產中添加微生物，使得禽畜增加自身的免疫力，促進其自身抗體的形成，保護禽畜不受某種或者多種病毒的侵擾，從而降低禽畜的發病率。同時，應當關注的是全世界范圍的蛋白飼料缺乏問題，而生物技術可以利用微生物發酵技術獲得單細胞蛋白，從而解決青飼料蛋白不足的問題，提高飼料的應用效率。
3動物育種
動物育種中廣泛的應用生物技術，包括轉基因、克隆技術、DNA技術、胚胎技術等。運用現代的生物技術可以達到分子級別的培育效果，改善傳統的人工育種方式，針對性強，縮短了培育周期。加快了對品種優選、培育的時間，也提高了育種的質量。如生物技術可以將特殊的基因進行提取，利用一個基因或者基因簇的插入進行生物遺傳性再造，從而改變品種的某個特性，并完成表達、完成對種群的改造和品種優化。然后利用相關生物技術進行診斷和檢測，分辨遺傳改造的效果，對達到預期的小組進行保留，提高整個育種過程的準確性和速度，為畜牧業生產能力提高做出貢獻。
4禽畜生產
運用相關的生物技術對禽畜原有的生長要素進行干預，對其內部環境進行改善，使得禽畜機體代謝達到一個相對平衡的狀態，并向著人們需要的方向發展。如，生物技術合成的生長素可以改善禽畜自然的生長軌跡，促進禽畜在某個時期的生長速度和水平，降低禽畜采食量，并保證禽畜具備較強的抗病能力，而不會出現不良后果。
5獸醫臨床診斷
禽畜的疫病本身也是一種生物感染，因此利用生物技術對其進行診斷和控制是較為有效的。運用生物技術培育各種疫苗就是重要的應用方式。多種生物技術制劑和疫苗可以幫助針對性的控制疫病的出現和擴散，在生物技術的幫助下，疫苗也更加有效與方便。同時，利用生物技術也可幫助更快的診斷疫病的感染源，如限制酶分析、免疫印跡分析等都可更好、更快的診斷病源，且幫助指導采用針對性的措施控制病情。
6結束語
關鍵詞：生物技術；環保工程；處理
隨著經濟和科學水平的發展，我國的環境問題越來越嚴重，各地不斷出現的霧霾天氣以及水資源都發生的不同程度的惡化，是我們必須要重視和加強對環保工程的治理。目前生物技術由于其自身的特點逐漸受到學者的青睞，如何充分利用生物技術手段有效的解決一些環境污染問題，使環保工作得以順利進行已成為當前研究的熱點。
1 廢氣處理工程中的應用
在目前的廢氣處理生物技術中，生物膜法和生物過濾法是最為有效的方法。
1.1 生物膜法
生物膜法主要是指在多孔性介質填料的表面附著一些微生物，并促使污染廢氣能夠在填料床層中得到生物性的處理，將一些污染物吸附于孔隙表面，再對其進行科學利用。通過合理運用微生物的新陳代謝功能將廢氣中存在著的一些有害物質轉化降解為一些有機物、CO2、中性鹽。除臭主要分為三個過程：第一步，氣液擴散過程。氣體流經填料時，在生物膜的作用下氣態中的有害成分可在較短的時間內由氣態轉化為液態。第二步，液固擴散過程。液態的有害物質被吸附固定，逐漸在生物膜中擴散。第三步，生物氧化過程。填料中的微生物通過新陳代謝不斷氧化已經被固化下來的有害物質，將一些成分作為微生物的營養物質吸收，其他成分在風機的作用下被排放出填料塔。
1.2 生物過濾法
生物過濾法是指將收集到的廢氣通過滿是微生物的填料（也就是我們常說的固體載體），并且要求在適當的條件下，氣體物質首先被固體載體所吸收，之后被微生物分解，這樣廢氣的除臭就完成了。完成物質轉換這一功能的就是微生物，其成長和培育需要充足的有機養分，因此，填料內就需要擁有充足的有機成分，要想微生物具有較高的活性，那么必要條件就是需要一個很好的生存環境，因為微生物生長的環境直接影響了微生物的生長與繁殖，所以，在會改變微生物生長環境的情況下就應該注意其生長環境的溫度、含氧量、濕度等問題。
2 水體處理工程中的應用
目前，生物膜法，活性污泥法和生物-生態修復技術是常用的處理污水的有效方法。
2.1 生物膜法
所謂生物膜法啟是一種借助某些固體物表面的生物膜（或附著的微生物）來實現有機污水處理的生物技術。污水處理生物膜法的工作原理為首先生物膜把附著在水層的有機物吸附牢固，然后有機物經好氣層的好氣菌被分解，有機物流入厭氣層，有機物經厭氣被分解，流動水層沖掉老化的生物膜，最后新的生物膜生長出來，污水凈化完成。
