生物技術
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生物技術（biotechnology），有時也稱生物工程，是指人們以現(xiàn)代生命科學為基礎，結合其他基礎科學的科學原理，采用先進的科學技術手段，按照預先的設計改造生物體或加工生物原料，為人類生產出所需產品或達到某種目的。
因此，生物技術是一門新興的，綜合性的學科。
目錄 |
業(yè)務培養(yǎng)要求
本專業(yè)學生主要學習生物技術方面的基本理論、基本知識，受到應用基礎研究和技術開發(fā)方面的科學思維和科學實驗訓練，具有較好的科學素養(yǎng)及初步的教學、研究、開發(fā)與管理的基本能力。
生物技術是現(xiàn)代生物學發(fā)展及其與相關學科交差融和的產物，其核心是以DNA重組技術為中心的基因工程，還包括微生物工程、生化工程、細胞工程及生物制品等領域。培養(yǎng)掌握現(xiàn)代生物學和生物技術的基本理論、基本知識和基本技能，獲得應用基礎研究和科技開發(fā)研究的初步訓練，具有良好的科學素質、較強的創(chuàng)新意識和實踐能力的生物技術高級專門人才。
生物技術專業(yè)培養(yǎng)具有生態(tài)學知識，能在科研機構、高等學校、企事業(yè)單位及行政管理部門從事生態(tài)環(huán)境保護與管理等工作的高級專門人才。
生物技術畢業(yè)生應獲得以下幾方面的知識和能力：
1．掌握數(shù)學、物理、化學等方面的基本理論和基本知識；
2．掌握基礎生物學、生物化學、分子生物學、微生物學、基因工程、發(fā)酵工程及細胞工程等方面的基本理論、基本知識和基本實驗技能，以及生物技術及其產品開發(fā)的基本原理和基本方法；
3．了解相近專業(yè)的一般原理和知識；
4．熟悉國家生物技術產業(yè)政策、知識產權及生物工程安全條例等有關政策和法規(guī)；
5．了解生物技術的理論前沿、應用前景和最新發(fā)展動態(tài)，以及生物技術產業(yè)發(fā)展狀況；
6．掌握資料查詢、文獻檢索及運用現(xiàn)代信息技術獲取相關信息的基本方法；具有一定的實驗設計，創(chuàng)造實驗條件，歸納、整理、分析實驗結果，撰寫論文，參與學術交流的能力。
主干學科
生物學，化學
主要課程
微生物學、細胞生物學、遺傳學、動物學、植物學、生態(tài)學、行為學、植物生理學、動物生理學、生物進化、生物化學、分子生物學、基因工程、細胞工程、微生物工程、生化工程、生物工程下游技術、發(fā)酵工程設備等。
主要實踐性教學環(huán)節(jié)：包括教學實習、生產實習和畢業(yè)論文(設計等，一般安排10-20周。
修業(yè)年限
四年
醫(yī)學生物技術：五年
授予學位
理學學士
近些年來，以基因工程、細胞工程、酶工程、發(fā)酵工程為代表的現(xiàn)代生物技術發(fā)展迅猛，并日益影響和改變著人們的生產和生活方式。所謂生物技術（Biotechnology）是指“用活的生物體（或生物體的物質）來改進產品、改良植物和動物，或為特殊用途而培養(yǎng)微生物的技術”。生物工程則是生物技術的統(tǒng)稱，是指運用生物化學、分子生物學、微生物學、遺傳學等原理與生化工程相結合，來改造或重新創(chuàng)造設計細胞的遺傳物質、培育出新品種，以工業(yè)規(guī)模利用現(xiàn)有生物體系，以生物化學過程來制造工業(yè)產品。簡言之，就是將活的生物體、生命體系或生命過程產業(yè)化的過程。生物工程包括基因工程、細胞工程、酶工程、發(fā)酵工程、生物電子工程、生物反應器、滅菌技術以及新興的蛋白質工程等，其中，基因工程是現(xiàn)代生物工程的核心。基因工程（或稱遺傳工程、基因重組技術）就是將不同生物的基因在體外剪切組合，并和載體（質粒、噬菌體、病毒）的DNA連接，然后轉入微生物或細胞內，進行克隆，并使轉入的基因在細胞或微生物內表達，產生所需要的蛋白質。
目前，有60%以上的生物技術成果集中應用于醫(yī)藥產業(yè)，用以開發(fā)特色新藥或對傳統(tǒng)醫(yī)藥進行改良，由此引起了醫(yī)藥產業(yè)的重大變革，生物制藥也得以迅速發(fā)展。生物制藥就是把生物工程技術應用到藥物制造領域的過程，其中最為主要的是基因工程方法。即利用克隆技術和組織培養(yǎng)技術，對DNA進行切割、插入、連接和重組，從而獲得生物醫(yī)藥制品。生物藥品是以微生物、寄生蟲、動物毒素、生物組織為起始材料，采用生物學工藝或分離純化技術制備，并以生物學技術和分析技術控制中間產物和成品質量而制成的生物活化制劑，包括菌苗、疫苗、毒素、類毒素、血清、血液制品、免疫制劑、細胞因子、抗原、單克隆抗體及基因工程產品（DNA重組產品、體外診斷試劑）等。目前，人類已研制開發(fā)并進入臨床應用階段的生物藥品，根據(jù)其用途不同可分為三大類：基因工程藥物、生物疫苗和生物診斷試劑。這些產品在診斷、預防、控制乃至消滅傳染病，保護人類健康中，發(fā)揮著越來越重要的作用。
生物技術與信息技術的關系
生物技術與信息技術的關系
生物技術（Biotechnology）是以生命科學為基礎，利用生物（或生物組織、細胞及其他組成部分）的特性和功能，設計、構建具有預期性能的新物質或新品系，以及與工程原理相結合，加工生產產品或提供服務的綜合性技術。信息技術（information science）是研究信息的獲取、傳輸和處理的技術，由計算機技術、通信技術、微電子技術結合而成，即是利用計算機進行信息處理，利用現(xiàn)代電子通信技術從事信息采集、存儲、加工、利用以及相關產品制造、技術開發(fā)、信息服務的新學科。信息技術和生物技術都是高新技術，二者在新經(jīng)濟中并非此消彼長的關系，而是相輔相成，共同推進21世紀經(jīng)濟的快速發(fā)展。
1.生物技術的發(fā)展需要信息技術支撐
（1）信息技術為生物技術的發(fā)展提供強有力的計算工具。在現(xiàn)代生物技術發(fā)展過程中，計算機與高性能的計算技術發(fā)揮了巨大的推動作用。在賽萊拉基因研究公司、英國Sanger
