天然产物研究与开发(共9篇)
天然产物研究与开发（一）:
天然产物有效成分结构研究中常用的4大谱是什么?
紫外和可见光谱
红外谱
核磁共振谱
质谱
天然产物研究与开发（二）:
药用天然化合物是什么
天然产物化学是以各类生物为研究对象,以有机化学为基础,以化学和物理方法为手段,研究生物二次代谢产物的提取、分离、结构、功能、生物合成、化学合成与修饰及其用途的一门科学,是生物资源开发利用的基础研究.目的是希望从中获得医治严重危害人类健康疾病的防治药物、医用及农用抗菌素、开发高效低毒农药以及植物生长激素和其他具有经济价值的物质.
药用天然化合物是天然产物化学在医药方面的具体应用的产物
天然产物研究与开发（三）:
化学给社会带来的好处
化学在社会发展中的作用和地位
人类生活的各个方面,社会发展的各种需要都与化学息息相关.首先从我们的衣、食、住、行来看,色泽鲜艳的衣料需要经过化学处理和印染,丰富多彩的合成纤维更是化学的一大贡献.要装满粮袋子,丰富菜篮子,关键之一是发展化肥和农药的生产.加工制造色香味俱佳的食品,离不开各种食品添加剂,如甜味剂、防腐剂、香料、调味剂和色素等等,它们大多是用化学合成方法或用化学分离方法从天然产物中提取出来的.现代建筑所用的水泥、石灰、油漆、玻璃和塑料等材料都是化工产品.用以代步的各种现代交通工具,不仅需要汽油、柴油作动力,还需要各种汽油添加剂、防冻剂,以及机械部分的润滑剂,这些无一不是石油化工产品.此外,人们需要的药品,洗涤剂、美容品和化妆品等日常生活必不可少的用品也都是化学制剂.可见我们的衣、食、住、行无不与化学有关,人人都需要用化学制品,可以说我们生活在化学世界里.再从社会发展来看,化学对于实现农业、工业、国防和科学技术现代化具有重要的作用.农业要大幅度的增产,农、林、牧、副、渔各业要全面发展,在很大程度上依赖于化学科学的成就.化肥、农药、植物生长激素和除草剂等化学产品,不仅可以提高产量,而且也改进了耕作方法.高效、低污染的新农药的研制,长效、复合化肥的生产,农、副业产品的综合利用和合理贮运,也都需要应用化学知识.在工业现代化和国防现代化方面,急需研制各种性能迥异的金属材料、非金属材料和高分子材料.在煤、石油和天然气的开发、炼制和综合利用中包含着极为丰富的化学知识,并已形成煤化学、石油化学等专门领域.导弹的生产、人造卫星的发射,需要很多种具有特殊性能的化学产品,如高能燃料、高能电池、高敏胶片及耐高温、耐辐射的材料等.随着科学技术和生产水平的提高以及新的实验手段和电子计算机的广泛应用,不仅化学科学本身有了突飞猛进的发展,而且由于化学与其他科学的相互渗透,相互交叉,也大大促进了其他基础科学和应用科学的发展和交叉学科的形成.目前国际上最关心的几个重大问题——环境的保护、能源的开发利用、功能材料的研制、生命过程奥秘的探索——都与化学密切相关.随着工业生产的发展,工业废气、废水和废渣越来越多,处理不当就会污染环境.全球气温变暖、臭氧层破坏和酸雨是三大环境问题,正在危及着人类的生存和发展,因此,三废的治理和利用,寻找净化环境的方法和对污染情况的监测,都是现今化学工作者的重要任务.在能源开发和利用方面,化学工作者为人类使用煤和石油曾做出了重大贡献,现在又在为开发新能源积极努力.利用太阳能和氢能源的研究工作都是化学科学研究的前沿课题.材料科学是以化学、物理和生物学等为基础的边缘科学,它主要是研究和开发具有电、磁、光和催化等各种性能的新材料,如高温超导体、非线性光学材料和功能性高分子合成材料等.生命过程中充满着各种生物化学反应,当今化学家和生物学家正在通力合作,探索生命现象的奥秘,从原子、分子水平上对生命过程做出化学的说明则是化学家的优势.总之,化学与国民经济各个部门、尖端科学技术各个领域以及人民生活各个方面都有着密切联系.它是一门重要的基础科学,它在整个自然科学中的关系和地位,正如〔美〕Pimentel G C在《化学中的机会——今天和明天》一书中指出的“化学是一门中心科学,它与杜会发展各方面的需要都有密切关系.”它不仅是化学工作者的专业知识,也是广大人民科学知识的组成部分,化学教育的普及是社会发展的需要,是提高公民文化素质的需要.