2.2 活性污泥法
活性污泥法是指用微生物將廢水中的生物進行處理的方式。活性污泥包括好氣性的微生物和無機有機物所生成的微生物，微生物是用來對污染物質進行降解的主要物質，這種微生物是一種易與水分離的黃褐色物質。
2.3 生物-生態修復技術
生物-生態修復技術主要是利用微生物、植物等生物的生命活動，對水中污染物進行轉移、轉化及降解作用，從而使水體得到凈化，創造適宜多種生物生息繁衍的環境，重建并恢復水生生態系統。這種技術的目的是為了讓水體得到凈化，其中的媒介是微生物和其他的一些生物，其方式是通過移動、改變和降解。重新構建了并且恢復了水體中的生態系統。蘆葦床系統是利用性價比較高的各種水生以及半水生植物的處理污水的研究中效果最好的一個。這種修復技術因其獨特的優勢，如今已經成為了水污染處理和富營養化治理這兩方面的重要的發展方向，其優勢包括：性價比高、處理的效果明顯、耗能較低、向水體中投放藥物不會出現二次污染。
3 有機固體廢物處理工程中的應用
有機固體廢物通常是指可生化降解的有機廢物，他們通常含水率低于85%～90%，如有機垃圾、污泥、禽畜糞便、秸稈等。利用生物技術河以將有機固體廢物進行無害化、資源化處理。有機固體廢物處理中目前較為有效的方法有好氧堆肥法和厭氧消化法。
3.1 好氧堆肥法
好氧堆肥法是通過人工干預的方式將自然界中的微生物的種類和數量進行控制，使其與固體廢物中的易于生物降解的有機物在微生物的作用下不斷被分解，轉化為腐殖質的過程。
3.2 厭氧消化法
所謂厭氧消化法是在缺氧環境條件下，以接種生物或自然微生物為載體，把有機物轉化成甲烷氣體及二氧化碳的生物技術。厭氧消化技術目前已倍受國內外所關注，原因在于一方面能夠消耗掉大量的有機廢棄物；另一方面能夠獲取高質量的沼氣與堆肥產品進而實現生物質能的循環再利用，但是厭氧消化的最佳生物轉化條件、生態微環境以及設計完善的過程控制系統等方面，還需要進一步深入研究，以達到最佳的處理效果。
4 污泥和土壤中重金屬的處理工程中的應用
生物技術用于處理污泥和土壤中的重金屬，主要有微生物法、生物消解技術和植物修復技術。
4.1 微生物法
微生物法能有效地去除污泥中的重金屬離子。運用微生物法對污泥及金屬進行處理時，重金屬元素的去除與pH值有關，其PH值極為重要。微生物的代謝、吸附等特性可以大大促進污泥中的重金屬形態的轉變和促使重金屬元素的溶出。在對污泥、土壤中金屬的形式轉變進行加速處理時，對于微生物的特性運用較多，如代謝及吸附性。
4.2 生物消解技術
生物消解技術是應用生態學的理論，其中的不可缺少的物質是微生物以及蚯蚓，通過水蚯蚓與微生物協同作用，人工延長污泥處理過程的生物鏈，使污泥在傳遞過程中被生物消耗達最大化。同時應用生物吸附與富集重金屬機理，有利于污泥后續處置，控制重金屬污染，實現污泥減量化、資源化、無害化處理，達到環保和節省費用的目的。
4.3 植物修復技術
植物的修復技術是一種以植物分解或超量積累某些化學元素的生理功能為基礎，利用植物及其共存微生物體系來吸收、降解、揮發和富集環境中污染物的治理技術，該技術主要是指運用植物對環境進行降解處理，所運用到的媒介多為植物及微生物。此種處理技術極為簡便環保，僅對土壤具有一定要求。
結束語
環保問題現在已經成為我國經濟社會可持續發展的頭等大事，由于生物技術自身具有的優勢，它對環保工程的推進起到非常好的效果，環境污染的治理和控制將隨著新理論、新方法的運用而日益完善，同時為社會帶來一定的經濟效益，為國家的可持續發展做出重要的貢獻。
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現階段，人們的生活質量水平得到了進一步提高，對食品安全愈加重視。為了保障食品安全，就要采取相應措施檢驗食品安全。將現代生物技術應用在食品檢驗當中，能起到積極作用，食品安全檢驗的效率比較高，技術應用也較方便。本文主要闡述了食品檢驗中現代生物技術應用重要性和主要生物技術，對現代生物技術的應用和發展趨勢詳細探究。希望能借此理論研究，對現代生物技術科學應用起到一定促進作用。
