现代生物技术的应用

现代生物技术的应用

现代生物技术也可称之为生物工程，是以重组 DNA技术和细胞融合技术为基础，利用生物体(或者生物组织、细胞及其组分)的特性和功能，设计构建具有预期性状的新物种或新品系，以及与工程原理相结合进行加工生产，为社会提供商品和服务的— 个综合性技术体系。其内容包括基因工程、细胞工程、酶工程、发酵工程和蛋白质工程。现代生物技术的诞生以2O世纪7O年代初DNA重组技术和淋巴细胞杂交瘤技术的发明和应用为标志，迄今已走过了30多年的发展历程。实践证明现代生物技术对解决人类面临的粮食、健康、环境和能源等重大问题方面开辟了无限广阔的前景，受到了各国政府和企业界的广泛关注，与微电子技术、新材料技术和新能源技术并列为影响未来国计民生的四大科学技术支柱，是2l世纪高新技术产业的先导。可以预测，生物技术的应用与发展将导致生产体系与经济结构的飞跃变化，甚至可能引发一次新的工业革命，对人类社会的生产、生活各方面必将产生全面而深刻的影响。

现代生物技术是一个复杂的技术群。基因工程仅是现代生物技术中具有代表性的一种，它的特征是在分子水平上创造或改造生物类型和生物机能。此外，在染色体、细胞、组织、器官乃至生物个体水平上也可进行创造或改造生物类型和生物机能的工程，例如染色体工程、细胞工程、组织培养和器官培养、数量遗传工程等，这些，也属于现代生物技术的范畴。而为这些工程服务的一些新工艺体系，如现代发酵工程、酶工程、生物反应器工程等，同样被纳入了现代生物技术的系统。

目前世界上许多国家已经将生物技术、信息技术和新材料技术作为3大重中之重的高技术。生物技术可以分为传统生物技术、工业生物发酵技术和现代生物技术。现在人们所指的生物技术实际上就是现代生物技术。生物技术包括基因工程、蛋白质工程、细胞工程、酶工程和发酵工程5大工程技术，其中基因工程技术是生物技术的核心技术。随着生物技术的广泛应用，人类的生活将会发生翻天覆地的变化。

一、新世纪之初的生物技术有5个方面的特征：

一、是大科学工程研究方式的出现。20世纪80年代中期开始的基因组的研究，使得生物技术的研究从作坊式转而进入了大科学的运作方式。基因组研究以人类基因组为代表，其研究对象是一个非常复杂的系统，要在整体上破译遗传信息，不可能用以前零敲碎打的方式，而是采用了其他学科的一些运作方式，包括大规模、高通量、信息化的工业运作方式。由于人类基因组计划对产业的巨大带动作用，引起实业界浓厚的投资兴趣，其投资量逐年递增。

二、是精细分析和广阔综合的统一。生物技术在分子、细胞、组织、器官、整体乃至群体的多层次、全方位研究，以及生物技术与数学、物理学、化学、信息科学的前所未有的整合，使得很多生命系统复杂问题的解决出现了可能。

三、是科学进步和技术革命互为因果。生物技术近年来的每一次突破，都是与技术革命相关。科学与技术之间的界限也是越来越模糊了。

四、是基础与应用的结合。生物技术与医学、农学有着不可分割的联系，是这些应用学科的基础，也能从应用学科中获取基础研究的源头活水。很多重大社会需求的问题会构成揭示自然规律的一些重大科学工程的出发点，如对艾滋病、肿瘤、人口控制、抗病虫植物的研究等。

五、是产业化的速度大大加快。各种生物技术的发展，使得生物技术基础研究到实现产业化的距离较之以往大大缩短。

二、现代生物技术在实际中的应用

一、改革传统农业结构，解决食品短缺问题

现代生物技术在农业中最突出的应用是利用转基因技术，将目的基因导入动、植物体内，对家畜、家禽及农作物进行品种改良，从而获得高产、优质、抗病虫害的转基因动植物新品种，达到充分提高资源利用效率，降低生产成本的目的。经过长期不断的努力，现代农业生物技术已取得重大突破，不仅从根本上改变了传统农作物的培育和种植，也为农业生产带来了新一轮的革命，并将在解决目前人类所面临的粮食危机、环境恶化、资源匮乏、效益衰减等方面发挥巨大作用。

