生物技術：強國未敢小視弱國
□本報記者 王靜
「儘管生物科技的進步似乎被濃縮在少數幾個工業化國家，但依然有很多因素使發展中國家能有廣泛的機會參與新的生物經濟。因為大部分的發展中國家都有富饒的自然資源，能夠通過現代生物科技在醫藥、農業和畜牧業等方面受益。而大部分的生物科技研發前期投資都出自發達國家，發展中國家需要做的是基於自己的優勢和需求與國際技術夥伴建立合作關係。生物技術的許多領先科研支出已經被工業化國家承擔，發展中國家只需要在適合的科技基礎上根據自己的實力和需要，建立有效的國際技術合作。為此，生物科技能為發展中國家開闢一條有無限可能和機遇的工業之路……」這是馬來西亞前任科學、工藝及環境部部長在不久前北京舉行「首屆國際生物經濟高層論壇」上說的一番話。
據生物技術領域的專家們介紹，生物技術與其它學科不一樣，有十分明顯的特徵。
首先，生物技術的發展資源依賴性強，其產業的發展基礎在於對生物資源尤其是功能基因的佔有和開發利用方面，擁有豐富的生物資源就擁有發展生物產業的良好基礎。其次，生物技術通用性強，各項重大的突破性生物技術並不僅僅局限於某一種動植物或微生物，容易實現在不同應用領域的技術轉移。第三，生物科技產品呈現多樣性，生物技術的應用滲透到社會經濟生活的各個層面，廣泛用於農業、畜牧業、醫藥、環保、輕化工等國民經濟重要領域，可開發出提高人類健康水平、提高農牧業和工業產量與質量、改善環境的各種各樣的新產品。第四，生物產品市場壟斷性差，因為生物技術的通用性強和產品多樣性強，使得任何跨國公司或國家無法僅僅憑藉幾個軟硬體技術體系的優勢壟斷世界市場。
生物技術的這些特徵使得強國無法小視技術上暫時落後的國家。
從生物技術最近幾年的實際發展情形看，發展中國家常有出現令發達國家始料未及的成果。
例如，美國作為科技強國，不僅最先制定了生物科技發展計劃，在科學前沿的布局和資金投入方面遠遠超過了發展中國家，並開展了治療性克隆的研究、愛滋病研究、基因組測序、幹細胞研究等等。在此基礎上，美國已經批准了117種以上生物技術藥品和疫苗的研製，這些藥物或疫苗針對200多種疫病而開發，包據各種癌症、早老性痴呆症、心臟病、糖尿病、硬化症、愛滋病等，在科學研究上可謂佔盡了先機。
然而，中國在生物技術的應用方面卻領先於美國。據美國冷泉港生物科技有限公司大陸地區總經理傅仲華介紹，近年來，中國的生物晶片已經應用於臨床，中國的一些企業在國家發改委和科技部支持下，分別在北京、上海、西安建立了3個生物晶片產業化基地。這表明，中國不僅科研上獲得了一批具有智慧財產權的新基因、新表達系統，而且生物工程藥物也從模仿進入了創製階段。在國家支持下建立的一系列關鍵平臺技術，具備了大規模基因測序和生物晶片、生物信息的研究條件，使得動植物轉基因技術更加成熟。其中，如兩系法雜交水稻大面積推廣，抗病蟲害的轉基因菸草、棉花和抗腐爛番茄等，已進入商業化生產階段。此外，中國還有20多種基因藥物獲準上市，數十種基因藥物已進入實用化階段。
這些已證明中國的生物經濟發展的速度超出了人們的想像。
在「首屆國際生物經濟高層論壇上」，印度工商聯合會生物技術委員會主席Krishna Ella說，「印度的生物技術產業有潛力在生物技術方面變得十分強大。因為在過去5年內，印度在此領域啟動公司的數量顯著增加。儘管目前產業規模為5億美元，但預期將會以每年25%～30%的速度增長，全球市場份額在5年內也會從2%上升至10%。」
由此可見，以資源佔有為最大特徵、壟斷性較差的生物經濟，為擁有豐富生物資源的發展中國家在21世紀的未來生物經濟中把握髮展機遇、尋求趕超發達國家的契機、實現跨越式發展提供了可能，從而為廣大發展中國家，特別是生物資源豐富的發展中國家提供了一次難得的歷史發展機遇。勝敗將以市場競爭結果為定論。
可持續發展必須融入地球大體系的物質循環
□南京工業大學校長、中國工程院院士 歐陽平凱
化學工業以不可再生化石資源為原料、以化學催化劑為手段實現物質的轉化，是世界上最大的基礎產業之一。19世紀至20世紀，以化學工業為經濟基礎的近代工業文明取得了輝煌的成就，現代化學工業利用高度濃縮的化石資源大大促進了生產力的發展，短短一兩百年內的發展相當於過去人類社會幾千年的進步。進入21世紀，全球面臨化石資源、能源緊缺、環境汙染日益加劇、氣候變遷等諸多嚴重社會經濟發展問題，必須徹底變革目前的生產與經濟發展模式，由高消耗、高汙染的傳統經濟發展模式轉向低消耗、附加值高的可持續的循環經濟發展模式。
在地球長達40億年的歷史中，生命通過生物加工過程的改造，終於形成今天美麗而溫和的地球環境，也形成了現在精確、高效、科學、穩定的生態系統。人類社會的可持續發展必須融入地球大體系的物質循環之中，融入這個和諧的生態環境，可持續發展的工業必須是以生物可再生資源為原料，生物可再生能源為能源，環境友好、過程高效的新一代物質加工模式。遵循生物的規律規劃發展路線，無論是對我們所在的星球，還是對人類社會的和諧發展，都是一種必然的途徑。因此，我們應大力發展生物經濟。
實際上生物經濟並不是現在才有的新鮮事物。從遠古時期一直到工業化之前，人們種的、吃的、燒的、驅趕騎乘的都是生物，幾千年文明依存的就是基於傳統生物技術的「舊」生物經濟。時至今日，人類考慮發展新的生物經濟模式，既是社會發展的強烈需求，又因現代生物技術的進步而獲得其可能性。當前社會迫切需要解決化工文明下的資源、能源、人口、環境問題——例如化石燃料燃燒後大量釋放的CO2、SOx、NOx等，被認為是局部環境汙染、酸雨及溫室效應等環境問題的根源，固定這些汙染物最好的選擇就是生物手段——而隨著基因組學、蛋白質組學等生物技術的突破性進展，人類設計、構建新一代工業生物技術，高效快速地將各類可再生生物質資源轉化為新的資源和能源終於成為可能。
工業生物技術是人類生物技術發展史上繼醫藥生物技術、農業生物技術之後的第三次浪潮，其發展將解決人類社會目前面臨的資源、能源與環境等諸多重要問題，是工業可持續發展的最有希望的技術。我國十分重視工業生物技術的發展，國家中長期科學與技術規劃將工業生物技術列為重點研究領域，「973」計劃將生物催化項目立項，「863」計劃也增列了工業生物技術專題。我國沒趕上工業革命的發展時代，目前全球正處於基於熵工程原理的第二次工業技術革命時代，中國應利用生物經濟的發展機遇，將工業生物技術與現代工業技術組合，特別是和以化石原料為基礎的化工技術的組合，優勢互補，可以迅速轉化為生產力，提升工業競爭力，帶動新一輪的產業進步，實現中華民族的振興。
我國發展生物經濟，應整體規劃農業、工業生物產業的發展，更好地把農業、農民致富的問題和城市的可持續發展結合起來。國家應首先發展轉基因高產作物，以及抗旱性或耐水性強的高能作物，其次要把高能作物投入工業生物技術，生產社會急需的資源、能源，解決人民衣食住行各方面的問題。發展工業生物技術，一是要和精細化工緊密結合，發展生物醫藥，在全球競爭中取得經濟效益，購入我國缺少的能源、資源；一是要大力發展可再生、可生物降解、應用前景廣闊的生物材料，促進工業的換代革命。
