一、现状
　　传统上，绝大多数工业酶制剂的生产是通过特殊微生物的大规模发酵培养，经收集、提取、加工和纯化而成的。这需要复杂昂贵的设备投资及工艺操作，因而生产成本较高。近十年来，随着以基因工程为核心的生物技术的迅猛发展，科学家们通过应用转基因技术，将转基因苜蓿作为一种生物反应器，用来生产特殊的工业酶制剂，开辟了苜蓿开发利用的一个新领域，展示出其潜在的商业价值。
　　苜蓿作为生物反应器作物，具有其一定的优势。主要表现在：种植面积大（曾是种植面积排列第四位的作物，其种植面积约1.6亿亩。现在我国的种植面积也已达2000多万亩）、多年生的习性可使其一次播种连续多年利用、再生性好、产量高、每年收割三茬以上、耕种管理条件要求较低、使用肥料和农药较少、生产成本低、固氮特性利于培肥封、保护环境等；同时作为转基因的受体植物，在其基因的转化和组织培养再生植株等技术方面均已建立了较好的研究基础。
　　由于工业、环保等领域快速发展，工业酶制剂的需求量正在剧增。如应用于生物制浆、食品加工、碳水化合物及化学品的合成转化、人和动物的食品添加剂、环境中有毒或污染物的降解去毒等。当前在工业上常用的酶类中，约有20种可以做到比较便宜地大规模生产。但有些酶的生产成本是非常高昂的。美国Wisconsin大学的研究人员正在研究使用从微生物中克隆目的基因转化苜蓿，然后从转基因苜蓿中提取纯化目标酶，从而大大地降低了一些特殊酶的生产成本。
　　二、木质素过氧化物酶和α-淀粉酶
　　目前研究较为成功的例子有如下两种酶：第一是Mn依赖型的木质素过氧化物酶（Mn-P）。其编码基因是从一种叫Phanerochaete Chrysosporium的微生物基因组中克隆的。它实际上是一种真菌木质素降解酶。在工业上可用于生物制浆和生物漂白。它的表达还可对苜蓿中木质素含量产生影响，因而对提高反刍动物的消化率具有意义。同时该基因的表达对苜蓿的生长发育有不利影响。主要是引起叶片发黄、植株变矮和产量下降。可能是由于Mn-P酶活性，需要将Mn2+转化成Mn3+，使叶片中缺乏Mn2+或是Mn3+的积累效应危害所致。将所构建的外源基因载体上的组成型启动子替换成诱导型的启动子，解决了这一矛盾。利用诱导型启动子，平时关闭该基因，在苜蓿收获前数天喷施特殊的化学药品，诱导该基因的高效表达，就避免了其对苜蓿生长发育的不利影响。又可高效提取该基因表达的特异蛋白质。
　　第二种酶为α-淀粉酶。其编码基因是从Bacillus licheniformis（地衣芽孢杆菌）基因组中克隆的。这种酶被广泛用于淀粉加工工业。它的表达对转基因苜蓿的生长发育没有影响。在转基因苜蓿中的酶活性为：占总可溶性蛋白的0.001%～0.015%。它聚集于细胞质、非原质体、内质网和液泡中，但在非原质体是最高。这种酶（即特殊的蛋白质）置于不同细胞部位中，有效地避免了体内的蛋白水解酶的降解损失。
