旧瓶新醋话发酵

    “发酵工程”是个新词，但用发酵方法来酿酒、制酱、做醋、做奶酪，却是几千年前人类就掌握了的生物技术。直到今天人们还在继续做这些事。但传统方法的发酵过程非常繁琐，费时费力。比如用小麦、大豆等原料做酱油需要半年到一年的时间，而且还要准备好大大小小、许许多多的容器。现代“发酵工程”的做法可就大不一样了。以日本的一家制酱油的公司为例，他们的做法是，将一种耐乳酸细菌和一种酵母菌一起固定在海藻酸钙凝胶上，再装入制造酱油的发酵罐。将各种营养物和水从罐顶慢慢地注入，产品酱油就不停地从罐底流出来，形成一个连续生产的过程。从原料到成品的周期不到3天。这里提到的发酵罐是现代发酵工程的重要标志。目前世界上最大的发酵罐高度超过100米，容量可达4000立方米。

    发酵工程的主角是微生物。

    微生物是一种通称，它包括了所有形状微小、结构简单的低等生物。一提到微生物，有些人就会皱起眉头，感到憎恶。因为他们想到的是微生物带来了人类的疾病，带来了植物的病害和食物的变质。其实，这种感情是不太公正的。对人类而言，大多数微生物有益无害的，会造成损害的微生物只是少数。就总体来说，微生物是功大于过的，而且是功远远大于过。近年来迅速崛起的发酵工程，正是这些微生物在忙忙碌碌，工作不息，甚至不惜粉身碎骨，才使得五光十色的产品能一一面世。从“乐百氏奶”等乳酸菌饮料，到比黄金还贵的干扰毒等药品，都是微生物对人类的无私奉献。

    微生物在发酵过程里充当着生产者的角色，这与它的特性是分不开的。它们具有孙悟空式的生存本领、猪八戒式的好胃口，还组成了天下第一的“超生游击队”。孙悟空是怎么折腾也不会死的英雄。微生物的生存本领也好生了得。它们对周围环境的温度、压强、酸碱度、干湿条件都有极强的适应力，在10千米深的海底，人会被压成一张纸，而有些细菌仍逍遥自在地生活。在零下250℃的超低温下，有些微生物仍不死去，只是处于“冬眠”状态而已。如果条件适宜，微生物会不断繁衍生长，从没有见过它们自行死亡。而这帮不死的小家伙还极为贪吃，甚至饥不择食。好吃的食品自不必说，连石油、塑料、金属氧化物、工业垃圾和DDT、砒霜等毒药，都会成为某些微生物竞相吞吃的美味。吃得多，长得快，繁殖速度自然十分惊人。如果一个大肠杆菌能顺利无阻地繁殖，两天后其重量等于地球重量的4倍！正是微生物的这些特点使它们成为发酵工程中的主将和功臣。发酵罐是微生物在发酵过程中生长、繁殖和形成产品的外部环境装置。它取代了传统的发酵容器——形形色色的培养瓶、酱缸和酒窖。与传统的容器相比，发酵罐最明显的优势在于：它能进行严格的灭菌，能使空气按需要流通，从而提供良好的发酵环境；它能实施搅拌、震荡以促进微生物生长；它能对温度、压力、空气流量实行自动控制；它能通过各种生物传感器测定发酵罐内菌体浓度、营养成分、产品浓度等，并用电脑随时调节发酵进程。所以，发酵罐能实现大规模连续生产，最大限度地利用原料和设备，获得高产量和高效率。这样，人们就可以充分利用发酵方法来生产所需的食品或其他产品。可以简单地说，发酵工程就是通过研究改造发酵作用的菌种，并应用现代技术手段控制发酵过程来大规模工业化地生产发酵产品。

    蛋白质是构成人体组织的主要材料，而又是地球上十分缺乏的食品。用发酵工程来大量快速地生产单细胞蛋白，就补充了自然产品的不足。因为在发酵罐内，每一个微生物就是一座蛋白质合成工厂。每一个微生物体重的50～70％都是蛋白质。这样人们就可以利用许多“废料”，来生产高质量的食品。所以，生产单细胞蛋白是发酵工程对人类的杰出贡献之一。

    此外，发酵工程还可以制造人体不可缺少的赖氨酸以及许多种医药产品。我们常用的抗菌素几乎都是发酵工程的产品。

    发酵工程不仅生产食品和药品，还是解决能源危机的有力武器。石油、煤、天然气这些传统能源终将消耗殆尽，人类怎样才能继续生活下去，科学家们为此耗尽心血。20世纪80年代，人们终于看到了希望：一方面是核能、风能、太阳能利用取得巨大进展；另一方面，发酵工程的出现，可使地球上每年生产的大量纤维物质——稻草、麦杆、玉米秸、灌木、干草、树叶等等，经“发酵工程”转化，成为人类新能源。

    在开发生物新能源的同时，发酵工程还可以完成另一个重要使命，即处理废物，净化环境，减少以至基本消除环境污染。

    总之，现代发酵工程能够帮助人们制造食品，制造药品，开发能源，净化环境。古老的生物发酵法，一旦用现代高科技方法加以改进，就千百倍地提高了生产效率，使老技术焕发了青春，为人类做出了巨大贡献。

    细菌织布不是天方夜谭

    大家知道，传统的织布方法离不开纱和织布机。要说细菌织布，那不是“天方夜谭”吧？

    当然不是！

    英国科技工作者发明了利用细菌织布的方法。这种方法很特别，不需用纱线和梭子，所用的原料竟是营养物质——葡萄糖和其他养料。

    科学家将这些织布原料，移入菌种，再给予适宜的温度，细菌就会迅速繁殖生长。每个细菌繁殖的速度可快啦，每小时可以繁殖1亿个。

    这样，细菌在适宜的温度等环境条件下，每天可织出3～4厘米长的布来。只要有细菌存在，布就会不断地织出来。当老的细菌“寿终正寝”后，便有新的细菌“前仆后继”接替这一织布工作，完成老细菌未竟的事业，这样循环不断，就能织出“天衣无缝”的布来。

    细菌织的布有很多优点，布的纤维长，结实牢固，比普通的布密得多。因为这种无棉纱的布是细菌织成的，所以最适宜作为医疗上的绷带，它能够使伤口形成一种与人的皮肤细胞组织相似的柔软的“皮肤”来，从而促使伤口愈合，疗效显著，很受医生的青睐。

    还有，细菌织出的布十分密细，用它来过滤杂质效果极佳。

    当然，“细菌工”所消耗的葡萄糖价格昂贵，要实现大规模的细菌织布还有一定困难。

    那么，如何大规模生产细菌布呢？

    科学家们寄希望于遗传工程。他们把合成纤维束带的基因转移到光合细菌的细胞内，利用太阳能来生产纤维束带。

    科学家们预言：这种不用棉纱织出来的布，不仅可用于医疗卫生和工业生产，而且还可以用于人类的衣着服饰，前途十分光明。

    细菌“吃”飞机的启示

    红霞涂抹的远处群山，机场内，四架喷气式飞机在跑道上滑行，顷刻，它们迎着喷薄的红日，带着浓浓的“白烟”，展翅飞向蓝天。当飞机升到2万米的高度时，突然，一架战鹰形如醉汉，急剧地向下翻滚，一头钻进大海。这是几十年前发生在美国傍海飞机场的悲惨一幕。

    令人遗憾的是，类似的悲剧还不止一次。

    为什么一架正常飞行的飞机会突然失控呢？这个问题使美国保安人员及有关科学家大伤脑筋。虽进行了详细的调查，但未能找到问题的答案。

    后来，有人偶然在一架飞机的燃料箱里发现了一种“锈”物，这无疑是一个重要线索。飞机的燃料及油箱要求是很严格的，怎么会有“锈”物呢？

    于是，这种“锈”物就被请到了实验室，化验后问题真相大白！

    原来，这罪魁祸首是小不点儿的细菌！

    细菌能有这么大的能耐吗？竟能吃掉现代化的喷气式飞机？

    这是一种嗜硫细菌，当它在燃料箱体上驻扎之后，就会在那里繁衍生息，以喷气燃料中的硫磺为食，然后，排出代谢产物——硫酸，腐蚀箱体，或通过输油管损害发动机零件，从而造成人们不易觉察的“内伤”，以致造成机损人亡的惨剧。

