书城科普读物生物的奥秘
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第12章 人类对生物的研究和利用(3)

从人工制取沼气的工艺过程和其组成成份看,也可以说沼气是有机物质在厌氧条件下,在被多种微生物分解发酵、代谢还原过程中产生的一种具有燃烧性能的混合性气体。由于人们是在沼泽里发现和收集了这种气体,所以,就习惯性地称之为沼气。在自然界中,可用于产生沼气的有机物不仅种类繁多,而且数量巨大。农作物秸秆、动物残体、人畜粪便、残枝烂叶、杂草酒糟等农业、工业废弃有机物均可用于产生沼气。人们经常看到沼泽地、污水沟或粪池里,常常有气泡冒出,气温越高,气泡冒得越多,这些气泡就是沼气。只要有水、有机物质和厌氧环境就很容易产生沼气。有人估计全球每年沼气微生物分解有机物产生的沼气中甲烷数量达13亿吨,可占到大气中甲烷总量的90%。

按照来源不同,沼气可分为天然沼气和人工沼气两大类。天然沼气是在自然环境条件下沼气微生物分解各种有机物质产生的混合性可燃气体。人工沼气是人为创造一个适宜沼气微生物生存的厌氧环境、营养条件及利于气体收集的特定装置,通过积累高浓度厌氧微生物,分解发酵配制好的有机物质而产生的混合性可燃气体。不论是天然沼气还是人工沼气都需要在密闭和无氧的条件下进行,因此,人们把沼气产生称为厌氧消化,把有机物质被沼气微生物分解发酵产生出沼气和有机化合物的过程称为沼气发酵。

沼气的组成

沼气无论是天然的,还是人工制取的,都是以甲烷为主要成份的混合性气体。沼气的主要成份有甲烷气体、二氧化碳气体及少量的硫化氢气体、一氧化碳气体、氢气、氮气、氨气、氧气等。其中:甲烷气体一般占总体积的55-70%,二氧化碳气体占总体积的30-40%,其它几种气体含量一般不超过总体积的2%。沼气的成份组成受发酵原料、发酵条件、发酵阶段等多种因素影响。通常情况下,富碳原料所产沼气中甲烷比例偏低,脂肪、蛋白质多的原料产的沼气中甲烷比例较高;在甲烷菌菌群量大,环境条件利于甲烷菌活动时,所产沼气中甲烷的比例高些,反之会低点;新建沼气池初期所产沼气中,甲烷比例偏低,随着甲烷菌群数量的增加,甲烷所占比例也随之提高。在正常使用的沼气中,甲烷含量都在50%以上,低于40%虽能勉强点燃,但离开火种就会熄灭。按体积计算的话,空气中如含有8.6~20.8%的沼气时,就会形成爆炸性的混合气体。

沼气的发展前景

近年来,我国沼气事业获得了迅速的发展,沼气池总数已达到1000多万个。在有些农村地区沼气除了可以做饭、照明之外,还办起了小型沼气发电站,利用沼气能源作动力进行脱粒、粮食加工等,解决了一部分能源的消耗。

应该说沼气在未来的农村地区将能够成为主要能源之一,因为它具有不可比拟的特点,潜力巨大,凡是有生物的地方都有可能获得制取沼气的原料,所以沼气是一种取之不尽、用之不竭的再生能源。其次,可以就地取材、节省开支。兴办一个小型沼气动力站和发电站,设备和技术都比较简单,管理和维修也很方便,大多数农村都能办到。小型沼气电站每千瓦投资只要400元左右,仅为小型水力电站的1/2~1/3,比风力、潮汐和太阳能发电的费用低廉。而且沼气电站的建设周期短,基本上不受自然条件变化的影响。

我国地广人多,生物能资源丰富。研究表明,在21世纪无论在农村还是城镇,都可以根据本地的实际情况,就地利用粪便、桔杆、杂草、废渣、废料等生产的沼气来发电。

从世界范围看,沼气的利用处于方兴未艾的阶段。

克隆是英语CLONE的音译,指人工诱导的无性繁殖。动物克隆试验的成功,在细胞工程方面具有划时代的意义。同时也引起了国际伦理学界的巨大争议。

多莉的诞生

1997年2月27日的英国《自然》杂志报道了一项震惊世界的研究成果:1996年7月5日,英国爱丁堡罗斯林研究所的伊恩·维尔穆特领导的一个科研小组,利用克隆技术培育出一只小母羊。这是世界上第一只用已经分化的成熟的体细胞克隆出的羊。克隆羊多利的诞生,引发了世界范围内关于动物克隆技术的热烈争论。