1.1提高农产品的产量与质量农作物病虫害是

造成农业产量下降的主要原因之一，因而利用转基因技术把抗病、抗虫基因导入农作物中，使之可避免或减少病虫害。近年来，抗黄杆菌的水稻、抗除草剂的大豆、抗病毒病的甜椒、抗腐能力强与耐贮性高的番茄等转基因植物开始进入市场，提高了产量，增加了效益；根据人类的需要，还可把特定基因导入植物体，可达到改良农产品品质的目的，如高含量必需氨基酸的马铃薯，高蛋白质含量的大豆等；此外还可利用生物技术破坏水果细胞壁纤维酶，保证猕猴桃、桃、西红柿等水果成熟但不变软而提高水果的保鲜度，便于水果的运输。从1996年到2o02年，转基因农作物在全球的种植面积从170万ha扩大到5810万ha，即增加3倍，显示了现代农业生物技术强大的生命力。

1．2 促进畜牧业和水产养殖业的发展 现代生物

技术在畜牧业发展中具有巨大潜力，不仅可提高畜牧业的生产效率，还可拓展家畜的新用途，为发展高效益畜牧业提供技术力量。例如，澳大利亚培育出一种转基因超级猪，其体形大、生长快，瘦肉率提高10％ 一l5％，我国也已先后培育出转基因兔、羊、猪、牛、鸡等。另外利用生物技术生产动物饲料中的添加剂，提高了生产效率(每一单位饲料所增加的体重或产奶量)、改进家畜的肉质(肉与脂肪的比例)、增加产奶量以及减少牲畜粪便排泄量。水产养殖业利用生物技术将决定生产周期短的基因转移到生产周期长的鱼、虾中，得到生产周期短的鱼、虾新品种，大大提高了年产量；又可将鱼生长激素基因及抗冻蛋白基因转移到鱼中，培育出的新品系不仅生长快，且抗病能力强。我国在世界上首次研究成功海带的单倍体育种技术、紫菜的体细胞育苗技术、对虾的三倍体与四倍体育苗技术、对虾精英移植技术等；在海水鱼、贝类的三倍体育苗技术和鱼类性别控制技术的研究方面也取得了重大进展， 病的病种选择上，已从经典的、孟德尔遗传方式为主推进了水产养殖业的发展。

一、深人生命科学本质，解决健康长寿问题

随着科技、经济文化、社会的不断发展，人类对自身认识的要求越来越迫切，对生存和生命的价值越来越重视，对卫生保健，身心素质的要求越来越高。现代生物技术的发展使得生命科学的研究日新月异，一日千里，为人类预防和战胜疾病提供了坚实的基础。国际上生物技术领域已取得研究成果的60％以上都是医学领域的，可以说医药卫生领域是现代生物技术最先登上的舞台，也是目前应用最广泛、成效最显著、发展最迅速、潜力也最大的一个领域。

主要表现在：

2．1 现代分子诊断技术对于现代医学来说，一个重要的方面就是尽早检测出在人、动物、植物体内以及在水和土壤中的病原性物质，做到早发现、早治疗。然而传统的诊断程序成本高、速度慢、效率低，甚至有些病原体生长得特别慢或根本无法通过人工培养获得。现代分子诊断技术则是利用免疫学和分子生物学的方法来对病原物质进行诊断检测，具有专—性强、灵敏度高、操作简单等特点显示了巨大的优越性，为及早发现疾病，抓住治疗良机，提供了保障。

2．2 基因治疗基因治疗是将基因直接导入人体，

通过控制目的基因的表达，抑制替代或补偿缺陷基因，从而恢复受体细胞、组织或器官的生理功能，达到治疗疾病的一种方法。自从1990年临床上首次将腺苷酸脱氨酶(AI)A)基因导入患者白细胞，治疗遗传病一重度联合免疫缺损病以来，基因治疗在疾中纯化提取药物。

