生物技术及其应用进展

生物技术及其应用进展
 

       生物技术作为21世纪*的核心，对人类解决面临的食物、资源、健康、环境等重大问题将发挥越来越大的作用。大力发展生物技术及其产业已成为世界各国经济发展的战略重点。近10多年是世界生物技术迅速发展时期，无论在基础研究方面还是在应用开发方面，都取得了令人瞩目的成就，生物技术的研究成果越来越广泛地应用于农业、医药、轻工食品、海洋开发及环境保护等多个领域。生物技术将是21世纪的主导技术之一，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。

　　1　生物技术在农业方面的应用进展

　　zui近几年来，农业生物技术发展之快，对农业产业结构的改善和产量增加的作用之大，已引起世界各国政府和科学家的高度重视。农业生物技术领域中研究zui活跃的是应用转基因技术，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、、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，农业生物技术已取得重大突破，表现在：

　　1．1 提高了农产品的产量和品质根据人类的需要，把特定基因导入植物体，达到改良品质和增加产量的目的。如美国每年消费月桂酸油达3．5亿美元。为了满足市场需求，美国生物技术研究人员把月桂树基因导人油菜，生产出含月桂酸油达40％的油菜籽，大大降低了成本并增加了产量。康乃馨花期较短，为了延长花期，澳大利亚的生物技术专家在康乃馨植株中引入一种基因，使花期延长了一倍，提高了观赏性。转基因番茄只有5％发病，基本上不减产，而对照发病率为99％，减产30％左右。应用植物细胞工程技术培养的无融合杂交稻，具有丰产性好、米质优、抗性强、适应性广等优点，克服了杂交稻需要年年制种和杂种只能利用一次的缺点，为水稻育种开辟了新途径。

　　1．2 抗病虫农作物育种农作物病虫害是造成农业产量下降的主要因素之一。而常规的喷施农药，不但增加成本，而且对环境和产品产生污染。利用转基因育种技术可以把抗病抗虫基因导入植物，避免或减少病虫害。目前应用zui广的抗虫基因是将苏芸金杆菌的结晶蛋白基因（Bt基因）导入植物。Bt基因已被转入棉花、玉米、烟草、番茄、马铃薯、水稻等到多种作物，并取得了良好的效果。荷兰一家植物生物技术公司应用转基因技术培育出一种抗真菌草莓新品种，减少了草莓病害，并延长了草莓保鲜期，经济效益明显增加。

　　1．3 转基因动物育种动物基因工程研究不如植物基因工程开展得那样普及，主要集中在改善家畜、家禽的经济性状方面，现已取得了一些显著的成就。已先后培育出转基因兔、羊、猪、牛、鸡等。美国伊利诺斯大学研究出一种带牛基因的猪，这种转基因猪生长快、个体大、饲料利用率高、瘦肉多，可为养猪业带来丰厚的经济效益。转人体基因猪的获得，可望能解决人体移植动物器官的异体排斥问题。转基因动物育种技术的进步，不仅可提高畜牧业的生产效率，还可拓展家畜的新用途，为发展益畜牧业提供技术力量。

　　2　海洋生物技术

　　海洋生物学与生物技术相结合，产生了海洋生物技术这一新的领域。海洋生物技术作为加速开发利用海洋生物资源、改良海洋生物品种、提高海产养殖业产量和质量、获取有特殊药用和保健价值的生物活性物质的新途径，越来越受到人们的重视，许多国家已将海洋生物技术作为21世纪发展战略的重要组成部分。目前，在海洋生物技术方面的主要研究工作，一是应用基因工程和细胞工程技术，培养鱼、虾、贝、藻类优良品种，大幅度提高海洋水产养殖的产量与质量；二是从海洋生物中提取生理活性物质。现已在上述两方面取得了大批重要科技成果，部分成果已经产业化。

　　我国在世界上研究成功海带单倍体育种技术、紫菜体细胞育苗技术、对虾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。在代谢产物的研究与开发方面，利用海藻生产褐藻胶、琼胶、卡拉胶在世界上占有重要的地位。利用甲壳素和*制成846人工皮肤、创伤愈合海绵、生产化妆品用的类透明质酸等新产品。已从软体动物和腔肠动物中初步筛选到抗血凝、降血压、防治心血管病、抗病毒病和抗癌的生物活性物质。

　　3 轻工、食品生物技术

　　轻工、食品行业是生物技术应用的重要领域之一，主要体现在以下3个方．面：一是利用生物技术进行农副原料加工直接制成商品，如发酵制品、酿造等产品；二是以生物技术产品为基础，进行二次开发形成的新产业，如低聚糖加酶洗涤剂、高果糖浆等；三是以生物技术为手段对传统工艺进行改造，从而降低消耗、提高产品质量。多年来，食品生物技术产业的平均总产值占食品工业产值15％以上。现代生物技术与轻工、食品制造技术相结合，开发新一代的生物技术产品，为轻工、食品产业结构与产品结构调整提供成熟技术。轻工、食品生物技术重点开发的领域有：

