馬鴻燕

（甘肅省武威第一中學(xué)，甘肅武威 733000）

近年來，隨著生態(tài)環(huán)保理念的不斷深入，越來越多的行業(yè)開始著手通過先進(jìn)技術(shù)手段來尋求可持續(xù)性的發(fā)展模式和技術(shù)。受能源供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革的影響，我國能源行業(yè)的發(fā)展結(jié)構(gòu)正在發(fā)生相應(yīng)的變化，煤炭、石油等傳統(tǒng)能源正在由一系列新生能源所替代[1]。在眾多的傳統(tǒng)能源替代品中，基于基因工程技術(shù)基礎(chǔ)上開發(fā)的生物燃料是國家尤為重視的類型。相關(guān)實(shí)踐也表明，基于基因工程技術(shù)基礎(chǔ)上開發(fā)的生物燃料不僅具有燃燒性高、污染小的特點(diǎn)，還擁有可再生的優(yōu)點(diǎn)，這充分印證了推動(dòng)基因工程技術(shù)在生物燃料中應(yīng)用的重要性和必要性[2]。

1 基因工程技術(shù)概述

基因工程技術(shù)是基因工程中的重要技術(shù)內(nèi)容，而基因工程是生物工程的一個(gè)重要分支，其與細(xì)胞工程、酶工程、蛋白質(zhì)工程、微生物工程共同構(gòu)成了生物工程。關(guān)于基因工程技術(shù)的研究，最早追溯到20世紀(jì)70年代。經(jīng)過半個(gè)世紀(jì)的研究與探索發(fā)展，基因工程技術(shù)已然成為目前科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域的重要研究內(nèi)容，在醫(yī)藥研發(fā)、生態(tài)環(huán)境保護(hù)、新能源開發(fā)、食品生產(chǎn)等方面得到了廣泛的應(yīng)用[3]。

基因工程技術(shù)是指借助人工的方式將所需要的某一供體生物的遺傳物質(zhì)——DNA大分子提取出來，在離體條件下用適當(dāng)?shù)墓ぞ呙高M(jìn)行切割后，將其與作為載體的DNA分子連接起來，然后與載體一起導(dǎo)入某一更易生長、繁殖的受體細(xì)胞中，讓外源物質(zhì)在其中生存并進(jìn)行正常的復(fù)制和表達(dá)，進(jìn)而獲得新物種。常規(guī)操作中，基因工程技術(shù)的應(yīng)用主要分為獲取目的基因、目的基因與運(yùn)載體結(jié)合、將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞、目的基因檢測和表達(dá)4個(gè)步驟開展。

與傳統(tǒng)生物技術(shù)相比，基因工程技術(shù)表現(xiàn)出了一些新的特點(diǎn)和優(yōu)勢。一方面，基因工程技術(shù)應(yīng)用中的基因轉(zhuǎn)移不會(huì)受種間親緣關(guān)系的限制，可以在生物種外的個(gè)體間進(jìn)行基因重組；另一方面，基因工程技術(shù)轉(zhuǎn)移基因功能相對比較明確，且后代的表現(xiàn)形式也可以通過一定的技術(shù)方式進(jìn)行準(zhǔn)確預(yù)測。正是基因工程技術(shù)的這些優(yōu)勢，使其成為生物燃料開發(fā)中重點(diǎn)應(yīng)用的技術(shù)內(nèi)容。

2 基因工程與生物能源的關(guān)聯(lián)性分析

生物能源是利用可再生、無公害的生物質(zhì)獲取能量的一種轉(zhuǎn)化性能源類型，其開發(fā)與使用符合可持續(xù)發(fā)展和循環(huán)經(jīng)濟(jì)的理念。生物能源的開發(fā)與生物技術(shù)、基因工程技術(shù)密不可分，生物能源開發(fā)中包括的促進(jìn)光能產(chǎn)物的積累、采收后纖維素的降解以及能源植物在缺水環(huán)境下的生長和植物耐受低溫的特征塑造等在內(nèi)的轉(zhuǎn)化條件和過程均可以通過基因工程技術(shù)來實(shí)現(xiàn)。也正是如此，基因工程技術(shù)與生物能源尤其是生物燃料的開發(fā)有著密切的關(guān)聯(lián)性。

