應(yīng)用生物技術(shù)(第一部分)

應(yīng)用生物技術(shù)

AppliedBiotechnology長江大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院課程目錄第一部分導(dǎo)論第1章生物技術(shù)與社會發(fā)展第二部分植物生物技術(shù)第2章生物技術(shù)與現(xiàn)代植物育種第3章植物細(xì)胞工程育種第4章植物分子育種第三部分動物生物技術(shù)第5章動物及家畜的分子標(biāo)記與基因克隆第6章轉(zhuǎn)基因動物及應(yīng)用第四部分微生物生物技術(shù)第7章微生物農(nóng)藥的改良及應(yīng)用第8章微生物肥料的改良及應(yīng)用第五部分第9章生物能源第六部分醫(yī)學(xué)生物技術(shù)及人類基因組計劃第10章人類基因組計劃及基因克隆第11章人類疾病的基因治療主要參考書目瞿禮嘉，顧紅雅，胡蘋，陳章良?，F(xiàn)代生物技術(shù)導(dǎo)論。北京：高等教育出版社（CHEP）；德國：施普林格出版社（Springer）。1998劉仲敏，林興兵，楊生玉等.現(xiàn)代應(yīng)用生物技術(shù).化學(xué)工業(yè)出版社.2004.SmithJE著，鄭平，胡寶蘭，呂鎮(zhèn)梅，錢海豐等譯。生物技術(shù)概論。北京：科學(xué)出版社。2006王關(guān)林，方宏筠主編。植物基因工程原理與技術(shù)。北京：科學(xué)出版社。1998賀林主編。解碼生命——人類基因組計劃和后基因組計劃。北京：科學(xué)出版社。2001RatledgeC,KristiansenB.BasicBiotechnology,2nd.（生物技術(shù)導(dǎo)論）（影印版）。北京：科學(xué)出版社。2002第一部分導(dǎo)論第一節(jié)生物技術(shù)的產(chǎn)生發(fā)展及內(nèi)容第二節(jié)生物技術(shù)具現(xiàn)代高新技術(shù)的特征第三節(jié)生物技術(shù)是開掘新能源、新食品、進(jìn)行生物品種改良的突破口第四節(jié)生物技術(shù)造福于人類的健康第五節(jié)生物技術(shù)致力于環(huán)境保護(hù)第六節(jié)生物技術(shù)帶來的隱患第七節(jié)生物技術(shù)發(fā)展前景第八節(jié)中國生物技術(shù)研發(fā)現(xiàn)狀第一章生物技術(shù)與社會發(fā)展第一節(jié)生物技術(shù)的產(chǎn)生與發(fā)展一、生物技術(shù)的定義及內(nèi)涵二、傳統(tǒng)生物技術(shù)三、現(xiàn)代生物技術(shù)四、現(xiàn)代生物技術(shù)的進(jìn)展一、生物技術(shù)的定義及內(nèi)涵1982年國際合作及發(fā)展組織對生物技術(shù)的定義：生物技術(shù)是應(yīng)用自然科學(xué)及工程學(xué)的原理，依靠微生物、動物、植物體作為反應(yīng)器將物料進(jìn)行加工以提供產(chǎn)品來為社會服務(wù)的技術(shù)。具體說，生物技術(shù)是生物科學(xué)與技術(shù)科學(xué)相結(jié)合的產(chǎn)物。即通過基因重組、細(xì)胞培養(yǎng)、細(xì)胞融合和酶反應(yīng)等人為的控制，改變生物遺傳性狀，按照人類的需要創(chuàng)造出新產(chǎn)品或新生物，可分為四個方面：基因工程（最基本的核心系統(tǒng)）細(xì)胞工程酶工程微生物工程生物技術(shù)（Biotechnology）一詞最初是由匈牙利工程師KarlEreky于1917年提出的。當(dāng)時含義是指用甜菜作為飼料進(jìn)行大規(guī)模養(yǎng)豬，即利用生物將原材料轉(zhuǎn)變?yōu)楫a(chǎn)品。實際上生物技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用最早可以追索到公元前6000年巴比倫制造啤酒的微生物發(fā)酵，而人類有意識地利用酵母進(jìn)行大規(guī)模發(fā)酵生產(chǎn)是在19世紀(jì)。當(dāng)時進(jìn)行大規(guī)模生產(chǎn)的發(fā)酵產(chǎn)品有乳酸、酒精、面包酵母、檸檬酸和蛋白酶等初級代謝產(chǎn)物。1928年，F(xiàn)lemming博士發(fā)現(xiàn)了青霉素，從此生物技術(shù)產(chǎn)品中增加了一大類新的產(chǎn)品即抗生素。20世紀(jì)40年代，以獲取細(xì)菌的次生代謝物——抗生素為主要特征的抗生素工業(yè)成為生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)的支柱產(chǎn)業(yè)。Panicillin(青霉素)→衍生物→先鋒霉素、頭孢拉丁等。