杨在宾（山东农业大学动物科技学院，泰安，271018）基因技术是利用生物有机体或其组成部分发展新产品、新工艺的一种技术体系，一般包括基因工程、细胞工程、酶工程和发酵工程四个方面。基因工程主要涉及一般生物类型所共有的遗传物质——核酸的分离纯化、体外剪切、拼接重组及扩增与表达等技术。细胞工程则包括一切生物类型的基本单位——细胞的离体培养、繁殖、再生、融合以及细胞核、细胞质乃至染色体与细胞器的繁殖与改建等操作技术。酶工程是利用生物有机体内酶所具有的某些特异催化功能，借助固定化技术、生物反应器和生物传感器等新技术、新装置生产特定产品 的技术。发酵工程，也称微生物工程，是给微生物提供发酵等条件，利用微生物的代谢转化功能生产目的产物的技术。基因工程和细胞工程技术，可以创造出具有特殊功能，甚至多功能的"工程菌株"。而只有通过酶工程和发酵工程才能生产出一系列产品，在现代生物技术溶和应用中，这四个独立的体系在产业化方面密切结合，相互渗透，共同完成高新技术成果的产业化。并广泛应用于饲料添加剂原料生产中，如氨基酸、抗生素、酸化剂、生物色素等的规模化生产。1. 基因工程的基本方法基因工程就是在体外或试管中借助于酶促反应，将目的基因或异源DNA片段与适当的载体进行重组，造成杂种DNA分子。然后再将这些杂种DNA分子输入到受体细胞（微生物）内，进行无性繁殖，并使所需要的基因在细胞内表达，产生出人们所需的产物，或创造新的生物类型。这种获得新功能的微生物称为"工程菌"。这一技术在美国于1973年首次获得成功，并于1981年首次形成基因工程制品——牛生长激素和人胰岛素等，开始投放市场。从此基因工程技术在全球范围内展开了广泛开发研究，并逐步应用于生产实践。利用基因工程育种，将不同来源的基因在体外经重组和改造后，引入微生物细胞获得工程菌。然后应用微生物发酵工程技术大批量生产饲料添加剂，如激素、酶、抗生素、氨基酸。这一技术已经成为生物技术开发的热门。基因工程的主要技术操作包括：1.1 目的基因的分离 把所要的目的基因（即具有遗传信息的DNA片段）从供体细胞中提取出来，或人工合成出来。1.2. 目的基因与载体相结合用同一种限制性内切酶处理目的基因和基因载体，可以形成相同的粘性末端，然后将外源目的基因和载体DNA混合，再添加DNA连接酶，在一定条件下，便可以使目的基因与载体通过"退火"和连接的步骤而形成重组体DNA。1.3. 重组体DNA进入受体重组体DNA通过再次转化，转入到适宜的宿主细胞，并在其中进行复制、表达，产生人类所需要的产物，通过筛选，便可获得具有工业生产价值的“工程菌”。2. 基因工程技术在饲料添加剂原料生产中的应用利用基因工程技术，获得具有特殊功能的“工程菌”，进而通过发酵工程技术，工业化生产饲料添加剂，是新世纪解决资源不足、降低生产成本、提高产品质量的最新途径。经过基因工程技术的发展，以及与发酵工程、化学工程等的结合，很多饲料添加剂的生产已经进入新的时代。2.1. 用基因工程技术生产高性能、高效能的酶制剂以往工业上生产的酶是以自然界存在的微生物产生具有高性能的自然酶为基础。现通过基因工程技术，可以使在其他通常难于培养的微生物中少量存在的酶，用经选择在廉价原料中容易培养并且发酵液中容易纯化酶的宿主微生物来生产；也可使从动物植物中提取的酶的生产不依赖于动物植物组织，如小牛凝乳酶已可用发酵法生产。对一些存在于性能不佳或产毒素致病的微生物中存在的优良性能酶，可将酶基因转移到安全宿主中。通过基因工程技术可在生物体间转移基因，而且还可以修饰结构基因，从而使生产过程易进行，并可按应用要求剪接得到具有特有性能的酶。