天然产物研究与开发（四）:
生物化学经历了哪几个发展阶段?各时期研究的主要内容是什么【天然产物研究与开发】
学科定义：
运用化学的理论和方法研究生命物质的边缘学科.其任务主要是了解生物的化学组成、结构及生命过程中各种化学变化.从早期对生物总体组成的研究,进展到对各种组织和细胞成分的精确分析.目前正在运用诸如光谱分析、同位素标记、X射线衍射、电子显微镜以及其他物理学、化学技术,对重要的生物大分子（如蛋白质、核酸等）进行分析,以期说明这些生物大分子的多种多样的功能与它们特定的结构关系.
发展阶段及各时期研究内容：
1953年,DNA双螺旋结构、近代实验技术和研究方法奠定了现代分子生物学的基础,从此,核酸成了生物化学研究的热点和重心.
1776—1778年,瑞典化学家舍勒（Sheele）从天然产物中分离出：
甘 油 （glycerol） ,苹果酸 （malic acid） ,柠檬酸（citric acid） ,尿 酸 （uric acid） 和酒石酸（tartaric acid）.
1937年,英籍德裔生物化学家克雷布斯（Krebs）发现三羧酸循环,获1953年诺贝尔生理学奖.
1953年,沃森（Watson）和克里克（Crick）确定DNA双螺旋结构,获1962年诺贝尔生理学或医学奖.
1955年,英国生物化学家桑格尔（Sanger）确定牛胰岛素结构,获1958年诺贝尔化学奖.
1977年,桑格尔和吉尔伯特（Gilbet）设计出测定DNA序列的方法,获1980年诺贝尔化学奖.
1984年,诺贝尔化学奖授予Bruce Merrifield（美国）,奖励其建立和发展蛋白质化学合成方法.
1993年,诺贝尔生理学或医学奖授予Rechard J.Roberts（美）等,表彰其发现断裂基因.
1993年诺贝尔化学奖授予Karg B. Mallis（美）以表彰其发明PCR方法 和Michaet Smith(加拿大）以表彰其建立DNA合成作用与定点诱变研究.
1994年,诺贝尔生理学或医学奖授予Alfred G.Gilman（美国）,以表彰其发现G蛋白及其在细胞内信号转导中的作用.
1996年,诺贝尔生理学或医学奖授予Petr c. Doherty（美）等,以表彰其发现T细胞对病毒感染细胞的识别和MHC(主要组织相容性复合体）限制.
1997年
博耶（PaulD.Boyer）,美国生物化学家,1918年7月31日生于美国犹他州普罗沃.由于在研究产生储能分子三磷酸腺苷（ATP）的酶催化过程有开创性贡献而与沃克共获了1997年诺贝尔化学奖.同时获得该奖项的还有发现输送离子的Na\KATP酶的科学奖Jens c. skon(丹麦）.
1997 年诺贝尔生理医学奖颁发给美国加州大学旧金山分校的史坦利·布鲁希纳(Stanley Prusiner)教授.这项殊荣是肯定布鲁希纳教授在研究引起人类脑神经退化而成痴呆的古兹菲德-雅各氏病（Creutzfeldt-Jakob disease,CJD) 病原体的贡献.发现了朊蛋白（PRION）,并在其致病机理的研究方面做出了杰出贡献.
1998年,诺贝尔生理学或医学奖授予 Rolert F. Furchgott（美国）,表彰其发现NO是心血管系统的信号分子.
经典教材：《生物化学》王镜岩 （高等教育出版社）
教材介绍：
本书是教育部“高等教育面向21世纪教学内容和课程体系改革计划”项目研究成果,是教育部推荐的“面向21世纪课程教材”,同时也是“九五”国家级重点教材.