    这事提醒人们，飞机上千万不能让嗜硫细菌“光顾”。

    小小的嗜硫细菌蚕食大飞机，这使美国空军蒙受了巨大的损失。

    但是，坏事也能变能好事。独具慧眼的科学家因此而受到启发，他们化害为益，对嗜硫细菌加以巧妙利用，获益匪浅。

    起初，嗜硫细菌被送到炼油厂，它不负重望，大吃特吃，不断地蚕食石油中的硫磺，有效地使炼油设备、输油管道免遭腐蚀。

    接着，它声誉鹊起，被“聘”于炼铜厂。面对坚硬的铜矿石，它以蚂蚁啃骨头的精神，施展出独门功夫——将铜矿石中的硫磺“啃”得干干净净，同时，用自产的硫酸将矿石与铜“各居一方”，极大地提高了铜的开采率。

    继而，这小不点儿嗜硫细菌开始转战南北，在锰、钼、亚铝、镍等金属的提炼领域中，以自己的优势，勤奋工作，留下了光辉的足迹。

    现在，科学家鉴于嗜硫细菌在冶金工业上所表现的特殊本领，又大胆提出设想，试图将它推到核工业中的炼油作业上，使它为人类作出更大的贡献。

    科学上的问题往往就是这样，能化腐朽为神奇，嗜硫细菌本是“吃”飞机的灾星，但科学家具有发现和创新的独特本领，一分为二地对待它，将不利因素化为有利因素，化害为宝，使其成为造福人类的至友。

    让微生物生产粮食

    生物学家告诉我们：蛋白质是生命活动的物质基础，一切动植物的体内都有蛋白质。

    动植物这些显眼的“大生物”含有蛋白质，那些肉眼难见的“小不点儿”微生物，是否也应有蛋白质的成分呢？

    是的，微生物虽小，也有蛋白质成分。由于微生物大多是很小很小的单细胞生物，因而人们生产出来的蛋白质，叫做“单细胞蛋白”。

    单细胞蛋白的营养价值很高，含有氨基酸种类齐全，不仅超过了米、面，也超了猪肉、鸡肉，还含有许多糖类、脂肪、矿物质和维生素。人体所需要的营养成分，在这里几乎是应有尽有。

    既然如此，我们为什么不能像种庄稼或饲养牲畜那样，让微生物在最佳的环境中，“茁壮成长”呢？如果这样，我们不就能获取大量的单细胞蛋白了吗！

    是啊，科学的发现需要科学家的想像。

    于是，科学家们选育出能利用某种原料的微生物，把它们接种到发酵罐里，让它们在发酵罐里施展本领，大量繁殖。然后，再经过净化、干燥、精炼，就得到了我们所需要的单细胞蛋白。

    种庄稼往往受季节的制约，在发酵罐里制造单细胞，就不分数九寒冬和酷暑盛夏了，只要控制好发酵罐里的温度、酸碱度和营养条件，就能源源不断地生产出单细胞蛋白来。

    微生物的繁殖速度十分惊人。就细菌来说，每隔20分钟就可以分裂一次，由一个分裂为两个，两个分裂为4个……24小时可分裂72次，产生4.72×1021个后代。

    有人做过试验，在适宜的条件下，500千克重的酵母，一昼夜就能繁殖成40000千克，而同样重的一头牛，一昼夜只能增加0.24克。

    研究表明：微生物发酵生产蛋白质的速度比植物快500倍，比动物快2000倍。一个细菌，一昼夜发酵生产的蛋白质，等于它自身重量的30～40倍。

    然而，0.67公顷（1亩地）的豆田，每年可收获1000多千克大豆，得到400千克的植物蛋白质。工人在工厂里利用微生物发酵生产蛋白质，一年竟能生产10万千克蛋白质。

    可见，微生物生产蛋白质的效率是多么高啊！

    人们在获得单细胞蛋白的同时，也在不断探索“菌源”。

    前几年，科学家发现了一种氢细菌，能利用氢、二氧化碳以及含氧无机盐类作发酵原料来生产单细胞蛋白。既不与工业争原料，也不与农业争土地，是一种理想的生产食物的方法。

    之后，科学家又找到一种更理想的固氮氢细菌，它能直接从空气里摄取所需要的氮素，合成我们需要的蛋白质。

    目前，经改性的禾本科镰胞生产“真菌肉”，在英国已实现工业化生产。加拿大进行了用一种节杆菌促进植物性食用油高产的试验。我国和日本也进行了如利用产油的假丝酵母、被胞霉等的试验，并获得了类似的结果。用微生物生产新兴食品正在崛起。

    随着现代科学技术的发展，人们将不断发现新“菌源”，从而生产廉价的粮食——蛋白质，为人类的生存提供更加充实、更具营养的食物。

    地球“清道夫”

    近百年来，环境恶化的问题给人类带来了极大的麻烦。随着工业的高度发展，废物、废液泛滥成灾。光是美国，一年便要产生有害物质6000万吨。欧洲产生的有害物质也大致相当。其他各国便不必一一列举了，即使是第三世界国家，“三废”的排放量也是相当大的。全世界的“三废”数量惊人，并且还在以惊人的速度增长。拿污水来说，70年代全世界污水年排放量为4600亿立方米，到本世纪末将增长14倍，达到近70000亿立方米。在整个地球上，“三废”的产生和排放远远超过了大自然本身的净化能力。如果再不抓紧治理“三废”，再不采取有力措施保护环境，人类在地球上将很快没有立足之地了。发酵工程的巨大威力使人们看到了彻底治理环境的曙光。

    微生物治理环境这件事，可说是源远流长。多少年来，人类的生活中何曾少过废物、废水。不过，由于工业不怎么发达，城市人口也不怎么密集，这些废物、废水被伟大的自然界悄悄地消化掉了，不曾构成对人类生存、发展的威胁。大自然拥有神奇的净化力量，而微生物则是净化力量的主力军。这些不起眼的小不点无声无息地战斗在环境保护的第一线，吃掉了废物、废水，把它们转化成可供动植物再次利用的无害物质，使地球保持着生态平衡。只是在进入工业社会后，由于“三废”排放量剧增，那些自生自灭、各自为战的微生物已无法应付，回天乏力，生态平衡才被打破，人类才面临环境恶化的威胁。

    最终，解决环境问题还得靠微生物，处理废物、废气、废水还得靠微生物。不过不是那些各自为战的微生物“游击队”，而是融合着人类智慧的、经过改造的微生物，是发酵工程的微生物“正规部队”。

    1991年在美国西海岸由于一艘满载着18万吨原油的油轮失事，几百平方海里的海面被油层罩住了。报道此事的电视新闻中有这么一个画面：一只海鸟呆呆地站在一块礁石上，由于浑身的羽毛被原油粘住，它再也飞不起来了，只能在那儿等死。遭殃的何止是海鸟，那海面上的油层不会轻易消失，它在海水和空气之间形成了隔绝层，破坏了生态平衡，过不了数天，许多死鱼泛起，密密麻麻地漂浮在海面上。

    那场“油祸”只是一个突出的例子。从60年代以来，海面的浮油污染已经成了环境保护中最令人头痛的问题之一。浮油的来源不光是油轮失事，还有货轮和沿岸工厂排放污油，那更是经常性的事。其结果便是整个地球的海洋表面上出现了一大片一大片的油污，久久不肯褪去。就在浮油污染日益严重，几乎使人束手无策的时候，一些聪明的学者又祭起了发酵工程这一法宝。他们找到一种又一种以石油为食的微生物（那叫嗜烃菌），筛选出生命力最强的菌株，供给最充分的营养，使它们活性更强，而且大量繁殖，然后配制成一瓶一瓶的药液——浓缩的菌液。在被污染的海面上，只要洒上一定数量的药液，不出一周，80％的油污即会被这些微生物吞吃掉，产品则是二氧化碳和菌体蛋白，菌体蛋白还是一些海洋生物的营养品呢！这种神奇的药液已经商品化，可以大量生产了。彻底解决海面浮油污染已经是指日可待的事情。