創新是當代科技、經濟發展的基本前提。發展生物工業，既要注意原始創新，也要注意集成創新，也就是把化工技術和生物技術集成起來，產生新的工業生物技術。同時也要注意加大國際合作，進行消化、吸收、再創新。中國的工業生物技術和國外基本上是同步發展的，農業生物技術在一些方面比國外做得更好，但是嚴格來講，國外一些研究機構資金比我們雄厚，研究的組織化程度也比我們高。我國的大學關注基礎研究，但國家層面上的產學研體系還未完全建成，科研上的國際合作和科技成果的引進、消化，仍然相當必要，同時應大力加強以企業為核心，高等院校、研究院所共同發展的創新研發模式。
(本報記者劉英楠/採訪整理)
中國「三步曲」邁向生物技術強國
□本報記者 王靜
正因生物經濟存在一系列強國「無可奈何」的特徵，給發展中國家在國際科技、經濟競爭帶來了機遇，中國政府和科學家據此制定了中國生物經濟發展的目標和「三步走」戰略，從而實現中國的生物強國夢。
據科技部高新司介紹，中國生物經濟的總體目標，是在未來20年成為生物技術的強國，在技術上躍居世界先進水平，並培育生物新產業，首先成為一個生物產業大國，使生物產業成為國民經濟支柱產業之一。不僅大幅度加速國家經濟的發展，而且要大幅度提高人民健康水平，大幅度改善生態環境，大幅度增強國家安全保障能力。總體目標：由積極跟蹤為主轉變為自主創新為主，使我國擁有一批具有自主智慧財產權的專利與標準；由單一技術突破為主轉變為單一技術突破與多項技術的集成相結合，全面提高中國生物技術產業的整體素質與水平；由立足國內市場轉變為面向國際市場，充分發揮中國優勢，加速生物產業標準化、市場化、國際化；由國家投入為主導逐步轉變為國家引導、全社會投入為主，加速企業儘快成為生物技術創新的主體。
「三步走」戰略的第一步為技術積累階段，2010年前完成；第二步為產業崛起階段，2015年前完成；第三步為持續發展階段，從2015年開始持續快速發展。
在生物技術積累階段(2004～2010年)，克隆3000個新基因，近200個生物藥進入臨床，取得30個新藥證書；取得3000項專利，總產值達到約3500億元。
即讓生物技術研究開發整體水平居發展中國家首位，農業生物技術等領域率先達到世界先進水平，論文總數達到世界前6位，專利總數進入前7位；生物產業園區初步形成，生物產業快速增長，農業生物產業進入世界前4位，醫藥生物產業進人世界前10位。生物產業總產值達到3500億元左右(含食品、酒類等部分傳統產品)，其中新興生物技術產業(生物醫藥、轉基因植物等)產值達800億元。
在生物產業崛起階段(2011～2015年)，生物技術研究開發整體水平進入世界先進行列，重點領域技術達到世界先進水平，論文總數達到世界前4位、專利總數進入前5位。生物產業的整體布局基本形成，生物產業進入快速崛起階段。農業生物產業進入世界前3位，醫藥生物產業進入世界前8位。生物產業總產值力爭達到1萬億元左右，其中新興生物技術產業產值達3千億元。
在生物產業持續發展的第三階段(2016年以後),中國生物技術研究和開發的整體水平進入世界領先水平，論文總數達到世界前2位、專利總數進入前2位。生物產業總產值達到3萬億元左右，約佔GDP的7%～8%，成為國民經濟的支柱產業之一，並具有很強的國際競爭力，其中新興生物技術產業產值達1萬億元。形成具有中國特色的生物經濟新格局。以國家高新技術(經濟技術)開發區、生物科技園區為主體，形成若干各具特色、產業規模達到千億元以上並具有國際競爭能力的生物產業基地。基本格局是圍繞「一軸(長江三角洲)、兩翼(珠江三角洲和環渤海)、多中心(東北和西部)」的經濟布局，形成相應的生物產業格局，成為世界生物產業強國。
「七路軍」聯動並進
工業——推進「綠色製造業」
以物質轉化為基礎的化學加工業是國民經濟的支柱產業之一，其所需能源和原料大部分來源於化石資源等不可再生資源，而這些化石資源正在枯竭。生物技術將使工業生物產業直接和間接為我國相關工業帶來4000億元左右的新增產值。
農業——掀起綠色革命
超級稻、雜交油菜研究與應用保持世界領先水平；轉基因棉花、水稻、玉米、草、樹木逐步進入大規模應用階段；胚胎移植技術、克隆技術加速動物品種的更新換代；生物肥料、生物農藥進入規模化生產階段；逐步替代化學農藥和化學肥料；畜禽疫苗為基本控制高致病性禽流感、口蹄疫等重大疫病提供有效的技術手段；動物生長激素、新型飼料添加劑的應用，將大幅度提高畜牧業的生產效益。
醫藥——大幅度躍升
大幅度提高重大傳染性疾病的預防能力；SARS、人用高致病性禽流感、HIV等疫苗進入或接近實用階段；肝炎、結核、流感、天花等疫苗進一步改型，免疫能力大幅度提高；生物藥研發與產業化能力大幅度提高，形成生物藥、化學藥、中藥三足鼎立的藥物新格局；針對癌症、心臟病、高血壓、糖尿病、神經系統疾病等重大疾病，開發近200種生物藥。生物晶片、PCR、基因診斷、免疫診斷等高技術使疾病的檢測與診斷技術邁上一個新臺階；基因治療、幹細胞治療等生物治療技術開闢疾病治療的新領域。
食品——促進第四代食品的誕生
糖、啤酒、味精、醬油、食醋、酶製劑等具有很大的發展空間，使相關產值達15000億元。
能源——「綠金」代替「黑金」
緩解能源短缺壓力，大力發展燃料酒、生物柴油、生物制氫、沼氣發酵、微生物採油等技術。
環境——再造「秀美山川」
使用生物技術治理水汙染；推動抗旱、抗鹽草類及樹木進入應用階段，大幅度提高防沙治沙的技術水平，為西部生態環境的改善提供技術支撐；研究推廣一批荒漠綠化植物新品種，大幅度提高荒漠地區的植被覆蓋率，防止或遏制荒漠化勢頭等等。
安全——維護國家利益
建立嚴密的監測和檢測網絡與標準實驗室；物理防護技術和裝備達到國際先進水平；有效遏制外來生物入侵；建立健全我國瀕危物種種質資源信息系統，保護生物多樣性；建立轉基因植物安全評價與監測技術系列化、標準化體系，為保障轉基因植物安全提供技術支撐；中醫藥進一步現代化，使國際社會廣泛接受中醫藥，形成4000億元左右的產業。
不可忽略的安全隱患
□本報記者 王靜
科技是把「雙刃劍」，既可造福於人類，也會禍害自然和社會。生物科技的發展不會例外，因而研究人員把生物安全問題與推進生物技術發展一齊提到了議事日程。
南京農業大學動物醫學院張振興、李玉峰研究員指出，當前中國大陸的生態安全、食物安全與社會安全等生物安全已成為一個嚴重的戰略問題，直接影響大陸地區動物和人類的健康，影響到大陸地區養殖業的可持續發展。例如，隨著中國養殖業的迅速發展，由於科學管理沒有跟上，使動物疾病的發病率上升，死亡率增高，僅禽病的死亡率就佔15%～20%，豬病的死亡率達8%～10%；疫病種類不斷增多，截止到目前我國動物疫病大約有300種。
他們介紹，中國畜禽疫病的流行特點的主要表現是，疫病的流行特徵發生變化，流行緩慢、症狀不典型，以及散在發生和不顯性感染病例增多。同時，一些病原出現了強毒型、超強毒型等；個體戶、承包戶「公司十農戶」等養殖模式對疫病發生流行起了促進作用，造成病原的散播和擴散；病原血清型與病型增多、新的疫病增多、混合感染與併發症增多、人獸共患病增多、老疫病呈現新的發展趨勢等。而多年來獸藥生產管理與流通使用混亂，濫亂用藥造成抗藥菌株不斷增多和藥物殘留嚴重超標，致使我國出口的動物性產品屢屢受阻；生態環境不斷惡化、環境汙染破壞嚴重、動物與動物產品安全性低下。