全书共40章,上册为第1~18章,包括糖类、脂质、蛋白质、核酸、酶、维生素和辅酶、抗生素、激素和生物膜等.下册为第19-40章,包括代谢总论、生物氧化、糖代谢、脂质代谢、蛋白质分解及氨基酸代谢、核酸的降解与核苷酸代谢、核酸的生物合成、蛋白质的生物合成、物质跨膜运输、生物固氮和光合作用等.每章都附有提要和习题,书后附有生物化学常用名词英汉对照、名词缩写、索引等,以便读者学习.本书吸收了生物化学国际、国内的最新进展,内容丰富,图文并茂,章节仍按“先静态、后动态”组织编排,符合国内的教学习惯,便于教师教学使用和学生自学.
本书是国内内容最为丰富的基础生物化学教材,适合于综合性院校、农林院校、医学院校及师范院校的生命科学类专业及相关专业的本科生使用,也可供教师、研究生及科研工作人员使用.
【天然产物研究与开发】
天然产物研究与开发（五）:
三羟基异黄酮（简称GST）是从豆科植物根部分离得到的一种天然产物，它具有显著的抗癌、抑菌、抗氧化等作用．经研究发现：GST可通过影响细胞凋亡基因（Bcl-2基因和Bax基因）的表达而诱导癌细胞凋亡．科研人员为研究GST对鼻咽癌细胞的影响和作用机制，进行了以下实验．请完善实验并回答相关问题：
（1）实验步骤：
第一步：取5个相同的培养瓶，编号A、B、C、D、E，分别加入等量的培养液．向A瓶接种正常细胞，B、C、D、E瓶接种等量的鼻咽癌细胞．
第二步：向C、D、E瓶中分别加入______μmol/L GST溶液．其他培养条件相同且适宜．
第三步：培养一段时间后，______，结果记录于表1．
第四步：重复上述步骤，检测、统计鼻咽癌细胞凋亡率，结果记录于表2．
| 表1 | Bcl-2基因表达率 | Bax基因表达率 |
| 正常细胞 | 不表达 | 全部表达 |
| 鼻咽癌细胞 | 90% | 19% |
| 5μmol/L GST干预组 | 75% | 58% |
| 10μmol/L）GST干预组 | 49% | 67% |
| 15 μmol/L）GST干预组 | 22% | 85% |
| 表2 | 鼻咽癌细胞凋亡率 |
| 5μmol/L GST干预组 | 15.72% |
| 10μmol/L）GST干预组 | 27.33% |
| 15 μmol/L）GST干预组 | 35.48% |
a．表1数据说明：从基因水平上看，GST诱导鼻咽癌细胞凋亡与Bcl-2基因和Bax基因的表达有关．当Bcl-2蛋白/Bax蛋白的比值出现______趋势时，会诱导鼻咽癌细胞凋亡．
b．表2数据说明：______．
（1）从实验结果表格中数据可知，C、D、E瓶中分别加入GST溶液的浓度为5、10、15μmol/L 通过表格数据可知，实验中通过检测并统计细胞凋亡基因（Bcl-2基因和Bax基因）的表达来判断对细胞凋亡的影响．
（2）从表一中数据可知，Bcl-2蛋白表达降低和Bax蛋白表达升高时，鼻咽癌细胞凋亡增加，故鼻咽和癌细胞凋亡Bcl-2蛋白/Bax蛋白的比值呈负相关．
从表二中数据可知，GST可诱导鼻咽癌细胞凋亡，且随着GST浓度增大，诱导凋亡效果增强．
故答案为：
（1）第二步：5、10、15
第三步：检测并统计细胞凋亡基因（Bcl-2基因和Bax基因）的表达
（2）a．降低 b．GST可诱导鼻咽癌细胞凋亡，且浓度增大诱导凋亡效果增强
天然产物研究与开发（六）:
生物技术与人类社会发展的关系?
