基因工程技术在生物燃料中的应用探索

马鸿燕

（甘肃省武威第一中学，甘肃武威 733000）

近年来，随着生态环保理念的不断深入，越来越多的行业开始着手通过先进技术手段来寻求可持续性的发展模式和技术。受能源供给侧结构性改革的影响，我国能源行业的发展结构正在发生相应的变化，煤炭、石油等传统能源正在由一系列新生能源所替代[1]。在众多的传统能源替代品中，基于基因工程技术基础上开发的生物燃料是国家尤为重视的类型。相关实践也表明，基于基因工程技术基础上开发的生物燃料不仅具有燃烧性高、污染小的特点，还拥有可再生的优点，这充分印证了推动基因工程技术在生物燃料中应用的重要性和必要性[2]。

1 基因工程技术概述

基因工程技术是基因工程中的重要技术内容，而基因工程是生物工程的一个重要分支，其与细胞工程、酶工程、蛋白质工程、微生物工程共同构成了生物工程。关于基因工程技术的研究，最早追溯到20世纪70年代。经过半个世纪的研究与探索发展，基因工程技术已然成为目前科学技术领域的重要研究内容，在医药研发、生态环境保护、新能源开发、食品生产等方面得到了广泛的应用[3]。

基因工程技术是指借助人工的方式将所需要的某一供体生物的遗传物质——DNA大分子提取出来，在离体条件下用适当的工具酶进行切割后，将其与作为载体的DNA分子连接起来，然后与载体一起导入某一更易生长、繁殖的受体细胞中，让外源物质在其中生存并进行正常的复制和表达，进而获得新物种。常规操作中，基因工程技术的应用主要分为获取目的基因、目的基因与运载体结合、将目的基因导入受体细胞、目的基因检测和表达4个步骤开展。

与传统生物技术相比，基因工程技术表现出了一些新的特点和优势。一方面，基因工程技术应用中的基因转移不会受种间亲缘关系的限制，可以在生物种外的个体间进行基因重组；另一方面，基因工程技术转移基因功能相对比较明确，且后代的表现形式也可以通过一定的技术方式进行准确预测。正是基因工程技术的这些优势，使其成为生物燃料开发中重点应用的技术内容。

2 基因工程与生物能源的关联性分析

生物能源是利用可再生、无公害的生物质获取能量的一种转化性能源类型，其开发与使用符合可持续发展和循环经济的理念。生物能源的开发与生物技术、基因工程技术密不可分，生物能源开发中包括的促进光能产物的积累、采收后纤维素的降解以及能源植物在缺水环境下的生长和植物耐受低温的特征塑造等在内的转化条件和过程均可以通过基因工程技术来实现。也正是如此，基因工程技术与生物能源尤其是生物燃料的开发有着密切的关联性。

2.1 基因工程为生物能源的高效率获取提供了技术支撑

生物能源是从太阳能转化而来的，其转化的过程是通过绿色植物的光合作用将二氧化碳和水合成生物质，而生物质在使用过程中会重新生成二氧化碳和水，从而在物质的循环过程中实现能源的生产。基因工程作为生物改造技术，可以被用来改造绿色植物的基因，进而使绿色植物的能量吸收、转化过程和条件得到优化，从而实现更好的生物能源生产效果。例如，借助基因工程技术可以对绿色植物的DNA进行重组，进而提高植物的抗冻性，使其可以在寒冷的冬天正常进行生物能源的生产。

2.2 生物能源为基因工程的发展提供了新的领域

基因工程作为一种技术内容，其价值需要通过基因改造的过程和结果得到体现，如果离开了技术的应用，基因工程的真正意义就会被埋没。生物能源作为现代人类社会发展中高度重视和积极研究开发的领域，为生物能源的应用创造了现实条件和环境，使更多的研究者和开发者基于生物能源开发的需要来研究和应用基因工程，并在基因工程的应用中丰富和发展相关的技术内容，从而促进基因工程的不断发展和创新。

正是上述两方面因素的综合作用，使得将基因工程技术应用到生物燃料开发中有了基础性和科学性的支持，也正是因此，越来越多的国家、企业愿意投入更多的资源来支持基因工程技术在生物能源尤其是生物燃料方面的开发与应用。

3 基因工程技术在生物燃料研究与生产中的应用

目前，关于基因工程技术在生物燃料研究与生产中的应用尚处于起步阶段，相关的技术应用正处于试验期。结合生物燃料生产的实际情况来看，基因工程技术的应用主要体现在以下3方面。