他們認為，我國大陸和我國臺灣、香港地區禽鳥類禽流感(H5N1、H5N2、H5N3、H5N4、H9N2等亞型)與牛豬類口蹄疫(O型、A型、亞洲I型)的流行絕非偶然，與飼養管理、環境汙染、生態破壞和生物安全失控等息息相關。
他們呼籲，全社會上至政府官員下至百姓及獸醫自身都應對「獸醫」進行重新認識，諸如獸醫的科學性、獸醫的社會性、獸醫的法律性、獸醫的強制性和獸醫的國際性等。國家應進行獸醫行政體制改革，諸如實施官方獸醫與執業獸醫這些國際上通行的制度，建立完善的法律法規、建立重大疫病發布制度，以及實施養殖業的集約化、規模化、安全化生產經營，遏制個體戶、承包戶和「公司+農戶」等分散式生產經營模式，從而從根本上有利於疫病控制，產品質量與安全、生態環境保護、出口貿易和全社會生物安全的實現。
中國檢驗檢疫科學研究院李明福研究員介紹，植物種苗是支撐農業、林業生產的基礎。經濟和貿易的迅速發展，需要大量優質、健康的種苗花卉資源。隨著經濟和貿易的發展，種苗進出境貿易頻繁。僅2002年，自荷蘭進口的花卉種苗達582批次，價值數億元。然而，由於種苗是傳帶有害生物的重要渠道，由此也可引發外來生物入侵、生物安全等問題，並產生嚴重的經濟、生態和社會影響。
世界範圍內，隨苗木花卉傳播的椰心葉甲、美洲斑潛蠅等有害生物，每年引起的直接經濟損失高達數百億元；上世紀90年代隨種子傳播的西瓜細菌性果斑病，對美國西甜瓜生產造成了毀滅性的打擊；在中國，隨馬鈴薯種薯傳播的馬鈴薯病毒，引起馬鈴薯退化、品質下降，嚴重限制了中國馬鈴薯產業的發展。
種苗一直是動植物檢疫工作的重點和難點。中國常年進口的植物種苗每年有百種，價值數十億元。全國檢驗檢疫部門從種苗上截獲的疫情逐年上升，從2002年的1430批次上升到2003年的4404批次，其中，可經種苗傳播的危險性病毒、細菌、類病毒、植原體、蝸、昆蟲等有數百種。但種苗健康問題涉及方方面面，中國目前尚未建立起有效的種苗健康檢測和籤證技術體系，國內迄今還沒有專業的植物種苗健康檢測實驗室，相關法規、標準、檢測技術方法都十分缺乏，植物種苗疫情控制技術體系如脫毒處理、健康籤證等技術平臺也未建立，因此，在可預見的未來，由於種苗健康狀況不佳所引發的生物安全問題還可能進一步顯現。種苗檢驗檢疫除了管理問題，也存在有大量的技術問題，如商業引種、快速檢測、快速通關、異地種植等，隨著大量種苗的引進和生產，種苗健康及檢疫中的問題日益突出。
針對種苗健康及檢驗檢疫問題，聯合國糧農組織專門制定了《種質資源安全轉運指南》，世界上檢疫先進國家通過建立檢測技術體系、加強疫情控制等手段，以確保種苗生產和貿易的順利進行。例如美國針對不同類型的植物種苗如柑橘、馬鈴薯、蔬菜種子，法國針對葡萄，荷蘭針對重要植物種苗如馬鈴薯、鱗球莖花卉等建立了健康檢測實驗室和籤證技術體系，事實上起到了事半功倍的效果。
國家質檢總局從防止外來生物入侵、保護我國農林業生產安全、維護正常的種苗貿易出發，根據自身的工作職責，將種苗檢疫列為工作重點，並組織了種苗檢疫工作組，開展高風險種苗檢疫策略研究，力爭有所突破。根據國外經驗，解決種苗檢疫問題，必須從種苗健康這一基礎工作做起。
中國政法大學環境法研究和服務中心於文軒研究員說，轉基因生物體的研究、開發、生產、運輸、環境釋放、貯存、銷售、廢棄物處理等活動存在大的風險性。為了儘可能降低轉基因生物安全事故對生態環境和人類健康造成的或者可能造成的負面影響，就需要建立一套完整的轉基因生物安全應急處理制度。我國目前的轉基因生物安全立法儘管從某些方面就此作出了一些規定，但這些規定總體而言尚有待完善。基於對轉基因生物安全應急處理制度國際法和國別法的研究，應從中國環境保護應急處理立法的概況出發，對中國目前轉基因生物安全領域的應急處理制度進行系統分析，並基於此對中國轉基因生物安全應急處理制度提出立法建議。
中科院廣州生物醫藥與健康研究院院長陳凌研究員：「我們重點研發流感、愛滋病藥物」
□本報記者 劉英楠
「包括中國在內，世界各主要國家目前都認為，生物產業是21世紀亟須搶佔的國際經濟技術新制高點。即將嚴重威脅我國社會安全和人民健康的愛滋病和流感(包括禽流感)的防治研究，特別是預防性疫苗的研發，是我們目前確定的首要研究方向。」中科院廣州生物醫藥與健康研究院(GIBH)院長陳凌研究員表示。
從國際上看，醫藥生物技術是生物技術中發展最快、最活躍的領域之一，同時是生物技術產業最成熟、競爭最激烈的領域。研發熱點主要是肝炎、愛滋病等疾病的早期快速生物診斷，幹細胞治療、基因治療、器官移植、人體器官克隆、納米技術及生物製藥等生物治療研究，針對特定細菌、病毒、螺旋體等微生物及寄生蟲的生物預防疫苗，以及應用重組DNA、細胞培養、生物反應器等技術，生產藥品(試劑)、醫療診斷手段、醫療器械等相關產品的生物醫藥產業。
據統計，僅生物藥品市場一項，全球2000年市值就達300億美元，2003年達600億美元，佔整個醫藥工業銷售額的10%以上。預計2010年世界生物技術藥物和疫苗市場將增加到1500億美元，佔世界藥物市場的25%；到2020年，利用基因重組技術研製的新藥可能達到3000種。
陳凌認為，我國生物科技能力較強，在基因組測序能力、生物晶片、幹細胞研究、組織工程蛋白質解析等領域居於世界前列。其中，生物醫藥技術及產品市場的發展良好，國家已批准20種基因工程藥物和5種基因工程疫苗上市，全國進入臨床研究的生物新藥已達150多個，其中1/5為I類新藥；現代生物企業已有2800餘家，實現工業總產值600多億元，在發展中國家居於領先地位。但與發達國家相比，生物醫藥產業在市場規模、資金規模、企業規模與國際化水平、生物技術研發水平、高端人才、投入機制等方面，都還存在較大差距。
專家指出，生物技術在愛滋病、肺結核、SARS、高致病性禽流感等疾病的治療、預防方面，具有獨特的作用。目前我國B型肝炎病毒感染者超過1.2億人，糖尿病患者超過2000萬人，血吸蟲病患者達到80萬人，愛滋病病毒感染者約100萬人，如無切實可行的預防控制方法，2010年感染者將達1000萬人!這些疾病有效防治方法的開發，生物醫藥技術具有不可替代的作用。陳凌認為從國家及地方戰略需求出發，我國必須加強生物醫藥與健康研究，並將戰略重點放在對危害人民生命健康的重大傳染病的有效防治手段的研發上，例如開發新型疫苗、診斷試劑和基因工程藥物，降低傳染病的發病率。同時應大力研發針對重大疾病的創新藥物和診斷方法，逐步改變因生物醫藥與健康產業落後而形成的藥物大量進口、藥價過高的局面。
今年43歲的陳凌，上世紀80年代中期於原上海醫科大學畢業，然後進入美國哈佛大學並取得博士學位。留校任教一段時間後，上世紀90年代後期加盟世界最大的企業默克公司，作為首席科學家組織愛滋病疫苗研究，在全球第一個完成愛滋病疫苗的猴子試驗。他表示，中科院、廣東省和廣州市三方從2003年起共同籌建GIBH，就是希望通過引進國外高端人才和先進管理機制，建成在健康和生物醫藥領域具有自主創新和國際競爭能力的研究機構，並以此帶動華南地區的生物醫藥產業發展。作為專家委員會成員參與了院長選聘工作的姚新生院士當時表示，陳凌有好的科學背景、比較好的組織能力，特別是有國際產業化運作的經驗，對研究院成立後的工作思路也很清晰，因此最適合承擔這一重任。