    与海面浮油污染相类似的，是土壤的DDT污染。

    DDT是一种高效杀虫农药，从20年代起风行于全世界，但60年代即被禁用。原因是它在使用后不会自行分解，而是积聚在土壤中。土壤中的DDT会通过农作物的根系进入农作物，然后又会进入人体积聚于人的肝脏，损害人体健康。即使在DDT被禁用以后，这个问题仍未解决。因为经过数十年的使用，DDT在土壤中的浓度已经很高了，而且自然界的净化能力对它毫无办法。这些DDT仍在不断地侵蚀人们的肝脏，医生们认为这是各类肝病，包括肝癌，发病率持续上升的原因之一。

    到80年代后期，人们终于找到了从全球的土壤中清除DDT的根本办法。一些科学家移花接木，将一种昆虫的耐DDT基因转移到细菌体内，培育一种专门“吃”DDT的细菌，再大量培养，制成药液。这种药液喷洒到土壤上，不出数天，土壤中的DDT就被“吃”得一干二净。这样，人类数十年来的这个“心腹之患”就可以清除掉了。

    从发酵罐中生产化工产品

    如果要问从发酵罐中能否生产化工产品？可以明确回答你：能。

    化工产品在人们心目中是从化工厂里生产出来的。但由于发酵工程的特殊性能和特殊作用，从发酵罐中提取化工产品已变得很容易了。

    乙醇是一种用途广泛的化工原料。乙醇就是发酵罐的产物。

    科学家预测，在21世纪初，生产化工原料的一些传统合成方法将被发酵法所代替。这是因为微生物能合成许多化工产品。据不完全统计，用发酵法生产的化工原料多达几百种（类），虽然这个绝对数字不大，但前景广阔。比如化工上用的溶剂、润滑剂、软化剂、萃取剂、胶粘剂、酶制剂，还有塑料、炸药、汽油添加剂、代用燃料、化妆品、阻冻剂、刹车油、柠檬酸、乙烯、乙醛、丙酮、丁醇、丁二烯等，都可从发酵罐中提取。

    一般来说，有工业用途的有机物的生产，既可以用合成法，也可以用发酵法。用哪种方法生产，取决于它的经济效益。发酵生产，其原料大多采用糖类和淀粉；而化学合成，其原料主要是石油和它的衍生物。这就是说，要考虑到原料成本，也要考虑转化率和回收成本。只要发酵法合成比化学合成产量高、成本低，那么就应该采用发酵法，从发酵罐中提取化工原料。

    利用微生物发酵生产粮食

    在日常生活中，发酵现象是司空见惯的。然而，你知道微生物发酵吗？微生物能通过自己的新陈代谢，对一些物质进行分解或合成，产生另外一些物质。利用微生物的这种本领，生产人们需要的各种原料和产品，这就是微生物发酵。

    微生物的发酵作用是在神奇的“魔术师”——酵的作用下进行的，只要是常温、常压就可以了。由于微生物种类繁多，因而能在不同的环境中形成不同的发酵产物。这些产物几乎都与我们日常生活密切相关，如，醋、甘油、味精、酒精、抗生素、维生素和微生物杀虫剂。

    能不能利用微生物发酵来生产粮食呢？不久前，微生物学家发现可以利用微生物发酵生产粮食。这里说的粮食不是指淀粉，而是蛋白质。微生物发酵生产蛋白质的速度比植物快500倍，比动物快2000倍。一个细菌一昼夜发酵生产的蛋白质，大约等于它自身重量的30～40倍。一个农民每年要种0.67公顷的土地，才能收获1000多千克的大豆，得到400千克的植物蛋白；而一个工人在工厂里利用微生物发酵生产粮食，一年竟能生产10万千克蛋白质。

    微生物发酵对人类作出了巨大的贡献。随着科学技术的发展，它的应用前景将越来越广阔。

    发酵工程比传统发酵工艺先进

    人类在古代就知道发酵。古埃及人数千年前就会生产面包和奶酪。我们的祖先在3000年前就掌握了酿酒技术。不论是制作面包、奶酪，还是酿酒，都有一个不可缺少的过程——发酵。但是，古人不知道这发酵是怎么回事。他们不知道发酵是酶的作用，更不知道酶是由微生物产生的。所以古希腊人把发酵说成是“沸腾”，实在是一个糊涂概念。而我们祖先所称的“发酵”则要科学得多。

    发酵工程，又叫微生物工程。它是利用微生物所特有的发酵作用，与现代工程技术相结合，或直接用微生物反应器，进行大规模的发酵生产。发酵产物既可以是微生物本身（单细胞蛋白），也可以是发酵过程的代谢产物。

    现代发酵工程与传统的发酵工艺操作不同，它有如下优越性：它可以进行连续发酵和半连续发酵；有电脑控制实行高度的自动化；采用经过基因重组的工程菌生产；可以在45℃左右加压生产。而传统的发酵工艺是间歇发酵，人工操作，用的是天然菌种，只能在常温常压下进行。

    正因为发酵工程有如此多的优点，受到各国的重视也就很自然了。国际微生物学会联合国咨询委员会主席海登这样告诉人们：“微生物工程可能成为一股引起工业结构调整和社会结构改革的力量。”此话不假。

    冷冻人复活——低温生物技术

    一只冬眠的猫蜷伏在古埃及法老的陵墓里，“守灵”守了4000年之久。直到本世纪80年代，考古工作者发掘陵墓的声响使它醒过来。

    阿尔卑斯山的雪崩把一位瑞士青年冰封了25年。1987年，他被人发现，经过解冻，又奇迹般地活了过来。

    在低温下，生物的新陈代谢降到了最低限度，处于“假死”状态。一旦环境温度上升，生物就会复苏，恢复活力。在此同时，生物的寿命却可能延长了许多。许多动物的冬眠就是很好的例子。

    从60年代起，一门崭新的生物技术——低温生物技术逐渐形成，逐渐发展。低温生物技术的要旨就是冷冻生命，就是通过迅速降温使生命达到超低温，进入冬眠状态，从而得到长期保存。

    低温生物技术的重大意义是显而易见的。冷冻生命就是延长生命，对许多生物来说意味着延长人们使用它们的年限，对人类本身来说就是延长寿命。后者自然更令人感兴趣。患了不治之症的病人如果对当代的医疗手段已经绝望，可以冷冻起来，到三五十年后再复苏。那时也许治疗不治之症已经成了药到病除的小事一桩。飞向另一行星的宇航员要忍受长达数年的枯燥无味的旅途生涯，如果能冷冻起来进入冬眠状态，那么一觉醒来就可以精力充沛地登上另一星球。这样，不仅使他避开了旅途寂寞，“捡”回了几年寿命，还可以使航天器里面省去许多食品、饮料，轻装上阵。

    低温生物技术要解决许多难题，其中冷冻速度是很关键的。冷冻速度过快，生物细胞内的水分会结冰，把细胞涨破；冷冻速度过慢，细胞会脱水而使盐分增加，蛋白质分解。各种细胞的组成成分和含水量都不一样，所以，对于由各种器官组织、各种细胞组合成的生物机体，要确定一个最适宜的冷冻速度是非常困难的事。类似的难题还有掌握复温的速度、避免细胞器的低温损伤等等。

    由于低温生物技术凝集着人类巨大的兴趣和期望，所以近20年来发展很快。根据生理医学专家预测，到2050年，人类有可能第一次对冰冻保存的人体施行解冻复苏手术。在21世纪内，人类通过用各种冬眠技术断断续续地放慢机体的生理作用，会使人生命的跨度放大20倍。

