《生物工程技术》PPT课件.ppt

第二节 生物工程技术与养殖业 在现代生物技术的有力推动下，饲养业正在发生巨大的变革，目前在实际应用中最令人瞩目的是： 生物技术对动物品种的改良，不断创新的繁殖记录; 直接利用动物活体产生医为和培育作为试验模型的动物; 畜禽生长激素和单克隆抗体的利用等，随着生物技术的发展，研究成果在饲养业中的应用范围还在不断扩大。,一、动物改良 培养适合于人类各方面需要的各种动物是饲养业的重要目的，现代生物技术为实现这一目标提供了可能，人们不仅能够运用基因工程处理微生物，让它生产动物生长激素，而且能够采用遗传工程和胚胎工程直接处理饲养的动物，改良禽畜鱼的蛋白质组成，使之品种改良，甚至创造出新的家禽、家畜和水产动物，从而有效地饲养动物产品的产量和质量，并培育出了一批具特殊用途的动物新品种。,自1980年底，美耶鲁大学科研人员首次发现基因可以整合到染色体上，并成为家畜遗传物质的组成之后，各国科学家竞相开展了基因工程改良动物的研究。90年代初，美、英成功培养出“超级小鼠”、“山-绵羊”使全球遗传工程热在全球升温，迅速发展，仅10年时间在用生物制剂提高畜禽产量和用工程技术改良培养新品种中，取得了令人振奋的成效，然而在开发过程中并不是一帆风顺的，特别是动物基因工程的研究一度受到非议，例如，美国的一场风波。,1986年11月，在贝尔茨维尔农业实验站里，出生了一头举世无双的公猪，它的大小和普通猪相似，但浑身长了红褐色的毛，一双向内斜视的眼睛挤在了一张宽大而多皱的脸上，腿特短，发肿，还患有关节炎。这头猪怎会这样？原来，研究人员采用基因工程技术，把一头母牛的生长激素基因嵌入了猪的胚胎细胞里，指令公猪的细胞生长母牛的生长激素，这头丑陋的公猪被公诸于世后，立即引起了社会的震动，美国动物保护协会十分愤慨，向联邦地方法院提出诉讼，要求制止科学家进行公猪试验，并且指责这工作亵渎了动物尊严，大残忍。,有些国会议员和科学家也担心，人类用这种强有力的手段对自然界生灵横加干涉，会产生难以想象的严重后果，那些反对者们指责：这项技术“完全是以人为中心的列己主义行为”，“地球上的一切生物都将成为基因工程的开发对象”，然而，预见到应用前景的科学家，是支持这项技术的，肯定该技术会造福于人类。 随时间的推移，风波过去了，从科学家们培育出的DNA动物新品种的功能中越来越多的人认识并理解了大多数科学们的远见卓识，并取得了突出成绩。,近年来，在禽畜良种的培育方面虽多数还处于开发阶段，但是已经可以看到，不久的将来会有一批产量高、品质好、性能优良的畜禽品种投入到饲养业的商品生产之中，如产肉多、产奶多的牛，产毛多的羊，长得快又省料的瘦肉型猪，超型肉鸡，高产的蛋鸡，是开发热点。 墨西哥的波托西牧场在墨西哥国立自治大学专家的协助下培育出了一种矮小的瘤牛，他们选择了六代“布拉曼斯”瘤牛，进行基因处理，逐代培养，每代变矮20公分，第一代的身高为1.8m，重1200公斤。,目前育出的矮牛体重135公斤，身高90cm，虽仍属巴西瘤牛类，但其体型已明显变小，其优点：一般养一头正常的牛需一公顷的草场而矮牛一公顷可养10头，正常牛日产奶6升，矮牛产3-4升，10头产30-40升，提高了8倍，10头的产肉量也比一头高，奶、肉质无区别，且矮牛可迅速繁殖，一头正常母牛体内可同时植入4个矮牛胚胎，一年产4头牛，因此这种矮牛特别适合人口密度大，土地少的国家。