陳凌介紹，GIBH目前已順利組建起流感(包括禽流感)防治、愛滋病疫苗等四支研究和攻關團隊。其中前者的任務是早做準備、重點防範世界衛生組織(WHO)預測未來幾年內可能再次發生的世界性流感大流行；由陳凌親任首席科學家，美國科學院院士、世界著名流感研究科學家Peter Palese教授任科學總顧問，成員包括GIBH下屬10個研究組；研究內容涵蓋分子流行病學、分子診斷、疫苗、診斷性和治療性單克隆抗體、化學和天然藥物篩選、RNA幹擾治療技術及試劑、藥物、疫苗試產等諸多方面。後者則針對當前全球特別是我國面臨的嚴峻的愛滋病病毒傳染形勢，在陳凌原有工作基礎上，努力研製更有效的新型愛滋病疫苗，同時探索其它可能的載體，以構建新型疫苗。
在GIBH最近提出的戰略規劃中，確定將四大類疾病作為研究工作重點和重大研究方向。除第一類是愛滋病、流感等傳染病和新生疾病預防性疫苗的研發外，其它三類分別是：一、腫瘤，重點放在發病機理和藥物靶標的研究，為新型診斷與治療提供源頭創新的方法和途徑。二、代謝性疾病，重點放在糖尿病和肥胖症，在深入研究其發病機理的基礎上，探索與創新防治方法與手段，包括新藥的研究與開發；三、心血管病，以發病機理研究為嚮導，創新防治與藥物開發為目標。通過以上的創新性研究與應用，構築我國健康安全體系的重要組成部分。並為此確定建立臨床前研究、非人靈長類動物疾病模型、RNA幹擾技術和抗體技術四大生物醫藥技術平臺。
納米材料是否有毒？
——中科院高能所趙宇亮研究員談納米毒理學研究進展
□本報記者 劉英楠
當這一領域尚處於早期階段，並且人類受納米材料的影響比較有限時，一定要對納米材料的生物毒性給予關注。我們必須現在，而不是在納米技術被廣泛應用之後，才來面對這個問題。--美國納米化學家Vicki Colvin
性能優良、好看好用的納米材料，也很可能對人體帶來潛在的毒害作用。最早從科學界傳出的這條信息，最近引起政府、公眾越來越多的關注。那麼，納米材料製成的產品，尤其是與人體直接接觸或直接進入人體的人造納米材料，是否會導致特殊的生物效應？如有毒害其效應到底多大？抱持這些問題，記者採訪了中國科學院高能物理研究所納米材料生物效應實驗室趙宇亮研究員。
趙宇亮2001年底向高能所提議建立「納米生物效應實驗室」，利用高能所大科學平臺的優勢，結合核分析重點實驗室長期開展的稀土和重金屬生物效應、有機滷素毒理及環境毒理學研究的豐富經驗，開展納米材料的生物效應包括毒性的研究。實驗室建成後從個體、器官組織、細胞、分子等層面出發，全面展開納米尺度物質的生物效應研究，已在美歐專業雜誌發表一系列研究成果。為幫助公眾和有關科研人員客觀認識納米材料的毒性問題，記者請他全面介紹納米材料毒理學的研究現狀、已經建立的實驗方法，並結合自己的研究對該領域進行綜合評價。
「當物質細分到納米尺度時，其性質發生很大變化，導致它們在生物體內的生理行為，也可能與常規物質有很大不同。因此，對宏觀物質的安全性評價，包括對人體健康及生態環境的影響，也許並不適用於納米尺度物質。」趙宇亮綜合目前多項納米材料生物效應研究結果指出，納米顆粒在生物體內導致的一些特殊生理現象，僅利用現有的知識尚無法解釋，但科學家也總結出一些規律：例如相同劑量下的同一納米物質，呈現「尺寸減小，毒性增大」的趨勢；又如納米顆粒容易進入細胞，這正好成為納米藥物高效利用的基礎，等等。
趙宇亮說：「目前對納米材料毒理學的研究尚處於起步階段。納米物質與生命過程相互作用，產生的生物效應可能正面的，也有可能是負面的。其中，正面效應是納米生物醫藥的基礎；負面效應除應研究克服外，也需通過反向應用研究，同樣應用到納米醫學診斷和治療技術上——就像我們現在正在做的那樣。」他介紹，到目前為止，科學家已對納米二氧化鈦(TiO2)、納米二氧化矽、碳納米管、富勒烯、金屬富勒烯、納米鐵粉、納米銅粉、納米鋅粉等幾種納米物質的生物效應進行了初步研究。
其中，納米TiO2在塗料、抗老化、汙水淨化、化妝品、抗靜電等方面存在廣泛應用，因而產量較高，對其毒性研究也較多。趙宇亮總結，體內、體外實驗研究結果指出，納米尺度的TiO2顆粒與微米尺度的TiO2顆粒相比，對肺部的損傷稍大，這與納米顆粒小的粒徑和大的比表面積有直接關係。但納米TiO2顆粒會發生聚集，形成較大的顆粒。用20 納米的超細顆粒處理原代大鼠胚胎成纖維細胞，可能引起細胞凋亡。但這些體外實驗結果無法推論到體內。目前將TiO2顆粒導入動物體內的實驗方法，主要有支氣管吸入法和支氣管注入法兩種。與注入法相比，吸入法更接近人類真實暴露情況，只是操作起來還有許多困難。
碳納米管具有優越的力學、電子學和化學等性能，在很多領域應用前景廣泛。便宜的大批量生產單壁碳納米管的方法出現後，它們是否對人類健康產生影響，成為人們非常關心的問題。趙宇亮介紹，美國宇航局太空中心的一個研究小組將0.1毫克碳納米管懸浮液，通過支氣管注入大鼠和小鼠肺部。7天和90天後，組織病理學檢驗結果表明，所有的顆粒都會以一定的方式進入肺泡，甚至在長達90天的時間裡都停留在肺部。單壁碳納米管導致小鼠肺部的輕微炎症，很低濃度下也能引起肺部肉芽腫的形成(見圖)。令人擔心的是，由碳納米管導致的肉芽腫，並不伴隨通常情況下由石棉和無機粉塵引起的肉芽腫所特有的炎性症狀。當然，這些研究還很初步。為解決碳納米管的體內檢測問題，北京大學劉元方院士等以125I(碘)原子為標記物，結合射線探測技術靈敏度高的優點，解決了動物體內碳納米管相對定量的檢測難題。
鐵在環境中廣泛存在，並是大氣顆粒物主要成分，研究由大氣汙染而帶來的健康損傷，鐵在其中扮演著重要角色。有關學者研究大鼠吸入濃度為57微克/米3和90微克/米3的納米鐵粉顆粒物(72納米，3天)對健康的影響，發現57微克/米3的納米鐵粉顆粒沒有引起大鼠明顯的生物學效應，而90微克/米3的鐵粉顆粒引起了肺泡灌洗液內蛋白質總量明顯升高等輕微的呼吸道反應。另有報導表明，呼吸道上皮細胞暴露於含鐵的大氣顆粒物後，細胞中鐵蛋白的表達量升高。可見隨著暴露劑量的升高，納米鐵粉已經表現出了輕微的毒副作用。
「要保證所觀察的現象及由其得出的結論，全都來自物質納米尺度特性對生物體的影響，單純的生物學、醫學和納米技術均無法滿足要求，納米材料生物效應研究在研究方法學首先面臨很大的挑戰。」趙宇亮說，「嚴格地說，目前納米材料的生物環境效應、毒性、安全性的研究剛剛起步，研究數據很有限，研究結果也很初步，甚至實驗方法學都存在很大困難。正是因為這樣，很容易使人們誤認為所有納米材料都有很大毒性。」
他最後強調，目前評價納米顆粒物對人體的生物效應仍是一個難題，儘管這在納米技術相關政策、法規和防護標準的制訂中非常重要。和納米科技本身一樣，納米尺度物質的生物效應研究，也將是一個長久的、持續的過程；要消除目前「凡納米皆有毒」的誤解，得到準確、客觀、負責的科學結論，人們還需耐心等待幾年或更長時間。
生物能源：能否造一個「綠色大慶」
□本報記者 董曉瑞
發展生物能源是個戰略問題
清華大學教授、原清華大學生物研究中心主任曹竹安教授告訴記者：「發展生物能源，從國家角度來看，是個戰略問題。」