中心、美國懷特海德研究院、美國國家衛(wèi)生研究院和中國科學院遺傳所人類基因組中心聯(lián)合繪制的人類基因組草圖的發(fā)布中，美國多家研究機構特別強調正是信息技術廠商提供的高性能計算技術使這一切成為可能。同樣，在被稱為“生命科學阿波羅登月計劃”的人類基因草圖的誕生過程中，康柏公司的Alpha服務器也為研究人員提供了出色的計算動力。業(yè)界分析人士稱，在這場激烈的基因解碼競賽背后隱含的是一場超級計算能力的競賽，同時，這次競賽有助于大眾對超級計算機的超強能力形成普遍認知。在此之前，這些造價至少在數(shù)百萬美元以上可以超高速運轉的機器一直默默無聞，他們被用于控制核反應堆、預報天氣或是與世界級國際象棋大師同臺對弈。如今，人們越來越清醒地認識到，超級計算機在創(chuàng)造新品種的藥物、治愈疾病以及最終使我們能夠修復人類基因缺陷等方面是至關重要的，高性能計算可以為人類作出更大的貢獻。
賽萊拉公司執(zhí)行總裁在接受《今日美國》的采訪時說:“將人類基因密碼以線型方式組合起來，這還是人類有史以來的第一次。”賽萊拉公司要將32億個堿基對按照正確順序加以排列，在曾經(jīng)嘗試過的大規(guī)模計算中，這次挑戰(zhàn)是最為嚴峻的一次。為了完成這次歷史性課題所需的數(shù)量極為龐大的數(shù)據(jù)處理工作，賽萊拉公司動用了700臺互聯(lián)的Alpha64位處理器，運算能力達到每秒1.3萬億次浮點運算。同時，賽萊拉公司還采用了康柏的Storage Works系統(tǒng)，用以完成對一個空間為50TB且以每年IOTB速度增長的數(shù)據(jù)庫管理工作.康柏電腦公司董事會主席曾在一次演講上說道:“如今，我們很難將生物技術的進步與高性能計算領域的發(fā)展割裂開來。實際上，許多一流的科學家都相信，高性能計算是生物和醫(yī)藥的未來。今后，越來越多的具有強大功能的計算機和軟件將會被用來搜集、存儲、分析、模擬和發(fā)布信息。
信息技術還有助于加強生物技術領域的各種數(shù)據(jù)庫管理、信息傳遞、檢索和資源共享等。另一個僅次于基因排序器、在生物技術領域引起關注的硬件是基因芯片，它的研制也非常依賴于信息技術。在顯微鏡載片或硅片等基片上把基因片段排列、固定，這就是基因芯片。把這個芯片上的基因片段和檢體的基因片段放到基因芯片讀出器（也是一種破譯裝置）上，就能迅速比較和破譯檢體信息。 基因排序器是從零入手破譯檢體的遺傳信息的裝置，而基因芯片和其讀出器則是與已經(jīng)有的遺傳信息相對照破譯信息的裝置。 在這個領域，美國的企業(yè)比較有名，但日本企業(yè)也在同美國企業(yè)合作的同時，積極參與這個領域的開發(fā)。
（2）生物技術發(fā)展需要特定軟件技術的支持。生物技術及其產業(yè)的發(fā)展對于生物技術類軟件的需求將進一步增加，軟件技術將成為支撐生物技術及其產業(yè)發(fā)展的關鍵力量之一。在生物技術各領域中均需要相應的專業(yè)軟件來支撐：1) 各類生物技術數(shù)據(jù)庫的構建需要性能優(yōu)良、更新?lián)Q代迅速的軟件技術；2) 核酸低級結構分析、引物設計、質粒繪圖、序列分析、蛋白質低級結構分析、生化反應模擬等等也需要相應的軟件及其技術支撐；3) 加強生物安全管理與生物信息安全管理也離不開軟件及其技術發(fā)展的支持。
2.生物技術為信息技術發(fā)展開辟了新的道路
（1）生物技術推動超級計算機產業(yè)的發(fā)展。隨著人類基因組計劃各項任務的完成，有關核酸、蛋白質的序列和結構數(shù)據(jù)呈指數(shù)增長。面對如此巨大而復雜的數(shù)據(jù)，只有運用計算機進行數(shù)據(jù)管理、控制誤差、加速分析過程，使得人類最終能夠從中受益。然而要完成這些過程，并非一般的計算機力所能及，而需要具有超級計算能力的計算機。因此，生物技術的發(fā)展將對信息技術提出更高的需求，從而推動信息產業(yè)的發(fā)展。比較有說服力的例子是，2002年11月22日出版的《自然》雜志上，以色列科學家宣布研制出一種由dna分子和酶分子構成的微型“生物計算機”，一萬億個這樣的計算機僅一滴水那樣大，運算速度達到每秒10億次，準確率為99.8%。當然像所有的新技術一樣，有的科學家表示懷疑。他們認為，這種試管里的計算機存在致命的缺陷，因為生化反應本身存在一定的隨機性，這種運算的結果可能不完全精確；而且，參與運算的dna分子之間的不能像傳統(tǒng)計算機一樣通信，只能“各自為戰(zhàn)”，不足以處理一些大型計算。
歐美各國及日本相繼成立了生物信息數(shù)據(jù)中心，美國有國家生物技術信息中心(ncbi)、英國有歐洲生物信息研究所(ebi)、日本有70余家制藥、生物及高技術公司組成的“生物產業(yè)信息化共同體”等。而戈德曼-薩克斯財團2001年的一份報告顯示，美國國際商用機器公司(ibm)、sun、康伯和摩托羅拉等公司每家已至少與生物技術公司和調研公司達成12項合作意向，共有140多項合作協(xié)議，合作內容涉及到各種技術領域，包括基因芯片，用計算機模擬藥效等。
（2）生物技術將從根本上突破計算機的物理極限。目前使用的計算機是以硅芯片為基礎，由于受到物理空間的限制、面臨耗能和散熱等問題，將不可避免地遭遇發(fā)展極限，要取得大的突破，需要依賴于新材料的革新。2000年國加利福尼亞大學洛杉磯分校的科學家根據(jù)生物大分子在不同狀態(tài)下可產生有和無信息的特性，研制出分子開關（molecular switches）。2001年世界首臺可自動運行的DNA計算機問世，并被評為當年世界十大科技進展。2002年，DNA計算機研究領域的先驅阿德勒曼教授利用簡單的DNA計算機，在實驗中為一個有24個變量、100萬種可能結果的數(shù)學難題找到了答案，DNA計算機的研制邁出了重要一步。
信息產業(yè)和生物產業(yè)無疑都是高科技的產物，在生命科學的研究中，始終不能缺少計算機的工作，如果到基因組測序的研究所去看一看，大量的以超級計算機為基礎的測序儀，會使你誤以為到了一家信息技術公司。生物產業(yè)因計算機的加盟而提速，信息技術產業(yè)也因生命科學的需要而得以發(fā)展、獲利。運用數(shù)學、計算機科學和生物學的各種工具，來闡明和理解大量基因組研究獲得數(shù)據(jù)中所包含的生物學意義，生物學和信息學交叉、結合，從而形成了一個的學科。生物信息學或信息生物學，它的進步所帶來的效益是不可估量的。美國已經(jīng)出現(xiàn)了大批基于生物信息學的公司，希冀在基因工程藥物、生物芯片、代謝工程等領域掘出財富，生物信息學工業(yè)潛力巨大。可以說，生物科技(生物技術)與信息科技(信息技術)的融合，才是世界經(jīng)濟市場的未來。在深圳舉行的第三屆中國國際高新技術成果交易會高新技術論壇上，中國工程院副院長侯云德院士指出，應該把生物技術產業(yè)定位為僅次于信息產業(yè)的重點產業(yè)。他說，信息和生物技術是關系到我國新世紀經(jīng)濟發(fā)展和國家命運的關鍵技術，并將成為我國創(chuàng)新產業(yè)的經(jīng)濟增長點。