一道论述题
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（一）生物工程的发展阶段
生物工程的发展经历了以下七个阶段：
（1）发酵原理的创建：1857年,微生物学奠基人巴斯德提出了“在化学上不同的发酵是由生理上不同的生物所引起的”重要论断,从而为发酵技术的发展提供了坚实的理论基础；
（2）纯种培养技术的发明：1881年,德国细菌学家科赫发明了营养明胶上划线以分离细菌纯种的方法,后经其助手海斯夫人的建议,改用更实用的琼脂来取代明胶,从而有力地推动了纯种分离技术的发展；
（3）酶及其催化功能的发现：1897年,德国化学家布赫纳用磨碎酵母菌的细胞汁对葡萄糖进行酒精发酵获得成功,并由此开创了微生物生物化学和酶学研究的新纪元；
（4）深层通气培养技术的建立：1942年,由于第二次世界大战中救护伤员的迫切需要,推动了青霉素深层液体发酵技术的发展,并导致在发酵工程中具有革命性和普遍意义的生物反应器技术的建立；
（5）体外基因重组技术的问世：1973年,美国斯坦福大学医学院的科恩等人和博耶等人将大肠杆菌中两种不同特性的质粒片段用内切酶和连接酶进行剪切和拼接,获得了第一个重组质粒,然后通过转化技术将它引入大肠杆菌细胞中进行复制,并发现它能表达原先两个亲本质粒的遗传信息,从而开创了遗传工程的新纪元；
（6）固定化酶和固定化细胞技术的出现：日本的千（火田）一郎等于1969年首先将固定化氨基酰化酶应用于DL-氨基酸的拆分工作,1973年,他又进一步用固定化细胞连续生产L-天冬氨酸,开创了固定化酶和固定化细胞工业应用的新局面；
（7）细胞和原生物质体融合技术的建立：1962年,日本的冈田善雄利用仙台病毒的促融作用,首次诱导了艾氏腹水瘤细胞的融合；1974年,高国楠利用PEG（聚乙二醇）完成了植物细胞原生质体融合的实验；1979年,生达利用操作简便、快速和无毒的电脉冲技术完成了植物细胞原生质体的融合.从此,细胞融合技术在动、植物和微生物新种的培育中发挥着日益重要的作用.
（二）迈向二十一世纪的生物工程
生物工程是指以生命科学为基础,利用生物体(或者生物组织、细胞及其组分)的特性和功能,设计构建具有预期性状的新物种或新品系,以及与工程原理相结合进行加工生产,为社会提供商品和服务的一个综合性技术体系.其内容包括：基因工程、细胞工程、酶工程、发酵工程、生物工程和蛋白质工程.这些生物技术将广泛应用于医学、农业、环保、工业及海洋开发等.生物工程是当今世界的重要高科技领域.
1 医学生物技术
基因工程作为医学发展的重要技术,越来越受到人们的关注.基因重组技术研制的核酸或蛋白质类药物,已经应用于临床.同时,许多生物工程新药正准备推向市场,应用于临床,前景十分广阔.自80年代以来,仅日、美两国开发的生物技术新药就达224种,其中日本117种,美国107种.而且,大部分药品是重组DNA药物或重组蛋白质药物.从市场份额来看,在美国,到2003年将有15％药品为生物技术产品.生物技术药物分为两大类：一是用于疾病治疗的药物,另一类是用于疾病的预防.
生物技术在传统药材生产中也将起到重要作用.用于药材生产的植物细胞经过基因重组、接种、诱导、筛选高产优质的细胞系,经过培养及大规模生产,提高中药产量.此外,中草药含有的有效成分绝大部分是次生代谢产物,它们的合成途径非常复杂,往往有几个或几十个酶参与.因而,找出形成特定产物的关键酶,就成为利用基因工程技术生产传统药材有效成分的关键步骤之一.利用酶的特异性表达来生产具有高产量、高纯度、副作用少的有效成分——单体,是传统医药发展的方向.
基因治疗技术的发展,从开始临床试验至今已近10年,其发展速度可谓日新月异,目前有90％的基因治疗临床试验在美国进行.基因治疗在疾病的病种选择上,已从经典的、孟德尔遗传方式为主的单基因隐性疾病扩展到复杂因子决定的疾病,如肿瘤疾病及爱滋病.估计到21世纪初,临床上能广泛应用生物技术治疗这些复杂疾病.
2 农业生物技术
近几年,国际农业生物技术发展之快已引起世界各国政府和科学家的高度重视.农业生物技术领域中尤以转基因动、植物研究开发最为活跃,应用转基因技术将具有特殊经济价值的基因引入动、植物体内,对家畜、家禽及农作物进行品种改良,从而获得高产、优质、抗病虫害的转基因动、植物新品种.如将决定高产基因及决定优质的基因转移到农作物中,可产生既高产又优质的新品种.随着人民生活水平提高,人们的口味及习惯也发生了变化,农作物的产品也在随之改良以适应人们的需要.