    光生物技术

    光生物技术的应用很早就有，现在更加普遍。其实在千百年前，人们就观察到了“飞蛾扑火”的现象，并利用它来消灭害虫。人们也知道某些鱼喜欢亮光，就在夜晚点燃火把，诱集鱼群。这些做法都是利用了生物的“趋光性”，可以说是最原始的“光生物技术”。现代光生物技术不仅能诱集昆虫或鱼类，还能用光来调节生物的生长、发育和行为。

    我们知道，光是地球上一切生物的能量来源，是一切生物最重要的环境因素之一。生物的进化和适应离不开光，生物的结构、功能、发育、行为均受到光的强烈影响。光生物技术的研究中心是：确定光照的最适宜的波长、强度、偏振性和持续时间等，达到用光调节生物生长、发育和行为的最佳效果。

    例如，在植物培养方面，经过精心的研究发现，人参细胞在白光照射下生长最快；蓝光、绿光下慢一些；红光下最慢，几乎和在黑暗中一样。而有些植物则完全不同。所以如果能准确地测定各种不同植物在不同生长阶段进行光照的最适宜的波长、强度、偏振性和持续时间，就可以用光的调节使植物栽培收到最佳效果。我国科学家用光照提高栽培人参的品质和产量，其栽培水平进入世界先进行列。

    光照对动物的生长发育也有明显的调节作用。不同颜色的光和不同光照时间使肉猪、肉牛或奶牛的长肉和产奶量发生明显变化。在许多发达国家中，光照管理已被列为动物饲养的重要管理项目。

    在医疗技术方面，一种崭新的方法——光疗法也成为许多疑难病症的克星。例如，新生儿黄疸症，过去曾使无数新生儿死亡。现在用波长450毫米的光照射病儿全身，治愈率很高。它的原理是，引起黄疸的胆红素对波长450毫米的光很敏感。在光作用下，胆红素分子会转变成水溶性的化合物排出体外，从而挽救了新生儿的生命。

    最令人感兴趣的，莫过于用一种光敏药物——叶琳类药物来治癌了。这种叶琳类药物有两大特点：一是对光敏感。在波长为625毫微米左右的光照下，它会改变结构和特性，杀伤所在部位的细胞；二是对肿瘤细胞有亲和力。它进入人体后随血液流动，对正常细胞冷若冰霜，昂首而过，与肿瘤细胞却是一见如故，难舍难分。因为具有这两大特点，它作为肿瘤克星就很好理解了，在确定适宜的剂量后，向患者注射这种叶琳类药物，过几天，这些药物分子会聚集在肿瘤部位。这时再用625毫微米的光进行定期照射，肿瘤会逐渐变色、渗血、干燥、萎缩。一两周后会长出新的组织。至今，已有不少肿瘤患者在这种治疗手段的帮助下获得了新生。

    声生物技术

    一架被劫持的飞机孤零零地停在机场一角，两个劫匪一边张牙舞爪威胁乘客，一边气势汹汹地通过话机向指挥台提出蛮横无理的要求。突然，舷窗外人影一闪，劫匪还没反应过来，就已失去了知觉。3秒钟之后，特种部队冲进了机舱……原来，他们使用了次声炸弹。这种炸弹爆炸时产生强大的次声波，会把人震昏过去，但又不至于丧命。

    上面的场景是发生在美国西部某州的一场演习，演习的中心就是测试次声炸弹的威力与安全性。专家们认为，次声炸弹可能是对付各种劫持者和抢劫犯的最佳武器，它既厉害又人道。据说，威力更大的次声武器也已经问世，那可是准备用于战争的。

    次声是频率小于20赫兹的声波。次声的频率达到一定程度就会对生物机体发生影响，次声炸弹只是其中的一个例子。在声波的另一个极端是频率高于20000赫兹的超声波，它对生物机体的影响大家可能比较熟悉一点。超声波手术刀和超声波结石粉碎机已经广泛投入临床应用，用超声波治疗脑血管意外偏瘫和冠心病的效果令人瞩目。超声加热治癌机能使深部肿瘤组织温度升高5～7摄氏度，再结合化疗和辐射，可以杀灭7％以上的癌细胞，而所透过的表皮和正常组织却完好无损。这种治癌方法被确认为手术、化疗、放射疗法之后的第四种有效手段。超声波在医疗上的全面应用已拓展出一门新的学科——超声治疗学。

    再来看看频率在20赫兹到20000赫兹之间的正常声波。

    “对牛弹琴”是大家很熟悉的成语。在奶牛挤奶时播放音乐以提高产奶量，过去也曾作为笑话流传过。而今，它却是举世公认也广泛采用的饲养手段了。只不过，作为一种现代化的饲养技术，它的内容更丰富了。例如，音乐不仅是在挤奶时播放，在喂食、休息时也要定时播放；乐曲的选择也至关重要，只有轻快、优美、流畅的乐曲才能达到理想的效果。据说有人试验过，施特劳斯的圆舞曲《蓝色的多瑙河》会使奶牛的产奶量大增，而沉郁、悲壮的贝多芬第九交响乐却会使产奶量锐减。

    蚊子对声音是很敏感的。据说，有一位歌剧演员唱高调滑音时，一群雄蚊子向他那大张着的嘴巴扑来，弄得他尴尬万分。也许是那滑音和雌蚊的声音相近的缘故吧。相反，怀卵的雌蚊由于厌恶雄蚊的纠缠，一听到雄蚊的声音就赶快溜之大吉。目前，美国、西欧流行的声波驱蚊器就是根据这个原理制造的。它发出的是雄蚊飞行时振翼的特殊声波，能把雌蚊赶得远远的。而叮人吸血的正是雌蚊，雄蚊是不叮人的。这种声波驱蚊器在美国、西欧很灵验，拿到中国来就不灵了——中国雄蚊的飞行声波与驱蚊器发出的声波不一样。

    根据鱼类对声波的反应，用特定的声波诱集或驱赶鱼类进行捕捞，是一种现代化的渔业技术，已经很常见了。更奇妙的是“声音驯鱼”，就是对养殖的鱼群用特定的声音进行驯化，使它们一听到这种声音就会赶来取食。等到这种条件反射稳固以后，把这些鱼放到鱼群聚集的海域，过一阶段再用这种特定的声音进行诱捕。那些已驯化的鱼听到声音便急急赶来，还充当了“带头羊”的角色，带来了大量野生的未经驯化的同伴。这种新奇的捕鱼手段已经试验成功，而且取得了可观的效益。

    神经网络计算机和生物芯片

    曾有人使用一台有翻译功能的电脑，将一句话从英语译成俄语，再回过来译成英语。原句是“心有余而力不足”，想不到，一个来回后面目全非，成了“伏特加酒很凶，但肉已发臭”。

    这是真实的，不是笑话。它说明，电脑尽管有惊人的运算速度和贮存信息的能力，却仍然不及人脑聪明。由140亿个神经细胞组成的人脑，在学习、联想、整体判别、优化控制等方面，是电脑望尘莫及的。

    80年代以来，许多电脑专家转而致力于研究人脑的结构和功能，期望用最尖端的材料和电子线路来模仿人脑的功能，包括神经细胞的兴奋和控制，神经网络的联通和整合，大脑的思维、判别和反射等等。在此基础上，就可能制造出新一代计算机——神经网络计算机。和过去的所有计算机不一样，神经网络计算机有学习能力，会积累经验，增长知识，在记忆、联想、模糊识别等方面逼近或超过人脑。它被称为第六代计算机。

    1992年，日本的一家公司宣布研制出一部“通用神经网络计算机”。这部计算机模仿人脑神经细胞传递信息的方式，使用32个有学习能力的大规模集成电路，不用软件，不需要解读软件命令的线路。它的处理速度奇快，人脑要一个多小时读完的文字，它在千分之几秒内就能读完。

    在当代的高新技术中，计算机技术和生物技术是两大主力。神经网络计算机可说是这两大技术融汇的产物，但它是宏观方面的产品。在微观方面，生物技术也同样为计算机技术作出了巨大的贡献，那就是近年来各发达国家都在加紧研制的生物芯片。