據中國科學院微生物研究所江寧研究員介紹，與有限的化石能源相比，生物能源具有可再生和取之不盡的優勢，在多次世界性石油危機中被重新認識，並得到快速發展。在能源緊缺狀況越來越嚴重的情況下，全球各國都在加緊搶佔生物能源的制高點。1980年美國科學基金會向總統提出的研究報告中，特定研究課題的首項即為「光合作用——發展有效利用太陽能的作物」。在1995年度聯邦科學預算中，美國國會批准能源部有關「生物環境」投入的數額竟大於核物理和聚變，達4.45億美元；歐盟自上個世紀90年代初開始，就高度重視生物能源戰略，歐盟委員會提出，到2020年，運輸燃料的20%將用燃料乙醇等生物燃料替代；日本有生物能源「陽光計劃」；印度有「綠色能源工程計劃」；加拿大驚呼本國生物能源行業落後於美歐和日本，大力調整政策迎頭趕上；目前，瑞士正準備種植10萬公頃石油植物，藉此解決每年50%左右的石油需求量；英、法、俄等國也相繼開展了能源植物的研究與應用。
曹竹安說，發展生物能源，中國當然不能缺席，也不能落後，否則就會在生物能源上出現「石油主要靠進口」一樣的被動局面。中國生物技術發展中心主任王宏廣指出，發展可再生能源是解決我國能源安全的必然選擇，生物能源必須被重視起來。
「解決能源危機，生物能源雖然不是唯一的途徑，但其重要性不言而喻。另外，生物能源的可再生性和其資源的豐富性也是許多其它能源所不能相比的」，曹竹安說，「我國目前的各種荒地的總量加起來與現有的可耕地面積一樣大，用來發展生產生物能源資料，總量非常豐富。」顯然，「中國已具備大規模發展生物能源的條件」，中國生物技術發展中心副主任馬宏建說。
三大關鍵問題：技術、環保和糧食安全
江寧告訴記者，目前的生物能源技術主要有沼氣、燃料乙醇、生物制氫和生物柴油。「沼氣是最適合中國發展需要的一個技術，因為中國60%的居民在農村，一家一戶式的沼氣池可以滿足家庭日常的取暖、做飯等日常能源需要，在我國南方，沼氣甚至被用來取暖和塑料大棚保溫。」馬宏建告訴記者。目前，沼氣使用主要在我國的農村地區，尤其是南方，一般一家一個沼氣池，基本上形成了「豬—沼—果」的模式。馬宏建說：「如果能把這些沼氣池集中起來，從中得到的能量相當於一條西氣東輸管道輸送的天然氣總量，而對這些沼氣池的投資卻遠比對一條西氣東輸管道的投資小。」江寧介紹道，一旦沼氣能夠集中到90%以上，就能夠用管道集中輸送，就像輸送天然氣一樣，而成本將會小得多；燃料乙醇是我國目前規模最大、技術發展最為成熟的生物能源。江寧介紹道，燃料乙醇的主要生產原料是餘糧、能源植物以及秸稈等，利用這些原料，通過微生物發酵就可大規模地進行生產，產出的乙醇以一定的比例摻入汽油可作為汽車的燃料，替代含鉛汽油，功效可提高15%左右。發展燃料乙醇也非常符合我國的情況，馬宏建說：「我國每年有7億噸秸稈的產出，直接燃燒汙染環境，假如我們把7億噸秸稈充分利用，就可以轉化為1億噸燃料酒精，相當於三個『大慶』。此外，南方的木薯、北方的甜高粱都可以大量地用來發酵產出乙醇。」利用生物通過微生物發酵得到氫氣就是生物制氫，江寧說，目前，我國科學家已獲得了能高效產氫的微生物，可以小規模地進行生物制氫；生物柴油是利用生物酶將植物果實、菜籽、植物導管乳汁或動物脂肪油等油脂分解後得到的液體燃料，其熱值和熱點類似於石油煉製出的柴油，並且完全可以代替柴油，江寧告訴記者，我國已有多個科學家小組在從事生物柴油的研究開發。另外，利用低檔菜籽油和餐飲業廢油作原料，也能提煉出生物柴油，這個途徑也已經越來越多地被使用。
生物能源最大的優勢就是環保。「利用的就是太陽能，真箇使用過程是一個太陽能循環過程，清潔無汙染。」馬宏建說。江寧告訴記者，其中，沼氣的推廣使用在提高農民生活質量的同時也節約了資源、保護了環境，燃料乙醇不但能代替部分汽油；而且排放的尾氣更清潔；生物制氫為的就是的到然繞產物只有水、世界上最清潔的能源——氫；而與普通柴油相比，使用生物柴油的汽車尾氣中有毒有機物排放量僅為1/10，顆粒物僅為20%，二氧化碳和一氧化碳排放量僅為10%，不僅如此，生物柴油的原料來源廣泛並有可再生性，如大豆油、菜籽油，而使用「廢油」提煉出生物柴油更是「變廢為寶」。
發展生物能源會不會危及糧食安全？王宏廣說，我國的生物能源發展遵循「不與人爭糧、不與糧爭地」的原則。據馬宏建介紹，我國的糧食並不是很富裕，能夠餘出來用做工業轉換的只有七八千萬噸，而製造一噸酒精需要兩三噸糧食，按目前的用量來看，我國的糧食是足夠的，但是全面、大量地使用，卻是遠遠不夠的。「大量地使用秸稈是一個很好的方法，」馬宏建說，「一噸糧食可以產生一噸多的秸稈，目前中國秸稈產量為六七億噸，把秸稈集中起來做燃料酒精，這個收效還是非常可觀的。」此外，馬宏建說，能源生物都種植在荒嶺、丘地等地帶，能夠大量利用農村的荒地、鹽鹼地、沼澤地，就地大量解決農村勞動力就業，提高農民收入，有利於解決「三農」問題，可以使「三農」中存在的陳化糧「賣不出去」的問題得到一定的緩解。「生物能源不會危及糧食安全，相反，它對於農民倒是一件好事。」曹竹安說。
產業化：技術、成本兩道坎
「任何一種行業，只有實現了產業化，才能真正地發展起來。」曹竹安說。而「產業化」正是生物能源發展的「痛」處所在。缺少龍頭企業、產業化鏈缺失，採訪中，專家們表示，技術、成本是擺在生物能源產業化面前的兩道坎。
江寧告訴記者，由於設備及提高甲烷含量等技術問題，沼氣的規模化生產目前很難實現，對此，曹竹安說，我國目前中小級沼氣池很多，但是集中起來使用卻非常難，這樣就很難實現產業化的開發使用；生物制氫方面的技術限制最嚴重，目前的技術水平還停留在實驗室的階段；生物柴油的合成和提煉技術雖然比較成熟，但若實現產業化，目前的技術還有一定的差距；燃料乙醇的製造技術本身並沒有什麼問題，但燃料乙醇的生產原料的利用率低下卻不能不忽視，江寧介紹道，雖然我國的秸稈產量很高，但是秸稈的利用率、轉化率卻非常地低，「我國在燃料酒精技術方面與國外最大的差距，就是秸稈的利用率。」馬宏建說。
技術的不足以及其他方面的問題也帶來了成本方面的障礙。石元春院士曾說過，生物能源產業化「最大的問題就是當前生物能源產品的成本與價格尚難與石油基產品競爭」，生物柴油的高成本使得目前市場上生物柴油的價格比石油要高得多，幾乎是石油價格的兩倍，「這樣的價格差距，肯定沒有競爭優勢，而且汽車等用油的使用量很大，人們難以支付比石油高出這麼多價格的替代品」。曹竹安告訴記者。此外，秸稈的收集、廢油的收集和集中處理，從產業化角度算來也有一個不小的成本在裡面，「收集難、加工也難」，整個的成本就高了上去。
據馬宏建介紹，目前，我國正在大力發展能源生物技術。據悉，今後我國生物產業發展的重點中包括了能源生物產業，並提出在能源生物技術領域，要使燃料酒精逐步進入實用階段，形成大規模生產能力；生物柴油生產工藝取得重大突破，生產成本大幅度下降，逐步成為新的可替代能源；初步完成生物制氫的中試開發，為發展新能源提供技術儲備；微生物採油、採礦技術達到或接近世界先進水平，亟須提高石油、採礦工業的經濟效益。
除此之外，「綜合利用與產品多元化、發展生物能源要與生物產品相結合也是降低成本與調節產量的重要途徑。」曹竹安說。