农作物病虫害是造成农业产量下降的主要原因之一.目前防治农作物病虫害的常规方法是喷施化学农药,但农药的使用既费钱又污染环境及农产品.因而,利用转基因技术把抗病、抗虫基因导入农作物中,使之可避免或减少病虫害.到21世纪初,将有更多的优良农作物新品种推广应用.
转基因动、植物技术的应用不仅会为人类解决吃饭问题,也会对医药事业产生影响.利用转基因动、植物作为生物反应器是21世纪发展的趋势.如将某些药用蛋白质基因转移到奶牛中,其乳汁就含有该蛋白质,这不但成本低,而且产量高.用动、植物作为生物反应器生产的重要物质有：α—栝楼素、血管紧张肽转化酶抑制剂、抗体、细菌和病毒的抗原、脑菲肽、表皮生长因子、促红细胞生成素、人生长激素、人血清蛋白、干扰素及水蛭素等.将人的基因转移到猪中,猪不仅能生产人体白蛋白,而且其器官可供人类的器官移植.随着生物技术的飞速发展,越来越多的医药物质或新药通过生物反应器制造和生产.
3 海洋生物技术
据美国国家海洋及大气局(NOAA)估计,全球海产品的捕捞极限在1.0～1.5亿吨之间.近年来,由于全世界的捕捞活动急剧上升,捕捞量已达极限.因此,海洋养殖业利用生物技术提高产量已具有重要意义,将决定生产周期短的基因转移到生产周期长的鱼、虾中,得到生产周期短的鱼、虾新品种,这样,年产量会大大提高.又将鱼生长激素基因及抗冻蛋白基因转移到鱼中,培育出的新品系不仅生长快,且抗病能力强.生物技术的应用不但促进了海养殖业,也对保护海洋生物起到积极作用.
海洋生物种类繁多,它们的生活环境与陆地生物不同,海洋生物都处在高盐、低温和高压环境中,生存条件十分恶劣,因此,海洋生物有很强的再生能力、防御能力和认识能力,这些独特的功能与它们体内的成分有关,这些成分具有抗癌、抗病毒、抗衰老作用.如从海鞘中提取的海鞘素β(Didemnimβ)具有抑制白血病细胞生长、治疗白血病的作用,从兰绿藻中分离到的糖脂具有抗HIV－1作用.目前,已发现的海洋天然产物和生物活性物质已有数千种.随着对海洋生物进一步研究,更多有用的物质将被发现.至此,利用生物技术提取及制造这物质用于人类,已是21世纪的重要课题.
4 环境保护生物技术
环境污染将破坏人类赖以生存的生态环境,对人类的健康及生命构成威胁.在高度工业化的今天,其生产排放的废弃物及人类生活中的垃圾共同构成了主要污染源,这些污染物对大气、水域、土地的侵袭,破坏了地球的生态环境.如何处理这些工业废物及生活垃圾,就成了环保的重要课题,现代科学发挥生物技术特别是微生物技术的优势,有计划、有针对性地对不同类型废弃物进行有效治理,按利用→回收→再生产→再利用,不断循环使之资源化,变废为宝,实践证明是可行的.用特定微生物分解污染环境的石油物,用生物技术手段构建含有“自杀基因”的微生物,不仅能分解环境中的有害物质如甲苯、二甲苯等,而且当其完成自己的使命后,“自杀基因”就使微生物自我毁灭,这种有用的微生物不会对人类及环境再次造成危害.另一方面,人类对能源、资源的利用也要合理化,无污染地利用.这样,到21世纪,我们生活的环境将变得更好.
海洋也是人类赖以生存的地方,保护海洋是为了更好地利用海洋资源.随着沿海地区经济发展,海洋污染日益严重.因此,应用生物工程手段将能富集重金属和降解海洋石油的基因工程菌和基因工程藻类构建及培养出来,应用于海洋保护.另外,海养殖业中遇到的病虫害,也需利用生物工程手段预防、治疗,这样,不但提高海产品产量,也防止病原微生物传入人体,对人类的健康构成威胁.
5 其它方面的生物技术
生物技术的应用日益深广,不但对医学、农业造成影响,也对工业生产产生影响,生物冶金技术、生物信息工程的出现充分说明了这一点.预计,到21世纪,生物工程的发展,生物技术的应用将渗透到各领域各行各业.各种动态表明,世界生物技术将迎来一个快速发展的新时代.