關鍵詞：
現代生物技術；食品檢驗；技術應用
食品安全檢驗的方法較多，在隨著新技術的發展應用下，為食品檢驗工作提供了技術支持，大大方便了食品檢驗。從理論上深化對現代生物技術的應用研究，能為實際的食品檢驗工作提供參考依據，促進食品檢驗工作順利開展。
1食品檢驗中現代生物技術應用重要性和主要技術
1.1食品檢驗中現代生物技術應用重要性
食品安全問題已經成為社會話題，尤其在近些年出現的食品安全事件比較突出，嚴重威脅著人們的身體健康。加強食品檢驗就成為重點工作，傳統食品檢驗主要技術就是通過物理化學儀器，對食品檢驗的整體效率較低，很難滿足實際的需求。而在當前的科學技術進一步發展下，將生物技術應用在食品安全檢驗中，就能發揮積極作用[1]。現代生物食品檢驗技術的應用，主要是通過動植物自身對某化學物質特異性識別檢驗食品性質，能準確檢測出食品中各種成分，對保障食品安全起到了積極作用。另外，現代生物檢測技術的應用，彌補了傳統食品安全檢測的不足，提高了食品檢驗的效率和準確性。現代生物技術的應用，對食品的生產加工等各個環節都能應用，對食品的品質以及安全性和精密性的檢驗比較有利[2]。對食品的品質評價以及質量控制有著良好作用，未來的發展前景也比較廣闊。
1.2食品檢驗中現代生物關鍵技術
1.2.1生物傳感器食品檢驗技術
食品檢驗中運用的現代生物技術類型較多，其中生物傳感器技術是應用比較廣泛。在用生物傳感器技術檢驗食品時，是把生物相關特性作為依據，把信息輸入到傳感器識別系統當中，對輸入的信息識別分析，轉化成有效數據，這樣就能方便食品檢驗工作人員了解食品安全[3]。在對生物傳感器檢驗技術應用的優勢比較突出，對食品安全的檢驗比較迅速，檢驗的結果準確度較高，提高了食品檢驗的效率。
1.2.2生物酶食品檢驗技術
在食品的質量安全檢驗技術中，生物酶技術應用比較廣泛，這是對食品當中的農藥殘留以及微生物污染安全問題檢驗的技術，特異性比較強。生物酶技術是結合了免疫學以及酶學，檢驗技術應用比較廣泛，對食品的檢驗范圍在ng及pg，有著高精度的檢驗優勢，在實際的技術應用方面比較簡單[4]。對食品樣品當中所存在的有害成本，能夠準確識別，有助于保障食品檢驗工作過的質量，應用價值較高。
1.2.3PCR生物食品檢驗技術
現代生物技術中的PCR是重要技術類型，這一技術是從遺傳學角度對食品中微生物種類數量分析。通過對指定基因的分析，能有效判斷食品當中的微生物種類數量，能對轉基因以及基因克隆成分有效控制。這一技術在食品樣品微生物形狀和遺傳背景分析有著積極作用，對保障食品安全有積極作用[5]。在對食品樣品病原菌檢查后，能分辨食品當中致病菌種類和數量，為食品檢驗的工作質量提高打下了基礎。
1.2.4生物芯片食品檢驗技術
食品質量安全檢驗中對生物芯片檢驗技術的應用起到積極作用，這一技術的主要原理就是光導原位合成以及微量點樣，對食品樣品當中生物分子實施標記，對大量生物分子排序，固化在指定載體，從而形成二維分子排列，然后和已經標記的生物分子雜交，根據相應儀器的應用就能對生物分子信號強度分析，對食源性疾病臨界值加以判斷。這一新型檢驗技術，對食品安全的檢驗有積極作用。在這方面由夏俊芳等撰寫的《生物芯片應用概述》一文可知，目前世界上第一個能夠檢測肉類中獸藥殘留的生物芯片系統在北京國家工程研究中心研制的，該芯片能夠分析大量的生物分子，快速準確地完成肉類中獸藥殘留的檢測工作[6]。而唐曉明等利用基因芯片對從水中分離的20株細菌雜交檢測，用傳統方法對這些菌株鑒定，基因芯片檢測結果與傳統方法鑒定結果的一致性達95%。還有，陳廣全等研制了一種高通量檢測食品中常見致病微生物的寡核苷酸微陣列芯片，結果表明該芯片的特異性良好，在所檢測的菌株之間無交叉反應，與同屬其他菌株之間也不存在交叉反應。生物芯片技術在農產品安全檢驗中和保障食品安全方面發揮重要作用，在產生巨大經濟效益的同時，也在很大程度上保障了人們日常生活的安順。