20世紀(jì)50年代，氨基酸發(fā)酵工業(yè)又成為生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)的一個新成員。20世紀(jì)60年代，增添了酶制劑工業(yè)新成員。1973年，美國加利福尼亞大學(xué)舊金山分校的HerberBoyer教授和斯坦福大學(xué)的StanleyCohen教授共同完成的一項著名實驗，即眾所周知的人類歷史上的第一次有目的的基因重組實驗（嘗試）。隨著DNA重組技術(shù)迅速發(fā)展，它與其它一些生物技術(shù)一起形成了現(xiàn)代生物工程技術(shù)體系，從此開創(chuàng)了生物工程的新紀(jì)元。隨著生物技術(shù)的迅猛發(fā)展，它將成為21世紀(jì)的主導(dǎo)技術(shù)，甚至可能引發(fā)一次新的工業(yè)革命和第二次“綠色革命”，對人類社會的生產(chǎn)、生活及發(fā)展等各方面必將產(chǎn)生全面而深刻的影響。相關(guān)學(xué)科：微生物學(xué)、生物化學(xué)、化學(xué)工程、分子生物學(xué)、基因工程、細(xì)胞工程、酶工程、遺傳學(xué)等。二、傳統(tǒng)生物技術(shù)傳統(tǒng)生物技術(shù)主要是通過微生物的初級發(fā)酵來生產(chǎn)商品，分三個步驟：第一步：上游處理過程。是指對于粗材料進(jìn)行加工，作為微生物的營養(yǎng)和能量來源。第二步：發(fā)酵和轉(zhuǎn)化。發(fā)酵指的是目的微生物的大量生長，發(fā)酵過程必須在一個大的生物反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行，通常大于100L。第三步：下游處理過程。主要是指所需目的產(chǎn)物的純化過程，人們既可以從細(xì)胞的培養(yǎng)液中純化，也可以直接從細(xì)胞中純化。傳統(tǒng)生物技術(shù)研究的主要目標(biāo)是最大限度的提高這三個步驟的整體效率，同時尋找一些可以用來制備食品、食品添加劑和藥物的微生物。傳統(tǒng)的生物技術(shù)僅僅局限在化學(xué)工程和微生物工程的領(lǐng)域內(nèi)，隨著DNA重組技術(shù)的出現(xiàn)和發(fā)展，發(fā)生了根本性的變化三、現(xiàn)代生物技術(shù)1953年，Watson和Crick提出的DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)。1973年，Boyer和Cohen的DNA重組實驗，提出“基因克隆”策略。而后發(fā)明數(shù)種行之有效的分離、鑒定、克隆基因的方法。原核細(xì)胞與真核細(xì)胞都可作為生物工廠。植物和動物也可作為天然的生物反應(yīng)器。DNA重組技術(shù)改良高產(chǎn)菌株；簡化大分子化合物的生產(chǎn)過程；用于新藥的開發(fā)和檢測。是21世紀(jì)的發(fā)展方向，具有遠(yuǎn)大前景的新興學(xué)科與產(chǎn)業(yè)。四、現(xiàn)代生物技術(shù)的進(jìn)展現(xiàn)代生物技術(shù)領(lǐng)域的研究和開發(fā)（Research&Development,R&D）取得了顯著的成績?，F(xiàn)代生物技術(shù)的發(fā)展趨勢：（7點）基因操作技術(shù)日新月異，不斷完善。新技術(shù)、新方法一經(jīng)產(chǎn)生便迅速地通過商業(yè)渠道出售專項技術(shù)并在市場上加以應(yīng)用?；蚬こ趟幬锖鸵呙缪芯颗c開發(fā)突飛猛進(jìn)。新的生物治療制劑的產(chǎn)業(yè)化前景十分光明，21世紀(jì)整個醫(yī)藥工業(yè)將面臨全面的更新改造。轉(zhuǎn)基因植物和動物取得重大突破?，F(xiàn)代生物技術(shù)在農(nóng)業(yè)上的廣泛應(yīng)用作為生物技術(shù)的“第二次浪潮”在21世紀(jì)將全面展開，給農(nóng)業(yè)和畜牧業(yè)生產(chǎn)帶來新的飛躍?，F(xiàn)代生物技術(shù)的發(fā)展趨勢：（7點）闡明生物體（目前主要有人類、水稻、擬南芥、蚜蟲、蝗蟲等）基因組及其編碼蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能是當(dāng)今生命科學(xué)發(fā)展的一個主流方向。目前已有多個原核生物及真核生物（酵母）的基因組序列被全部測定。人類基因組全序列、擬南芥基因組全序列、水稻基因組全序列已全部測定報道。與人類重大疾病相關(guān)的基因和與農(nóng)作物產(chǎn)量、質(zhì)量、抗性等有關(guān)基因的結(jié)構(gòu)與功能及其應(yīng)用研究是今后一個時期研究的熱點和重點?