生物技術及應用專業(yè)
很多人認為，2000年是生物技術產業(yè)投資年。人類基因測序的完成和公布，是科學史上的又一個里程碑，它令很多投盜者為之神魂顛倒。2000年國的生物技術產業(yè)股票市場新增300億美元，這一數(shù)值大大超過前5年該產業(yè)股市投資的總和，生物技術的股票與其它科技行業(yè)股票異常高漲。很多跡象表明，生物技術產業(yè)雖然歷史不到30年，但正步入成熟期。
美國經(jīng)濟處于衰退中的2001年，生物技術產業(yè)仍吸收了150億美元的投資，這是該產業(yè)歷史上第二大的投資年。投資者認為，生物技術公司，特別是那些專攻新藥的生物技術公司和其合作的制藥公司，在未來的5年中，將推出數(shù)百種一類新藥。生物技術在基因科學、蛋白質學、生物信息學、計算機輔助藥物設計、DNA生物芯片和藥物基因學等領域中的突破，使對疾病的攻克進入分子水平。很多投資者認為，用生物技術方法開發(fā)新藥將得到回報。
根據(jù)美國生物技術產業(yè)組織(BIO)的統(tǒng)計，1982—2000年間，大約有120個生物藥進入市場；2001年有300個藥正在進行最后階段的臨床試驗。根據(jù)過去的經(jīng)驗，到2007年，美國食品與藥物管理局(FDA)大約要批準其中的240個藥進入市場，從而使市場上的生物技術藥翻2倍。大多數(shù)生物技術新藥是用于治療心臟病、癌癥、糖尿病和傳染病的一類新藥。
生物技術的顯著應用不僅在健康行業(yè)，生物技術在其它產業(yè)中的研發(fā)投入也十分突出。依靠生物技術，農業(yè)上用更少的土地生產更多的健康食品；制造業(yè)可以減少環(huán)境污染、節(jié)省能耗；工業(yè)可以利用再生資源生產原料，以保護環(huán)境。
生物技術產業(yè)的成熟除了體現(xiàn)在產品開發(fā)方面外，另一個主要標志是行業(yè)的現(xiàn)金儲量。2000年由于生物技術產業(yè)在社會上籌集了大量資本，大多數(shù)生物技術企業(yè)在2001年的資金情況很好。根據(jù)Ernst & Young’s 2001年生物技術報告，美國上市的340家生物技術公司中，超過半數(shù)的公司現(xiàn)金儲量可維持三年以上的運行，這為該行業(yè)今后的快速發(fā)展奠定了良好基礎。
生物技術產業(yè)成熟的另一個標志是合并化。資金雄厚的生物技術企業(yè)，如基因公司，正在兼并其它輔助性技術公司，從而形成綜合性的生物制藥公司，能夠開發(fā)、生產和銷售自己的產品。這種兼并活動，不僅增加企業(yè)的產品種類和收入，同時也有助于提高整個行業(yè)的競爭力。
生物技術產業(yè)是新經(jīng)濟的主要推動力。盡管最近生物技術產業(yè)的股值也縮水很大，但其過去所得多于現(xiàn)在所失。在過去的一年中，納斯達克生物技術指數(shù)下降了20％，但與前三年相比，該指數(shù)的增長仍接近100％。在目前的熊市狀態(tài)下，該指數(shù)的表現(xiàn)優(yōu)于納斯達克綜合指數(shù)和道瓊工業(yè)指數(shù)。很多分析家認為，2002年生物和醫(yī)藥股將表現(xiàn)平平但健康發(fā)展，在今后的12至24個月中，生物股將再次起飛，新的生物技術產品將開始進入市場。
美國很多州政府支持生物技術產業(yè)的發(fā)展，陸續(xù)推出了不少經(jīng)濟發(fā)展計劃以吸引生物技術企業(yè)。例如，密西根州是美國十大生物技術州之一，州政府承諾要在生物技術產業(yè)領域進入全美前5名，擬投入10億美元，建成密西根生命科學走廊。目前該走廊已有300多家生物公司。
從基因到藥
在21世紀的第一年，科學家們完成了人類基因的測序。這一成就對生物技術產業(yè)發(fā)展影響將是難以估量的。在探索人類基因的奧秘過程，發(fā)現(xiàn)一些新的藥物，成為生物技術關注的熱點。
2001年5月，F(xiàn)DA批準諾華公司開發(fā)的Gleevec上市，這是一種治療慢性白血病的良藥。這是依據(jù)癌細胞活動機理而設計開發(fā)的第一種抗癌新藥。傳統(tǒng)抗癌藥在治療過程中，同時會影響到正常細胞，對病人產生很大的副作用，而Gleevec僅殺滅基因變異的癌細胞。最新研究表明，Gleevec對血液癌癥和腫瘤都有效，它可能成為一種廣譜的抗癌新藥。
治療癌癥的另外一類生物技術藥是單克隆抗體。這類抗體的目標是與癌細胞有關一些特定分子。自1980年以來，單克隆抗體魔術般的效果引起眾多醫(yī)藥公司的關注。經(jīng)過十多年的研究，單克隆抗體作為抗癌新藥初步得以實現(xiàn)。目前，很多藥廠正在開發(fā)單克隆抗體，其應用從抗癌擴展到其它疾病治療方面，到2000年，F(xiàn)DA批準了9個單克隆抗體，另外60多個產品正在進行臨床試驗。
在抗癌方面，單克隆抗體的作用如同人體自身免疫系統(tǒng)，但大多數(shù)情況下，人體自身免疫系統(tǒng)不會將癌細胞作為有害細胞而進行阻止，使癌細胞在體內繁殖，危害人體生命。
單克隆抗體的作用是瞄準癌細胞，將癌細胞消滅或啟動體內免疫系統(tǒng)對癌細胞進行攻擊。單克隆抗體也可成為一種“聰明炸彈”，攜帶放射性或化學介質，選擇癌細胞進行攻擊。
1997年FDA批準第一個單克隆抗體Rituxin，用于治療非何杰金氏淋巴癌，1998年另一種單克隆抗體Herceptin上市，用于治療乳腺癌。
Herceptin由美國基因技術公司研制，該公司成立于1976年，是最早成立的生物制藥公司。美國基因技術公司是全球十大生物技術公司之一，有十個基于蛋白質的生物醫(yī)藥產品上市，正在開發(fā)的產品有20多個，主要是癌癥、心血管和免疫系統(tǒng)疾病的治療藥。該公司有從業(yè)人員5000多人。人類基因公司成立于1992年，是生物技術產業(yè)領域首家開發(fā)人類基因的公司。該公司首先研究探索人類基因與疾病的關系，目標是發(fā)現(xiàn)與疾病有關的基因，開發(fā)相關的治療藥物。該公司現(xiàn)有8個產品正在進行臨床試驗。