天然产物研究与开发（七）:
如题：酶与酶工程研究有什么重要意义?
简而言之,酶工程就是将酶或者微生物细胞,动植物细胞,细胞器等在一定的生物反应装置中,利用酶所具有的生物催化功能,借助工程手段将相应的原料转化成有用物质并应用于社会生活的一门科学技术.它包括酶制剂的制备,酶的固定化,酶的修饰与改造及酶反应器等方面内容.酶工程的应用,主要集中于食品工业,轻工业以及医药工业中.
实际上,人类有意识地利用酶已经有好多年历史了,也经历了几个发展阶段,开始的时候,人们直接从动植物或微生物体内提取酶做成酶制剂,用于产品生产,这种方法直到现在仍被诞用.
比如说,现在我们使用的洗涤剂,大部分是加酶的,其去污力大大加强了.此外,在制造奶酪、水解淀粉、酿造啤酒及砚烤制中,酶制剂都可以得到直接的应用.
由于从动植物中撮酶化较麻烦,数量也有限,人们普遍看好通过微生物大规模培养,然后从中提取酶,以获取大量酶制剂的方法.目前,很多的商品酶,如淀粉酶、糖化酶、蛋白酶等等,主要是来自于微生物的.所以酶工程离不开微生物发酵工程,也可以说是发酵工程的产物.
在七十年代以后,伴随着第二代酶——固定化酶及其相关技术的产生,酶工程才算真正登上了历史舞台.固定化酶正日益成为工业生产的主力军,在化工医药、轻工食品、环境保护等领域发挥着巨大的作用.不仅如此,还产生了威力更大的第三代酶,它是包括辅助因子再生系统在内的固定化多酶系统,它正在成为酶工程应用的主角.
我们知道,酶在生物体内的含量是有限的,不管是哪种酶,在细胞中的浓度都不会是很高的,这也是出于生物机体生命活动平衡调节的需要.可是这样一来,就限制了直接利用天然酶更有效地解决很多化学反应的可能性.
利用基因工程的方法可以解决这一难题.
只要在生物体内找到了某种有用的酶,即使含量再低,只要应用基因重组技术,通过基因扩增与增强表达,就可能建立高效表达特定酶制剂的基因工程菌或基因工程细胞了.把基因工程菌或基因工程细胞固定起来,就可构建成新一代的生物催化剂——固定化工程菌或固定化工程细胞了.人们也把这种新型的生物催化剂称为基因工程酶制剂.
新一代基因工程酶制剂的开发研制,无疑是使酶工程如虎添翼.固定化基因工程菌、基因工程细胞技术将使酶的威力发挥得更出色,科学家们预言,如果把相关的技术与连续生物反应器巧妙结合起来,将导致整个发酵工业和化学合成工业的根本性变革.
对酶进行改造和修饰也是酶工程的一项重要内容.
酶的作用力虽然很强,尤其是被固定起来之后,力量就更大了,但并不是所有的酶制剂都适合固定化的,即使是用于固定化的天然酶,其活性也往往不能满足人们的要求,需要改变其某些性质、提高其活性,以便更好地发挥其催化功能.
于是,酶分子修饰和改造的任务就被提出来了.
一般来说,科学家们是通过对酶蛋白分子的主链进行“切割”、“剪切”以及在侧链上进行化学修饰来达到改造酶分子的目的的.被修饰、改造的酶分子,无论是物化性质,还是生物活性都得到了改善,甚至被赋予了新的功能.
人工设计和合成具有生物活性的非天然大分子物质,是科学家们共同努力的目标.
天然产物研究与开发（八）:
有关能源的利用与可持续发展的调查报告
阐述一下我国能源的利用和可持续发展问题,写出自己的观点和建议 500字
自人类迈进二十一世纪以来,开发新能源成为全世界解决能源问题的共同出路.与化石燃料相比,新能源具有可再生、对环境友好等特点,更符合人类可持续发展的目标.其中,太阳能、风能、地热能、水能和潮汐能,是开发较早的新能源,已在实际生产生活中发挥了重要作用.曾一度被人们看好的核能,有着极高的能量值,可是其高额的研究经费和潜在的巨大危害,令世界大多数国家望而却步.而作为新能源中“排行”靠后的生物能源,却在最近几年内忽然人气锐增,势如破竹,被看作是“新能源家族中可实现度最高的未来能源”.那么究竟何谓生物能源呢,它又有哪些优势呢?