，F(xiàn)代生物技術(shù)的發(fā)展趨勢：（7點）基因治療取得重大進(jìn)展，有可能革新整個疾病的預(yù)防和治療領(lǐng)域。估計到本世紀(jì)初，惡性腫瘤、艾滋病等嚴(yán)重疾病的防治可望有所突破。蛋白質(zhì)工程是基因工程的發(fā)展，它將分子生物學(xué)、結(jié)構(gòu)生物學(xué)、計算機技術(shù)結(jié)合起來，形成了一門高度綜合的學(xué)科。國際上信息技術(shù)的飛速發(fā)展?jié)B透到生命科學(xué)領(lǐng)域中，形成了引人注目、用途廣泛的生物信息學(xué)。全球通訊網(wǎng)絡(luò)的日趨擴大和完善也大大加速了生物技術(shù)的研究、應(yīng)用和開發(fā)。五、現(xiàn)代生物技術(shù)的內(nèi)容生物技術(shù)主要分為以下5項技術(shù)：基因工程（geneengineering）細(xì)胞工程（cellengineering）酶工程（enzymeengineering）發(fā)酵工程（fermentationengineering）蛋白質(zhì)工程（proteinengineering）基因工程20世紀(jì)70年代以后興起的一門新技術(shù)。主要原理：把生物的遺傳物質(zhì)（通常是DNA）分離出來，在體外進(jìn)行切割、拼接和重組，將重組了的DNA導(dǎo)入某種宿主細(xì)胞或個體，從而改變它們的遺傳性狀；有時還使新基因在新的宿主細(xì)胞或個體中大量表達(dá)，以獲得基因產(chǎn)物（多肽或蛋白質(zhì)）細(xì)胞工程以細(xì)胞為基本單位，在體外條件下培養(yǎng)、繁殖，加速繁殖動、植物個體；或使細(xì)胞某些生物學(xué)特性按人們的意愿發(fā)生改變，從而達(dá)到改良生物品種和創(chuàng)造新品種；或獲得某種有用物質(zhì)的過程。細(xì)胞工程包括細(xì)胞融合技術(shù)、細(xì)胞大規(guī)模培養(yǎng)技術(shù)、植物組織培養(yǎng)快速繁殖技術(shù)、細(xì)胞器移植技術(shù)、克隆技術(shù)、干細(xì)胞技術(shù)等。酶工程將酶或者微生物細(xì)胞，動植物細(xì)胞，細(xì)胞器等放于一定的生物反應(yīng)裝置中，利用酶所具有的生物催化功能，借助工程手段將相應(yīng)的原料轉(zhuǎn)化成有用物質(zhì)。它包括酶制劑的裝備，酶的固定化，酶的修飾與改造及酶反應(yīng)器等方面內(nèi)容。應(yīng)用主要集中于食品工業(yè)（如淀粉加工），輕工業(yè)（洗滌劑制造等）一集醫(yī)藥工業(yè)（體內(nèi)沒空藥物釋放系統(tǒng)）。發(fā)酵工程采用現(xiàn)代工程技術(shù)手段，利用微生物的某些特定功能，為人類生產(chǎn)有用的產(chǎn)品。如藥品：人類生長激素、重組乙肝疫苗、白細(xì)胞介素-2、抗血友病因子等，及食品：啤酒、果酒、食醋、食品添加劑等。發(fā)酵工程的內(nèi)容包括菌種的選育、培養(yǎng)基的配置、滅菌、擴大培養(yǎng)和接種、發(fā)酵過程和產(chǎn)品的分離提純等方面。蛋白質(zhì)工程在基因工程的基礎(chǔ)上，結(jié)合蛋白質(zhì)結(jié)晶學(xué)、計算機輔助設(shè)計和蛋白質(zhì)化學(xué)等多學(xué)科的基礎(chǔ)知識，通過對基因的人工定向改造等手段，從而達(dá)到對蛋白質(zhì)進(jìn)行修飾、改造、拼接，以產(chǎn)生新型蛋白質(zhì)的技術(shù)。第二節(jié)生物技術(shù)具現(xiàn)代高新技術(shù)的特征一、生物技術(shù)屬于現(xiàn)代高新技術(shù)的范疇二、生物技術(shù)是現(xiàn)代高新技術(shù)的典型代表三、現(xiàn)代生物技術(shù)的商業(yè)化前景及特點一、生物技術(shù)屬于現(xiàn)代高新技術(shù)的范疇高新技術(shù)是現(xiàn)代科技發(fā)展的主流，是推動社會生產(chǎn)力發(fā)展的主要手段，21世紀(jì)將會對世界技術(shù)經(jīng)濟格局產(chǎn)生重要影響，將成為全球經(jīng)濟的主要支柱產(chǎn)業(yè)。生物技術(shù)與計算機、信息技術(shù)、自動化與機器人、微電子、新材料技術(shù)、新能源技術(shù)、航空航天技術(shù)，以及海洋開發(fā)技術(shù)等共同組成現(xiàn)代高新技術(shù)。生物技術(shù)跟微電子、新材料一起被稱為世界新技術(shù)革命的三大支柱，是高新技術(shù)的范疇，生物技術(shù)是以最新的生物科學(xué)成就為基礎(chǔ)、主導(dǎo)社會生產(chǎn)力發(fā)展方向的知識密集型技術(shù)，是技術(shù)進(jìn)化的產(chǎn)物。