中科院大連化物所趙宗保研究員：突破生物柴油原料瓶頸有「三招」發展木本油料植物 加快微生物油脂研究 倡導油料作物發展
□本報記者 劉英楠
「在我國發展生物柴油產業，不僅是應對日益嚴峻的能源形勢所必須，也是舒緩能源消費結構矛盾的客觀要求，還可促進我國環境保護和農業產業結構調整。但要突破生物柴油產業發展的原料瓶頸，制定科學的發展戰略，必須深入研究國情，理性分析自然和資源條件，從多方面著手，狠抓油脂資源的開發，發展創新油脂生產技術。」中科院大連化物所趙宗保研究員這樣說。
作為柴油替代能源之一，由各種動植物油脂經酯化或轉酯化工藝而得的生物柴油，具有能量密度高、潤滑性能好、儲運安全、抗爆性好、燃燒充分等優良使用性能，和可再生性、環境友好性及良好的替代性能，是最具發展潛力的大宗生物基液體燃料。目前，美國和歐洲、亞洲一些國家和地區，陸續建立商品化生物柴油生產基地，並把生物柴油作為代用燃料廣泛使用。歐洲生物柴油已佔成品油市場份額的5%。德國2002年底就形成了200萬噸規模生物柴油的生產能力，美國、日本也都形成了幾十萬噸規模的生產能力。世界各國紛紛根據本國國情，選擇合適的油脂原料發展生物柴油產業，如歐洲的菜籽油、美國的大豆油、東南亞的棕櫚油、巴西的蓖蔴籽油等。
趙宗保指出，我國「十五」綱要提出需發展各種石油替代品，將發展生物基液體燃料確定為國家產業發展方向。海南正和生物能源公司、四川古杉油脂化工公司和福建卓越新能源發展公司等，先後建立了年產生物柴油萬噸級規模的裝置。然而，我國現有油料作物年產油脂1000萬噸左右，尚不足以滿足國內食用油消費市場需求；近幾年油脂進口量逐年遞增，2004年超過700萬噸，成為全球最大的食用油進口國。雖然目前多數國家是以油料作物或食用油所產生的廢油為原料，但我國人均耕地不到0.1公頃，要完全以農產品為原料生產生物質燃料油並不現實，開拓油脂資源成為我國未來生物柴油產業發展的瓶頸。
趙宗保建議，應從以下三個方面著手保障我國未來油脂原料供應：首先，大力發展木本油料植物。木本油料植物抗逆性強、管理粗放，具有巨大的開發潛力和廣闊的發展前景；在我國廣大山區、沙區栽種喬灌木油料植物，不僅可以為我國生物質燃料油工業提供豐富的可再生原料，還可改善生態環境、增加農民收入。我國木本含油植物種類豐富，可用作建立規模化生物質燃料油原料基地的喬灌木種有近30種，而分布集中的可建作原料基地，並能利用荒山、沙地等宜林地進行造林，建立規模化良種供應基地的生物質燃料油植物10種左右。其中，麻瘋樹、黃連木、光皮樹、油茶等適於在佔我國國土面積約69%的山地、高原和丘陵地區生長，不與糧食爭地，而且栽種一次、收穫多年，是很好的生物柴油原料樹種。
其次，加快微生物油脂研究。許多微生物，如酵母、黴菌和藻類等在一定條件下，能將碳水化合物轉化為油脂貯存在菌體內，稱為微生物油脂，大部分微生物油脂組成情況和一般植物油相近。最新研究表明，微生物油脂發酵能高效利用半纖維素和纖維素水解得到所有碳水化合物，和當前乙醇發酵工藝相比具有明顯的原材料資源優勢，對解決生物質經濟公認世界難題之一「全糖轉化利用」很有價值。我國農林廢棄物資源豐富，僅作物秸稈年產量近10億噸，是生物轉化生產微生物油脂的潛在原料。同時，微生物油脂發酵技術還將為能源作物提供新的下遊轉化支撐技術。甘薯、木薯、菊芋等粗放種植的高糖植物，也是未來微生物油脂發酵的理想原料。微生物油脂發酵周期短，不受場地、季節、氣候變化等的影響，基本不佔用額外耕地資源，易於連續工業化生產，對我國油脂資源開發具有特殊的意義。目前基因工程改造技術不斷進步、發酵成本不斷下降，加快了微生物油脂規模化生產的進程。
第三，繼續倡導油料作物發展。我國油脂資源短缺，進一步發展油料作物種植和品質改良，不僅可以舒緩油脂供應的緊張局勢，對生物柴油產業也有一定的促進作用，是一項長期的任務。我國有豐富的草本油料作物資源，如油菜、大豆、棉花、蓖蔴等；但在擴大油料作物種植時，重點要放在可利用非耕地或利用農閒地的品種，以較好地協調我國糧食安全與能源安全的矛盾。如在長江流域和黃淮地區發展的冬油菜，僅利用耕地的冬閒季節生長，基本上不消耗地力，不影響主要糧食作物生產，不與主要糧食作物爭地，是非常具有發展潛力的作物。據估計，我國有2670萬公頃耕地可用於發展能源油菜，每年可為1700萬噸生物柴油提供原料。
趙宗保最後強調，我國要解決油脂資源問題，保障生物柴油產業的健康發展，必須在理性認識綜合國情的前提下科學決策，加大科技投入，發展創新的油脂生產技術。
各國生物柴油發展概況
汽車工業的可持續發展，越來越呼喚清潔燃料。經過科學家數十年艱辛努力，生物替代能源——生物柴油得到了迅速發展，並已開始規模化使用。
近年來，歐盟國家和美國政府紛紛制定優惠政策，鼓勵本國企業發展生物柴油產業，並提供高額財政補貼支持農民種植油料作物，對生產的生物柴油給予稅收優惠，以提高生物柴油價的市場競爭力，發展勢頭十分強勁。
美國：自20世紀90年代初開始將生物柴油投入商業應用，目前生物柴油已成為該國增長最快的石油替代燃油，2000年為5百萬加侖/年，2002年達到12.5百萬加侖/年。2003年7月美國農業部(USDA)撥款77萬美元，委託美國生物柴油部(NBB)啟動「生物柴油教育計劃」，又撥出19萬美元，用於獎勵在生物柴油研發中作出突出貢獻的Idaho大學的科研人員。
歐盟：2001年11月，歐盟理事會提議大力推廣使用生物柴油，努力使生物替代燃料2005年達到2%的比例，到2010年達到5.57%，2020年達到20%左右。歐盟制定優惠政策鼓勵開發和使用生物柴油，如免徵生物柴油增值稅，並規定機動車使用生物燃料佔動力燃料總額的最低份額。歐洲各國在這方面行動較為一致，德國、法國、義大利、奧地利、比利時、丹麥、匈牙利、愛爾蘭、西班牙等國也紛紛參與生物柴油研發領域的競爭，並制定了各自的發展戰略，在生物柴油研究開發和產業化方面取得了相當的進展。
日本：1995年開始研究生物柴油，1999年建立了日產259噸用煎炸油為原料的生物柴油工業化生產實驗裝置。2003年生物柴油年產量達40萬噸。
此外，南美的巴西、阿根廷、哥倫比亞和亞洲的韓國、印度以及俄羅斯等國也正積極發展生物柴油。
●2059年世界上最後一桶石油將被用盡
●傳統化石能源日漸枯竭，世界開始將目光聚焦到了可再生能源與材料，這其中，「生物能源」已經浮出水面
●生物能源來源於太陽能，是太陽能的有機貯存。兩院院士石元春說，「如果能利用現有生物資源的一半，就可建成年產5000萬噸的綠色油田，這相當於一個大慶的年產量」
工業生物經濟：微生物將扮演「主角」
□本報記者 王靜
眾所周知，微生物是地球生命世界裡的第二大類生物群，其多樣性在維持生物圈和為人類提供廣泛而大量的未開發資源方面已發揮重要作用。當以資源為基礎的生物經濟來臨的時刻，微生物已經與工業、農業、醫藥、環保等各方面發生了密不可分的聯繫。科學家們認為，微生物必將在新工業革命中扮演主角。如果你有機會走進中科院微生物研究所，了解那裡的科學家所開展的研究工作，你會吃驚地發現肉眼看不著的微生物有著難以想像的能量。僅以微生物在工業領域中將發揮的作用為例，你會看到微生物科學正在為工業革命開闢出一片全新的天地。