2.1 基因工程為生物能源的高效率獲取提供了技術(shù)支撐

生物能源是從太陽能轉(zhuǎn)化而來的，其轉(zhuǎn)化的過程是通過綠色植物的光合作用將二氧化碳和水合成生物質(zhì)，而生物質(zhì)在使用過程中會(huì)重新生成二氧化碳和水，從而在物質(zhì)的循環(huán)過程中實(shí)現(xiàn)能源的生產(chǎn)?；蚬こ套鳛樯锔脑旒夹g(shù)，可以被用來改造綠色植物的基因，進(jìn)而使綠色植物的能量吸收、轉(zhuǎn)化過程和條件得到優(yōu)化，從而實(shí)現(xiàn)更好的生物能源生產(chǎn)效果。例如，借助基因工程技術(shù)可以對綠色植物的DNA進(jìn)行重組，進(jìn)而提高植物的抗凍性，使其可以在寒冷的冬天正常進(jìn)行生物能源的生產(chǎn)。

2.2 生物能源為基因工程的發(fā)展提供了新的領(lǐng)域

基因工程作為一種技術(shù)內(nèi)容，其價(jià)值需要通過基因改造的過程和結(jié)果得到體現(xiàn)，如果離開了技術(shù)的應(yīng)用，基因工程的真正意義就會(huì)被埋沒。生物能源作為現(xiàn)代人類社會(huì)發(fā)展中高度重視和積極研究開發(fā)的領(lǐng)域，為生物能源的應(yīng)用創(chuàng)造了現(xiàn)實(shí)條件和環(huán)境，使更多的研究者和開發(fā)者基于生物能源開發(fā)的需要來研究和應(yīng)用基因工程，并在基因工程的應(yīng)用中豐富和發(fā)展相關(guān)的技術(shù)內(nèi)容，從而促進(jìn)基因工程的不斷發(fā)展和創(chuàng)新。

正是上述兩方面因素的綜合作用，使得將基因工程技術(shù)應(yīng)用到生物燃料開發(fā)中有了基礎(chǔ)性和科學(xué)性的支持，也正是因此，越來越多的國家、企業(yè)愿意投入更多的資源來支持基因工程技術(shù)在生物能源尤其是生物燃料方面的開發(fā)與應(yīng)用。

3 基因工程技術(shù)在生物燃料研究與生產(chǎn)中的應(yīng)用

目前，關(guān)于基因工程技術(shù)在生物燃料研究與生產(chǎn)中的應(yīng)用尚處于起步階段，相關(guān)的技術(shù)應(yīng)用正處于試驗(yàn)期。結(jié)合生物燃料生產(chǎn)的實(shí)際情況來看，基因工程技術(shù)的應(yīng)用主要體現(xiàn)在以下3方面。

3.1 基因工程技術(shù)在生物丁醇生產(chǎn)方面的應(yīng)用

生物丁醇是一種新型生物燃料，其原料生產(chǎn)工藝與生物乙醇較為相似，但在熱值方面要高于生物乙醇?；蚬こ碳夹g(shù)在生物丁醇生產(chǎn)方面的應(yīng)用主要體現(xiàn)為提高生物丁醇的生產(chǎn)效率。在生物丁醇生產(chǎn)過程中，可以借助生物基因工程技術(shù)對生物DNA的合成途徑進(jìn)行相應(yīng)的編輯、修改，也可以通過其他途徑對生物基因進(jìn)行抑制或者刪除操作，從而提高生物丁醇的產(chǎn)率，降低生物燃料生產(chǎn)的成本。

3.2 基因工程技術(shù)在微藻生產(chǎn)方面的應(yīng)用

微藻是生物柴油生產(chǎn)過程中的重要原料，而生物柴油是典型的生物燃料。由于微藻油脂積累的數(shù)量很難超過30%，因此，提高微藻油脂含量便成為生物柴油生產(chǎn)過程中的制約瓶頸[4]。在基因工程技術(shù)的支持下，可以培養(yǎng)出油脂含量較高的藻類，從而提高藻類吸收陽光和轉(zhuǎn)化能量的效果，逐步解決生物燃料生產(chǎn)方面的難題。

3.3 基因工程技術(shù)在微生物生產(chǎn)方面的應(yīng)用

微生物是生物燃料尤其是乙醇類燃料生產(chǎn)中的重要原料。在微生物發(fā)酵過程中，乙醇等產(chǎn)物的生成會(huì)在一定程度上限制生物本身的生理活性，進(jìn)而降低微生物細(xì)胞的密度，影響生物燃料的產(chǎn)率。借助基因工程技術(shù)，可以對抑制微生物產(chǎn)物的相關(guān)基因進(jìn)行分析和改造，從而改變基因的屬性，使微生物的屬性發(fā)生明顯的變化，最終適應(yīng)生物燃料生產(chǎn)的要求。