    作为计算机核心元件的芯片，至今仍是以半导体为材料的。但半导体芯片的发展已快要达到理论上的极限。它面临的困境是半导体的集成密度受到限制。一块硅片上最多只能排列几千万个晶体管元器件，否则就会有发热、漏电等问题。这样，芯片的存储容量就有限了，而芯片容量的限制直接会影响到计算机处理信息的速度。所以，要使计算机技术再次取得新的突破，必然的趋势是用新一代的芯片——生物芯片来取代半导体芯片。

    生物芯片的主体是生物大分子。蛋白质、核酸等生物大分子都具有像半导体那样的光电转换功能和开关功能，但目前为各国科学家看好的是蛋白质分子。蛋白质分子具有低阻抗、低能耗的性质，不存在散热问题。它的三维立体排列使它具有较大的存储容量。使用蛋白质芯片的计算机，处理信息的速度可望提高几个数量级。另外，蛋白质分子还有自行组装和再生的能力，为计算机全面模仿人脑、实现高智能化提供了可能。

    选择哪种蛋白质分子来担当这一重任呢？这可是各国科学家在努力攻关的核心问题。一种嗜盐菌的紫膜中的蛋白质分子（代号叫bR）看来是选作生物芯片的理想材料，因为它来源广泛，具备作为光电转换和开关元件的优良性能。而紫膜是目前唯一的结晶状生物膜，稳定性很好。我国科学家在紫膜蛋白质分子的研究中也有不少建树，有可能为生物芯片的问世作出自己的贡献。

    制作生物芯片除了直接选用天然蛋白质分子之外，一种更为奇妙的手段是制造人工蛋白质分子。这有两种途径。一种是通过DNA重组，使某种微生物“分泌”出合乎要求的蛋白质分子；另一种是直接用蛋白质的基本材料氨基酸来进行组装。人工蛋白质分子是根据理想的蓝图来进行构筑的，性能当然比天然蛋白质分子优异，但同时也存在着更多的困难，目前尚处于实验研制阶段，离实际应用还有不小的距离。

    仿生技术

    为什么鱼类的身体大多是两头小、中间大的流线形呢？研究结果表明这种体形在游泳中受到的水的阻力最小。于是人们就把子弹、炮弹、汽车、轮船都做成“流线型”。现代潜艇也是根据鱼类的体形和沉浮原理制成的。

    蝙蝠在黑暗中飞行为什么不会撞到岩石上，甚至不会碰到空中拴着铃铛的绳子呢？原来它从喉内发出一种超声波，根据超声波反射回来的信号就能准确判断前面是否有障碍物。正是根据这个道理，人们制成了靠回声定位的探测器，可以测水深，探鱼群，甚至可以利用超声波来诊断身体内部的疾病。

    上面举的两个例子都是人类向动物“学习”，模仿动物的形体、行为而产生和发展起来的技术。对这门技术的研究称为“仿生学”。仿生学是介于生物科学和技术科学之间的边缘学科。它把各种生物系统所具有的功能原理和作用机理作为模型进行研究，从中受到启示，充分挖掘和利用其中的科学道理来推动科学技术的进步。生物界难以数计的品种和丰富多采的功能，蕴含着极其复杂和精巧的结构。那奇妙和科学的程度远远超过人造的仪器和人类的想象力。人们向生物学习到了许许多多有益的知识，制造出了许多先进的用具和设备。因此，仿生学的研究有着广阔的发展前景。

    人们学习企鹅设计制造了极地越野车。这种车在冰雪上行驶不会打滑和下陷，速度可达每小时50千米。

    人们学习袋鼠设计了一种没有轮子的跳跃式汽车。它在沙漠和沼泽中“蹦跳着”行驶，不畏险阻，一往无前。

    人们学习水母，制成了“水母耳风暴预测仪”，可以提前15小时预报海上风暴的强度和方向，避免了许多可能发生的海难事故。

    人们学习昆虫，研究它们眼睛的特殊结构，发现由上千个单眼组成的复眼能全方位捕捉视觉信号。于是“蝇眼”照像机问世了。它可以一次拍下1000多张照片，分辨率极高。

    大自然中的生物真是千姿百态，各怀绝技。庞大的生物王国神秘莫测，奥妙无穷。现代仿生技术以模仿生物为特长，取得的一个个成果，像一串串明珠，耀眼夺目，又趣味盎然。充分利用这些成果会使人类的生活更舒适、更方便，使人类在行动上越来越自由。

    模仿植物种子的机翼

    千百年来，许多科学家模拟鸟类和昆虫，造出了各种各样的飞行器。

    可是在本世纪初期，德国有两位航空学家（他们是父子俩）却用葫芦科植物种子作为模型，制造出一架无人滑翔机。1913年，他们在这种滑翔机的基础上，又造出了有人驾驶的功率为74千瓦的飞机。这架飞机重650千克，每小时的速度可达95千米，还可载重220千克。他们从柏林飞到巴黎，又飞到伦敦，最后回到柏林。这在当时是一个了不起的奇迹。

    他们为什么要模仿这小小的种子呢？

    原来在大自然里，有的植物种子会像降落伞一样在空中飘舞，有的像长了“翅膀”，可以随风飘得很高，降落到遥远的地方。这种带“翅膀”的种子叫做翅果，“翅膀”就是它们的飞行器。槭树、榆树和椿树等的种子都带有这种“翅膀”。

    翅果降落时，“翅膀”就连着种子旋转起来。由于它的自旋中心和重心往往是重合在一起的，又因种子非常轻，因此能稳定而缓慢地降落。翅果的这些特征，便成了德国近代飞机创造的飞翔原理。

    应用工业微生物的优越性

    这里说的工业微生物，是指在工业生产中作为生产者的微生物。这类工业微生物种类相当多，形成一支不可多得的生力军。例如，放线菌、细菌、真菌等能生产5500多种抗生素，其中有4000多种是由放线菌产生的。可见，工业微生物是一支庞大的队伍了。

    为什么科学家对微生物在工业上的应用这么感兴趣呢？不论是微生物学家，还是化工专家，他们看中的是应用工业微生物进行生产有许多优越性。这些优越性主要表现在：

    首先，微生物能在常温常压下进行各种生物化学反应。即使在发酵罐中，也不会出现爆炸。这就大大避免了在生产过程中的事故。

    其次，以微生物为对象进行的物质转化，不完全利用地球上的有限资源（如石油），而着眼于再生资源（如纤维素、木质素、淀粉等）的利用。因此，原料来源丰富，不会因原料少而停止生产。

    第三，用微生物生产复杂的有机化合物（有机酸、核酸、糖等），可以让几十步化学反应像一步反应那样在反应器中进行，实现连续性大规模生产，这既缩短周期，又降低成本。

    第四，微生物生产安全、干净，不会产生有害物质，不会污染环境。

    性别的决定

    生物有雌雄的区别。决定性别的是生物的性染色体。

    以家兔为例，它共有22条染色体，其中1对为性染色体。如果兔细胞内的一对性染色体相同，即都为XX染色体，则为雌兔；一对性染色体不同，即为XY染色体，则为雄兔。因此，雌兔只形成一种卵子——X卵子；雄兔形成两种精子——X精子和Y精子。

    为了多繁殖小兔，人们自然喜欢多养雌兔，尽量少养雄免。只要进行以下实验，就可达到多养雌兔的目的；取出雄兔的精液倒入一U形管中；往U形管两端各插入一个电极，一为正极，一为负极；通电。于是，带X染色体的精子（带负电）大多数移向正极，带Y染色体的精子（带正电）大多移向负极。用人工授精方法，把正极附近的精液注射到雌兔阴道里，结果雌兔怀孕后生下的小兔，大多数是雌兔。类似的实验，在其他家畜的繁殖上也取得了成功。