在過去幾十年的經濟發展中，人類由於忽視了發展中的環境保護問題，目前環境狀況十分嚴峻，已經嚴重影響經濟的可持續發展，環境質量下降的趨勢在繼續。為此，世界各國的科學家和工程技術人員，針對環境汙染問題和不同環境汙染類型，發展了各種處理汙染物的辦法。包括化學法、物理法和生物法。雖然在汙染物的處理中，物理、化學方法做出了一定的貢獻，但由於這些方法存在投資大、成本高、二次汙染等問題，而逐漸被生物法所代替。
所謂生物處理也叫生化處理，即指利用處理系統中的生物特別是微生物的代謝活動以及各種特性，來處理各種廢棄物的過程。生物技術在處理環境汙染物方面具有速度快、消耗低、效率高、成本低、反應條件溫和以及無二次汙染等顯著優點，為從根本上解決環境問題提供了希望，因而越來越受到人們的青睞，被譽為21世紀治理環境汙染的優選技術。
生物法區別於其它技術的最根本特點是消除汙染物而不是分離轉移汙染物。
在中科院微生物所的一個實驗室，你會看到科學家關於典型汙染化合物——氯代硝基苯的微生物消除研究實驗。氯代硝基苯是一種能導致突變、引發癌症、致畸的化學物質，在印染、農藥等行業中作為中間體使用，在生產中往往因轉化不徹底而殘留，隨廢物而排放後，如果通過某種途徑進入人體，會破壞肺、肝、腎的功能，並直接損害神經系統。
科學家在含有不同濃度的氯代硝基苯土壤中種植同一種植物，濃度越高的導致植物生存壽命越短；而在同樣含量的氯代硝基苯花盆中加入某種微生物後，通過作物根須與微生物共同作用，植物生長十分茂盛。也就是說，微生物可降解氯代硝基苯。
目前，該實驗室已經篩選出多種降解化學汙染物的微生物菌種，不久將可在解決環境難題中施展才能。
在食品工業中，微生物已經成功應用於食品防腐，為生產企業開拓出良好的國際市場。
據業內人士介紹，在當前許多食品防腐劑中，絕大部分為化學合成物，如亞硝酸鹽等，其實是有潛在的致癌作用的。但中科院微生物所3代科學家經過約十多年的努力，發現一種微生物乳酸乳球菌產生的一個小肽乳鏈菌肽(nisin)，對引起食品腐敗的許多革蘭氏陽性菌有強烈抑制作用，在低pH條件下具有熱穩定性，特別是食用後可被消化道中的酶降解，不會出現傳統抗生素所引起的抗藥性和毒副作用。已被世界糧農組織和世界衛生組織的聯合食品添加劑專家委員會確認為一種高效、無毒的天然食品防腐劑。由於第27位胺基酸的不同，自然界中存在兩種nisin天然變異體，一種稱之為nisin A,另一種稱之為nisin Z。由於nisin Z具有更好的擴散性和溶解度，它的工業化生產及產品的應用開發對促進現代食品工業的發展、保障人民身體健康具有重要作用。
關於nisin Z的價值，科學家有著非常清醒的認識，在完成小試的基礎上，他們與企業合作以蛋白腖、酵母粉等廉價原料代替牛奶做培養基，採用自主獨創的後提取工藝路線，建成了世界上最大的、年產150噸nisin Z的專業化生產廠，實現了nisin Z的工業化生產，並在此基礎上制定了我國nisin產品質量的行業標準。產品不僅佔領了國內外市場，而且給肉製品、奶製品等行業的產品提高了質量，帶動了我國現代食品工業的發展。
讓科學家非常激動的是極端微生物，即在某種特定環境中存在的微生物。科學家說，極端微生物可為現有生物技術「改朝換代」。因為極端微生物是微生物在100℃以上的高溫或0℃以下的低溫，飽和的高鹽或極端的高鹼、高酸等環境下生存，不僅代表了生命適應環境的多樣性及其可能的範圍，對生命的起源、生命的進化或地外生命都具有非凡意義。同時，極端微生物的特殊的基因與產物，也會為工業、農業、人類健康的發展提供新的途徑，為生物技術帶來了革命性進步。
迄今，科學家對極端微生物的研究取得了許多重要的成果，除了基礎研究外，應用研究領域當屬美國T.D.Brock發現的Taq酶在PCR中的應用，它帶來了分子生物學的革命。到20世紀90年代後期，極端微生物的研究得到了蓬勃發展，extremophiles一詞被廣泛使用，世界各國對極端微生物的系統分類、生態、生理、生化、遺傳以及生物技術利用開展了系統的研究。
來自極端微生物的極端酶，可在苛刻條件下行使功能，將極大地拓展酶的應用空間，並是建立高效率、低成本生物技術加工過程的新基礎，極端酶的應用可改變整個生物催化劑的面貌。因此對於國家而言，利用國土多樣的地域環境及生物資源優勢，從資源發掘、機制研究到應用開發，系統進行極端微生物這一重要遺傳資源的認識、保護、開發和持續利用，是中國生物技術實現跨越發展的良機。
此外，微生物在農業上也已顯示出特別功效。據科學家介紹，蘇雲金芽孢桿菌之所以能夠殺蟲，是由於它們的細胞內存在著有毒的蛋白質，叫做伴胞晶體，被昆蟲吞食後中毒而死亡。這種活細胞對環境無毒無害，而且在動物的胃腸道內的酸性環境下蛋白晶體不能溶解，從而對人畜無毒，所以是一種高效安全的生物殺蟲劑，可用來防治農作物害蟲和殺滅蚊蟲。目前我國已經有很多種不同牌號的BT殺蟲劑產品。隨著生物技術的發展，科學家已經能夠從蘇雲金芽孢桿菌中提取出控制產生晶體蛋白的基因，並且把這段基因插入到棉花細胞中的染色體上，使這種殺蟲基因成為棉花細胞中的一段。用這種棉花長大結出的種子大面積栽培時，帶有這種殺蟲基因的棉花苗便成了「殺蟲棉花」。當害蟲蠶食這種棉葉時便會中毒死亡。用一種特製的「基因槍」把殺蟲基因射入棉花種芽內，隨著棉花的長大，殺蟲基因也會成為棉花遺傳物質中的一個有效組分，在下一代棉種內依然可以找到這種殺蟲基因，把這種棉花種籽種入棉田，當棉鈴蟲侵犯棉葉時，就會癱瘓死亡。
對生物農藥的研究剛剛開始，相信在不久的將來，我們的農田將不再需要噴灑化學農藥，農田將真正成為綠色的田野。
總之，微生物將會在生物經濟中大放異彩。
綠色紡織 「酶」力無限
——江南大學校長陳堅教授認為，綠色紡織業應走生物催化之路
□本報記者 劉英楠
作為我國傳統產業、支柱產業，在國內生產總值和外貿出口總值中佔據重要比例的紡織工業，被人稱作中國加入WTO後「惟一保持進攻態勢的行業」，實際上同時也是一直以來的汙染大戶。這種情況下，如何改進生產工藝，走清潔紡織之路，成為亟待解決的重要課題。江南大學校長陳堅教授認為，採用高效生物催化劑的酶法工藝替代傳統的化學加工工藝，是紡織工業清潔生產技術未來最重要的發展方向之一。
汙染問題老大難
紡織工業在我國經濟中的地位堪稱「舉足輕重」。據了解，有數千家印染企業，其中生產規模在6000萬米/年以上的大型棉印染廠就有數十家。2002年，我國紡織工業總產值達10644億元，佔國民生產總值10%，實現利潤337億元。其中，紡織品及服裝出口創匯達618億美元，佔全國的19%。然而陳堅介紹，雖然我國紡織工業對國民經濟作出了突出貢獻，但總體上仍存在產業集中度不高、工藝技術裝備落後和資源利用率低等問題。特別是，這一工業部門產生汙染的情況十分嚴重，尤其在印染加工過程中，傳統工藝耗費大量水和化學品，耗費資源的同時帶來嚴重的環境、生態問題。
陳堅表示，傳統的前處理工藝，已不能適應國際上綠色紡織品清潔化生產的發展趨勢，並已嚴重影響到我國紡織品在國際市場上的競爭力。據粗略統計，我國每生產萬米織物耗水250～400m3。一個年產5000萬米的中型印染廠，全年耗水量2百萬m3左右，相當一個數十萬人口的城市全體居民的生活用水。由於印染生產的耗水量大，很多印染廠自行採水供給。雖然地下水蘊藏量比地面水高三倍多，但目前我國大部分地區均已嚴重超採。對此國家不得不實行收費限制，這樣生產成本迅速上升。如改用城市自來水，費用更為昂貴。