专家们认为由于矮牛的这些优势，可能引起世界畜牧业革命，成为解决世界牛奶、生牛肉生产的选择，这是基因工程中用于生产的典型例证。,转基因猪已有几个国家培育成功，美国密执安大学和马里兰州大学育成的转基因猪，携带人生长激素，血液含人生长激素，背部脂肪层少一半，具有培养瘦肉型猪的潜在价值。 澳大利亚育成的转基因猪，使饲料转化率高30%，提前7周投入市场，我国也成功育成，中国科学院发育所、北农、江农科院等向猪的早期胚胎中注入一种生长激基因，这种猪长得快，瘦肉率高已投入市场。,此外：澳大利亚科学家将外源基因导入绵羊胚胎，获得了“特大号绵羊”； 韩国农村振兴厅畜产试验场宣布场长郑船富博士及岭南大学吕正秀博士，1985年开始研究成功育成4只超体鸡，给一般公鸡和母鸡吃控制细胞分裂的药，使染色体增加一半，鸡重3430克，比一般鸡1900g重78%，但中性，不产蛋。 日本研究人员将产红皮蛋的洛岛红鸡导入产蛋率高的白来航鸡，育成了产红皮蛋的白来航鸡。 （白来航鸡是原产意大利、分布世界甚广的著名蛋用型品种。是世界著名的蛋用型鸡种，有十二个变种，其中以单冠白来航产蛋量最高。母鸡五个月龄开产，平均产蛋量180-220枚，蛋重55-60克，蛋壳白色。） 这意味通过生物技术实现动物饲养业的现代化，为人们提供更多更好的肉蛋乳食品。,2、新兴水产业养殖潜力巨大 生物技术在动物中培育出的转基因品种，在渔业上也显示了巨大的潜力，“超级鱼”杂交的新鱼种已获成功，美国马里兰大学用生长激素基因，植入到商业价值高的鲑鱼、鲇鱼和大马哈鱼体内，4周后，鲑鱼比没处理的个体大3倍，转基因鲤鱼可增产2040%，可见，在水产养殖业中，基因技术的重要性，鱼危鱼在12个月内长成，而一般鲈鱼的生长则需要18个月，美国每年要用60亿美元从国外进口鲈鱼、花鱼、狗鱼等重要食用鱼类。,上世纪90年代中国运用基因工程技术创造的转基因动物“转基因鲤鱼”，这种变种鱼已有了第三代，它们食量大，长得快，是普通鲤鱼长速的2-3倍，而且快速生长的性状可以遗传。将草鱼身上的细胞核取出来，移植到鲫鱼未受精卵中，培养出一种变种鱼。这种鱼体形酷似草鱼，且具有抗病毒性能，而其银白闪亮的鳞又象鲫鱼。 其它水产的养殖，如龙虾养殖，光合细菌的运用。,转基因鲤鱼,二、繁殖技术创造新纪录： 1、冷冻移植技术的突破： 以哺乳动物为对象，采用低温冷冻、体外受精，胚胎移植，早胚鉴定，构建嵌合体胚胎工程新技术，具无与伦比的实用价值，因而发展极快。低温冷冻保存最先成功的是牛的精液，随后是猪、绵羊、山羊的冷冻保存技术也相继开发成功，这样在选择优质种公畜的基础上，采用精液冷冻，人工授精就可打破地域遥远的限制，实现大范围的良种繁育推广。这在提高畜牧业，特别是乳牛改良上，已取得显著的效果。,现在发达国家乳牛的人工授精率已达99.7%，但精子冷冻，人工授精有不理想之处，尽管公牛质优，倘若受精母牛的卵子质劣，也不行，因此，科学家们积极开发出“受精卵（早胚）移植”新技术。 做法：优质公畜和母畜交配生成的胚胎，在一定的时间内植入母畜体，从而可使质低的母畜产下优质的仔畜来，为了便于选择移植的时间，科学家们又开发出了受精卵冷冻保存技术。从而彻底打破了时间和空间的限制，使家畜改良大大加快了速度。