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        1. 日常生活中的生物技術示例

          生物技術是涉及使用生物系統、活的有機體或其衍生物來制造對人類有用的產品的科學領域。生物技術幫助我們解決許多問題,例如傳染病、改善食品質量、化石燃料短缺等。隨著人口的增加和自然資源的減少,生物技術幫助我們尋找替代資源。生物技術在滿足我們日常生活的需求方面發揮著至關重要的作用。長期以來,生物技術幾乎在醫療保健、食品工業、釀酒、乳制品、紡織工業和生物修復等各個領域提供服務。今天,當全世界都在遭受 COVID-19 之苦時,生物技術在疫苗生產中發揮著重要作用。

          文章索引

          例子

          1. 生物燃料

          生物燃料來源于生物質,如植物、動物廢物和藻類材料。隨著燃料價格的上漲和化石燃料的枯竭,通過生物技術生產生物燃料可以發揮關鍵作用。生物燃料是一種可再生能源,并且對環境友好,因為它們可以防止溫室氣體排放。生物燃料的例子是乙醇、生物柴油和沼氣。

          生物乙醇

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

          生物柴油

          生物柴油是一種由植物油、動物脂肪等制成的國產生物燃料。它有助于燃料的清潔燃燒,是石油柴油的可再生替代品。在車輛中使用生物柴油可以減少環境污染,從而改善空氣質量。生物柴油是通過脂肪酸中存在的甘油三酯的酯交換過程制成的。乙醇對植物油的酯交換反應產生生物柴油和甘油。在印度等一些guo家,生物柴油是由麻風樹的種子生產的。

          沼氣

          沼氣是通過某些稱為產甲烷菌的細菌降解農業、植物和動物廢物以及污水或城市廢物而產生的。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。沼氣主要用于農村做飯,壓縮后可用作汽車燃料。

          2. 乳制品

          生物技術在乳制品中有著廣泛的應用,我們最喜歡的乳制品如奶酪和酸奶要歸功于生物技術。奶酪是由牛奶的乳酸發酵形成的。牛奶含有水(85%)、脂肪、碳水化合物(乳糖)和蛋白質(酪蛋白和乳清)。奶酪是通過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。某些細菌,如乳酸桿菌或鏈球菌科將牛奶糖(乳糖)轉化為乳酸,從而降低牛奶的 pH 值。這稱為牛奶酸化;它會殺死牛奶中存在的有害細菌。這有助于將牛奶分離成凝乳和液態乳清。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。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物胃中的一組酶。凝乳酶(蛋白酶)是關鍵酶,可凝結牛奶中的酪蛋白。

          3.烘焙產品

          面包是人類日常生活中最常見的食物之一。你知道是什么讓面包變得柔軟蓬松嗎?面包是通過使用面粉、水、酵母和糖制作面團而形成的。潮濕面團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。面團中的酵母含有麥芽糖酶,它通過有氧呼吸將麥芽糖分解成葡萄糖,但很快就會耗盡氧氣并轉為無氧呼吸。在無氧呼吸中,它分解糖并產生二氧化碳和乙醇。這些二氧化碳分子被困在面筋分子中,導致面團蓬松。然后將面團加熱,從而殺死酵母并蒸發乙醇。

          4. 無乳糖牛奶

          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,因為他們體內缺乏乳糖酶。在這些人中,乳糖會留在腸道中并導致惡心、腹脹、痙攣等癥狀。感謝生物技術為我們提供了市場上的無乳糖牛奶。這種牛奶是用乳糖酶預處理的。這會導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生的。無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

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

          6. 護膚品

          生物技術在美容和美容醫學中發揮了重要作用。肉毒桿菌是日常生活中生物技術產品的突出例子之一。肉毒桿菌是一種由肉毒梭菌產生的蛋白質。它麻痹神經細胞,從而減少臉上的皺紋。透明質酸也是抗衰老護膚中非常重要的成分。它天然存在于人體中。在實驗室中,透明質酸是由某些細菌(如獸疫鏈球菌、大腸桿菌和枯草芽孢桿菌)在適當的溫度和 pH 條件下發酵葡萄糖形成的。

          7. 洗滌劑酶

          傳統的去污劑已經被生物技術產品去污劑酶所掩蓋。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. 轉基因(GM)作物