生物能源主要是指在生物体（尤为植物）内,经一系列化学反应所释放出的能源.其实,世界上90％的能源消耗来自植物光合作用所积累的能源,比如地球演变的历史上所积累的矿物能源（煤、石油、天然气,因为它们是堆积在一起的有机物经地质作用形成的）,但总有一天矿物能源会消耗殆尽.能源危机威胁着人类的发展.所以发展可再生能源,尤其是利用植物光合产物转化成便于利用的能源,引起了全球的广泛关注.人类利用生物能源,实质是将植物通过光合作用固定的碳的能量释放出来.它的好处在于:一、中性的碳循环,即无温室效应；二、生物再生的能源有助于克服化石能源供应的萎缩.并且,发展生物能源不仅可以解决资源、环境的问题,还可以带动农业产业的发展,实现环境与经济效应的双赢.
我国是粮食大国,同样也是资源匮乏的国家,发展生物能源十分符合我国国情.对此农业部成立了生物质工程中心,目的是加强农业生物质技术研究,在生物能源的开发等方面取得突出进展,并使我国在未来达到国际先进水平.与此同时,国内的众多科研院所也纷纷加入研发行列,试图开拓出自己的道路.巴西、美国等利用玉米淀粉转化成酒精已经取得很大成效.但是就世界上大多数国家和地区而言,不可以用有限的耕地去发展新的能源产业.所以利用荒地种植野生、半野生的能源植物已是大家认同的发展方向.另外,与某些国家采用把玉米、甘蔗转化成乙醇,或是从油料作物中提取生物柴油不同,我们国家把目光放在了更为高效的纤维素上.纤维素是植物的木质部分,是地球数量最大的植物积累的产物,植物从太阳获取的绝大部分能量也都储存于其中.所以人类一旦掌握了释放出存储在纤维素中能量的技术,能源危机便可迎刃而解.在北京市科技俱乐部组织的活动中,我有幸与北京大学生命学院的老师交谈,并聆听纤维素技术.我了解到纤维素的降解和转化是十分关键的步骤,也是巨大的难点.纤维素犹如植物坚硬的骨架,因此它远比淀粉类物质难分解.而突破口是找到合适的能高效分解纤维素的酶.在这方面生物又给了我们很好的启示：牛吃的是充满纤维素的草,却能够胜任拉车、耕田的重活.牛胃的反刍作用,其中微生物产生的纤维素酶都是很值得我们去模拟的.我们的课外科技活动就从这里开始,从分离和改良纤维素酶基因开始.而从另一个角度,我们还可以通过提高植物体内的纤维素含量,来提高转化效率,降低成本.天然的甜高梁、柳枝稷是目前已知的高纤维素含量植物,而通过对它们进行转基因处理,我们能从单位植株中获得更多的纤维素.
生物能源的开发与生物技术、基因工程密不可分.北大的老师向我讲述了基因工程在培育能源植物中的作用.其中包括促进光能产物的积累,促进采收后纤维素的降解,以及要使能源植物在缺水的环境中生长,要使这些植物耐受低温、增加一年中光能转化的时间.这些都是可以通过基因操作技术来实现.这些工作正是我们这一代人明天要做的事情.今天,我们要多学习这方面的高新技术知识.
作为当代的青少年,我们需要放眼世界,密切关注生态环境和资源问题.过去,我们曾开展节水宣传、参与植树造林,为美化环境做出贡献.而现在我们要身体力行,加入到开发、宣传新能源的行列中.比如,我们可以在实验田里学农劳动,负责原料作物的种植和养护；有组织地进行野外考察,研究各种作物的成分及价值,提供给有关部门.或者科学合理地运用已有的知识,为增强农作物的环境适应性、解决荒漠化问题积极献言献策.我们还可以在学校内做培养微生物、植物的组织培养等实验,提高对生物工程技术的认识水平；加入青少年科技俱乐部,进入科研院所,与导师合作研究相关课题.或者是在学校、社区中宣传生物能源的使用前景…… 总之,有无数活动与创意等待我们去实施.在这个过程中,不但能丰富自己的文化知识,还可以提高科学素养,锻炼能力!其实,我们的力量并不微小.只要我们报有一颗热爱科学的心,将热情与智慧投入其中,就会获得意想不到的收获.而我们的家园,也必将在你我的行动中,变得越来越美丽!
