基因工程技術在生物燃料中的應用探索

馬鴻燕

（甘肅省武威第一中學，甘肅武威 733000）

近年來，隨著生態環保理念的不斷深入，越來越多的行業開始著手通過先進技術手段來尋求可持續性的發展模式和技術。受能源供給側結構性改革的影響，我國能源行業的發展結構正在發生相應的變化，煤炭、石油等傳統能源正在由一系列新生能源所替代[1]。在眾多的傳統能源替代品中，基于基因工程技術基礎上開發的生物燃料是國家尤為重視的類型。相關實踐也表明，基于基因工程技術基礎上開發的生物燃料不僅具有燃燒性高、污染小的特點，還擁有可再生的優點，這充分印證了推動基因工程技術在生物燃料中應用的重要性和必要性[2]。

1 基因工程技術概述

基因工程技術是基因工程中的重要技術內容，而基因工程是生物工程的一個重要分支，其與細胞工程、酶工程、蛋白質工程、微生物工程共同構成了生物工程。關于基因工程技術的研究，最早追溯到20世紀70年代。經過半個世紀的研究與探索發展，基因工程技術已然成為目前科學技術領域的重要研究內容，在醫藥研發、生態環境保護、新能源開發、食品生產等方面得到了廣泛的應用[3]。

基因工程技術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——DNA大分子提取出來，在離體條件下用適當的工具酶進行切割后，將其與作為載體的DNA分子連接起來，然后與載體一起導入某一更易生長、繁殖的受體細胞中，讓外源物質在其中生存并進行正常的復制和表達，進而獲得新物種。常規操作中，基因工程技術的應用主要分為獲取目的基因、目的基因與運載體結合、將目的基因導入受體細胞、目的基因檢測和表達4個步驟開展。

與傳統生物技術相比，基因工程技術表現出了一些新的特點和優勢。一方面，基因工程技術應用中的基因轉移不會受種間親緣關系的限制，可以在生物種外的個體間進行基因重組；另一方面，基因工程技術轉移基因功能相對比較明確，且后代的表現形式也可以通過一定的技術方式進行準確預測。正是基因工程技術的這些優勢，使其成為生物燃料開發中重點應用的技術內容。

2 基因工程與生物能源的關聯性分析

生物能源是利用可再生、無公害的生物質獲取能量的一種轉化性能源類型，其開發與使用符合可持續發展和循環經濟的理念。生物能源的開發與生物技術、基因工程技術密不可分，生物能源開發中包括的促進光能產物的積累、采收后纖維素的降解以及能源植物在缺水環境下的生長和植物耐受低溫的特征塑造等在內的轉化條件和過程均可以通過基因工程技術來實現。也正是如此，基因工程技術與生物能源尤其是生物燃料的開發有著密切的關聯性。

2.1 基因工程為生物能源的高效率獲取提供了技術支撐

生物能源是從太陽能轉化而來的，其轉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，而生物質在使用過程中會重新生成二氧化碳和水，從而在物質的循環過程中實現能源的生產?；蚬こ套鳛樯锔脑旒夹g，可以被用來改造綠色植物的基因，進而使綠色植物的能量吸收、轉化過程和條件得到優化，從而實現更好的生物能源生產效果。例如，借助基因工程技術可以對綠色植物的DNA進行重組，進而提高植物的抗凍性，使其可以在寒冷的冬天正常進行生物能源的生產。

2.2 生物能源為基因工程的發展提供了新的領域

基因工程作為一種技術內容，其價值需要通過基因改造的過程和結果得到體現，如果離開了技術的應用，基因工程的真正意義就會被埋沒。生物能源作為現代人類社會發展中高度重視和積極研究開發的領域，為生物能源的應用創造了現實條件和環境，使更多的研究者和開發者基于生物能源開發的需要來研究和應用基因工程，并在基因工程的應用中豐富和發展相關的技術內容，從而促進基因工程的不斷發展和創新。

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

3 基因工程技術在生物燃料研究與生產中的應用

目前，關于基因工程技術在生物燃料研究與生產中的應用尚處于起步階段，相關的技術應用正處于試驗期。結合生物燃料生產的實際情況來看，基因工程技術的應用主要體現在以下3方面。

3.1 基因工程技術在生物丁醇生產方面的應用

生物丁醇是一種新型生物燃料，其原料生產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在生物丁醇生產方面的應用主要體現為提高生物丁醇的生產效率。在生物丁醇生產過程中，可以借助生物基因工程技術對生物DNA的合成途徑進行相應的編輯、修改，也可以通過其他途徑對生物基因進行抑制或者刪除操作，從而提高生物丁醇的產率，降低生物燃料生產的成本。

3.2 基因工程技術在微藻生產方面的應用

微藻是生物柴油生產過程中的重要原料，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過程中的制約瓶頸[4]。在基因工程技術的支持下，可以培養出油脂含量較高的藻類，從而提高藻類吸收陽光和轉化能量的效果，逐步解決生物燃料生產方面的難題。

3.3 基因工程技術在微生物生產方面的應用

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

4 基因工程技術在生物燃料中應用的難點及破解策略

雖然基因工程技術在生物燃料生產中的應用具有較大的空間，但受現有技術的制約，基因工程技術的應用仍然面臨較多的問題和不足，需要通過相應的技術措施加以破解，而這也成為未來基因工程技術研究與應用中的重點內容。綜合來看，基因工程技術在生物燃料中應用的難點主要有以下2方面。

4.1 技術應用不穩定

目前，關于基因工程技術在生物燃料生產方面的應用正處于研究探索的初級階段，雖然各國都將生物燃料生產納入到了能源戰略計劃之中，但受技術門檻的限制，多數研究方案在實際的研究與應用過程中均遭遇了瓶頸。而基因工程技術在不同生物質的應用方面存在明顯的差異，導致技術應用會受生物質載體不穩定的影響，最終出現技術應用的不穩定現象。

針對這一問題，研究主體要通過廣泛的研究來尋求真正穩定的生物質類型，將其作為基因工程技術研究的主導方向。同時，要從生物能源生產的原理方面著手，尋求基因工程技術應用方法方面的創新，以新的方法來適應生物質不穩定性的特點。

4.2 應用成本高，難以產業化推廣

基因工程技術在生物燃料中應用的主要目的在于解決生物燃料大量生產的難題。雖然目前的研究證明基因工程技術在生物燃料生產方面具有應用的可行性，但受生物質自身屬性或者生長環境的限制，生物燃料的生產需要的資金、設備和場地等資源的投入量比較大，導致生物燃料生產的成本比較高，難以實現大范圍、規?；膽谩Ｒ晕⒃迳锊裼蜕a為例，雖然基因工程技術可以改善藻類的油脂含量，但藻類的密度只能達到1%～2%，如果太密會導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域的應用[5]。

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

5 結語

生物燃料作為傳統能源的重要替代品，具有十分重要的應用價值和非常廣闊的應用前景。在當前深入探索基因工程技術在生物燃料生產中應用的背景下，相關人員需要根據研究的實際情況確定制約基因工程技術在生物燃料生產中應用的因素，將其作為進一步技術研究的突破口，實現技術應用方面的新突破，真正實現生物燃料生產的低成本、高效能目標。