2食品檢驗中現代生物技術的應用和發展趨勢
2.1食品檢驗中現代生物技術的應用
現代生物技術在食品檢驗的各個環節都能應用，對食品當中存在的有害微生物檢驗方面，發揮積極作用。食品質量安全其中比較嚴重的就是微生物威脅，對食品當中存在的微生物如果不能有效處理和控制，必然會對人的身體健康造成威脅。通過對生物技術的應用，對微生物生存特征和生理生化特征的了解，有助于判斷分析微生物的種類和含量，按照我國的食品質量安全保障的法律和行業的標準，對微生物的含量是不是存在超標的情況的判斷，能最大化把對人的身體健康的微生物威脅降低[7]。在生物技術中的PCR技術的應用能有效達到檢驗目標。食品檢驗中對生物傳感器技術的應用，能檢測食品的成分，以及檢測食品當中存在的添加劑。在技術應用的時候用生物傳感器檢測食品添加劑，對甜味劑以及發色劑的有效檢測[8]。在對食品的成分檢驗上也能發揮積極作用，食品成分也決定著食品的營養價值。通過生物傳感器技術對食品的成分檢驗有著顯著實用性。通過現代生物技術的應用，對食品當中存在的農藥殘留檢驗，也能發揮其積極作用。食品當中的農藥殘留超標，必然會威脅人的身體健康。在生物技術的應用下，能對食品中農藥殘留精確分析，有效保障食品的安全，所應用的技術中通過生物酶技術以及生物傳感器技術，能對食品農藥殘留準確檢驗。食品質量檢驗中生物技術應用在轉基因食品的檢驗方面比較重要，當前食品當中出現的轉基因食品種類比較多，轉基因食品對人的身體健康和生態環境會造成一定影響，加強對轉基因食品的檢驗，就能保障食品安全[9]。通過相應生物技術的應用，對轉基因食品檢驗，主要是對食品中酸檢測以及蛋白質和酶活性檢驗。在這些方法的應用下，能有助于保障食品安全。
2.2食品檢驗中現代生物技術的應用發展趨勢
2.2.1高效性發展趨勢
現代生物技術在食品檢驗當中的應用發展，隨著科學技術的進步，生物技術的應用將會向著高效性方向邁進。對食品的質量安全檢測工作實施，要在時間上節約，這就對食品質量安全檢測的效率要求有所提高，要在短時間內完成食品檢驗的任務，所以保障生物技術的應用高效性就顯得比較重要。結合我國的法規和行業標準，對食品的檢驗科通過PCR生物技術對食品微生物檢測，能大大提高檢測效率。
2.2.2多樣化發展趨勢
食品檢驗工作實施過程中，對現代生物技術的應用就要充分重視技術的多樣化，這樣才能保障食品質量安全檢驗的準確性。在我國的工業化發展進程進一步加快下，工業生產帶來的污染問題愈來愈嚴重，而食品受到污染的現象比較突出。在各種污染源的影響下，食品的質量安全問題也比較多，采用單一的檢驗技術已經不能滿足食品檢驗工作的需求，所以采用多樣化的生物檢驗技術應用就比較重要[10]。保障生物檢驗技術對多種有害物質檢測，要加強抗干擾能力，從而保障食品質量安全。
2.2.3靈敏性發展趨勢
在食品檢驗工作實施中，現代生物技術的應用在靈敏性的要求上愈來愈嚴格。科學技術的進步在各個領域中都得到了提高，發揮著重要作用。在食品檢驗領域中，對生物技術的應用提高食品檢驗的質量，提高技術應用的靈敏性就顯得比較重要。有的食品污染是受到農藥殘留的因素影響，對人體健康有著嚴重威脅，而保障生物技術的應用靈敏性，提高檢驗的準確率，才能保障食品的質量安全。
3結語
綜上所述，近些年的食品安全問題頻發，對食品安全檢驗已經成為保障人們食品安全食用的重要舉措。在現代化的發展過程中，加強食品的檢驗效率提高，通過生物技術的科學性應用就顯得比較重要。從理論上對生物技術的應用研究，就能進一步深化生物技術的應用認識，從而為實際食品質量安全檢驗工作的實施打下理論基礎，為實踐提供參考依據。
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關鍵詞：生物技術 紙漿造紙 應用研究 發展前景
隨著人們對生物技術的深入研究，其在紙漿造紙中的應用前景也更加誘人，而且生物技術中各種酶的應用，對生物漂白、減少污染發揮了至關重要的作用，同時，還改善了紙漿纖維的性能，提高了造紙技術。下面筆者就簡單分析生物技術在紙漿造紙中的各種應用，旨在探討生物技術在紙漿造紙中的作用。