北美现在超过25万头牛，是用冷冻胚胎的移植技术繁殖的。,做法：优质公畜和母畜交配生成的胚胎，在一定的时间内植入母畜体，从而可使质低的母畜产下优质的仔畜来，为了便于选择移植的时间，科学家们又开发出了受精卵冷冻保存技术。从而彻底打破了时间和空间的限制，使家畜改良大大加快了速度。北美现在超过25万头牛，是用冷冻胚胎的移植技术繁殖的。 冷冻技术把受精卵（胚胎）移植，不仅从母牛性周期 的时间限制下解放出来，而且可不受国际间的限制，远距离运输，在世界范围内使优良品种的推广成为可能。1000个冷冻胚胎的重量（含贮藏器）50kg，飞机上只需占用一个座位的地方就可（液态N）。 我国在引进国外良种牛胚胎也获成功。,2、快繁技术 1974年日本科学家崔努达等将胚胎割成二半进行移植，在世界首次获得了2只半胚绵羊羔，随后又生产出同卵双生的牛犊，此后，还繁育出1/4和1/5卵的羊羔，同期各国也相继展开胚胎分割技术研究，目前胚胎分割技术已日趋成熟，从而进一步加快了优良畜种的繁殖速度。过去最好的母年一年至多可产2-3头牛犊，一般一年一犊也不容易，现在用胚胎工程一头优良种牛年可繁殖50150头小牛，胚胎分割技术可成倍地增加，胚胎移植数量提高妊娠率。,我国科研工作者在1986年首先培养出半胚的奶牛，1987年又先后培育出同卵双生的山羊、绵羊和奶牛，80年代末，又成功地用快速胚胎切割法，将4等分的胚胎移植，获得一胎4仔的成功： 试管胚胎：体外受精胚胎的成功 在挽救野生动物方面如：试管虎的成功，为保护面临绝种危险的动物开辟新途径。 （3）性别鉴定与控制 自古以来人们就希望按自己的意愿控制动物的性别，因为动物的性别与许多经济性状相关，如：母禽产蛋、母牛、母羊产奶、公梅花鹿的鹿茸，公麝的麝香具很高的经济价值。,但某些疾病也和性别有关，如：公狗易发血友病，隐睾等，如果能尽早知道或能控制动物的性别，那显然会带来巨大的社会效益和经济效益。科学家采用多种方法将X、Y染色体精子分开以达到控制目的。 第三节 生物技术与医药卫生 生物技术在医药卫生领域中的广泛应用，给人类带来了巨大的裨益。基因工程为人类找到了一代新药，而生物技术在疾病诊断与治疗中的应用，开辟了医学科学的新纪元。 一、基因工程药品 1、基因工程药品的突破 突破在1977年11月，博耶和板仓等第一次运用基因工程方法获得了由大肠杆菌生产的一种人脑激素。,这种激素名叫“生长激素释放抑制因子”，它的作用是抑制生长激素不合时宜的分泌，所以是一种很有用的药物。例如：有一种病叫做“肢端肥大症”，患者脸形增大，面貌粗陋，手足厚大，生长激素释放抑制因子就是治疗肢端肥大症的特效药。 肢端肥大症和巨人症(acromegaly and gigantism)是两种少见的疾病，它们是由于脑部的垂体分泌过多的生长激素所造成的。,可要得到生长激素释放抑制因子很不容易。人类第一次分离得到它是在1973年，经过21年的艰巨努力，用350万头羊脑，才获得了5mg的样品。 生长激素释放抑制因子，是很小的分子，只由14个氨基酸组成。人们很快想到用化学方法进行人工合成，果然得到成功。不过，这种化学合成的产品十分昂贵，按1992年美国西格玛公司的产品目录、5mg合成的生长激素释放抑制因子售价304.85。