其它的生物醫(yī)藥產品有基因治療法、干細胞和疫苗等。隨著人們對人體生物學認識的進一步深入，藥物發(fā)現(xiàn)變得更加復雜。生物技術和制藥業(yè)不得不依靠更先進、復雜的工具來開發(fā)新藥。歷史上，Agilent一直是醫(yī)藥測試設備的主要生產廠，該公司與世界十大制藥公司有著十分密切的商業(yè)往來。今天，Agilent也能提供新的科學儀器，用于疾病診斷和新藥研究。
農業(yè)生物技術
生物技術在農業(yè)中的應用是基于對植物、動物基因學和蛋白質學的認識。很多專家認為只有依靠生物技術，發(fā)展中國家才能戰(zhàn)勝饑餓，全球因人口增長而產生的食品短缺才有望得以緩解。
通過利用動植物中的特定基因，可以實現(xiàn)用更少的土地種植更多的作物，同時減少農藥的使用。利用生物技術，可以在惡劣的氣候環(huán)境下生產作物。利用生物技術，還可以改善食品的營養(yǎng)和口感等。
美國的St. Louis是全球農業(yè)生物技術發(fā)展最快的地區(qū)。該地區(qū)被認為是生物產業(yè)帶，著名的農業(yè)生物技術公司孟山都即在該地區(qū)。
生物技術用于育種是一種快捷、有效的育種方法。通過引入特定的基因，以改變動植物的品質。例如，科學家在西紅柿中植入抗成熟的基因，可以延長西紅柿的貨架期。在植物中引入對人體無害的抗蟲基因，可以防止病蟲害，減少農藥的使用，在水稻中介入產生維生素A的基因，可以提高稻米的營養(yǎng)價值。
生物技術在農業(yè)中的另一個可能的應用是生產食用疫苗，利用水果、蔬菜生產抗肝炎、霍亂等傳染病的疫苗。克隆技術用于動物，可以保留高品質動物的高產性能。
市場上的農業(yè)生物技術產品主要是轉基因的大豆、玉米、油菜、棉花等。轉基因植物以其優(yōu)異的品質很快被農戶接受。2001年，世界上轉基因植物的種植面積達5300萬公頃，比2000年增加 19％。
工業(yè)與環(huán)境生物技術
生物技術應用于工業(yè)制造和環(huán)境管理，是為了推動工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，1998年，經(jīng)濟合作與發(fā)展組織認為生物技術將對工業(yè)的持續(xù)發(fā)展起著十分關鍵的作用，鼓勵其成員國支持工業(yè)和環(huán)境生物技術的研究。
微生物被認為是天然的化學工廠。它們正取代工業(yè)催化劑而用于化學品的制造。例如，酶制劑能取代洗滌劑中的磷和皮革鞣制過程中的硫化物。在造紙過程中，酶制劑可以減少氯化物在紙漿漂白過程中的用量。微生物在工業(yè)生產過程中的應用，使工業(yè)生產變得清潔、高效，具有可持續(xù)性。
酶也可以作為生物催化劑將生物質轉化為能源、乙醇等。更誘人的是，通過生物酶，玉米秸稈可以轉化為可降解的塑料，用于食品包裝等。
基因學和蛋白質學在工業(yè)生物技術中的應用，不僅僅在于發(fā)現(xiàn)微生物酶的特性，而且可以通過目標的變異，使微生物產生各種用途的新型酶制劑。
科學家預測10至20年后，生物技術在工業(yè)中的應用將與其在人類健康中的應用變得同等重要。
生物技術的其它應用
目前生物技術除主要在人類健康、農業(yè)、工業(yè)與環(huán)境中應用外，在其它領域也有一些應用。
現(xiàn)在開發(fā)畜牧醫(yī)用產品的生物公司越來越多，美國每年用于動物健康的產品市場約40億美元，美國農業(yè)部批準的動物用生物制品約100種，主要是防止動物傳染病和常見病的疫苗和治療藥。
生物技術也應用于珍稀野生動物的保護，通過DNA識別來鑒別動物的種類，跟蹤其活動地域等。
海洋生物技術的應用使受過度捕撈而瀕臨滅絕的海洋生物的生存得到發(fā)展。同時又給人類從豐富的海洋生物資源匯總發(fā)現(xiàn)新藥提供了途徑。例如海螺中的一種毒素是有效的止痛藥，海綿可以用作抗感染等。
生物技術應用于太空發(fā)展，可以為宇航員構建長期太空探險所需的生命支持環(huán)境。另外，生物技術也用于人類考古和犯罪調查，通過DNA分析可以研究人類種群的進化史。DNA技術應用于犯罪案件調查可以幫助執(zhí)法人員確認罪犯。
生物反恐
美國9?11恐怖事件和隨后的炭疽菌案件，使大部分美國人感到，今后的生物恐怖事件可能發(fā)生，對生物恐怖事件的防衛(wèi)必須予以重視。
過去，幾家美國生物技術公司曾與官方合作，提出生物武器的防衛(wèi)戰(zhàn)略，但大多數(shù)試驗僅是模擬。在9?11事件以前，美國衛(wèi)生部用于生物防恐的研究經(jīng)費為5000萬美元。但9?11事件以后，該預算大大增加。今年6月通過的一項生物反恐法案，撥款45億美元用于美國本土安全部的生物反恐。專家們預測，生物反恐將成為國防的新領域，美國將利用生物技術防衛(wèi)各種可能的生物恐怖襲擊。生物反恐將與公共健康系統(tǒng)、傳統(tǒng)國防工業(yè)、生物技術和制藥業(yè)緊密關聯(lián)。9?11事件后，美國迅速開發(fā)了針對炭疽和天花的疫苗。大約有24家國生物技術公司正參與其它疫苗和藥品研究與開發(fā)，美國政府擬支付6．4億美元用于存積有關的疾病疫苗，以防止各種可能的生物恐怖事件。例如，新型抗菌素和抗病毒處理劑正在研制，以用于對付已是抗病性的病原體。一家司正在研究利用單克隆抗體清除血液中的毒素。其它研制中的產品包括專用酶制劑，用于修復被有意污染的環(huán)境、快速大氣監(jiān)測儀、傳染物診斷試劑、新的藥物運送系統(tǒng)等。
生物技術應用
傳統(tǒng)生物技術的應用
現(xiàn)代生物技術的應用
傳統(tǒng)生物技術的應用
包括：
顯微鏡技術 玻片標本制作與染色技術 同位素標記示蹤技術 無土栽培技術 作物育種技術 顯微鏡技術 光電顯微鏡技術 電子顯微鏡技術
應用：細胞（顯微水平、亞顯微水平） 玻片標本制作與染色技術
應用：用于細胞結構與功能研究 同位素標記示蹤技術*
應用：研究細胞內或生物體內化學物質的有關問題，如某物質存在部位、移動途徑、物質摻如情況等。
實例：有絲分裂過程中的DNA復制 光合作用中的物質變化 動植物細胞中的物質運輸 激素在生物體內分布與運輸 動物胚胎層發(fā)育分化 遺傳物質發(fā)現(xiàn)的研究 無土栽培技術
利用溶液培養(yǎng)法的原理，把植物體生長發(fā)育過程中所需要的各種礦質元素，按照一定的比例配制成營養(yǎng)液，并利用這種營養(yǎng)液來栽培植物的技術。