    人的男女性别也是由一对性染色体决定的。性染色体全是XX时，便是女的；为XY时，便是男的。这就是说明，人与其他生物在很多方面是相同的，人是由生物进化来的；生男生女并不由母亲决定，而是由父亲决定的。

    家禽（如鸡）的性别也是由一对性染色体决定的。不过，它正好与家兔和人的情况相反；性染色体为ZZ的是雄禽；为ZW的是雌禽。

    红绿色盲

    道尔顿是18世纪英国的大科学家，近代原子理论的奠基人。他是第一个发现红绿色盲的人，也是第一个被发现患红绿色盲的人，所以红绿色盲又称“道尔顿病”。

    在一个圣诞节，青年道尔顿给母亲买了一双长袜，作为节日礼物。母亲收到这份礼品，非常高兴，但美中不足的是颜色实在太鲜艳，与自己的年龄不相称。道尔顿吃惊地问：“深蓝色怎么不相称？”母亲感到意外：“什么？这袜子像樱桃一般红呀！”

    从此，道尔顿才知道自己的色觉和别人的不同，他没有区分红色和绿色的能力，即红绿色盲。后来，他研究了这种病因，还写了一本书——《论色觉》。

    红绿色盲属于性染色体隐性遗传。基因一般随所在的染色体连在一起或锁在一起同时传递到下代，这叫连锁。X染色体上的基因随X染色体一起传递，叫X连锁或性连锁。红绿色盲基因不但存在于X染色体（性染色体）中，而且为隐性，所以性连锁隐性基因的遗传，随不同性别的情况而不同。在女性中，X成双存在，必须两条都具隐性致病基因才能患病；男性的X染色体是成单的，所以只要X染色体带有致病基因就会发病。但是，两条带病基因的X染色体组合在一起（XX）的机会很小，所以患X连锁隐性遗传病的男性要比女性多得多。红绿色盲，男性远多于女性，我国男性色盲发病率为7%，女性0.5%。

    道尔顿的红绿色盲基因是由母亲传给他的，他的母亲是红绿色盲基因的携带者。

    杂种优势

    母马和公驴交配，生出来的骡比马和驴都强壮高大。这种现象在遗传上叫做杂种优势。

    杂交产生的后代，能继承两亲本的一些优良品质。如骡从母亲（马）那里取得体大、快跑、大力、活泼的优点；从父亲（驴）那里取得步伐稳定、不易激怒、有耐力、食粗料的优点。显然，骡作为役用畜要比马和驴更好。这是我国古代劳动人民最早应用杂种优势的一个著名实例，一直沿用至今。

    在动物分类上，马是一个物种，驴又是一个物种，它们的亲缘关系很远。凡是两个不同物种间的杂交称远缘杂交。由远缘杂交的后代产生的优势现象称为种间杂种优势。

    一个物种内，有许多不同的品种。显然，物种内各品种间的亲缘关系要比物种间的近得多。因此，物种内品种间的杂交称为近缘杂交或品种间杂交。与物种间杂交比较起来，品种间杂种优势更为常见，在生产上应用更广泛。如农牧业上推广的杂交玉米、杂交水稻、杂交猪、杂交鸡等等，都是品种间杂种优势的直接利用。我们利用遗传规律培育的矮秆抗锈病小麦、肉卵兼用鸡等都是品种间杂交的成果。

    无籽西瓜

    人有46条染色体，共23对，可以算作两套染色体。就好比象棋有红蓝两套兵马，扑克牌有红桃、黑桃、方块、梅花四套一样。这样，人体细胞有两个染色体组，叫二倍体。有的植物有三个以上染色体组叫做多倍体。市场上出售的无籽西瓜就是多倍体。

    培育三倍体无籽西瓜，首先要将正常的二倍体西瓜在幼苗期用秋水仙素处理，使细胞内的染色体数目加倍，创造出四倍体西瓜来。然后把诱导成功的四倍体西瓜植株作为母本，用正常的二倍体作为父本，在开花时用人工授粉的方法让它们杂交，就能得到三倍体的种子。第二年将三倍体的种子种下去，长成的植株再用正常的二倍体植株授粉，三倍体的植株上就能长出无籽西瓜。

    由于三倍体无籽西瓜在减数分裂时，同源染色体不能正常配对，而且绝大多数配子中含有的染色体数目都是不正常的，所以这种配子不能受精结籽，需要用二倍体花粉来刺激。这样，果实才能发育成熟，但种子极度退化。因此，栽培无籽西瓜每年都要用四倍体和二倍体的种子自交留种或杂交制种。无籽西瓜不但没有种子，而且瓤肉的糖分多、甜味浓，产量也不低于普通二倍体西瓜。

    生物活动与时间有关

    各种生物的生命活力都有内在的节奏，像时钟一样，一般按24小时周期性地运行，这就是生物钟。生物钟五花八门，多种多样，有和昼夜相适应的日钟，有和潮汐相适应的潮汐钟，还有和地球公转、季节变化相适应的年钟。

    植物的生物钟非常有趣：牵牛花大约在清晨4时开放，丝瓜傍晚开花，月光花开花在天黑时分，昙花则往往在晚上9、10点钟才开……有一种生活在海滩上的招潮蟹，身体的颜色在白天会变深，每天体色最深的时间会推迟50分钟，而涨潮和落潮的时间在每天也恰好推迟50分钟。

    人也有生物钟。有的人不用闹钟，早晨能按时醒来，前后不过相差几分钟时间，这就是生物钟在起作用。

    生物钟的研究对医疗事业的发展具有特殊的意义。医务工作者注意到药物的作用与时间有着很大的关系。因此，不但要做到“对症下药”，而且还要做到“对时下药”。有时研究者指出，洋地黄（治疗心脏病的一种药物）在清晨4时服用的作用竟等于平时的40倍。因此，宜在这时使用洋地黄治疗，可以取得更好的疗效。

    生物钟的研究对体育运动也是不容忽视的。我们可以推算出各种运动项目训练的最佳年龄和最佳时间，从而可以更科学地制定训练计划。

    生物电池的妙用

    随着科学技术的发展，人们利用树叶、核桃壳、玉米芯、垃圾、锯末等废物为“燃料”，用来制造电池，这类电池叫生物电池。和普通电池相比，生物电池有很多优点，它不仅结构简单，工作可靠，不放热，不损坏电路板，成本低，而且无噪声，不污染环境，也不易失火和爆炸。

    现在，一些海上信号灯、航标灯和海上无线电设备已经使用由细菌、海水等有机物发电的生物电池。用生物电池作动力的模型船，也已经在大海中航行了。有人设想把整个海洋作为一个巨大的生物电池，在海洋上建立起电力工业基地。

    还有人设想，将生物电池作为一种电力来源，在宇宙飞船上使用。大家知道，载人宇宙飞船在太空中航行时，宇航员生活在一个封闭的环境中，如果在飞船中设计建立一个物质转变的闭合循环系统，就可以将宇宙航代谢排出的二氧化碳、尿、粪转化成可以利用的氧气、水和食物。要实现飞船内的物质循环，生物电池是必不可少的。美国科学家经过实验，已在发射的“双子星座”和“阿波罗”号宇宙飞船上使用了生物电池。生物电池放出电能，用来通信和控制宇宙飞船，使飞船内实现物质循环。飞船没有什么废物可丢弃，就可以轻装前进，飞向神秘的太空深处。

    能发电的绿叶

    植物的绿叶，被人们称为“绿色的工厂”。如果把植物的叶子做成切片，放在显微镜下观察，就会发现里面有许多叶肉细胞。有人称这些叶肉细胞为生产车间。每个细胞中含有20～100个绿色的小颗粒，这就是叶绿体。叶绿体在阳光的照射下，不断地利用空气中的二氧化碳和土壤中的水，制造自己需要的养料，同时放出氧气，这个过程叫光合作用。

    叶子的光合作用，实际上是通过一系列电子传递来实现的。如果在电子传递过程中，将产生的电子取出，就可形成电流。既然叶绿体吸收了光，会放出电来，那么，能不能用叶绿体来发电呢？