二、生物技術(shù)是現(xiàn)代高新技術(shù)的典型代表在高新技術(shù)中，生物技術(shù)越來越顯示出了它的重要作用和開發(fā)潛力，涉及到人類食物生產(chǎn)、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、加工工藝、能源開掘、健康保障、環(huán)境保護(hù)等諸多方面的利益，其作用滲透到許多領(lǐng)域之中。因此，有人說“今后將不再是礦物時代，而是生物時代了；誰抓住了生物，誰就是時代的霸王。”國際科學(xué)界的有識之士紛紛預(yù)言：21世紀(jì)將是生物學(xué)世紀(jì)，生物學(xué)是21世紀(jì)的主角。這些預(yù)示的根據(jù)所在，就是新興的生物技術(shù)的崛起，生物技術(shù)已從實驗室開始走向流動領(lǐng)域。因此，世界各國都把生物工程列為優(yōu)先發(fā)展領(lǐng)域，采取有力措施，加大經(jīng)濟投資，促進(jìn)生物技術(shù)的迅速發(fā)展。可以預(yù)言，生物技術(shù)將成為21世紀(jì)科學(xué)技術(shù)中的帶頭學(xué)科，生物技術(shù)的發(fā)展將促進(jìn)其它相關(guān)學(xué)科的發(fā)展，它是現(xiàn)代高新技術(shù)的象征。三、現(xiàn)代生物技術(shù)的商業(yè)化前景及特點現(xiàn)代生物技術(shù)的商業(yè)化前景生物技術(shù)研究的最終目標(biāo)是生產(chǎn)商業(yè)產(chǎn)品。現(xiàn)代生物技術(shù)的商業(yè)化特點1、現(xiàn)代生物技術(shù)的商業(yè)化前景例如：Genentech公司就是投資者RobertSwanson與HerberBoyer教授于1976年成立的，1978年，他們公司第一次克隆、表達(dá)獲得了人胰島素基因工程蛋白藥物；1979年，他們公司克隆、表達(dá)人類生長激素基因；1980年，Genentech公司股票上市，在20min之內(nèi)每股由35美元上升到每股89美元；1982年，Genentech公司被正式批準(zhǔn)生產(chǎn)、銷售世界上第一個基因工程蛋白藥物——重組人胰島素。目前全世界的生物技術(shù)公司：美國——1300家；歐洲——800家；日本——300家。另外，幾乎所有大的跨國化學(xué)和制藥公司都大量投資生物技術(shù)研究領(lǐng)域，如Monsanto、Dupont、EliLilly公司等。2、現(xiàn)代生物技術(shù)的商業(yè)化特點屬于典型的技術(shù)密集型產(chǎn)業(yè)。市場迅速擴張。世界各國均投入了巨額資金?，F(xiàn)代生物技術(shù)產(chǎn)品不斷增加。經(jīng)營現(xiàn)代生物技術(shù)產(chǎn)品的公司競爭激烈。各生物技術(shù)公司的研究目標(biāo)日趨集中，生產(chǎn)的產(chǎn)品更加專一。醫(yī)學(xué)生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程最快。①屬于典型的技術(shù)密集型產(chǎn)業(yè)。Genentech公司Boyer教授后來擔(dān)任公司副總裁。（技術(shù)人才，教授，博士，碩士）實驗室的基礎(chǔ)研究成果同樣可以大大促進(jìn)商業(yè)化生產(chǎn)發(fā)展。例如：1998年1月美國得克薩斯州西南醫(yī)學(xué)中心報道他們可能已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了人類的抗衰老基因，該基因的蛋白產(chǎn)物是端粒酶，5年后可能運用于人類抗衰老治療。雖然還需證實，但這一消息剛一公布，共同參與該研究工作的加州生物技術(shù)公司股票一夜之間上漲47%。②市場迅速擴張。80年代曾預(yù)測20世紀(jì)末生物技術(shù)產(chǎn)品銷售額為100億美元，而實際上20世紀(jì)末生物技術(shù)產(chǎn)品銷售額已達(dá)6000億美元，比預(yù)測超過60倍。③世界各國均投入了巨額資金。大多數(shù)現(xiàn)代生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)都是以美國為中心的；日本將生物技術(shù)列為“決策工業(yè)”優(yōu)先發(fā)展；加拿大政府對Allelix公司投資很大等。④現(xiàn)代生物技術(shù)產(chǎn)品不斷增加。生物技術(shù)制藥：人胰島素、干擾素、乙肝疫苗等（例子）。動物胚胎移植：美國、加拿大已實用化，中國該技術(shù)已成熟應(yīng)用，世界上有200家動物胚胎移植公司，每年牛胚胎移植有20萬頭。植物組培快繁脫毒：馬鈴薯、甘蔗、香焦、棕櫚等。植物花粉和花藥培養(yǎng)：小麥（例子）、水稻、玉米、油菜等。原生質(zhì)體融合：馬鈴薯+番茄、蘿卜+甘藍(lán)等。轉(zhuǎn)基因：攜帶人的生長激素基因的豬和魚，長得快、長得大。例子：小麥花藥培養(yǎng)程序