報考“生物技術”專業(yè)
生物技術是一個新興專業(yè),目前生物技術產業(yè)在中國還屬于起步階段，雖然目前國內冒出許多生物技術公司，但是大部分具有規(guī)模小，技術含量低的特點，甚至部分只是掛名生物技術而已。因為生物技術具有前期投入大，風險大的特點，按照中國國情，短時間內，中國無法形成大規(guī)模的生物產業(yè)集團，就生物技術專業(yè)而言，該專業(yè)未來前景不錯，基于這一原因，目前國內各大高校紛紛開設生物技術專業(yè)，但是他們并沒有考慮目前的實際情況。生物技術作為一門高新技術學科，必須經(jīng)過長期培養(yǎng)才能在實際應用中顯示出一定的效果，因此除非一開始你就打算投身于這一行業(yè)并一直讀碩讀博，你才會有很大的發(fā)展空間。同時因為生物技術投入過大，國家經(jīng)費有限，國家重點發(fā)展某幾個院校，因此國內各高校水平差距極大，要謹慎選擇。
生物技術的現(xiàn)代技術
現(xiàn)代生物技術一般包括基因工程、細胞工程、酶工程、發(fā)酵工程和蛋白質工程。20世紀未，隨著計算生物學、化學生物學與合成生物學的興起，發(fā)展了系統(tǒng)生物學的生物技術 - 即系統(tǒng)生物技術（systems biotechnology），包括生物信息技術、納米生物技術與合成生物技術等。
基因工程
基因工程是指在基因水平上，按照人類的需要進行設計，然后按設計方案創(chuàng)建出具有某種新的性狀的生物新品系，并能使之穩(wěn)定地遺傳給后代。基因工程采用與工程設計十分類似的方法，明顯地既具有理學的特點，同時也具有工程學的特點。
生物學家在了解遺傳密碼是RNA轉錄表達以后，還想從分子的水平去干預生物的遺傳。1973年，美國斯坦福大學的科恩教授，把兩種質粒上不同的抗藥基因"裁剪"下來，"拼接"在同一個質粒中。當這種雜合質粒進入大腸桿菌后，這種大腸桿菌就能抵抗兩種藥物，且其后代都具有雙重抗菌性，科恩的重組實驗拉開了基因工程的大幕。
DNA重組技術是基因工程的核心技術。重組，顧名思義，就是重新組合，即利用供體生物的遺傳物質，或人工合成的基因，經(jīng)過體外切割后與適當?shù)妮d體連接起來，形成重組DNA分子，然后將重組DNA分子導入到受體細胞或受體生物構建轉基因生物，該種生物就可以按人類事先設計好的藍圖表現(xiàn)出另外一種生物的某種性狀。
1、DNA重組技術的物質基礎
（1）目的基因
基因工程是一種有預期目的的創(chuàng)造性工作，它的原料就是目的基因。所謂目的基因，是指通過人工方法獲得的符合設計者要求的DNA片段，在適當條件下，目的基因將會以蛋白質的形式表達，從而實現(xiàn)設計者改造生物性狀的目標。
（2）載體
目的基因一般都不能直接進入另一種生物細胞，它需要與特定的載體結合,才能安全地進入到受體細胞中。目前常用的載體有質粒、噬菌體和病毒。
質粒是在大多數(shù)細菌和某些真核生物的細胞中發(fā)現(xiàn)的一種環(huán)狀DNA分子，它位于細胞質中。許多質粒含有在某種環(huán)境下可能是必不可少的基因。
噬菌體是專門感染細菌的一類病毒，由蛋白質外殼和中心的核酸組成。在感染細菌時，噬菌體把DNA注入到細菌里，以此DNA為模板，復制DNA分子，并合成蛋白質，最后組裝成新的噬菌體。當細菌死亡破裂后，大量的噬菌體被釋放出來，去感染下一個目標。。
質粒、噬菌體和病毒的相似之處在于，它們都能把自己的DNA分子注入到宿主細胞中并保持DNA分子的完整，因而，它們成為運載目的基因的合適載體。因此，基因工程中的載體實質上是一些特殊的DNA分子。
（3）工具酶
基因工程需要有一套工具，以便從生物體中分離目的基因，然后選擇適合的載體，將目的基因與載體連接起來。DNA分子很小，其直徑只有20埃（10-10米），基因工程實際上是一種“超級顯微工程”，對DNA的切割、縫合與轉運，必須有特殊的工具。
1968年，科學家第一次從大腸桿菌中提取出了限制性內切酶。限制性內切酶最大的特點是專一性強，能夠在DNA上識別特定的核苷酸序列，并在特定切點上切割DNA分子。70年代以來，人們已經(jīng)分離提取了400多種限制性內切酶。有了它，人們就可以隨心所欲地進行DNA分子長鏈切割了。1976年，5個實驗室的科學家?guī)缀跬瑫r發(fā)現(xiàn)并提取出一種酶，作DNA連接酶。從此，DNA連接酶就成了 “粘合”基因的“分子粘合劑”。
1、 DNA重組技術的一般操作步驟
一個典型的DNA重組包括五個步驟：
（1）目的基因的獲取
目前，獲取目的基因的方法主要有三種：反向轉錄法、從細胞基因組直接分離法和人工合成法。
反向轉錄法是利用mRNA反轉錄獲得目的基因的方法。現(xiàn)在用這種方法人們已先后合成了家兔、鴨和人的珠蛋白基因、羽毛角蛋白基因等。
從細胞基因組中直接分離目的基因常用"鳥槍法"，因為這種方法猶如用散彈打鳥,所以又稱"散彈槍法"。用"鳥槍法"分離目的基因，具有簡單、方便和經(jīng)濟等優(yōu)點。許多病毒和原核生物、一些真核生物的基因，都用這種方法獲得了成功的分離。
化學合成目的基因是20世紀70年代以來發(fā)展起來的一項新技術。應用化學合成法，可在短時間內合成目的基因。科學家們已相繼合成了人的生長激素釋放抑制素、胰島素、干擾素等蛋白質的編碼基因。
（2）DNA分子的體外重組
體外重組是把載體與目的基因進行連接。例如，以質粒作為載體時，首先要選擇出合適的限制性內切酶，對目的基因和載體進行切割，再以DNA連接酶使切口兩端的脫氧核苷酸連接，于是目的基因被鑲嵌進質粒DNA，重組形成了一個的環(huán)狀DNA分子（雜種DNA分子）。
（3）DNA重組體的導入
把目的基因裝在載體上后，就需要把它引入到受體細胞中。導入的方式有多種，主要包括轉化、轉導、顯微注射、微粒轟擊和電擊穿孔等方式。轉化和轉導主要適用于細菌一類的原核生物細胞和酵母這樣的低等真核生物細胞，其他方式主要應用于高等動植物的細胞。
（4）受體細胞的篩選
由于DNA重組體的轉化成功率不是太高，因而，需要在眾多的細胞中把成功轉入DNA重組體的細胞挑選出來。應事先找到特定的標志，證明導入是否成功。
例如，我們常用抗生素來證明證明導入的成功。
（5）基因表達
目的基因在成功導入受體細胞后，它所攜帶的遺傳信息必須要通過合成新的蛋白質才能表現(xiàn)出來，從而改變受體細胞的遺傳性狀。目的基因在受體細胞中要表達，需要滿足一些條件。例如，目的基因是利用受體細胞的核糖體來合成蛋白質，因此目的基因上必須含有能啟動受體細胞核糖體工作的功能片段。