如，目前应用DAN重组技术已建立了丝氨酸和色氨酸合成酶工程菌，通过这种工程菌组装的生物反应器可以用甘氨酸和甲醛为原料制造丝氨酸，再由丝氨酸和吲哚转化生成色氨酸。由以上实例可知，应用基因重组技术，通过基因扩增和增强表达，就可建立表达酶制剂的基因工程菌和基因工程细胞，从而进一步构建成新一代的生物催化剂——固定化工程菌和固定化工程细胞。可以预见，基因工程将会生产出许多高性能高效能的酶制剂，从而导致酶在许多应用领域中取得更大突破。2.2.基因工程技术在氨基酸合成中的应用自20世纪70年代后期以来，氨基酸生产菌的育种工作就开始运用细胞内基因重组技术和重组DNA技术，提高了育种的有效率和新菌株的产酸水平。运用细胞内基因重组的细胞工程技术主要采用以下两种方法。2.2.1 细胞融合技术的应用 研究发现，由乳糖发酵短杆菌（Brevibacterium lactofermentum）野生型菌株经多次诱变处理，虽可得到以葡萄糖为原料高收率的生产赖氨酸的突变株，但这种突变株的赖氨酸生产收率与糖消耗速度之间成反比关系。为了解决这一矛盾，它们将赖氨酸收率高、糖耗速度慢，具有α-氨基乙酸-L-半胱氨酸耐性（AECr）标记的生产菌，与糖耗速度快、不产赖氨酸、具有德夸菌素耐性（DECr）和酮丙二酸耐性（KMr）的突变株进行细胞融合，结果获得同时具有AECr、DECr和KMr特性的融合株。新株的耗糖速度由亲株的0.13g葡萄糖/（h·g）干菌体提高到0.4g/（h·g），使整个发酵时间缩短三分之一，而赖氨酸产量仍保持亲株的较高水平。2.2.2 转导技术的应用Kisumi在精氨酸生产菌育种中从野生型粘质沙雷氏菌（Settatia marcescens）Sr41获得一种代谢调节变异株RA4240，而PA1379菌株则是从同一野生菌获得的具有精氨酸合成酶而精氨酸分解能力缺损的双重变异株。通过溶原菌体Ps20将RA4240的argA基因和PA1379菌株中的LysA基因同时转导，得到一株具有上述三种变异性状的组合株AT404，其精氨酸产量达25.2g/L。由于转导方法可以定向育种，因此该技术在工业微生物领域中正得到广泛研究。 在氨基酸生产菌的育种上，应用基因工程技术的原理是，用DNA限制性内切酶把氨基酸生物合成系中的关键酶基因（DNA）从生产菌染色体上切下来，再用连接酶将它连接到载体（质粒）的DNA上，然后通过转化、转导、感染、结合等方法把复合质粒的遗传物质传递到DNA受体菌中进行无性繁殖（称之为克隆）。随着质粒拷贝数的增加，酶基因扩增，关键酶的活性提高，目的氨基酸的合成能力加强，因而使产酸量提高，在色氨酸、苏氨酸、赖氨酸和L-脯氨酸等生产菌的育种上，以及可以利用C1化合物或纤维素为原料的基因工程菌的培育上均运用过基因工程技术。但遗传工程在氨基酸生产育种工作中的运用尚处于萌芽阶段，而且只是在少数几种氨基酸的育种上进行了探索，取得了一定成绩，离工业生产应用还有一段距离。3. 基因工程技术在生长促进剂生产中的应用随着生命科学的迅速发展，分子生物学和基因工程技术已逐步成为主要药物和生长促进剂发现、设计和发展的基础。近10年来，一批新型药物已陆续投入商品化生产，具有最广阔商业化生产前景的领域，将包括抗生素、调节蛋白质、激素等治疗性药物生物技术。α—干扰素、生长激素等转基因产品正在应用于畜牧生产中。通过基因工程技术生产高效、低成本的各种促生长剂也将很快进入商业化生产阶段。参考文献：化工百科全书，第1卷，化学工业出版社，1997。饲料添加剂学（21世纪教材），陈代文，中国农业出版社，2002。食品微生物学，吴金鹏，中国农业出版社，1990。 文章录入：yangzaibin责任编辑：yangzaibin