1、取材：用醋酸洋紅涂片鏡檢，選取小孢子處于單核中期的麥穗，外部形態(tài)為：旗葉葉耳與其下一葉的葉耳距為5-15厘米。2、預(yù)處理：將穗子用濕紗布包好，放在塑料袋中，置于3-5℃冰箱中預(yù)處理3-5天。3接種：70%表面消毒，將葉鞘剝除，無菌條件下，將穎殼上端1/3剪掉，鑷子將花藥輕輕拿出，接種到培養(yǎng)基中：N6+2，4-D（2mg/L）+KT(0.5mg/L)+蔗糖10%，溫度25℃，暗中培養(yǎng)。4、分化：愈傷組織1-2毫米時，轉(zhuǎn)入分化培養(yǎng)基中，N6+2NAA（0.5mg/L）+KT(0.5mg/L蔗糖3%，溫度25℃，光照10h/天。5、移栽：2周后，出根、芽。當(dāng)花粉植株長到2-3個真葉時，可轉(zhuǎn)入1/2MS培養(yǎng)基中。低溫弱光下練苗后可以移栽于大田或溫室中。⑤經(jīng)營現(xiàn)代生物技術(shù)產(chǎn)品的公司競爭激烈。具有“高效益、高利潤、高投入、高產(chǎn)出、高風(fēng)險”的特點。公司面臨倒閉、吞并、購買、合并的都有。例如：1978年成立的Biological公司，最早進(jìn)行DNA片段合成，后來倒閉了，主要是由于經(jīng)營和商業(yè)經(jīng)驗不足的原因。⑥各生物技術(shù)公司的研究目標(biāo)日趨集中，生產(chǎn)的產(chǎn)品更加專一。如加拿大Allelix公司強調(diào)必須對他們的研究目標(biāo)高度集中，分3個子公司。研究農(nóng)業(yè)現(xiàn)代生物技術(shù)開發(fā)藥物制造醫(yī)療診斷試劑強調(diào)專業(yè)化，最新趨勢，DNA重組技術(shù)。⑦醫(yī)學(xué)生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程最快。國際上生物技術(shù)領(lǐng)域的成果60%是醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的，西歐800家生物技術(shù)公司有600家是醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的。美國從事醫(yī)學(xué)生物技術(shù)研發(fā)的占42%，歐洲從事醫(yī)學(xué)生物技術(shù)研發(fā)的占20%。從事保健品研發(fā)的美國占26%，從事保健品研發(fā)的歐洲占22%。從事農(nóng)業(yè)生物技術(shù)的美國占8%，從事農(nóng)業(yè)生物技術(shù)的歐洲占16%。美國生物技術(shù)公司主要集中在醫(yī)藥保健品領(lǐng)域，歐洲生物技術(shù)公司較均勻分布在醫(yī)藥、保健、農(nóng)業(yè)、工業(yè)、環(huán)保等領(lǐng)域。第三節(jié)生物技術(shù)是開掘新能源、新食品、進(jìn)行生物品種改良的突破口一、開掘新能源二、開掘新食品三、改良植物品種四、改良動物品種五、改良微生物品種一、開掘新能源工業(yè)的發(fā)展，世界人口的增加，造成了全世界性的能源危機，僅靠開掘地球上的能源是有限的，然而出路在哪里呢？一方面靠開發(fā)太陽能。另一方面，通過生物工程技術(shù)，我們能獲得額外的能源。酒精已被認(rèn)為是一種代用能源，現(xiàn)在通過微生物發(fā)酵法可將甘蔗、木薯、玉米渣等加工處理，生產(chǎn)酒精，科學(xué)家用基因工程創(chuàng)造出一種多功能的超級工程菌，使之分解植物纖維和木質(zhì)素，利用稻草、木屑、植物秸桿等都可生產(chǎn)酒精；應(yīng)用基因工程培養(yǎng)高效的厭氧細(xì)菌采用發(fā)酵工程來分解廢渣、廢水，并轉(zhuǎn)換成沼氣；采用生物工程技術(shù)利用微生物還可提高石油采收率；應(yīng)用生物工程技術(shù)還可培育出石油代用品?？茖W(xué)家們期望著利用生物工程技術(shù)，給新能源的開發(fā)注入更大的潛力，也帶來更大的希望。二、開掘新食品在食品方面，日本最先利用生物技術(shù)改良的是蔬菜和葡萄酒，以細(xì)胞融合技術(shù)開發(fā)出“千寶菜”，以組織培養(yǎng)技術(shù)栽培出比一般蔥更美味的長蔥，以酵母細(xì)胞融合技術(shù)開發(fā)出商品名為“生物融合A葡萄酒”，比一般發(fā)酵法更具風(fēng)味。除了“天然的”食品以外，人工合成的和遺傳工程技術(shù)制造的食物將會有所新發(fā)展。以某些微型藻包括螺旋藻、小球藻及聚球藻研制成保健食品如藻類面包等在市場上會有很大競爭力，有良好的發(fā)展勢頭。千寶菜：是甘藍(lán)和小白菜的種間雜交種，風(fēng)味獨特，既有甘藍(lán)的甜味，又有小白菜的柔軟口感。千寶菜屬于速生葉菜類，耐熱耐寒、抗病適應(yīng)性強，一年四季均可栽培。