以棉織物前處理為例。在棉織物染整加工中，為使棉纖維獲得優良的潤溼性和白度，需要在前處理過程中去除為使織造順利進行在經紗上施加的以澱粉、聚乙烯醇(PVA)為主體的漿料，以及會嚴重影響棉織物外觀、服用性能和染整加工的棉蠟、果膠質和蛋白質等各種伴生物。目前國內外一直採用傳統的強鹼高溫處理工藝對棉織物進行前處理，存在工藝複雜，流程長，設備龐大、纖維損傷大，水耗、能耗大等弊病，並且排放大量鹼性強、色度深、化學需氧量(COD)極高的廢水，已成為印染生產中最大的汙染源。受處理技術限制，目前國內印染企業沒有一家的廢水經處理後能達到國家的排放標準，而且處理費用很高。
「要從根本上改變紡織工業高消耗、高汙染的傳統粗放型經濟增長方式，必須大力推動和發展紡織工業清潔生產技術，實現紡織工業汙染防治由『末端治理』向『源頭預防』的轉變。」陳堅介紹，相比傳統的化學處理工藝，用高效生物催化劑參與的酶處理工藝可顯著降低水耗、能耗，顯著減少廢水量、降低其處理難度，提高染料利用率、獲得更佳染色效果，全面改善織物的品質，提高操作的安全性和簡便程度，並能有效降低生產的綜合成本。隨著生化工程技術的發展及紡織綠色加工要求的提高，環境友好的酶處理工藝已成為紡織工業清潔生產技術未來重要的發展方向之一。
陳堅說：「目前，由歐洲倡導的3E系統(效能、經濟、生態)、3R生產機制(一次準確性、快速反應性、重現性)、4R原則(節省、回收、回用、循環)已成為世界紡織染整工業技術發展的主流。未來社會對紡織業的要求，除產品質量這個永恆不變的內容外，更強調生態平衡和對環境的親和性。可以預測，隨著綠色環保意識與要求的不斷加強，在未來的紡織加工業中，高效生物催化劑——酶必將有其更廣闊的發展空間與更積極的發展前景。」
提升效益向酶看
「從總體上看，我國現在的紡織酶加工技術無論在加工理論和加工工藝上，還是在酶製劑的性能上，均和國外先進水平存在巨大差距。」陳堅介紹，我國3000多年前就已出現以微生物發酵進行麻類纖維生產的漚漬脫膠法(《詩經·陳風》記載：東門之池，可以漚麻。)；同樣在戰國時期，也出現了和漚麻類似的真絲「水湅法」，起作用的都是微生物產生的酶。我國古代用得最多的酶是胰酶，取自豬的胰臟，主要用於真絲的脫膠。該法早在唐代就已經形成了基本固定的工藝，比國外的同類研究(美國Marsh，1931年)至少早1200年。
據了解，20世紀90年代以前，酶在紡織上的工業化應用還僅局限在澱粉酶退漿和真絲脫膠等少數加工，然而之後其在紡織上的應用，卻如火如荼地在全球開展起來。很短的時期內，牛仔布的酶洗(或稱返舊整理)取代了傳統的石磨洗，氧漂生物淨化加工替代了傳統的大量漂後水洗處理，真絲織物的酶法砂洗取代了化學法砂洗，以果膠酶為主體的棉織物酶精練加工開始出現並得到快速發展，生物拋光整理賦予棉織物傳統化學加工無法獲得的良好品質等等。目前，紡織酶加工工藝已經涉及到了幾乎所有的紡織溼加工領域，紡織酶加工理論、酶加工設備和工藝也都有了很大發展。
陳堅認為，生化工程技術的發展、紡織綠色加工要求的提高以及對更高的產品品質的追求，是這些酶加工技術發展的巨大推動力。但與我國紡織業巨大的規模不相稱的是，我國的紡織酶製劑市場基本上被這一領域世界領先的丹麥諾維信公司和美國傑能科國際有限公司所壟斷。我國落後的原因何在？陳堅認為主要有兩點：一是國內酶製劑研究、製造單位對紡織加工中可能用到的酶處理技術並未引起足夠的重視和興趣，紡織行業無奈只好採用傳統的用於食品等領域的生化製劑，實際應用困難重重；二是目前國外的紡織專用酶製劑普遍價格較高，與傳統紡織加工所用的化學用劑相比成本大幅上升，同時穩定性較差且不易儲存，限制了酶加工工藝的廣泛推廣。
專家介紹，目前可以進行酶加工並獲得工業化應用的工藝，還只是紡織加工的很小一部分，在纖維原料的品種適用性上也有很大限制。同時，普遍較低的酶製劑國產化水平使得國內企業難以與國外大公司競爭，極大地制約了我國紡織酶加工技術的研究與應用。因此，開發價格較低、穩定性好、性能突出的國產紡織專用酶製劑，目前來看仍然勢在必行。陳堅說：「這是一個富有開拓前景的新領域，具有十分顯著的社會效益和經濟效益。」
研究聚集前處理
「雖然從20世紀80年代末開始，酶在紡織品染整加工中應用的研究熱潮就已在國外掀起，到目前為止牛仔服裝的生物酶洗等工藝也已用於工業生產，但各國對於棉織物生物酶前處理的研究起步都很晚，直到20世紀90年代才有資料報導，而且大都處在實驗室的研究階段。國際著名酶製劑生產公司如諾維信等，雖然已能生產鹼性果膠酶，但價格較高且不適合中國的棉織物特點，尚未在國內得到大規模推廣應用。因此深入研究各有關流程的酶處理工藝，對我國棉織物前處理過程的清潔生產來說任務相當緊迫。」陳堅表示，棉織物前處理工藝流程複雜，而棉纖維中的雜質又性質各異，因此用單一酶不能滿足前處理去雜的要求。理想的工藝是生產出最關鍵的幾種酶，進行必要的復配並確定最佳應用條件，然後將其應用於棉織物前處理的全過程。
為推動我國棉織物前處理工藝的全面「酶化」，陳堅帶領江南大學有關人員，將研發重點鎖定在PVA降解酶、角質酶、鹼性果膠酶和過氧化氫酶這一酶製劑產品群的關鍵製備技術上。在國家「863」計劃的支持下，他們從1999年開始著手選育具有自主智慧財產權的微生物，用以生產出四種酶的樣品，研究其基本性質和作用機理，並優化它們在棉織物前處理中的應用條件；然後從自行篩選得到的微生物中分別克隆四種酶的編碼基因，利用酵母或細菌的外源基因表達系統使這些基因過量表達，顯著提高這四種酶的產率；最後在實驗室研究的基礎上，確定以高產率和低成本為綜合目標的發酵及提取工藝，並完成中試，為工業化奠定基礎。
陳堅介紹，關鍵的四種酶不但在棉織物前處理工藝中有廣闊的用武之地，並且分別擁有一批其它的潛在用戶。例如PVA降解酶，還可用於紡織工業含PVA廢水的前處理，以及PVA製成的塑料薄膜的生物降解。角質酶具有水解環狀低聚物(聚對苯二甲酸亞乙酯)、牛奶脂肪，降解聚己內酯的作用，同時具有脂肪酶等功能，可用於處理聚酯織物以改善織物外觀，生產清潔劑和洗滌劑，降解毒害性化合物或農副產品的深加工等。其它鹼性果膠酶和過氧化氫酶，也分別在醫藥、飲料、食品工業以及造紙工業、農作物保護、臨床診斷試劑等方面有巨大潛力。
據了解，江南大學承擔的「863」計劃項目「用於紡織工業清潔生產的生物催化劑的研究」中，對鹼性果膠酶和過氧化氫酶的研究已分別於今年1月和4月23日通過專家組驗收。課題組研究並開發了兩種酶的生產工藝，並對其進行了工業化應用試驗。對PVA降解酶和角質酶生產與應用研究，近期也將陸續完成。研究證明，應用這一酶製劑產品群可以完全替代傳統處理工藝，實現棉織物的全酶處理。
陳堅最後強調：「中共十六大報告中，明確提出了綠色工業、即新型工業化的概念。我們走可持續工業發展的綠色道路，建立綠色工業模式，必須尊重生態和生態經濟規律，使工業生產系統的運行切實轉移到良性的生態循環和經濟循環的軌道上來，實現最佳生態、經濟、社會三大效益的有機統一。」