一、生物技術在造紙原料中的應用
1.原木去皮
造紙的原料就是木材，而在以木材為原料的造紙中，第一道工序就是原木去皮，當前的原木去皮都是在去皮機中完成的，為了保證紙漿的白度，去皮機必須廣泛的對其進行去皮，這在一定程度上也會導致原材料的損失，對紙漿造紙是非常不利的；而近年來，科學家發現生物中的酶能夠有效的降解木材形成層，從而達到對原木去皮的功效，而且生物酶去皮，還能降低去皮機的能源損耗。
2.木材的防腐
化學防腐劑對人體是十分有害的，因此，近年來，我國的造紙工廠也正在減少化學防腐劑的應用，而是尋求新的木材防腐原料，經過研究發現，木材腐爛的主要原因就是其被細菌尤其褐腐菌分解，進而導致的木材腐爛，因此，想要防止木材的腐爛，我們必須尋求能阻止褐腐菌分解的生物酶，從而有效的控制褐腐菌的分解，達到木材防腐的效果。
二、生物技術在制漿中的應用
1.生物技術在化學制漿中的應用
傳統的化學制漿就是利用硫酸鹽法進行制漿，這種制漿方法只去除了原木中90%的木素，仍有10%木素留在原木中，這也導致化學制漿制出來的紙張比較暗黃、呈棕色等的主要原因。
根據傳統化學制漿的這一弱點，我們在化學制漿中，利用微生物（真菌）或者生物酶對原材料進行處理，不僅能夠提高原木的脫木素率，還能夠有效減少化學用品的用量以及對原材料的損耗，從而更好的提高紙漿的質量。例如，利用生物中的白腐菌對造紙原材料進行處理，并應用硫酸鹽法進行制漿，這樣制出來的紙漿的白度、伸長率、耐破率都明顯高于普通化學制漿的效果，且造紙時間能夠縮短一半。
2.生物技術在機械制漿中的應用
由于機械制漿中各種機械的使用，大大提高了機械制漿的制漿效率，且機械制漿的污染較低、投資較少，與化學制漿相比，有著明顯的優勢，在近幾十年來的制漿造紙中，應用的比較廣泛。但是機械制漿也有很多缺點，例如，造出來的紙張強度差、制漿設備的能耗高等，且適用于機械制漿的木材較少，而通過研究發現，將生物技術應用到機械制漿中，能夠有效改善機械制漿存在的缺點。
2.1生物制漿能夠節約能源
減少機械制漿中的能源損耗，是最為關鍵的問題，而利用生物技術進行制漿，就能有效減少機械制漿的能源損耗，生物制漿，主要是利用真菌對原木進行處理，真菌中的白腐菌能夠有效地對原木中的木素進行分解，能夠最大化的分解木素，從而減少原木中的木素，有效提高紙漿的白度。但是，單純的利用白腐菌處理還不能達到生物制漿的標準，因此，利用生物制漿法進行制漿，首先要先利用真菌對原木進行軟處理，然后利用不同類型的白腐菌對木片進行脫木素處理，這樣就能有效降低機械制漿對能源的損耗，而且大大提高了紙張的耐破率。
2.2生物制漿能夠減少得率損失
利用機械制漿，尤其是熱磨機械制漿時，在原木材料中總會釋放出一些溶解性的膠體物質，利用生物乙酞脂酶對這些膠體物質進行處理，能夠提高紙漿懸浮液中的干纖維量，也就減少了機械制漿中的得率損失，這種生物制漿法主要應用的是乙酞脂酶對TMP纖維的吸附作用。
2.3生物制漿能夠有效控制原木中的可溶性物質
應用機械進行制漿，原木中的可溶性物質，如脂肪酸、甘油三酸酯、樹脂等，難免會溶解在制紙工藝中，從而在紙張上留下污點，影響了紙張的質量。使用樹脂較低的原木、在紙漿中添加明礬等，都能有效降低樹脂對紙漿的污染，但是那樣會減少原材料的種類，而且化學物質的添加也會在一定程度上影響紙張的質量。因此，利用生物技術控制原木中的樹脂溶解是比較可行的方法，如，在磨漿之前，利用微生物處理原木木片或者在磨漿之后，利用生物酶（樹脂酶）處理原木木片，都能有效降低原木中的樹脂含量。
對于原木中的脂肪酸和甘油三酸酯，我們可以利用脂肪酶進行分解，從而減少原木中的脂肪酸、甘油三酸酯的含量，達到提高紙質、紙張白度的效果。
通過以上結果，可以看出，樹脂酶和脂肪酶的應用，能夠有效控制原木中的可溶性物質，減少其對紙張的污染，提高紙張的白度。
三、生物技術在紙漿漂白中的應用