1個月左右收獲，其對土壤條件要求不嚴(yán)。三、改良植物品種人類進(jìn)入到了按自身的意志去設(shè)計、改造生物品種，包括微生物、植物和動物的活細(xì)胞來產(chǎn)生從簡單分子到復(fù)雜蛋白等一系列產(chǎn)品或植物、動物個體的新時代。利用DNA重組技術(shù)、細(xì)胞培養(yǎng)和體細(xì)胞融合等新型生物技術(shù)正被廣泛地應(yīng)用于植物遺傳改良，形成了一些“超級植物”。在改良作物品種中，水稻方面，中國、日本和美國都投資巨額，開展了水稻基因圖譜構(gòu)建的研究，旨在進(jìn)行水稻育種和人工種子的研發(fā)，目前，日本正利用細(xì)胞融合技術(shù)培育各種優(yōu)良品質(zhì)的雜種水稻，在韓國的水稻改良中，生物技術(shù)的應(yīng)用也起到了很大的作用。在水稻、玉米、小麥、棉花、油菜、番茄、馬鈴薯和煙草等作物中，利用重組DNA技術(shù)、轉(zhuǎn)基因技術(shù)、分子標(biāo)記輔助選擇等分子育種技術(shù)及原生質(zhì)體融合技術(shù)也成功地育成了許多抗病蟲、抗逆及抗除草劑的作物新品種，或創(chuàng)建了優(yōu)良的種質(zhì)資源。在改良花卉品種中，利用組織培養(yǎng)技術(shù)可以快速地繁殖名貴花卉，瓜果苗木和試管苗生產(chǎn)，繁殖蘭花、百合等一系列觀賞植物以及延長康乃馨花期、人為改變玫瑰花色均已成功，并商品化生產(chǎn)。另外，利用人參根的細(xì)胞懸浮培養(yǎng)生產(chǎn)粗人參皂角苷已在韓國和日本獲得成功。由發(fā)根農(nóng)桿菌感染雙子葉植物形成的毛狀根，在最近十年已發(fā)展成繼細(xì)胞培養(yǎng)后的又一新的培養(yǎng)系統(tǒng)。目前已在長春花、煙草、紫草、人參、曼陀羅、顛茄、丹參、黃芪、甘草和青蒿等40多種植物材料中建立了毛狀根培養(yǎng)系統(tǒng)。在丹參毛狀根中含水溶性酚酸類化合物，其中丹酚酸A的含量超過原植物的2倍。在另一主要傳統(tǒng)藥材黃芪毛狀根培養(yǎng)的研究中，發(fā)現(xiàn)粗皂甙、可溶性多糖的含量明顯超過黃芪干燥根。四、改良動物品種生物技術(shù)在改良動物品種中也起到了重要的作用。利用生物工程技術(shù)，可以形成“超級動物”，使魚生長期縮短，提高豬的瘦肉率等，如在印度利用生物工程技術(shù)，采用胚胎移植技術(shù)，改良奶牛品種，選育產(chǎn)奶水牛取得成功，并在印度推行的解決奶制品供應(yīng)的“白色革命”中發(fā)揮了作用。轉(zhuǎn)基因動物育種技術(shù)近年來也在大踏步前進(jìn)，先后培育出轉(zhuǎn)基因豬、羊、牛、魚等。美國伊利諾斯大學(xué)的研究人員研究出一種帶牛基因的小豬，標(biāo)志著這一研究領(lǐng)域所取得的最新進(jìn)展，這種轉(zhuǎn)基因豬個頭大，體重增長快，飼料利用率較高，可為養(yǎng)豬業(yè)帶來豐厚的經(jīng)濟效益。另一種轉(zhuǎn)基因豬是帶有人體基因的豬，其器官移植于人體能夠抑制對異體器官的排斥，而異體排斥一直是人體移植動物器官操作中存在的主要障礙之一。應(yīng)用轉(zhuǎn)基因技術(shù)還可培育生產(chǎn)人的血紅蛋白的豬，從豬血中提取具完全活性的蛋白。同時利用生物技術(shù)，現(xiàn)已培育成功含人體血清白蛋白基因的山羊以及另外一種轉(zhuǎn)基因山羊，其乳汁中能產(chǎn)生具有抗癌作用的復(fù)合單克隆抗體，可極大地降低生產(chǎn)此種復(fù)雜分子的成本。五、改良微生物品種在微生物發(fā)酵過程中，發(fā)酵的產(chǎn)出率高低、質(zhì)量好壞與發(fā)酵菌有很大的關(guān)系，例如利用生物工程技術(shù)，改良酒精發(fā)酵菌種，可使酒精產(chǎn)出率大大提高。在生物固氮中，利用生物工程技術(shù)改造固氮菌的固氮能力和擴大固氮作物范圍，將是一個更為重要的領(lǐng)域。第四節(jié)生物技術(shù)造福于人類的健康生物工程技術(shù)最大的貢獻(xiàn)莫過于造福于人類本身的健康，在醫(yī)學(xué)上應(yīng)用到了許多方面：一、醫(yī)藥方面二、基因治療三、攻克癌癥的有效武器一、醫(yī)藥方面?zhèn)鹘y(tǒng)醫(yī)藥品的制造，尤其是生化藥品，由于原材料資源的限制，使其發(fā)展受到一定影響，且產(chǎn)品價格昂貴，現(xiàn)在采用生物技術(shù)來制造，既不受原材料的限制，生產(chǎn)量大，產(chǎn)品純凈，安全、有效，價格也比較低廉。例如，用傳統(tǒng)工藝生產(chǎn)10克人胰島素，需要豬或牛的胰腺1000磅，而用基因工程方法，在200升發(fā)酵液中就可提取同量的胰島素，還有一些如用生物工程方法生產(chǎn)出的干擾素、人的生長激素等一些昂貴藥品，大大降低了生產(chǎn)成本，使這些藥物能在醫(yī)療上普遍使用。