          生物技術在改善棉花、羊毛絲等天然纖維方面發揮著重要作用。它還有助于通過使作物具有抗蟲害或除草劑的能力來提高作物生產的產量和質量。轉基因食品是通過基因工程引入其 DNA 變化來生產的。轉基因食品的一些例子是 Bt 作物、黃金大米等。

          轉基因作物

          Bt 作物經過基因改造,含有一種細菌的特定基因,即蘇云金芽孢桿菌 (Bt)。該基因導致在葉子中形成毒素。當害蟲以 Bt 作物為食時,植物細胞中的毒素(Cry 蛋白)會使害蟲的消化系統結晶并殺死害蟲。這種蛋白質對人類沒有有害影響。這種毒素對蝴蝶、飛蛾、船蛉、甲蟲等幾種昆蟲是致命的。BT 作物的例子是玉米和棉花。

          黃金大米

          黃金大米是轉基因水稻品種(Oryza sativa)。其中,通過基因工程將多基因生化途徑整合到水稻基因組中。該途徑導致產生β-胡蘿卜素,這是維生素A的前體。當被人類代謝時,它會產生維生素A。黃金大米已被設計用于克服發展中國家的維生素A缺乏癥。缺乏維生素 A 會導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例子。它存在于植物紫草的干燥根中。它們在化妝品、食品和紡織工業中用作天然著色劑。生物技術也有助于生產蒽醌染料。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。蒽醌類生物染料的例子有 CI 分散藍 7 和 CI 酸性綠 28。這些染料更便宜且非常環保。

          10. 造紙工業

          紙是通過從木材中提取纖維素并將其轉化為紙漿而形成的。制漿的目的是將纖維素纖維從木材中存在的木質素和其他雜質中釋放出來。生物技術允許通過特定的木質素降解真菌對纖維素進行制漿,這種制漿方法稱為生物制漿。許多有害化學物質被紙漿加工中使用的酶所取代。由于木質素的存在,紙漿通常呈棕色,為了使它們顏色變淺,需要進行生物漂白。最初,氯用于漂白紙漿,但由于其對環境的不利影響,現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,可防止有害副產品的形成。它還可以改善紙張的質地和強度。

          11. 生物修復

          環境污染是全球關注的主要問題,但隨著新興的生物修復技術,我們可以輕松控制污染物的破壞性影響。生物修復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并將其轉化為無毒物質的過程。

          生物修復的應用

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

          • 化學農藥和工業廢物會通過向土壤中釋放有毒物質來污染土壤和地下水。通過生物修復,微生物可以利用土壤中的這些化學污染物作為它們的能源。它們通過氧化還原反應代謝這些污染物并產生能量。

          • 生物修復還可以幫助控制海洋生態系統中的石油泄漏。石油泄漏會傷害海洋動物,也會使食用海鮮不安全。生物修復可以通過兩種方式幫助控制石油泄漏的危險影響。

          • 生物強化:將少量石油降解微生物插入受影響的區域。
            生物刺激:通過添加營養物質來刺激石油降解微生物的生長。這增加了細菌和真菌等微生物的降解速度。

          12. 抗生素的生產

          抗生素是生物技術產品中非常常見的例子之一。它們是生活在土壤中的微生物產生的非蛋白質分子??股厥怯涉溍咕鷮?、芽孢桿菌屬和青霉屬(真菌)等多種細菌產生的次級代謝產物??股卦趯谷祟惡蛣游锏膫魅静》矫姘l揮著重要作用??股馗鶕渥饔梅绞娇煞譃閮纱箢?,殺菌劑(殺死細菌)和抑菌劑(阻止細菌生長)。青霉素是亞歷山大·弗萊明發現的第一種抗生素。

          為什么微生物會產生抗生素?

          土壤中的幾種微生物,如細菌和真菌,會產生抗生素,作為對生活在同一附近的其他微生物的防御機制。由于土壤的異質性,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,因此它們產生抗生素來抑制其他微生物的生長。土壤微生物是抗生素生產的主要來源。 

          13. 疫苗生產

          生物技術在生產針對各種致命疾病的疫苗方面發揮了重要作用。疫苗由死亡或無活性的病原體、病原體產生的一種表面蛋白或毒素制成。疫苗接種會觸發我們的免疫系統,從而產生抗體。這些抗體作為記憶抗體在血液中循環很長時間,如果將來該病原體入侵,記憶抗體就會與之抗爭。


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