對紙漿進行漂白，是造紙工藝中不可缺少的重要步驟，它主要是通過對制漿中殘留的原木木素進行分解，使其能夠徹底溶解，從而提高紙張的白度，傳統的化學物質漂白劑對人體有非常大的危害，因此，近幾年，我國造紙工藝已經在尋求利用生物酶進行紙漿的漂白，且取得了一系列的成果。
利用生物酶對紙漿進行漂白，采用的主要是半纖維素酶，它能夠有效去除原木中的半纖維素以及木聚糖，使原木中的木聚糖和木素分離，能夠提高后期漂白藥劑的使用效果，能夠有效減少化學漂白劑的應用，從而降低造紙工藝對環境的污染。生物酶在漂白中的作用表
四、生物技術在脫墨中的應用
利用生物技術進行紙漿的脫墨處理，主要是應用的纖維素酶和半纖維素酶，通過這兩種生物酶的處理，紙漿的游離度得到了提高、短纖維減少、強度增加，有效地提高了紙漿的質量；除此之外，利用生物酶進行紙漿脫墨，減少了由于化學藥品脫墨造成的環境污染。
五、生物技術在廢水處理中的應用
生物技術在廢水處理中的應用主要分為兩種方法，生物處理方法以及微生物處理方法。生物技術處理紙漿廢水，主要利用的是生物的分解作用，將廢水中的有機污染物都降解為了無害穩定的物質，研究結果表明，利用生物技術進行廢水處理后，廢水中的COD去除率達到了94%，SS去除率達到了97%，BOD去除率達到了85%，與傳統的廢水處理方法相比，大大降低了廢水中的有害物質，減少了對環境的污染。
【關鍵詞】生物技術，環境保護，應用
前言：隨著我國工農業的迅速發展，環境污染問題也隨之而來。 目前我國的生態環境基本狀況屬于局部在改善，整體在惡化，環境的破壞速度遠遠超過了我國環境的治理速度，生態赤字程度在不斷擴大。 生態環境作為一種全社會共享的公共財產，它的好壞程度，直接影響著所有人的利益。
1 生物技術在環境保護中的應用分析
1. 1 生物技術在環境監測中的應用
1. 1. 1 生物芯片和生物傳感器應用于環境監測生物芯片、生物傳感器是利用固定在載體上的生物大分子與檢測對象間的特異性地相互作用的原理做成的檢測模塊。載體上的生物大分子與檢測對象相互作用的過程中發生的物理或化學變化現象轉化成生物電信號，檢測系統將電子信號放大，可得到與生物轉感器或生物芯片相互作用的環境物質的相關信息。這類檢測方法靈敏度高、針對性強、檢測速率快，目前已有產品成功應用于環境監測領域，諸如生物需氧量生物傳感器、微生物毒性生物傳感器等。
1. 1. 2 生物免疫檢驗生物免疫檢驗是利用檢驗系統的免疫自我識別功能，對環境毒性物質進行抗原或抗體的特異反應而檢測環境毒性物質。該方法靈敏度高、針對性強、操作方便、成本低，目前已廣泛應用到環境污染物的實時監控領域。
1. 1. 3 Ames 實驗1975 年美國加利福尼亞大學 Ames 教授建立 Ames 實驗。該實驗廣泛應用于食品、化妝品的致突變性。方法適用于測試樣品中的混合污染物，反映的是多種污染物的綜合致突變效應，是一種較好的環境潛在突變物的預警手段。
1. 2 生物技術在廢氣治理中的應用隨著現代工業的發展，不可避免的會產生大量有機廢氣，如不經過處理直接排入大氣層中，會產生嚴重的空氣污染，最終危害人們的健康。有機廢氣的處理方法有物理法、化學法、生物法等，生物法是基于 “雙膜理論”發展而來的新技術，與傳統有機廢氣處理方法相比，具有成本低、效率高、安全性好和無二次污染等優點，因此，應用生物處理技術凈化有機廢氣逐步成為應用越來越廣泛的有機廢氣治理新技術。生物法治理廢氣工藝有很多種，比如生物濾池法、生物滴濾法、生物洗滌法、生物吸附法等。生物法理有機廢氣包括氣液轉化階段、生物吸附吸收階段和生物降解階段三個階段。諸如，美國有公司利用微生物分解有機物的能力處理工業性惡臭氣體，取得了滿意的除臭效果，且無二次污染產生，德國的科學家利用生物濾池法處理含硫化氫氣體，90%以上硫化氫得以去除。有機廢氣生物處理技術是一項新興的新方法，不但成本低、能耗少，而且處理效率高。但是，應用生物方法處理有機廢氣也存在著不足之處。比如，生物法在處理低濃度有機廢氣時效果良好，處理高濃度有機廢氣的治理效果欠佳，生物過濾法所用填料的比表面積、孔隙率等直接影響有機廢氣的處理效果，高比表面積、高孔隙率的填料方面的研究和產品還很少，有待更深入的研究。