天然产物研究与开发（九）:
我国生态平衡现状怎么样
1 .我国生态环境现状
目前我国由于工业“三废”污染、农用化肥和农药的污染以及废弃塑料和农用地膜的污染,严重的影响了我国的生态环境,使得水污染日益加剧,水资源严重短缺,全国600多个城市中已有一半城市缺水,农村则有8 000万人和6 000万头牲畜饮水困难；土壤污染严重,耕地面积锐减,近10年来每年流失的土壤总量达50亿t,土地荒漠化日益加剧；森林覆盖面积下降,草场退化,每年减少森林面积达2 500万亩；人们的身体健康受到严重威胁,疾病发病率急剧上升.因此,加大环境保护和环境治理力度,加快应用高新技术,如现代生物技术来控制环境污染和保持生态平衡,提高环境质量已成为环保工作者的工作重点.
2.污水的生物净化
污水中的有毒物质的成分十分复杂,包括各种酚类、氰化物、重金属、有机磷、有机汞、有机酸、醛、醇及蛋白质等等.微生物通过自身的生命活动可以解除污水的毒害作用,从而使污水中的有毒物质转化为有益的无毒物质,使污水得到净化.当今固定化酶和固定化细胞技术处理污水就是生物净化污水的方法之一.固定化酶和固定化细胞技术是酶工程技术.固定化酶又称水不溶性酶,是通过物理吸附法或化学键合法使水溶性酶和固态的不溶性载体相结合,将酶变成不溶于水但仍保留催化活性的衍生物,微生物细胞是一个天然的固定化酶反应器,用制备固定化酶的方法直接将微生物细胞固定,即是可催化一系列生化反应的固定化细胞.运用固定化酶和固定化细胞可以高效处理废水中的有机污染物、无机金属毒物等,此方面国内外成功的例子很多,如德国将能降解对硫磷等9种农药的酶,以共介结合法固定于多孔玻璃及硅珠上,制成酶柱,用于处理对硫磷废水,去除率达95%以上；近几年我国在应用固定化细胞技术降解合成洗涤剂中的表面活性剂直链烷基苯磺酸钠(LAS)方面取得较大进展,对于含100mg/L废水,降解率和酶活性保存率均在90%以上；利用固定化酵母细胞降解含酚废水也已实际应用于废水处理.
3.白色污染的消除
废弃塑料和农用地膜经久不化解,估计是形成环境污染的重要成分.据估计我国土壤、沟河中塑料垃圾有百万吨左右.塑料在土壤中残存会引起农作物减产,若再连续使用而不采取措施,十几年后不少耕地将颗粒无收,可见数量巨大的塑料垃圾严重影响着生态和环境,研究和开发生物可降解塑料已迫在眉睫.利用生物工程技术一方面可以广泛地分离筛选能够降解塑料和农膜的优势微生物、构建高效降解菌,另一方面可以分离克隆降解基因并将该基因导入某一土壤微生物(如：根瘤菌)中,使两者同时发挥各自的作用,将塑料和农膜迅速降解.同时,还需大力推行可降解塑料和地膜的研发、生产和应用.
4.化学农药污染的消除
一般情况下,使用的化学杀虫剂约80%会残留在土壤中,特别是氯代烃类农药是最难分解的,经生态系统造成滞留毒害作用.因此多年来人们一直在寻找更为安全有效的办法,而利用微生物降解农药已成为消除农药对环境污染的一个重要方面.能降解农药的微生物,有的是通过矿化作用将农药逐渐分解成终产物CO2和H2O,这种降解途径彻底,一般不会带来副作用；有的是通过共代谢作用,将农药转化为可代谢的中间产物,从而从环境中消除残留农药,这种途径的降解结果比较复杂,有正面效应也有负面效应.为了避免负面效应,就需要用基因工程的方法对已知有降解农药作用的微生物进行改造,改变其生化反应途径,以希望获得最佳的降解、除毒效果.要想彻底消除化学农药的污染,最好全面推广生物农药.
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