這五個步驟代表了基因工程的一般操作流程。
人們掌握基因工程技術的時間并不長，但已經(jīng)獲得了許多具有實際應用價值的成果，基因工程作為現(xiàn)代生物技術的核心，將在社會生產和實踐中發(fā)揮越來越重要的作用。
（三）細胞工程
關于細胞工程的定義和范圍還沒有一個統(tǒng)一的說法，一般認為，細胞工程是根據(jù)細胞生物學和分子生物學原理，采用細胞培養(yǎng)技術，在細胞水平進行的遺傳操作。細胞工程大體可分染色體工程、細胞質工程和細胞融合工程。
1、細胞培養(yǎng)技術
細胞培養(yǎng)技術是細胞工程的基礎技術。所謂細胞培養(yǎng)，就是將生物有機體的某一部分組織取出一小塊，進行培養(yǎng)，使之生長、分裂的技術。細胞培養(yǎng)又叫組織培養(yǎng)。近二十年來細胞生物學的一些重要理論研究的進展，例如細胞全能性的揭示，細胞周期及其調控，癌變機理與細胞衰老的研究，基因表達與調控等，都是與細胞培養(yǎng)技術分不開的。
體外細胞培養(yǎng)中，供給離開整體的動植物細胞所需營養(yǎng)的是培養(yǎng)基，培養(yǎng)基中除了含有豐富的營養(yǎng)物質外，一般還含有刺激細胞生長和發(fā)育的一些微量物質。培養(yǎng)基一般有固態(tài)和液態(tài)兩種，它必須經(jīng)滅菌處理后才可使用。此外，溫度、光照、振蕩頻率等也都是影響培養(yǎng)的重要條件。
植物細胞與組織培養(yǎng)的基本過程包括如下幾個步驟：
第一步，從健康植株的特定部位或組織，如根、莖、葉、花、果實、花粉等，選擇用于培養(yǎng)的起始材料（外植體）。
第二步，用一定的化學藥劑（最常用的有次氯酸鈉、升汞和酒精等）對外植體表面消毒，建立無菌培養(yǎng)體系。
第三步，形成愈傷組織和器官，由愈傷組織再分化出芽并可進一步誘導形成小植株。
動物細胞培養(yǎng)有兩種方式。一種叫非貼壁培養(yǎng)：也就是細胞在培養(yǎng)過程中不貼壁， 條件較為復雜， 難度也大一些，但是容易同時獲得大量的培養(yǎng)細胞。這種方法一般用于淋巴細胞、腫瘤細胞和一些轉化細胞的培養(yǎng)。另一種培養(yǎng)方式是貼壁培養(yǎng)：也稱為細胞貼壁，貼壁后的細胞呈單層生長，所以此法又叫單層細胞培養(yǎng)。大多數(shù)哺乳動物細胞的培養(yǎng)必須采用這種方法。
動物細胞不能采用離體培養(yǎng)，以人的皮膚細胞培養(yǎng)為例，動物細胞培養(yǎng)的主要步驟如下：
第一步，在無菌條件下，從健康動物體內取出適量組織，剪切成小薄片。
第二步，加入適宜濃度的酶與輔助物質進行消化作用使細胞分散。
第三步，將分散的細胞進行洗滌并純化后，以適宜的濃度加在培養(yǎng)基中，37℃下培養(yǎng)，并適時進行傳代。
在細胞培養(yǎng)中，我們經(jīng)常使用一個詞——克隆。克隆一詞是由英文clone音譯而來，指無性繁殖以及由無性繁殖而得到的細胞群體或生物群體。細胞克隆是指細胞的一個無性繁殖系。自然界早已存在天然的克隆，例如，同卵雙胞胎實際上就是一種克隆。
基因工程中，還有稱為分子克隆(molecular cloning)的，是科恩等在 1973年提出的。分子克隆發(fā)生在DNA分子水平上，是指從一種細胞中把某種基因提取出來作為外源基因，在體外與載體連接，再將其引入另一受體細胞自主復制而得到的DNA分子無性系。
2、細胞核移植技術
由于克隆是無性繁殖，所以同一克隆內所有成員的遺傳構成是完全相同的，這樣有利于忠實地保持原有品種的優(yōu)良特性。人們開始探索用人工的方法來進行高等動物克隆。哺乳動物克隆的方法主要有胚胎分割和細胞核移植兩種。其中，細胞核移植是發(fā)展較晚但富有潛力的一門新技術。
細胞核移植技術屬于細胞質工程。所謂細胞核移植技術，是指用機械的辦法把一個被稱為“供體細胞”的細胞核（含遺傳物質）移入另一個除去了細胞核被稱為“受體”的細胞中，然后這一重組細胞進一步發(fā)育、分化。核移植的原理是基于動物細胞的細胞核的全能性。
采用細胞核移植技術克隆動物的設想，最初由一位德國胚胎學家在1938年提出。從1952年起，科學家們首先采用兩棲類動物開展細胞核移植克隆實驗，先后獲得了蝌蚪和成體蛙。1963年，我國童第周教授領導的科研組，以金魚等為材料，研究了魚類胚胎細胞核移植技術，獲得成功。到1995年為止，在主要的哺乳動物中，胚胎細胞核移植都獲得成功，但成體動物已分化細胞的核移植一直未能取得成功。
1996年，英國愛丁堡羅斯林研究所，伊恩?維爾穆特研究小組成功地利用細胞核移植的方法培養(yǎng)出一只克隆羊——多利，這是世界上首次利用成年哺乳動物的體細胞進行細胞核移植而培養(yǎng)出的克隆動物。。
在核移植中，并不是所有的細胞都可以作為核供體。作為供體的細胞有兩種：一種是胚胎細胞，一種是某些體細胞。
2000年6月，我國西北農林科技大學利用成年山羊體細胞克隆出兩只“克隆羊”，這表明我國科學家也掌握了哺乳動物體細胞核移植的尖端技術。
核移植的研究，不僅在探明動物細胞核的全能性、細胞核與細胞質關系等重要理論問題方面具有重要的科學價值，而且在畜牧業(yè)生產中有著非常重要的經(jīng)濟價值和應用前景。
3、細胞融合技術
細胞融合技術屬于細胞融合工程。細胞融合技術是一種新的獲得雜交細胞以改變細胞性能的技術，它是指在離體條件下，利用融合誘導劑，把同種或不同物種的體細胞人為地融合，形成雜合細胞的過程。細胞融合術是細胞遺傳學、細胞免疫學、病毒學、腫瘤學等研究的一種重要手段
動物細胞融合的主要步驟是：
第一步，獲取親本細胞。將取樣的組織用胰蛋白酶或機械方法分離細胞，分別進行貼壁培養(yǎng)或懸浮培養(yǎng)。
第二步，誘導融合。把兩種親本細胞置于同一培養(yǎng)液中，進行細胞融合。動物細胞的融合過程一般是：兩個細胞緊密接觸→細胞膜合并→細胞間出現(xiàn)通道或細胞橋→細胞橋數(shù)增加擴大通道面積→兩細胞融合為一體。
植物細胞融合的主要步驟是：
第一步，制備親本原生質體。
第二步，誘導融合。
微生物細胞的融合步驟與植物細胞融合基本相同。
從20世紀70年代開始，已經(jīng)有許多種細胞融合成功，有植物間、動物間、動植物間甚至人體細胞與動植物間的成功融合的新的雜交植物，如 “西紅柿馬鈴薯”、“擬南芥油菜”和“蘑菇白菜”等。（圖4-36是利用細胞融合培育雜交植物）從目前的技術水平來看，人們還不能把許多遠緣的細胞融合后培養(yǎng)成雜種個體，尤其是動物細胞難度更大。