    科学家将从菠菜叶内提取的叶绿体与卵磷脂混合，涂在透明的氧化锡结晶片上，用它作为正极安装在透明电池中，在阳光下就会产生电流。这种电池能将30%的太阳能转换成电能，而目前普通太阳能电池却只有10%的能量转换率。科学家认为，叶绿体发电大有前途。一旦取得成功，人们只要在房子顶上覆盖一层叶绿体，不管是晴天还是阴天，一年四季就都能利用太阳能来发电了。

    可以做电视天线的绿色植物

    人们为了接收电视广播信号，进行了种种探索，研制了各式各样的金属天线。

    能不能用绿色植物做电视天线呢？

    科学家做了这样一个实验：把一个接受器天线的接头钉在椰子、香木瓜、海枣等树的枝叶上或树干上，结果不仅收到了相距15千米外的电视发射台的信号，而且效果与室外金属天线一样。这说明绿色植物可以用作接收广播电视信号的电视天线。

    使用植物天线的优点真不少，它不仅能美化环境，净化空气，而且还不会像金属天线那样容易老化。

    你也许会问，绿色植物为什么能用来代替金属天线呢？其实，从导电原理来看，不管什么物质，只要具有一定的导电性，就能像金属天线一样感应电磁波，而椰子、香木瓜等潮湿宽大的枝叶就是良好的导电体。既然是导电体，它能像金属一样感应电磁波，当它的高度、形状与讯号的波长相适合，生长的方向又正好对准电视发射台时，绿色植物也就成为一架良好的植物电视天线了。

    能耐高温的“出汗材料”

    现代科学技术的发展，对耐热材料的要求越来越高。超高温的冶炼炉、原子能反应堆，都要求有耐高温的材料。卫星火箭、航天飞机的速度非常快，表面和大气剧烈摩擦会产生大量的热，产生极高的温度。在这种情况下，一般的金属材料会马上变形，甚至会融化掉。更主要的是，如果无法使航天飞机表面的温度降低，即使材料再好，也会使内部达到很高的温度，造成控制电路失灵，甚至使宇航员的生命受到威胁。

    为了解决这个问题，科学家不断想方设法。他们在实际观察中发现，在炎热的夏天，人和许多动物都会出汗，以此来蒸发体内的水分，散发热量，降低体温。也有像狗那样的动物，皮肤上虽然没有汗腺，不能出汗，但它靠张开嘴巴，伸出舌头使劲地喘气，来加速舌头上及肺里的水分蒸发，使体温降下来。

    科学家从动物利用流汗来降低体温的观察中受到了启示，研制出了一种新的耐热材料——“出汗材料”。这种材料主要由陶瓷制成，在陶瓷里掺入一些金属。在温度很高时，陶瓷内的金属就会熔化而蒸发，能像出汗一样带走大量的热，从而保证材料本身不被烧坏。用这种材料制作的航天器的表面，虽然不断“出汗”，却能保持外形和尺寸不变，而且还能减少航天器与大气的摩擦。

    薯番茄

    马铃薯，又名土豆、山药蛋、洋芋。它的块茎是可食部分，既可当粮食，又可作蔬菜。西红柿，又名番茄，浆果可生熟两吃，营养丰富。它们虽然在植物分类学上都属茄科，但无法杂交获得杂交品种。

    生物学家采用细胞工程的技术，将它们的细胞进行融合，得到了马铃薯和番茄的杂种细胞，对其进行培养。结果奇迹出现了，具有双亲遗传特性的新种产生了。这就是在1978年由德国科学家梅罗帕斯博士培育出来的“薯番茄”。

    梅罗帕斯曾经企图让马铃薯和番茄雌雄杂交，培育薯番茄，但他的努力失败了。这时候，英国和美国科学家采用细胞脱壁法，让两种不同种类的裸细胞进行融合获得成功。这使梅罗帕斯摆脱了困境。他用酶液处理番茄的根尖细胞和马铃薯的叶肉细胞，当这两种细胞的壁脱去以后，将这些裸细胞进行等量混合，在加入一种叶聚乙二醇的化学物之后，出现了融合现象，约有40%—50%融合成一个个细胞。再对杂种细胞进行培养，得到了根茎叶齐备的新植物。但遗憾的是，这种薯番茄新品种在地下并没有长出马铃薯。地上部分虽有果，但不理想。

    这个实验虽然没有实际的价值，但在理论上证明细胞融合技术可以培育新品种，这在科学上具有重要意义。

    植物“癌”的妙用

    植物也会患癌症，对此你可不要大惊小怪。植物不仅会生癌，而且生癌的机制也与动物相似。

    植物“癌”，通常叫“冠瘿病”，它是一种因细菌侵入植物体后，向植物体内转移脱氧核糖核酸（简称DNA）的结果。因为外源DNA的介入，改变了植物细胞原来的遗传特性，产生了“肿瘤”细胞。现已搞清楚，造成“冠瘿病”的细菌叫根瘤脓杆菌，它能在植物的根部引发形成一个十分奇特的“瘤子”。这个“瘤子”像人体的肿瘤那样疯长，不断长大。经过研究发现，是根瘤脓杆菌中的质粒（一种环状的DNA片段）引起植物细胞变成了“癌”细胞，如果将根瘤脓杆菌体内的质粒去掉，即使有再多的根瘤脓杆菌，也不会引起“癌”。既然质粒可以引起植物细胞向“癌”方向转化，为什么不可以利用质粒来改变其他植物的遗传特性，也向“癌”细胞转化呢？这个设想十分奇特，但确实可行。于是，生物学家把目的基因先与质粒重组，放入根瘤脓杆菌内，再用根瘤脓杆菌去感染植物，被感染的植物便在根部形成根“癌”。把“癌”切下来进行组织培养，使它成为一株植物。因为这株植物接受了由质粒带来的外源基因，它的遗传特性发生了改变，即带有外源基因所表现出来的特性，所以这是一种与母株不同的新品种。

    培养皮肤

    烧伤病人需要大量的皮肤移植，过去是从自己身上完好的皮肤处取下来，剪成一小块一小块，然后移植到没有皮肤的地方，让其不断增殖，向四周扩张。如果是一位体表80%～90%的皮肤都已经烧焦的病人，靠仅存的10%～20%皮肤进行移植是不够的。因此，为了抢救烧伤病人，需要解决皮肤的离体培养问题。即从病人身上取下一块完好的皮肤，在培养基上进行培养，让它分裂繁殖，使皮肤面积不断增大，这样便可以满足植皮需求。那怕只有拇指甲那么大一块皮肤，我们的科学家就能使它几十倍、几百倍地扩张，保证移植皮肤时能供应。

    现在，这种在体外培养皮肤的办法找到了，这就是动物组织培养法。皮肤作为一种组织细胞的集合体，对它的培养并不复杂，关键是培养基。不同组织培养，对培养基的要求是不一样的。例如，培养海拉细胞，与培养皮肤细胞的培养基就有比较大的区别。因为海拉细胞需要的营养成分与皮肤细胞需要的营养成分不同。

    科学家从烧伤病人身上取下一块很小的皮肤，放在培养基上进行培养，一个月以后，变成一块相当大的皮肤，足够供应医生们移植之用。据报道，一位烧伤外科医生用体外培养的皮肤，抢救了烧伤面积达97%的两兄弟的生命。体外培养的皮肤来源于自身，所以移植到身上，不会出现排异现象。