1. 3 生物技術在污水凈化中的應用
1. 3. 1 生物強化處理法為了提高常規活性污泥法的效能，通過提高系統微生物濃度或者投加生物強化材料成為生物治理技術發展的一個主要方向。主要強化方法有： （1） 高濃度活性污泥法。通過培養顆粒污泥等方法，提高生物系統中污泥濃度，延長齡泥，從而促進對難分解物質的處理，提升污染物降解效能。高濃度活性污泥系統中有效微生物的數量是常規活性污泥法的 3 ～ 5 倍，從而大大降低了污泥負荷，提高系統污染物處理效果。日本有科學家采用該方法處理難分解的聚乙烯醇廢水，取得顯著效果。（2） 化學生物絮凝法。它是 20 世紀 80 年代興起的一種強化生物處理技術。是在常規活性污泥中加入氯化鐵、聚合氯化鋁、硫酸鐵等混凝劑，形成生物鐵或鋁絮凝體活性污泥。這種污泥呈顆粒狀，沉降性能好，可避免污泥膨脹現象，同時通過周期性排泥，除磷效果好。（3） 生物活性炭法，該方法是美國杜邦公司在 1972 年提出的一種生物強化處理方法，用于處理化工廢水，取得了很好的效果。該方法借助活性炭優良的吸附能力以及微生物氧化能力的協同增效作用，提升污染物去除效能。中國的張旭等利用生物活性炭工藝處理石油類污染地下水，發現該技術對石油類污染物的平均去除率為 45. 4%，同時提升了系統的脫氮效果。
1. 3. 2 固定化微生物法
固定化微生物技術是 20 世紀 70 年展起來的。這種技術通過將微生物固載到一定的填料或載體上，提升系統中有效微生物的數量，同時可富集污泥齡較長的微生物，并且固、液分離效果好，減少占地面積，縮短水力停留時間。實踐證明，固定化微生物技術的容積負荷可達常規活性污泥法的 3 ～7倍，同時可取得 50%以上的的脫氮效果。敬一兵等利用海藻酸鈉與戊二醛進行交聯作為微生物固定化載體處理味精廢水，系統的 COD 去除率在 70% 以上，總氮去除率在 60% 以上。王增長等人利用聚集交聯固定化細胞技術，將篩選的脫色菌固定在活性污泥絮體上，投加到 “厭氧 - 好氧 - 生物濾池”系統中處理印染廢水，發現處理后出水色度極低，可實現廢水回用。固定化微生物技術可增加生物系統中的微生物濃度，提高污染物去除效率，是現有污水處理廠擴容、提升處理能力的一個切實可行的方法。
1. 3. 3 投加特種菌法
投菌法就是篩選出對特定污染物有較強降解功能的微生物，直接或者放大培養后投加到生物系統中，可以使生物反應器中的特定細菌處于最佳狀態，以提高特種污染物的處理效率。該方法對于毒性或者難降解廢水處理效果好，經濟成本低，但對于常規廢水經濟成本偏高。例如，中科院微生物研究所從上海石化廠分離出能夠去除硫氰酸鈉的混合菌種處理硫氰酸鈉廢水，可使得兩段生化工藝的硫氰酸鈉的去除負荷提高2 ～4 倍，出水水質也得到了顯著提升。
2 生物技術在其他領域中的應用
生物技術除了可應用在廢水處理、廢氣凈化、固體廢棄物的處置以及環境污染的快速監測等領域，還可以應用在污泥處理與處置、農業環境保護以及場地修復等領域。由于農藥、化肥等的大量使用已引起土壤、地下水、水系和海洋的嚴重污染，世界各個國家都積極制定了各類環境修復計劃，其中生物修復技術得到了很高的重視。例如，歐洲的德國、丹麥、荷蘭等國家非常重視生物修復技術，他們利用微生物分解有毒有害物質，把生物修復技術作為治理大面積區域污染的一種有價值的方法。美國也在積極推進生物修復技術的研究和應用，美國能源部組建了 “生物修復行動委員會”來推進生物修復技術的研究和工程實施。
3 結語
生物技術以其成本低、產出高、無二次污染等諸多優點，在環境保護中已獲得了廣泛的應用，并取得了明顯的經濟效益、環境效益和社會效益。雖然生物技術還存在不如化學技術快速、效率高、條件要求高等不足，但是隨著現代生物技術的快速發展，以及經濟快速發展導致的資源短缺、環境狀況惡化情況的加劇，生物技術的環境保護功能顯得越來越重要。可以推測，現代生物技術的迅猛發展及其在環保領域的廣泛應用必將成為解決資源短缺、能源危機以及環境問題的有力手段，在環境保護領域得到更高的重視和推廣。