2．4 核酸疫苗核酸疫苗(nucleic acid vaccines)是

以基因治疗为基础而发展起来的，是将编码某种抗原蛋白的外源基因(DNA或RNA)直接导入动物体细胞内，并通过宿主细胞的表达系统合成抗原蛋白，诱导宿主产生对该抗原蛋白的免疫应答，以达到预防和治疗疾病的目的。以遗传物质方式直接进入机体的DNA疫苗与传统的灭活疫苗、减毒疫苗及用基因工程技术生产的亚单位纯化蛋白疫苗相比具有更高效、更安全、接种途径多样化、性质稳定、成本低等优点。例如：目前已投入使用的乙型肝炎疫苗、甲型肝炎疫苗、狂犬病疫苗等。但是，核酸疫苗作为外源DNA是否可能会与宿主染色体整合?是否会干扰宿主基因的正常功能?是否会诱发宿主细胞恶变或自体免疫反应?虽然迄今尚未发现有整合的证据，仍有待进一步研究。我们相信随着研究的深入和技术上的改进，核酸疫苗定会为人类造福。

二、运用现代生物技术，解决环境污染问题

环境生物技术是21世纪国际生物技术的又一热点领域。随着工业的高度发展，人口密度的日益增高，人们面临着全球性环境污染的严峻挑战，现代生物技术在环境的治理上可发挥着不可替代的作用。

3．1 利用微生物降解废弃物现在利用基因工程

构建含有多种降解功能的细菌菌株来清除有毒物质，既安全有效又降低了成本。例如：美国培育的基因工程“超级菌”，几小时便可降解掉自然菌种需一 年才能降解的水上浮油；Et本将嗜油酸单孢杆菌的耐汞基因转入腐臭单孢杆菌，该菌株能把汞化物吸收到细胞内，用它处理污水就能解决被汞污染的环境问题，又使汞得以回收。目前人们发现有些绿色植物可以将重金属富集到体内，这一发现又开辟了利用转基因绿色植物清除环境污染的新思路。

3．2 利用微生物生产蛋白质随着世界人口的急

剧增长，食品不足，蛋白质资源短缺已成为全球性的严重问题；同时工农业生产又在不断产生着大量的有机废弃物。在这种情况下，利用微生物将这些有机废弃物转化成蛋白质，不仅提高资源的利用效率，而且对消除环境污染，改善生态环境都具有重大的意义。

3．3 制造现代生物农药和肥料传统的化学农药和化学肥料不但对动物、人和整个生态系统都有很强的短期副作用，而且有长期的滞留毒害作用。目前利用DNA重组技术，制成的微生物杀虫剂和微生物肥料，不仅更有效而且还可进行生物降解，大大减少了环境的污染，维持了生态的平衡。

4 现代生物技术在其他行业中的应用现代生物技术的应用Et益深广，不但对医学、农业和环境造成影响，而且对其他行业也产生了深远的影响。例如：现代生物技术给传统工业带来了全新的思路，生产环境不再需要高温、高压，替而代之的是模拟生命过程的生物反应器。另外利用生物技术可以改良传统工艺，把农副原料加工成发酵或酿造制品；还可以进行食品添加剂和酶制剂的研制与开发，丰富了人们的生活，提高了生活质量等等。

三、现代生物技术的展望

纵观现代生物技术及其产业的发展，其前景是美好的，大力发展现代生物技术及其产业已成为世界各国经济发展的战略重点：一方面是由于现代生物技术发展迅速，用途广泛，已渗透到人们生活的各行各业；另一方面是由于现代生物技术具有其他技术无法比拟的可持续发展性；再一方面是现代生物技术的原料具有再生I生，对环境的破坏性极小或几乎没有，甚至还可消除环境中的污染物。但是现代生物技术的各项研究尚处于科研阶段，产业化建设尚在初创阶段，还没有实现它最初预期值。专家预测：现代生物技术创新的高潮将伴随人类基因组计划的完成而到来，以基因组为基础的生物技术产业将成为21世纪的朝阳产业，它的巨大经济效益吸引着投资商和企业汇集于这一领域，现代生物技术将进入广泛的大规模产业化阶段，象当年工业革命一样，使人类的生活发生根本性的变化。