（四）酶工程、發(fā)酵工程與蛋白質工程
1、酶工程
酶工程是指利用酶、細胞或細胞器等具有的特異催化功能，借助生物反應裝置和通過一定的工藝手段生產出人類所需要的產品。它是酶學理論與化工技術相結合而形成的一種新技術。
酶工程，可以分為兩部分。一部分是如何生產酶，一部分是如何應用酶。
酶的生產大致經(jīng)歷了四個發(fā)展階段。最初從動物內臟中提取酶，隨著酶工程的進展，人們利用大量培養(yǎng)微生物來獲取酶，基因基因工程誕生后，通過基因重組來改造產酶的微生物，近些年來，酶工程又出現(xiàn)了一個的熱門課題，那就是人工合成新酶，也就是人工酶。
酶在使用中也存在著一些缺點。如遇到高溫、強酸、強堿時就會失去活性，成本高，價錢貴。實際應用中酶只能使用一次等。利用酶的固定化可以解決這些問題，它被稱為是酶工程的中心。
60年代初，科學家發(fā)現(xiàn)，許多酶經(jīng)過固定化以后，活性絲毫未減，穩(wěn)定性反而有了提高。這一發(fā)現(xiàn)是酶的推廣應用的轉折點，也是酶工程發(fā)展的轉折點。如今，酶的固定化技術日新月異。它表現(xiàn)在兩方面：
一是固定的方法。目前固定的方法有四大類：吸附法、共價鍵合法、交聯(lián)法和包埋法。
二是被固定下來的酶，具有多種酶，能催化一系列的反應。
與自然酶相比，固定化酶和固定化細胞具有明顯的優(yōu)點：
1.可以做成各種形狀，如顆粒狀、管狀、膜狀，裝在反應槽中，便于取出，便于連續(xù)、反復使用。
2.穩(wěn)定性提高，不易失去活性，使用壽命延長。
3.便于自動化操作，實現(xiàn)用電腦控制的連續(xù)生產。
如今已有數(shù)十個國家采用固定化酶和固定化細胞進行工業(yè)生產，產品包括酒精、啤酒、各種氨基酸、各種有機酸以及藥品等等。
2、發(fā)酵工程
現(xiàn)代的發(fā)酵工程。又叫微生物工程，指采用現(xiàn)代生物工程技術手段，利用微生物的某些特定的功能，為人類生產有用的產品，或直接把微生物應用于工業(yè)生產過程。
發(fā)酵是微生物特有的作用，幾千年前就已被人類認識并且用來制造酒、面包等食品。20世紀20年代主要是以酒精發(fā)酵、甘油發(fā)酵和丙醇發(fā)酵等為主。20世紀40年代中期美國抗菌素工業(yè)興起，大規(guī)模生產青霉素以及日本谷氨酸鹽(味精)發(fā)酵成功，大大推動了發(fā)酵工業(yè)的發(fā)展。
20世紀70年代，基因重組技術、細胞融合等生物工程技術的飛速發(fā)展，發(fā)酵工業(yè)進入現(xiàn)代發(fā)酵工程的階段。不但生產酒精類飲料、醋酸和面包，而且生產胰島素、干擾素、生長激素、抗生素和疫苗等多種醫(yī)療保健藥物，生產天然殺蟲劑、細菌肥料和微生物除草劑等農用生產資料，在化學工業(yè)上生產氨基酸、香料、生物高分子、酶、維生素和單細胞蛋白等。
從廣義上講，發(fā)酵工程由三部分組成：上游工程，發(fā)酵工程和下游工程。其中上游工程包括優(yōu)良種株的選育，最適發(fā)酵條件（pH、溫度、溶解氧和營養(yǎng)組成）的確定，營養(yǎng)物的準備等。發(fā)酵工程主要指在最適發(fā)酵條件下，發(fā)酵罐中大量培養(yǎng)細胞和生產代謝產物的工藝技術。下游工程指從發(fā)酵液中分離和純化產品的技術。
發(fā)酵工程的步驟一般包括：
第一步，菌種的選育。
第二步，培養(yǎng)基的制備和滅菌。
第三步，擴大培養(yǎng)和接種。
第四步，發(fā)酵過程。
第五步，分離提純。
發(fā)酵工程在醫(yī)藥工業(yè)、食品工業(yè)、農業(yè)、冶金工業(yè)、環(huán)境保護等許多領域得到廣泛應用。
3、蛋白質工程
在現(xiàn)代生物技術中，蛋白質工程是在20世紀80年代初期出現(xiàn)的。蛋白質工程是指在深入了解蛋白質空間結構以及結構與功能的關系，并在掌握基因操作技術的基礎上，用人工合成生產自然界原來沒有的、具有新的結構與功能的、對人類生活有用的蛋白質分子。
蛋白質工程的類型主要有兩種：
一是從頭設計，即完全按照人的意志設計合成蛋白質。從頭設計是蛋白質工程中最有意義也是最困難的操作類型，目前技術尚不成熟，已經(jīng)合成的蛋白質只是一些很小的短肽。
二是定位突變與局部修飾，即在已有的蛋白質基礎上，只進行局部的修飾。這種通過造成一個或幾個堿基定位突變，以達到修飾蛋白質分子結構目的的技術，稱為基因定位突變技術。
蛋白質工程的基本程序是：首先要測定蛋白質中氨基酸的順序，測定和預測蛋白質的空間結構，建立蛋白質的空間結構模型，然后提出對蛋白質的加工和改造的設想，通過基因定位突變和其它方法獲得需要的新蛋白質的基因，進而進行蛋白質合成。（圖4-37）
由于蛋白質工程是在基因工程的基礎上發(fā)展起來的，在技術方面有很多同基因工程技術相似的地方，因此蛋白質工程也被稱為第二代基因工程。
蛋白質工程為改造蛋白質的結構和功能找到了新途徑，而且還預示人類能設計和創(chuàng)造自然界不存在的優(yōu)良蛋白質的可能性，從而具有潛在的巨大社會效益和經(jīng)濟效益。
四、 生物技術的應用和前景
伴隨著生命科學的新突破，現(xiàn)代生物技術已經(jīng)廣泛地應用于工業(yè)、農牧業(yè)、醫(yī)藥、環(huán)保等眾多領域，產生了巨大的經(jīng)濟和社會效益。
（一）生物技術的應用
1、生物技術在工業(yè)方面的應用
食品方面
首先，生物技術被用來提高生產效率，從而提高食品產量。
其次，生物技術可以提高食品質量。例如，以淀粉為原料采用固定化酶(或含酶菌體)生產高果糖漿來代替蔗糖，這是食糖工業(yè)的一場革命。
第三，生物技術還用于開拓食品種類。利用生物技術生產單細胞蛋白為解決蛋白質缺乏問題提供了一條可行之路。目前，全世界單細胞蛋白的產量已經(jīng)超過3000萬噸，質量也有了重大突破，從主要用作飼料發(fā)展到走上人們的餐桌。
材料方面
通過生物技術構建新型生物材料，是現(xiàn)代新材料發(fā)展的重要途徑之一。
首先，生物技術使一些廢棄的生物材料變廢為寶。例如，利用生物技術可以從蝦、蟹等甲殼類動物的甲殼中獲取甲殼素。甲殼素是制造手術縫合線的極好材料，它柔軟，可加速傷口愈合，還可被人體吸收而免于拆線。