組織血栓溶酶活化蛋白（TPA），是一種有助于溶化血栓的蛋白質(zhì)，在生物體內(nèi)含量甚微，現(xiàn)在能用基因工程方法大量生產(chǎn)，并被用于中風(fēng)的預(yù)防和治療。對于防治乙型肝炎有特效作用的乙型肝炎病毒表面抗原疫苗，以前是通過血源來制造，這種生產(chǎn)方法復(fù)雜且不安全，現(xiàn)在利用生物工程技術(shù)生產(chǎn)乙型肝炎疫苗，產(chǎn)量高，且安全，價格低，隨著乙肝疫苗的大量生產(chǎn)，使得乙型肝炎將得到嚴(yán)格的控制，患病率大大降低。二、基因治療美國、歐洲都投資巨額，花費30億美元，用15年時間開展了可與“阿波羅”登月計劃相比擬的人類基因組圖譜研究，意在弄清人體30億遺傳信息的表達(dá)方式，為人類的預(yù)防及治療疾病服務(wù)。人類的遺傳疾病是由于基因缺陷而引起的，例如，鐮刀型貧血癥、糖尿病、先天性心臟病及某些癡呆癥都是由基因缺陷引起，酗酒基因的發(fā)現(xiàn)及克隆，通過引入有關(guān)基因的方法，來治療遺傳疾病已取得很大進(jìn)展。在美國，第一個基因冶療已經(jīng)得到批準(zhǔn)并進(jìn)行。隨著基因工程技術(shù)的發(fā)展，可望人類的許多遺傳疾病將得到治療。當(dāng)今困擾人類的癌癥、艾滋病等不治之癥，有望得到治愈。三、攻克癌癥的有效武器癌癥是危害人類最嚴(yán)重的疾病之一。1975年，英國科學(xué)家首先成功地利用雜交瘤技術(shù)生產(chǎn)單克隆抗體，稱為“生物導(dǎo)彈”，隨著生物技術(shù)的發(fā)展，它被認(rèn)為是治療癌癥和其它各種疾病的最有效的武器，已被廣泛應(yīng)用于免疫學(xué)、腫瘤學(xué)、病毒學(xué)、藥理學(xué)以及臨床醫(yī)學(xué)和診斷中。第五節(jié)生物技術(shù)致力于環(huán)境保護(hù)利用微生物或酶降解各種有毒物質(zhì)的能力，通過生物技術(shù)構(gòu)建“超級細(xì)菌”，用以凈化廢水、廢物和廢氣即“三廢”，并變廢為寶，達(dá)到能源、資源和環(huán)境三者綜合受益。一、凈化廢水、廢物和廢氣，保護(hù)環(huán)境，減少污染二、變廢為寶一、凈化廢水、廢物和廢氣，保護(hù)環(huán)境，減少污染廢水、廢物和廢氣危害人類身體健康，利用生物工程技術(shù)可以進(jìn)行“三廢”的處理。如我國應(yīng)用篩選的珊瑚諾卡氏菌11號處理晴綸廢水、檸檬酸桿菌等處理炸藥TNT、棒狀桿菌處理炸藥黑索金廢水、多種脫色菌處理印染廢水都已取得成功。二、變廢為寶通過生物技術(shù)處理，可從處理的“三廢”中回收提取有機物質(zhì)及貴重金屬，以免浪費。臺灣大學(xué)研究以甘薯渣為原料經(jīng)微生物固體發(fā)酵生產(chǎn)四環(huán)素，每克干基質(zhì)可產(chǎn)4700微克四環(huán)素。無錫市第二制藥廠處理檸檬酸生產(chǎn)廢水，該廠每天處理廢水400噸產(chǎn)沼氣6000立方米。美國1990年報道了一項利用微生物制成的粒狀金屬回收劑，從工業(yè)廢水中去除并回收金屬可達(dá)99%以上。日本、德國等國對利用生物技術(shù)回收處理廢水中的貴重金屬均有報道。第六節(jié)生物技術(shù)帶來的隱患一、給人類健康帶來的隱患二、給人類和平帶來的隱患三、生物技術(shù)的倫理道德觀一、給人類健康帶來的隱患隨著生物技術(shù)的不斷發(fā)展，與人類的關(guān)系越來越大，尤其諸如食品、醫(yī)藥品逐漸有很多都是由生物技術(shù)制造而來的，處理不當(dāng)，將給人類健康帶來很大的威脅。1972年，在美國DNA重組技術(shù)取得成功，隨后人們便擔(dān)憂是否會將不良的基因無意在人體上表達(dá)，此后幾年，基因工程的研究只限于在實驗室，沒能進(jìn)入市場，后經(jīng)立法后才準(zhǔn)許某些生物工程技術(shù)產(chǎn)品進(jìn)入市場，而且每次都是很慎重的。1989年，在美國發(fā)現(xiàn)有1500人患嗜曙紅細(xì)胞增多的肌痛綜合癥，隨后增加到5000人，有27人死亡，由此，追蹤到乃是由于服用了日本東京ShowaDenka化學(xué)公司利用基因工程方法生產(chǎn)的色氨酸營養(yǎng)添加劑而引起。1991年，據(jù)報道，在英國發(fā)生有18位糖尿病患者，因服用基因工程人胰島素而突然死亡。鑒于以上發(fā)生的一些事故，說明在利用生物工程技術(shù)為人類健康造福時要慎重起見，不能放松每一個環(huán)節(jié)，也說明了生物技術(shù)藥物的研究開發(fā)少不了與醫(yī)藥臨床研究的密切配合，而生物技術(shù)本身的機理及生產(chǎn)過程也是需要進(jìn)一步研究的。