,博耶和板仓等用基因工程的原理，首先合成生长激素释放抑制因子的基因，然后在它的两端接上若干性质的核苷酸对，便于它与大肠杆菌质粒重组和在大肠杆菌内高效表达，最后与大肠杆菌质粒重组后转移到大肠杆菌中去，使大肠杆菌的转录系统和翻译机器把它当成是自己的基因而使它得到表达。他们用7.5升大肠杆菌培养液获得了5毫克人生长激素释放抑制因子。7.5升大肠杆菌培养液只需花几十美分，却得到相当于304.85美元同等价值的产品。,2、基因工程的一代新药： 1977年11月取得的突破使基因工程制药的优越性一下子展现在人们面前，引起了世界范围的轰动，引发了世界性的基因工程药品研制热潮，在短短的时间内，接二连三地取得了一系列重大成果。这里介绍几种主要的基因工程药品。 （1）人胰岛素。 胰岛素是胰脏的胰岛细胞分泌的一种激素，能调节血液里的糖分含量。倘若胰岛细胞不能分泌胰岛素，就会使人得糖尿病，这样的病人需要注射胰岛素进行治疗。,世界上大约有6000万人患糖尿病，其中大约有400万人使用胰岛素治疗。传统方法是从牛或猪的胰脏提胰岛素。治疗1名糖尿病患者，每年所需的胰岛素需用40头牛或50头猪的胰脏。统计资料表明，糖尿病患者的增长率有超过人口增长率的趋势。例如：美国每年人口增长率约为10%，糖尿病患者的年增长率却高达56%，因此用传统方法生产是很困难的。,1978年板仓用基因工程方法，成功实现了由大肠杆菌生产人胰岛素，在2000升大肠杆菌培养物中获得了100克胰岛素，相当于1吨猪胰岛素，1980年第一家用基因工程生产人胰岛素工厂开始建造，1982年产品上市，这是第一个基因工程产业化的产品。不久，人们又实现了由酵母菌生产人胰岛素。由于生产过程中的种种技术原因，基因工程生产的人胰岛素比传统方法生产的产品要贵一点，牛：100mg/105马克，酵：100mg/125马克，但这些生产技术问题是可以解决的，用基因工程生产是发展方向。,（2）人生长激素，生产激素的功能是控制驱体的生长，人生长激素由脑垂体产生的，含191个氨基酸。缺乏生长激素会造成身材矮小成侏儒，不同物种之间，生长激素差异显著，因此动物的生长激素不能用于治疗人类的侏儒症，作为药品，人生长激素在过去唯一的来源是死人的脑垂体，治疗1名要50个死人的脑垂体，价格贵得惊人。1992公司，每个4个国际单位82.80美元，世界上大约只有1%的脑垂体侏儒能接受这种药物治疗，1979年7月，博耶等完成了基因工程产生人生长激素的实验研究，最后用大肠杆菌制造，1987年基因工程生产的人生长激素已进入市场，每1个国际单位5美元。,中科院细胞生物所1992年开发了人生长激素工程菌80升罐发酵工艺，每升发酵液得率为25mg，纯度96%以上，生物活性已达到国际同类产品水平。 （3）人干扰素：干扰素是一组具有抗病毒性能的蛋白质，人干扰素分三类：血液中的白细胞产生的-干扰素， 是由成纤维细胞产生的-干扰素， T淋巴细胞产生的r-干扰素，干扰素作为抗病毒药物和抗癌药物已引起世界各国医药卫生界的高度试验。,经试验-干扰素对治疗由病毒引起的带状疱疹有明显的效果，对治疗乳腺癌、骨髓瘤、肾细胞瘤、恶性黑色素瘤等也有一定的疗效。还有试验表明：-干扰素能在体内抑制ADIS病病毒的生长，国外用-干扰素治乙肝、丙肝、丁肝，三种干扰素混合治疗癌症试验也正在进行之中。 