3.1 基因工程技术在生物丁醇生产方面的应用

生物丁醇是一种新型生物燃料，其原料生产工艺与生物乙醇较为相似，但在热值方面要高于生物乙醇。基因工程技术在生物丁醇生产方面的应用主要体现为提高生物丁醇的生产效率。在生物丁醇生产过程中，可以借助生物基因工程技术对生物DNA的合成途径进行相应的编辑、修改，也可以通过其他途径对生物基因进行抑制或者删除操作，从而提高生物丁醇的产率，降低生物燃料生产的成本。

3.2 基因工程技术在微藻生产方面的应用

微藻是生物柴油生产过程中的重要原料，而生物柴油是典型的生物燃料。由于微藻油脂积累的数量很难超过30%，因此，提高微藻油脂含量便成为生物柴油生产过程中的制约瓶颈[4]。在基因工程技术的支持下，可以培养出油脂含量较高的藻类，从而提高藻类吸收阳光和转化能量的效果，逐步解决生物燃料生产方面的难题。

3.3 基因工程技术在微生物生产方面的应用

微生物是生物燃料尤其是乙醇类燃料生产中的重要原料。在微生物发酵过程中，乙醇等产物的生成会在一定程度上限制生物本身的生理活性，进而降低微生物细胞的密度，影响生物燃料的产率。借助基因工程技术，可以对抑制微生物产物的相关基因进行分析和改造，从而改变基因的属性，使微生物的属性发生明显的变化，最终适应生物燃料生产的要求。

4 基因工程技术在生物燃料中应用的难点及破解策略

虽然基因工程技术在生物燃料生产中的应用具有较大的空间，但受现有技术的制约，基因工程技术的应用仍然面临较多的问题和不足，需要通过相应的技术措施加以破解，而这也成为未来基因工程技术研究与应用中的重点内容。综合来看，基因工程技术在生物燃料中应用的难点主要有以下2方面。

4.1 技术应用不稳定

目前，关于基因工程技术在生物燃料生产方面的应用正处于研究探索的初级阶段，虽然各国都将生物燃料生产纳入到了能源战略计划之中，但受技术门槛的限制，多数研究方案在实际的研究与应用过程中均遭遇了瓶颈。而基因工程技术在不同生物质的应用方面存在明显的差异，导致技术应用会受生物质载体不稳定的影响，最终出现技术应用的不稳定现象。

针对这一问题，研究主体要通过广泛的研究来寻求真正稳定的生物质类型，将其作为基因工程技术研究的主导方向。同时，要从生物能源生产的原理方面着手，寻求基因工程技术应用方法方面的创新，以新的方法来适应生物质不稳定性的特点。

4.2 应用成本高，难以产业化推广

基因工程技术在生物燃料中应用的主要目的在于解决生物燃料大量生产的难题。虽然目前的研究证明基因工程技术在生物燃料生产方面具有应用的可行性，但受生物质自身属性或者生长环境的限制，生物燃料的生产需要的资金、设备和场地等资源的投入量比较大，导致生物燃料生产的成本比较高，难以实现大范围、规模化的应用。以微藻生物柴油生产为例，虽然基因工程技术可以改善藻类的油脂含量，但藻类的密度只能达到1%～2%，如果太密会导致藻类无法吸收阳光，这种对阳光、水等生长条件的高要求，使得藻类的培养需要大型场地作为支持，而这限制了该方式在土地资源稀缺区域的应用[5]。

对于应用成本高的制约性问题，一方面要通过基因工程技术应用的深入研究来寻求生产工艺方面的改良，简化燃料生产对生物生长环境条件的要求；另一方面则要在不同环境下进行技术应用的实现，并通过不同条件的对比来找到最为普遍的应用模式，将其作为技术应用研究的主攻方向，以确保基因工程技术能够被普遍性应用。

5 结语

生物燃料作为传统能源的重要替代品，具有十分重要的应用价值和非常广阔的应用前景。在当前深入探索基因工程技术在生物燃料生产中应用的背景下，相关人员需要根据研究的实际情况确定制约基因工程技术在生物燃料生产中应用的因素，将其作为进一步技术研究的突破口，实现技术应用方面的新突破，真正实现生物燃料生产的低成本、高效能目标。