二、給人類和平帶來的隱患生物技術(shù)的發(fā)展?jié)B透到了各個領(lǐng)域，甚至可用到軍事領(lǐng)域，科學(xué)本身是無罪的，但若被極少數(shù)象希特勒、東條英機等一類“戰(zhàn)爭狂人”所主宰、掌握和利用，后果將不堪設(shè)想，勢必會給人類帶來災(zāi)難，這一點提醒人們不得不引起注意，要避免類似“細(xì)菌戰(zhàn)”和“種族歧視”的發(fā)生，讓科學(xué)技術(shù)掌握在人民手中，為人類的生存和利益服務(wù)。1997年2月27日英國出版的《自然》雜志上報道了英國科學(xué)家利用體細(xì)胞無性系克隆培育出“多利”綿羊，是一個與原細(xì)胞供體綿羊在遺傳組成上完全一致的“復(fù)制品”，誠然，這一技術(shù)體系的成功，是在分子生物學(xué)理論上的重大突破，同時也將對畜牧業(yè)發(fā)展產(chǎn)生巨大影響和變革。然而，這一報道立即引起了許多國家首腦和政界要人的高度重視，并立即組織有關(guān)政府官員和科學(xué)家召開會議，嚴(yán)禁開展克隆人的研究，若這一技術(shù)應(yīng)用泛濫，將會對人類社會造成不可估量的影響。三、生物技術(shù)的倫理道德觀生物技術(shù)的發(fā)展使人類受益非淺，而生物技術(shù)的應(yīng)用也涉及到社會倫理道德問題，在醫(yī)學(xué)方面應(yīng)用，以及人們的習(xí)俗，尤其是基因治療應(yīng)用，涉及到的倫理道德觀是值得探討的?？傊?，生物技術(shù)涉及到社會的眾多領(lǐng)域，它作為一種生產(chǎn)力，對科學(xué)發(fā)展和社會進(jìn)步的影響和作用，隨著這個新興產(chǎn)業(yè)的不斷開拓將會越來越大，它的前景是誘人的，它對傳統(tǒng)工業(yè)模式將會產(chǎn)生重大的變革，它所產(chǎn)生的經(jīng)濟效益和社會效益是難以估量的，生物技術(shù)在人類社會的發(fā)展中將會起到更大的作用。第七節(jié)生物技術(shù)發(fā)展前景近20年來對生物技術(shù)的關(guān)注。將21世紀(jì)稱為生命科學(xué)的世紀(jì)。將現(xiàn)代生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)稱為21世紀(jì)的朝陽產(chǎn)業(yè)，可持續(xù)發(fā)展性。一、現(xiàn)代生物技術(shù)對人類生活的影響二、現(xiàn)代生物技術(shù)對人類社會及環(huán)境的影響三、現(xiàn)代生物技術(shù)的規(guī)范化管理一、現(xiàn)代生物技術(shù)對人類生活的影響更加準(zhǔn)確地診斷、預(yù)防或治愈傳染病和遺傳疾?。挥行У靥岣咦魑锏漠a(chǎn)量，獲得具有抗蟲、抗真菌、抗病毒、抗逆境等優(yōu)良性狀的植物；開發(fā)制造可以生產(chǎn)化學(xué)藥物、生物多聚體、氨基酸、酶類和各種食品添加劑的微生物；一、現(xiàn)代生物技術(shù)對人類生活的影響創(chuàng)造帶有更多優(yōu)良性狀的家畜和其它動物；簡化從環(huán)境中清除污染物和廢棄物的程序。例：美國州級DNA數(shù)據(jù)庫，用于偵破；胎兒chromosome檢查、遺傳疾病、人口素質(zhì)（爭議？）；轉(zhuǎn)基因動物、植物；胰島素、干擾素、白細(xì)胞介素等基因工程藥物；PCR、Southern雜交等方法用于疾病分子診斷。二、現(xiàn)代生物技術(shù)對人類社會及環(huán)境的影響巨大的社會和經(jīng)濟效益；意想不到的沖擊、始料未及的后果；一柄雙刃劍：造福人類、毀滅人類；核物理、核電站、原子彈；克隆羊、克隆人、超人；生物武器。值得思考的問題：那些經(jīng)過基因工程改造的生物體是否會對其它的生物體或環(huán)境造成危害；使用和開發(fā)基因工程生物是否會降低自然界的遺傳多樣性；人是否也可以成為基因工程操作的對象；基因診斷的程序會不會侵犯個人隱私權(quán)；值得思考的問題：對現(xiàn)代生物技術(shù)的經(jīng)濟資助是否會影響或限制其它重要技術(shù)的發(fā)展；強調(diào)商業(yè)的成功是不是意味著現(xiàn)代生物技術(shù)的利益將只對富人有用而窮人卻用不起；農(nóng)業(yè)生物技術(shù)是否會徹底改變傳統(tǒng)的耕作方式；用現(xiàn)代生物技術(shù)生產(chǎn)的藥物進(jìn)行治療是否會壓抑同樣有效的傳統(tǒng)治療方式；現(xiàn)代生物技術(shù)專利的申請是否會阻止科學(xué)家之間自由的思想交流。三、現(xiàn)代生物技術(shù)的規(guī)范化管理1975年，Boyer和Cohen等美國科學(xué)家提出要求禁止基因轉(zhuǎn)移和基因操作實驗，科學(xué)問題變成了社會問題。1998年1月19日，歐盟、美國、加拿大等國一起簽署了禁止政府投資進(jìn)行克隆人實驗的公約。中國國家轉(zhuǎn)基因生物安全性評價條例出臺，國家973項目。第八節(jié)中國生物技