其次，生物技術為大規(guī)模生產一些稀缺生物材料提供了可能。例如，蜘蛛絲是一種特殊的蛋白質，其強度大，可塑性高，可用于生產防彈背心、降落傘等用品。利用生物技術可以生產蛛絲蛋白，得到與蜘蛛絲媲美的纖維。
第三，利用生物技術可開發(fā)出新的材料類型。例如，一些微生物能產出可降解的生物塑料，避免了“白色污染”。
能源方面
生物技術一方面能提高不可再生能源的開采率，另一方面能開發(fā)更多可再生能源。
首先，生物技術提高了石油開采的效率。
其次，生物技術為新能源的利用開辟了道路。
1、 生物技術在農業(yè)方面的應用
現(xiàn)代生物技術越來越多地運用于農業(yè)中，使農業(yè)經(jīng)濟達到高產、高質、高效的目的。
農作物和花卉生產
生物技術應用于農作物和花卉生產的目標，主要是提高產量、改良品質和獲得抗逆植物。
首先，生物技術既能提高作物產量，還能快速繁殖。
其次，生物技術既能改良作物品質，還能延緩植物的成熟，從而延長了植物食品的保藏期。
第三，生物技術在培育抗逆作物中發(fā)揮了重要作用。例如，用基因工程方法培育出的抗蟲害作物，不需施用農藥，既提高了種植的經(jīng)濟效益，又保護了我們的環(huán)境。我國的轉基因抗蟲棉品種，1999年已經(jīng)推廣200多萬畝，創(chuàng)造了巨大的經(jīng)濟效益。
畜禽生產
利用生物技術以獲得高產優(yōu)質的畜禽產品和提高畜禽的抗病能力。
首先，生物技術不僅能加快畜禽的繁殖和生長速度，而且能改良畜禽的品質，提供優(yōu)質的肉、奶、蛋產品。
其次，生物技術可以培育抗病的畜禽品種，減少飼養(yǎng)業(yè)的風險。如利用轉基因的方法，培育抗病動物，可以大大減少牲畜瘟疫的發(fā)生，保證牲畜健康，也保證人類健康。
農業(yè)新領域
基因工程不僅提高了農牧產品的產量和質量。
利用轉基因植物生產疫苗是目前的一個研究熱點。科研人員希望能用食用植物表達疫苗，人們通過食用這些轉基因植物就能達到接種疫苗的目的。目前已經(jīng)在轉基因煙草中表達出了乙型肝炎疫苗。
利用轉基因動物生產藥用蛋白同樣是目前的研究熱點。科學家已經(jīng)培育出多種轉基因動物，它們的乳腺能特異性地表達外源目的基因，因此從它們產的奶中能獲得所需的蛋白質藥物，由于這種轉基因牛或羊吃的是草，擠出的奶中含有珍貴的藥用蛋白，生產成本低，可以獲得巨額的經(jīng)濟效益。
2、 生物技術在醫(yī)藥方面的應用
目前，醫(yī)藥衛(wèi)生領域是現(xiàn)代生物技術應用得最廣泛、成績最顯著、發(fā)展最迅速、潛力也最大的一個領域。
疾病預防
利用疫苗對人體進行主動免疫是預防傳染性疾病的最有效手段之一。注射或口服疫苗可以激活體內的免疫系統(tǒng)，產生專門針對病原體的特異性抗體。
20世紀70年代以后，人們開始利用基因工程技術來生產疫苗。基因工程疫苗是將病原體的某種蛋白基因重組到細菌或真核細胞內，利用細菌或真核細胞來大量生產病原體的蛋白，把這種蛋白作為疫苗。例如用基因工程制造乙肝疫苗用于乙型肝炎的預防。我國目前生產的基因工程乙肝疫苗，主要采用酵母表達系統(tǒng)產生疫苗。
疾病診斷
生物技術的開發(fā)應用，提供了新的診斷技術，特別是單克隆抗體診斷試劑和DNA診斷技術的應用，使許多疾病特別是腫瘤、傳染病在早期就能得到準確診斷。
圖4-40是單克隆抗體的制備。單克隆抗體以它明顯的優(yōu)越性得到迅速的發(fā)展，全世界研制成功的單克隆抗體有上萬種，主要用于臨床診斷、治療試劑、特異性殺傷腫瘤細胞等。有的單克隆抗體能與放射性同位素、毒素和化學藥品聯(lián)結在一起，用于癌癥治療，它準確地找到癌變部位，殺死癌細胞，有 “生物導彈”、“腫瘤克星”之稱。
DNA診斷技術是利用重組DNA技術，直接從DNA水平作出人類遺傳性疾病、腫瘤、傳染性疾病等多種疾病的診斷。它具有專一性強、靈敏度高、操作簡便等優(yōu)點。
疾病治療
生物技術在疾病治療方面主要包括提供藥物、基因治療和器官移植等方面。
利用基因工程能大量生產一些來源稀少價格昂貴的藥物，減輕患者的負擔。這些珍貴藥物包括生長抑素、胰島素、干擾素等等。
基因治療是一種應用基因工程技術和分子遺傳學原理對人類疾病進行治療的新療法。
世界上第一例成功的基因治療是對一位4歲的美國女孩進行的，她由于體內缺乏腺苷脫氨酶而完全喪失免疫功能，治療前只能在無菌室生活，否則會由于感染而死亡。經(jīng)治療，這個女孩可進入普通小學上學。截至1997年6月，全世界已批準的臨床基因治療方案有218項，接受基因治療和基因轉移的患者總數(shù)已有2557名患者。
1990年，人類基因組計劃在美國正式啟動，2003年4月14日，中美英日法德六國科學家宣布：人類基因組序列圖繪制成功。人類基因組計劃的完成，有助于人類認識許多遺傳疾病以及癌癥的致病機理，將為基因治療提供更多的理論依據(jù)。
器官移植技術向異種移植方向發(fā)展，即利用現(xiàn)代生物技術，將人的基因轉移到另一個物種上，再將此物種的器官取出來置入人體，代替人的生病的“零件”。另外，還可以利用克隆技術，制造出完全適合于人體的器官，來替代人體“病危”的器官。
3、 生物技術在環(huán)保方面的應用
污染監(jiān)測
現(xiàn)代生物技術建立了一類新的快速準確監(jiān)測與評價環(huán)境的有效方法，主要包括利用新的指示生物、利用核酸探針和利用生物傳感器。
人們分別用細菌、原生動物、藻類、高等植物和魚類等作為指示生物，監(jiān)測它們對環(huán)境的反應，便能對環(huán)境質量作出評價。
核酸探針技術的出現(xiàn)也為環(huán)境監(jiān)測和評價提供了一條有效途徑。例如，用桿菌的核酸探針監(jiān)測水環(huán)境中的大腸桿菌。
近年來，生物傳感器在環(huán)境監(jiān)測中的應用發(fā)展很快。生物傳感器是以微生物、細胞、酶、抗體等具有生物活性的物質作為污染物的識別元件，具有成本低、易制作、使用方便、測定快速等優(yōu)點。
污染治理
現(xiàn)代生物治理采用純培養(yǎng)的微生物菌株來降解污染物。
例如科學家利用基因工程技術，將一種昆蟲的耐DDT基因轉移到細菌體內，培育一種專門“吃”DDT的細菌，大量培養(yǎng)，放到土壤中，土壤中的DDT就會被“吃”得一干二凈。
開設院校：江蘇科技大學
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