可以说这是科学界克隆成就的一大飞跃,这个成果被美国《科学》杂志评为1997年世界十大科技进步的第一项,也是当年最引人注目的国际新闻之一。科学家们普遍认为,多莉的诞生标志着生物技术新时代来临。继多莉出现后,克隆,这个以前只在科学研究领域出现的术语变得广为人知。克隆猪、克隆猴、克隆牛……纷纷问世,似乎一夜之间,克隆时代已来到人们眼前。

克隆技术

克隆是指生物体通过体细胞进行的无性繁殖,以及由无性繁殖形成的基因型完全相同的后代个体组成的种群。通常是利用生物技术由无性生殖产生与原个体有完全相同基因组织后代的过程。

克隆一个生物体意味着创造一个与原先的生物体具有完全一样的遗传信息的新生物体。目前,哺乳动物克隆的方法主要有胚胎分割和细胞核移植两种。克隆羊“多利”,以及其后各国科学家培育的各种克隆动物,采用的都是细胞核移植技术。所谓细胞核移植,是指将不同发育时期的胚胎或成体动物的细胞核,经显微手术和细胞融合方法移植到去核卵母细胞中,重新组成胚胎并使之发育成熟的过程。与胚胎分割技术不同,细胞核移植技术,特别是细胞核连续移植技术可以产生无限个遗传相同的个体。由于细胞核移植是产生克隆动物的有效方法,故人们往往把它称为动物克隆技术。

克隆技术的意义

科学技术是一把双刃剑,在给人类带来利益的同时也会产生一些负面影响,克隆技术也不例外。有利方面是它具有实践上的重要性,因为它标志着用无性繁殖技术复制更高等的动物已完全可能。克隆技术的有利应用主要包括:一是可用来快速、有效繁育优良动物品种。二是可用于抢救濒危动物,在我国克隆大熊猫已经成功。三是能为医学、科研提供有利手段。如为克隆提供特殊实验动物模型,治疗遗传性疾病,解决不孕患者的痛苦,人的治疗克隆还可作为组织工程和器官移植取之不尽的源泉。四是克隆技术能创造巨大的经济价值。

多利羊诞生之后,不少国家及政界首脑对这一事件作出了反应。总的来讲,多数国家的政府反应强烈,严格禁止对人类使用克隆技术。

克隆技术是一项新兴生物科学技术,和其它高科技一样,既能造福人类,也可能带来遗祸。只有严格遵守生命伦理学的基本原则,才能保证克隆技术健康有序的发展。

克隆作为一种新生事物,功过是非难以定论,现在人们迫切要求的是冷静的面对,理性的思考,世界各国在展开科技竞争的同时,应尽快制定有关的法规来减少科技带来的负面影响。

基因工程

基因工程是利用DNA重组技术,将目的基因与载体DNA在体外进行重组,然后把这种重组DNA分子引入受体细胞,并使之增殖和表达的技术。遗传工程与传统培育方式不同之处,在于物种在传统培育方式中透过间接的形式变更,而遗传工程是直接变更其基因。遗传工程透过分子选殖和转化来直接改变基因的构造与特性。现在,遗传工程已在多项应用里取得成果。主要是应用于改良农作物,或者为医学研究提供实验品。

基因工程原理

我们得到某一种生物的基因,如果给这种生物增加一个它原来没有的基因,让这个基因与原来的基因共同工作,使这种生物产生新的遗传特性,变成一个新的物种,这就是基因工程的基本原理。简单的说就是,基因工程是在人工控制下,对生物的基因进行改造,使生物产生新的遗传特性的一门现代科学技术。

基因工程的操作过程有三个主要步骤:第一步是获得某种基因;第二步是把这种基因送进细胞里去;第三步是让这种基因发挥作用。

胰岛素是人身体里一种很重要的激素,是由胰脏里的一种胰岛细胞制造出来的。胰岛素对于人身体吸收利用糖起着重要作用。人身体里缺乏胰岛素,就会得糖尿病,所以胰岛素是治疗糖尿病的特效药。过去医疗上用的胰岛素,都是从动物的胰脏里提取的,需要用很多的动物胰脏才能提取很少的胰岛素。现在我们通过应用基因工程方法,可以利用大肠杆菌来生产出大量的胰岛素。

基因工程的应用