　　3．1 高产菌株和耐特殊环境微生物的遗传育种对产量上已占优势的产品，提高生产菌的发酵能力；分离筛选生物合成新资源、新材料的微生物；采用DNA重组技术构建适应特殊环境的新菌种。

　　3．2 新型食品添加剂的开发和应用当今人们要求食品更加天然、低脂低热、低*、不用或少用化学合成的添加剂，因此，用生物法代替化学合成法开发新型保鲜剂、香料、防腐剂、天然色素以及具有免疫调节、延缓衰老、抗辐射、整肠健胃的功能性食品添加剂，具有广阔的发展前景。

　　3．3 新酶种的开发应用继淀粉水解酶的品种配套和应用开拓取得显著成效以来，洗涤用酶制剂在上已成为一门新的产业。三大酶种（*、糖化酶、蛋白酶）的活力达到翻番。加酶化妆品产品有皮肤柔软剂、脸部光洁剂、长发剂等，品种繁多，应用效果也很显著。

　　4 医药生物技术的应用研究新进展

　　医药生物技术是生物技术研究开发的热点，近10多年来，一些发达国家投放大量的人、财、物力研究和开发医药领域的生物技术，已取得新的进展，其中基因治疗技术和新型生物药剂方面的开发应用。

　　4．1 基由治疗研究取得突破基因治疗是将基因直接导人人体，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。目前，基因治疗已从实验室研究阶段进入临床试验与应用阶段，发达国家的基因治疗技术可谓日新月异，有可能革新整个医学预防和治疗领域。原本用于治疗单基因缺陷遗传的基因治疗技术，现已快速扩展到治疗癌症、艾滋病、心血管病等严重疾病，长期困扰人类的某些不治之症，有望得到治愈。1996年医学生物技术已在肥胖病基因治疗、血液替代品开发，把人基因转化的猪器官移植给人体等方面取得重大进展。我国在基因治疗研究方面，如血友病的基因治疗，已进入临床试验，取得了明显的治疗效果。针对肝癌等恶性肿瘤的基因治疗，已开展多方面的实验研究，为通过药审从而进入临床试验奠定技术基础。

　　4．2 生物技术药物的开发采用DNA重组技术或其它生物技术研制的蛋白质或核酸类药物称为生物技术药物。自20世纪80年代以来，仅日、美两国开发的生物技术新药物就达200余种，大都是重组蛋白质药物和重组DNA药物。目前，美国已有50多种生物药物、疫苗和各种生物制剂投放市场，另有400多种各类生物制剂正在临床试验。目前，世界范围内应用zui多的生物技术药物有：免疫干扰素（r-IFN）、治疗贫血病的EPO、治疗免疫抑制思者的GCSF和溶血栓药tPA。

　　我国已在生物技术药物研究开发方面取得了令人瞩目的成就，已研制成功的有基因工程乙肝疫苗；正在研制的病毒性疫苗有新型乙肝疫苗和流行性出血热疫苗等7种；已研制或正在研制的有基因工程干扰素、白细胞介素、心钠素等近20种多肽药物；应用酶工程技术，研制出了一批相应的诊断酶、试剂盒、酶电极以及诊断测试仪器。

　　5 生物技术在其他领域的应用研究

　　随着世界生物技术的迅速发展，生物技术除广泛应用于农业、海洋、食品、医药等领域外，在其他诸如环境保护、石油化工等领域也开展了大量的研究工作。

　　环境问题越来越受到各国政府和*的关注，生物技术在环境的治理上可发挥其不可替代的作用。美国已将环境生物技术作为21世纪生物技术6个主要研究领域之一。生物技术在环保方面，主要开展了有关工业污染物的微生物降解和治理研究。今后将重点开展：用工程微生物处理原煤脱硫的工艺，、多抗转基因微生物农药的研制以及生物来源的可降解的透明膜材料等研究工作。

　　生物技术在石油工业上，主要有应用微生物提高油田开采率，以及石油脱蜡等方面的研究。将生物技术应用于矿冶工业，开展了生物湿法冶金（即细菌浸矿）研究。在化工领域，研究用酶工程技术生产丙烯酰胺等化工产品，以生物方法的常温、常压生产工艺替代高温、高压的化学法，这些研究成果应用于生产后取得了良好的社会效益和经济效益。

　　6 生物技术发展的展望

　　纵观生物技术及产业的发展，其前景是美好的。首先，在上，发展生物技术的步伐一直没有停止过，这是由生物技术多方面的应用价值所决定的。这种应用价值不是一般性的，不是很快就会被别种技术所替代，它是一项带有革命性的、战略作用的高技术。其次，发展生物技术及产业得到各国政府、科技界和产业界的普遍重视。生物技术及产业是发达国家科技发展计划重点支持的领域之一。生物技术与产业对经济和社会发展所作的贡献将会不断增加。可以这么说，20世纪的生物技术主要还是科研阶段的工作，产业建设尚在初创阶段；21世纪的生物技术将进入广泛的大规模产业阶段，将对人类社会做出更大贡献。