參考文獻
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1我國生態環境現狀
隨著我國工農業的迅速發展,環境污染問題也隨之而來,主要體現在空氣污染、水污染、土壤污染、固體廢物污染等幾個方面。目前我國的生態環境基本狀況屬于局部在改善,整體在惡化,環境的破壞速度遠遠超過了我國環境的治理速度,生態赤字程度在不斷擴大。生態環境作為一種全社會共享的公共財產,它的好壞程度,直接影響著所有人的利益。
2生物技術在環境保護中的實際應用
隨著分子生物、細胞融合以及基因工程等生物技術在不斷發展和完善,生物技術的研究領域也在不斷的擴大,現已經發展成為解決生態環境污染問題的重要手段之一。
2.1生物技術在土壤污染治理中的應用
生物技術在土壤污染治理中的應用主要體現在重金屬污染的修復中,修復重金屬污染的過程,主要是通過植物或者微生物的生物作用來達到凈化和消減土壤中的重金屬,從而降低重金屬的毒性。土壤中的重金屬通過生物作用轉變成化學形態,其化學形態可以使其固定或者解除其毒性。經過凈化和削減的重金屬通過生物吸附功能又進一步的減少了其在土壤中的含量甚至消除。土壤中的重金屬含量減少或者被完全去除后,其有機質的含量才能夠提高,生態結構才可以得到很好的改善,從而得以更好地固定土壤,避免水土的流失。
2.2生物技術在水處理中的應用
污水中含有很多成分復雜的有毒物質,生物技術有利于改善水體的質量以及治理水體污染。水體中的一部分有毒有害物質可以通過微生物自身的新陳代謝等生命活動來去除;在污水處理方面,固定化酶技術是應用最為廣泛的生物技術。固定化酶技術通過化學鍵合法或者武力吸附法來使得水溶性酶與水體中不溶性載體結合,使得固定化酶變成保留催化活性但不溶于水的衍生物,這種方式可以有效地處理污水中的有機物污染。另外,活性污泥法、人工濕地處理系統工程、生物膜處理法等等方式都是常見的改善和處理水污染的生物技術。
2.3生物技術在廢氣凈化方面的應用
將生物技術應用于水體的改善和水污染的處理方面已有很長的歷史,但是該技術應用于廢氣治理方面的時間還很短,研究范圍和深度也是有限的。上個世紀80年代末期,很多學者已經開始研究將生物技術應用于工業廢氣的凈化處理方面。吸附法和過濾法是目前生物技術應用于廢氣污染處理的主要技術,在含有乙醛、酚以及胺等空氣污染區主要采取吸附法來凈化空氣,通過吸附法處理后,上述污染物氣體的去除率可以高于百分之九十。生物過濾法主要用于臭味廢氣的降解方面。當代采用生物技術處理廢氣方式與傳統廢氣處理工藝相比具有高安全性、成本低、效率高等優勢。
2.4生物技術在固體廢物處理中的應用
隨著社會工業化程度的加深,固體廢物也越來越多,如生活垃圾、建筑垃圾、工業和農業生產廢物等。生物技術可以將固體廢物進行資源化、無害化、減量化處理。通過這種方式的處理,固體廢物可以成為用于農業生產的肥料或者其他有用產品,實現變廢為寶。生活垃圾一般采取堆肥工藝進行處理,具體可以分為厭氧堆肥和好氧堆肥,高溫好氧堆肥是當下研究的最為熱門的工藝。采用高溫好氧堆肥產生的肥料可以有效地改良土壤、增強土壤中的肥效。通過生物技術處理,城市生活垃圾可以變廢為寶,實現垃圾資源化,最終達到保護環境的目的。
3生物技術在環境保護中的發展前景
3.1微生物脫硫技術的開發
煤的燃燒會產生大量有毒氣體SO2,造成空氣污染。如果利用微生物脫去煤中含有的無機硫和有機硫,就可以有效地控制煤在燃燒過程中有害氣體的排放。這些微生物包括氧化亞鐵硫桿菌、硫桿菌、酸熱硫化葉菌等。日本已通過利用氧化亞鐵硫桿菌來脫除H2S,且脫出率已達到99.99%。在燃煤的處理過程中,可以將微生物脫硫技術和浮選工藝相結合來實現煤與黃鐵礦分離,達到清除或者降低燃煤排放SO2的目的。另外,微生物還可以應用于石油的脫硫。今后,微生物脫硫技術以及高活性脫硫菌種的研制和培養,配以清潔技術的研究領域將會備受關注,同時也會成為解決原煤燃燒產生SO2污染的最佳途徑。
3.2其他方面的技術開發