    培养试管花苗

    春节前后，室内的水仙花开了，幽幽清香扑鼻。它那挺拔翠绿的叶子、洁白的球茎，叫人百看不厌。论水仙，在我国当推福建漳州的品种为佳。

    不过，漳州水仙虽是“凌波仙子”，但也今不如昔了，这是病毒对它们侵害所造成的。我国科技人员发现3种水仙花叶病毒会严重感染水仙花。本来十分美丽的水仙花，在病毒面前也只好悲壮地死去。所以，漳州水仙面临水仙花叶病毒的攻击，处于十分困难的境地。要保护水仙花，只有除去病毒。但这在自然条件下根本无法做到。解救漳州水仙的办法，就是培养试管水仙苗。具体的操作方法，在生物技术中称为组织培养。科技人员切下水仙花的茎尖，大小为5毫米左右，将其放在装有培养物质的玻璃试管里，然后移至有足够光源、湿度和温度的条件下进行培养。这茎尖的培养物上就会不断长大，先有愈伤组织，然后愈伤组织进行分化，最后长出小苗。这就是水仙花小苗。这种小苗无病毒感染，是无毒苗。把它们移植到有网罩覆盖的试验田里，水仙又健康地生长着，还“凌波仙子”一个清清白白无病毒侵害的身子。

    所以，在试管里培养花苗，最大的优点是脱病毒；其次，可以大量繁殖，工厂化生产；第三，不受季节、环境影响，365天都可以繁殖。这就为许多花卉走向全球创造了技术条件。

    从地里收获塑料

    大家都知道塑料是现代化工业产品，是在化工厂里合成的。不论是聚乙烯、聚丙烯，还是其他塑料的合成，都是高能耗过程。塑料因为用途广泛，已经造成白色污染。它们在自然中不易被分解。

    能不能改变在化工厂生产塑料的状况呢？能，这就是从田间收获塑料。从田间收获塑料，听起来似乎不可思议，但我们的生物科学家确确实实找到了可以栽种的“塑料植物”，这个植物就是土豆。

    土豆，并不是塑料，但我们可以让土豆合成生产塑料的原料。科学家发现塑料原料在一些植物体内都可以合成。他们把控制塑料原料合成的基因，导入土豆体内。土豆在生长过程中，也合成了塑料原料。因为土豆一般都能高产，亩产数千斤是不成问题的。把收获的土豆（这时已经成了塑料的原料）送到有关工厂，经过提取，就成了极佳的塑料原料。再拿去生产聚乙烯、聚丙烯，也就十分方便了。

    虽然这一试验刚刚获得成功，但它的前景十分诱人。毫无疑问，种一亩土豆和一亩“塑料”原料相比，后者的经济效益会更高。农民将会毫不怀疑“土豆塑料”的经济价值，而去种植这个新品种。地里种“塑料”、工厂里种粮食的新鲜事，随着科学技术的进步，必将会实现。

    向猪索取器官

    每年死于先天性心脏病、肾脏病以及其他器官病的人，在全世界不计其数。

    对这类病人，要挽救他们的生命，一是用人工器官（人造心脏、人造肾等）代替，二是用同种人的相应器官移植。前者有不可克服的缺点，后者又难获得器官来源。世界上母爱是伟大的。为了救自己患肾癌的女儿，母亲献出了自己的肾脏。不论怎么说，这都不是医生们所愿意看到的。

    几十年来，医学家一直在探索用动物器官代替病人器官的途径。曾有报道把猿的心脏移植到病人身上。那头猿当然死了，而人也未能救活。直到今天，方看到一线希望，这就是用猪的器官。猪的器官与人类的器官大小十分接近，而功能也是一样，所以猪将成为器官的供应者。

    有600多位科学家参加的研讨会，大多数与会者认为猪是最理相的器官供应者，比狒狒和其他灵长类还好，特别是50～100千克的小品种猪更好。它的器官大小适合人体器官移植所需要的大小范围。

    器官移植有一个难关，就是急性排异性，即人体不会接受其他动物的器官。克服这一难关，就得使猪更多地带有人身上的特点。因此，用转基因的办法，即把人的基因转移到猪体内。要实现猪作为人体器官的供应者这一理想，还需要经过一段时间的努力。

    麦稻的培育

    小麦，它的营养成分主要是丰富的蛋白质。用麸皮可做面筋，就是因为蛋白质含量高的缘故。水稻，主要含淀粉。这两种粮食是我国大多数居民的主粮。如果稻米中能含有更多的蛋白质，其品质就会大大改善，吃起来口味就更加好。

    在自然界，小麦和水稻不能杂交，无法得到它们的杂交后代。因此，很自然地会想到能不能把小麦类的基因导入水稻，选育出“麦稻”新品种，既有麦稻双方的性状，又能将其遗传给后代，以培育出新的粮食作物。

    多少年来，人们期望着这一愿望的实现。实现这一愿望的不是外国人，而是我们中国的科学家。

    美好的愿望终于在我国实现了。我国湖南大学生物系的研究人员，从野生燕麦的细胞中提取DNA导入水稻细胞，与水稻的DNA进行重组，再经过培育，具有麦和稻双重性能的优良品种来到了世上。经过多代选育观察，其性状稳定，可以遗传，说明麦稻的确是一个新品种。它不仅丰产，米质优良（含有大量蛋白质），而且生长期适当，株叶型也好。

    基因重组技术培育的麦稻新品种，再一次证明这一技术的先进性以及它在改良作物、创造作物中的巨大作用。

    微生物离开氧气也能活

    我们周围的各种生物，像树木花草、飞禽走兽，包括人类自己，在生活中，都要吸进氧气，呼出二氧化碳。那么，是不是所有生物离开氧气就不能生活了呢？

    事实并不是这样。在生物界有一类“厌氧微生物”，离开氧或缺氧也能生活，可以进行无氧呼吸。这类微生物分布广，种类多。例如，动物肠道内的类杆菌，青贮饲料和泡菜中的乳酸菌，谷物或土壤深处的丙酮丁醇梭菌，能耐100℃以上高温的嗜热脂肪芽孢杆菌，在肉食品上产生毒素的肉毒梭菌，能使池塘里产生沼气的甲烷厌氧菌等等。

    那么厌氧微生物为什么离开氧气也能活呢？它的这些“本领”是怎么来的呢？

    原来，细菌出现在很早以前的原始海洋，它的祖先是一类厌氧的、需要依赖别的细胞提供营养才能生存的原始生命，经过漫长的演化过程，才具有了细胞的形态。尽管这是一个质的飞跃，这类细菌仍然在厌氧条件下生活。随着地球环境的变化和生物的进化，海洋里产生了一些释放氧气的藻类，有些细菌也变成了有氧呼吸的类型，地球上氧气增加导致需氧生物种类增多，并成为地球上生物的主体。但一些细菌仍然保留着厌氧的生活习性，继续发挥着它们特殊的作用。

    被称为“活的杀虫剂”的微生物

    在自然界中，不少昆虫危害着树木和庄稼的根、茎、叶，有的蛀空树干，有的钻进果实中大吃大嚼。用大量的化学杀虫剂喷洒来对付它们，收到了一些效果。但由于有些昆虫产生了抗药性，杀虫剂就不很灵了，而且化学杀虫剂还引起了环境污染。

    生物学家在同害虫作斗争中，发现了一种“活的杀虫剂”——微生物。有一些微生物专门袭击某些害虫，却对人畜完全无害，且不污染环境，是对付害虫的理想杀手。

    法国科学家贝尔林耐在苏芸金地区一家面包厂里发现了一种杆菌，定名为“苏芸金杆菌”。这种杆菌是松毛虫、舞毒蛾、粘虫、红铃虫、菜青虫和玉米螟等农业害虫的“天敌”。人们把这种杆菌剂喷洒到作物上，害虫咬食作物时，这种细菌就随着食物进入害虫体内，能产生一种蛋白质结晶毒素，使害虫的消化器官得病，不用几天，就软腐而死。

    苏芸金杆菌还有独特的本领，它不像化学药剂那样，不管是害虫还是益虫统统杀死，它能分清“敌友”，对蜻蜓、螳螂、寄生蜂等益虫没有杀伤力，对人畜也没有毒害。

    我国的科学家也培养出了杀螟杆菌和青虫菌。它们能有效地消灭水稻、蔬菜和棉田里的害虫，使农作物产量大增。

    目前，人们正在探索活跃细菌的变种，从中不断培育出新的灭虫“健将”，为防治植物病虫害作出新的贡献。

聚合中文网 阅读好时光 www.juhezwn.com