　　上述两种酶已通过转基因苜蓿成功地小规模试验生产。根据初步的试验结果分析，大幅度提高了苜蓿的产值。在美国中西部苜蓿鲜草的产量一般为50000磅/英亩/年。利用现成的离析技术，可从中提取到25000磅的汁浆，从汁浆中可进一步提取到970磅蛋白质，汁浆蛋白质中约有0.05%～5.0%的目标酶蛋白，回收率可达67%，那么每年每英亩苜蓿就可生产0.33～33磅纯化的酶制剂，每磅酶制剂价值为100美元，这样其产值就可达33～3250美元，加上900磅饲用蛋白质浓缩物及250磅食物蛋白质浓缩物的副产品价值，分别为90美元和1000美元，这样每年每英亩苜蓿的产值可达到1443～4660美元，扣除生产加工成本后的纯利润约可达743～3960美元/英亩/年。而传统的苜蓿干草生产纯利润约为75美元/英亩/年。相比之下，利用生物技术从苜蓿中开发生产酶制剂，蛋白质等高附加值产品具有诱人的商业前景。
　　三、提取酶蛋白的主要过程
　　转基因苜蓿作为生物反应器，提取酶蛋白的主要过程如下：从微生物中分离、克隆目的酶基因→构建表达载体及转基因操作→转基因苜蓿的检测及选育→转基因苜蓿的大田种植→收割→压紧浸湿离析→提取汁液（产生纤维残渣供动物食用）→获得苜蓿汁液（以上步骤在实验室和田间进行）→澄清过程（在田边进行，产生叶绿体蛋白质经烘干保存供动物食用）→浓缩过程（产生液体碎片可作磷、钾肥料泼撒回大田利用）→蛋白质浓缩物（以下步骤转运到特定的加工厂进行）→亲和纯化过程→纯化的酶制剂（同时产生可溶性蛋白质浓缩物，经喷雾干燥后制成食品蛋白质）。一般来说所用的湿分馏法是有效的。所提取的汁液必须在田边进行澄清和浓缩过程，这样减小了体积，以利运输(因为仅剩原汁的10%～20%)。最近的研究表明：用交流电加热处理汁浆可比其它加热方法获得较高的可溶性蛋白质产量。纯化过程中的亲和反应要由酶的属性来设计其方法，不同酶的纯化亲和反应是有所不同的。比如α-淀粉酶基因中就被设计插入了一个编码组氨酸的尾巴，利用固相金属亲和色谱仪（IMAC）就可很容易地从苜蓿粗提取液中获得纯化的α-淀粉酶。
　　四、存在的问题
　　用转基因苜蓿作为生物反应器来低成本地生产工业酶制剂，已经成为近年来国际学术界研究的热点之一。继“观光农业”等新概仿出现之后，有学者又提出了“酶农业”的概念。可见科学家们对此领域所寄以的兴趣和希望。当前在美国Wisconsin大学已完成了实验室和小规模的两年田间试验，获得了可喜的研究成果。同时也发现了一些急等解决问题。比如转基因苜蓿在产生子代时，基因的遗传稳定性问题等。研究的焦点集中在如下几方面：
　　第一如何高效地从细菌或真菌基因组中发现和克隆目的基因；
　　第二高效表达载体的构建。如体利用组成型启动子或诱导型启动子，以避免目的酶基因表达时对转基因苜蓿生长发育的影响；
　　第三高效的转化系统及目的基因的稳定表达。以及通过育种方法将转入的基因性状引入优良的苜蓿品种中，并能稳定遗传；
　　第四从苜蓿中提取纯化酶的方法作进一步的完善改进。以提高酶的回收率。
　　随着研究的不断深入，上述问题也会逐步被攻克。以转基因技术为核心的“酶农业”必将展现在人们面前。任何一项新技术或新发现，只要紧密地与其商业价值相结合，就必然会有强盛的生合力，就会产生良好的经济效益和社会效益。21世纪是生物技术的世纪。通过基因工程方法，苜蓿可以用来生产药品、新材料、可降解塑料、化学品及酶制剂等，这些研究都取得了一定进展。在这一领域，苜蓿及一些饲料作物具有许多环保等方面优势。苜蓿的产业化开利用在我国仅是刚刚起步。我国的专业技术人员要高起点奋力赶超国际先进水平，抢占学科研究的制高点和热点，有所作为。尽量减少初级的、低层次产品的生产及销售，迅速研究开发和提升苜蓿高附加值的产品。从而使这一行业充满生机、健康快速地向前发展。