4 基因工程技術(shù)在生物燃料中應(yīng)用的難點(diǎn)及破解策略

雖然基因工程技術(shù)在生物燃料生產(chǎn)中的應(yīng)用具有較大的空間，但受現(xiàn)有技術(shù)的制約，基因工程技術(shù)的應(yīng)用仍然面臨較多的問題和不足，需要通過相應(yīng)的技術(shù)措施加以破解，而這也成為未來基因工程技術(shù)研究與應(yīng)用中的重點(diǎn)內(nèi)容。綜合來看，基因工程技術(shù)在生物燃料中應(yīng)用的難點(diǎn)主要有以下2方面。

4.1 技術(shù)應(yīng)用不穩(wěn)定

目前，關(guān)于基因工程技術(shù)在生物燃料生產(chǎn)方面的應(yīng)用正處于研究探索的初級(jí)階段，雖然各國都將生物燃料生產(chǎn)納入到了能源戰(zhàn)略計(jì)劃之中，但受技術(shù)門檻的限制，多數(shù)研究方案在實(shí)際的研究與應(yīng)用過程中均遭遇了瓶頸。而基因工程技術(shù)在不同生物質(zhì)的應(yīng)用方面存在明顯的差異，導(dǎo)致技術(shù)應(yīng)用會(huì)受生物質(zhì)載體不穩(wěn)定的影響，最終出現(xiàn)技術(shù)應(yīng)用的不穩(wěn)定現(xiàn)象。

針對這一問題，研究主體要通過廣泛的研究來尋求真正穩(wěn)定的生物質(zhì)類型，將其作為基因工程技術(shù)研究的主導(dǎo)方向。同時(shí)，要從生物能源生產(chǎn)的原理方面著手，尋求基因工程技術(shù)應(yīng)用方法方面的創(chuàng)新，以新的方法來適應(yīng)生物質(zhì)不穩(wěn)定性的特點(diǎn)。

4.2 應(yīng)用成本高，難以產(chǎn)業(yè)化推廣

基因工程技術(shù)在生物燃料中應(yīng)用的主要目的在于解決生物燃料大量生產(chǎn)的難題。雖然目前的研究證明基因工程技術(shù)在生物燃料生產(chǎn)方面具有應(yīng)用的可行性，但受生物質(zhì)自身屬性或者生長環(huán)境的限制，生物燃料的生產(chǎn)需要的資金、設(shè)備和場地等資源的投入量比較大，導(dǎo)致生物燃料生產(chǎn)的成本比較高，難以實(shí)現(xiàn)大范圍、規(guī)模化的應(yīng)用。以微藻生物柴油生產(chǎn)為例，雖然基因工程技術(shù)可以改善藻類的油脂含量，但藻類的密度只能達(dá)到1%～2%，如果太密會(huì)導(dǎo)致藻類無法吸收陽光，這種對陽光、水等生長條件的高要求，使得藻類的培養(yǎng)需要大型場地作為支持，而這限制了該方式在土地資源稀缺區(qū)域的應(yīng)用[5]。

對于應(yīng)用成本高的制約性問題，一方面要通過基因工程技術(shù)應(yīng)用的深入研究來尋求生產(chǎn)工藝方面的改良，簡化燃料生產(chǎn)對生物生長環(huán)境條件的要求；另一方面則要在不同環(huán)境下進(jìn)行技術(shù)應(yīng)用的實(shí)現(xiàn)，并通過不同條件的對比來找到最為普遍的應(yīng)用模式，將其作為技術(shù)應(yīng)用研究的主攻方向，以確?；蚬こ碳夹g(shù)能夠被普遍性應(yīng)用。

5 結(jié)語

生物燃料作為傳統(tǒng)能源的重要替代品，具有十分重要的應(yīng)用價(jià)值和非常廣闊的應(yīng)用前景。在當(dāng)前深入探索基因工程技術(shù)在生物燃料生產(chǎn)中應(yīng)用的背景下，相關(guān)人員需要根據(jù)研究的實(shí)際情況確定制約基因工程技術(shù)在生物燃料生產(chǎn)中應(yīng)用的因素，將其作為進(jìn)一步技術(shù)研究的突破口，實(shí)現(xiàn)技術(shù)應(yīng)用方面的新突破，真正實(shí)現(xiàn)生物燃料生產(chǎn)的低成本、高效能目標(biāo)。