从人血或体外培养的人成纤细胞中提取干扰素是很少的，1升人血能获得300万单位干扰素，故供应十分紧张，价格昂贵，1992年价，100万单位182.2美元，人r-干扰素每50万单位213.6，用-干扰素治好各肝类约需3万美元。,1980年国际上科研小组筛选，生产、干扰素的DNA，并开始构建能高效表达的质粒，转移入大肠杆菌，能使1升大肠杆菌培养液获2.5亿单位-干扰素，相当于100升人血，现在酵母菌也获得高效表达，为大量生产提供了条件。诱人的是利用多角病毒改造的栽体把-干扰素基因导入家蚕幼虫，从其体液中得到产品、产量，每mol 2亿单位。 87年起三种人干扰素的基因工程产品进入工业化生产投放市场，西格玛公司1992年-干扰素售价每100万单位为275，比人血的便宜得多。,1992年4月，我国科学家自行设计研究开发的人基因工程干扰素（商品名：干扰灵）在上海生物制品所投入试产年产30万支（100元/支），人型干扰素属国际首创，经20多家医院、350例临床试验，可治慢乙肝、丙肝和白血病，这是我国第一个进入产业化的基因工程药品。 （4）疫苗：疫苗是利用一些死的或活的病原体，如细菌或病毒，或者用病原体分泌的其他蛋白质的表面构成物抗原（疫苗的主体成分）， 常规生产疫苗、来源、安全性问题、价格。,第四节 生物技术在工业领域中的应用 一、化学工业 传统的化学工业生产过程几乎都是在高温、高压下进行的，而生物化学反应中微生物酶的催化，可以在常温、常压下生产。生物技术的开发利用，使化学工业发生了崭新的变化，特别是工业酶、工程菌的生产已成为一个新兴的生产门类，原材料工业新的生物化学产品层出不穷，节能降耗给传统工业的发展与改造开辟了许多新的途径。正预示着化学合成工业的大变革即将到来。,（一）工业酶生产 工业酶研究开发和生产是世界化学工业的热点之一。80年代后期，世界工业酶年增长率已达到80%120%，远高于其它工业增长速度，从销售总量看：欧洲和北美各占40%，南美、亚洲各占10%，世界酶市场基本上已被丹麦、美、荷兰、德国的一些公司垄断，丹麦公司约占世界销售量的50%，美国IBIS国际生物合成公司占20%，荷兰占20%，德国的拜尔公司占10%。这些公司销售的蛋白质水解酶，主要应用于生产去污剂，乳制品和制革等工业，约占工业酶总量的60%，其次是糖酶，用于面包、饮料等食品工业，淀粉、纺织工业占30%。脂肪和其它多种专用酶10%，用于制约工业以及化验分析、临床诊断等。,（二）石化产品的取代 随着化学能源（原料）如：石油、煤炭、天然气日趋紧张，利用生物技术开发出的工业酶和工程菌，用新的原料、新的发酵工艺，生产出的化工原料产品种类不断增加。1980年，美国首先用生物技术从微生物中提取出3种组合，在常温、常压下将乙烯和丙烯进行氧化，生产出了环氧乙烷或氧化丙烯，再进一步生产出甘二醇和丙二醇，成功地取代了部分石化工艺，而且成本降50%，随后科学家们又陆续开发出将木糖转化为丁二醇；用工业酶催化将丙烯转化为环氧丙烷；用基因重组的工程菌合成靛蓝染料等一系列新技术。目前通过生物技术生产出的溶剂类、脂肪酸类、高聚合物类产品有：甲醇、乙醇、异丙醇、丁醇、丙醇、甲乙酮、醋酸，溶剂：环氧乙烷、环氧丙烷等。,有机脂肪类：甾体、甘油、脂肪酸、柠檬酸、乳酸、氨基酸、丙烯酸、乙二酸 高聚物：聚羟基丁酸酯（合成纤维的原料），生物塑料等这些生物技术产品的问世，减少了对石化产品的依赖。 （三）生化产品的潜力和优势 近年来，一些新的化学原料产品，还在陆续用生物技术开发出来。1989年，日本用一种酵母菌将正链烷羟转化为环化十五烷酮，成功地合成了具有麝香成分的油。1990年美国从一种树种子中新发现的月桂酰-ACP醯酯酶，合成了月桂酸。月桂酸是制造去污剂、润滑油，及其他一些工业产品的一种重要的工业原料，过去是靠可可树和油棕树生产，供不应求，仅美国每年需要量就达5亿磅。科学家们企图通过将这种酶经克隆，再导入油菜中，以便商品化生产。,纤维素、木质素是造纸的主要原料，也是化学工业的重要碳原。但是将其充分分解转化比较困难。目前的一些国家的研究人员都在从事用生物技术进行开发应用的研究，使传统的造纸业发生新的变化。 日本通产省组织了23家公司与另一公司合作开发了树脂酶。用这种酶处理纸浆可以提高纸浆洁白度，从而减少漂白剂用量2/3。神户制钢所将IZU-154菌株用于木质素分解，使漂白剂用量减少了70%，水污染减少50%，是又一种节能的纸浆生产新方法。 芬兰一公司应用该国技术研究中心发明的新漂白方法，在纸浆生产过程中用酶代替通常用的氯进行漂白，用这种纸浆生产的纸张同传统方法生产的纸张一样洁白。,而整个漂白过程不产生任何污染的废水大大减少了氯对水源的污染。这种新漂白技术获（1991年）芬兰环保发明一等奖。该公司今后将有1/3纸浆用此法生产。 （四）生物塑料： 石化原料生产的塑料制品用途越来越广泛。但是，难以处理的塑料垃圾，给环境带来的污染，对人们的威胁也日益严重。近年来，经过各国科学家研究，一种对环境无污染新的“生物塑料”已悄悄诞生。这种用时有形，弃之无踪的生物塑料，是用工程细菌（或植物）产生出的天然高分子物质制造的。科学家们先从天然高分子物质中分离出能控制这一分泌过程的基因，然后用基因工程技术培育出新的生物，使这些微生物或植物细胞能够大量产生这种高分子的聚合物。,现在，美国、澳大利亚、日本、荷兰、英国、奥地利等许多国家和我国台湾地区的科学家，都宣布了他们已经应用细菌或植物生产出了多种性能各异的高分子聚合物“生物塑料”。 目前，从已开发出的多种生物塑料的生产方法及其成分大致可以分为这几种：一是用微生物生产，二是用普通塑料与天然物质混合制造，三是用天然的聚合物制造，四是用人工合成的高聚物制造。 美国、英国、奥地利和日本等国已先后开发出一些能生产生物塑料的新菌种。英国的“帝国化学工业公司”已建成了一家年产羟基丁酸50吨的生物塑料中试工厂，并准备扩建成年产5000吨的工厂。该公司还研究制成能自然降解的新型生物塑料。,这种塑料是一种细小的土壤微生物，以CO2和水为原料在体内制造的，在它们的体内，塑料占80%，为了提取这种塑料，科学家把这种含有微生物的溶液加热，然后用洗涤剂溶解不需要的部分。这种塑料对人无害，在医药上可用来修复骨髓和血管。 意大利一家公司研制成一种含淀粉量10%-50%，的聚合物。这种生物塑料能溶于水，也容易被微生物降解。奥地利也正在研究用“工程菌”批量生产生物塑料。荷兰的瓦赫宁根农业大学的研究人员，最近又研制出了两种可降解的生物塑料。一种是用小麦、玉米和马铃薯中的淀粉制作的。这种生物塑料能够完全溶解于水中，它可用于包装、涂层、食物藏箱和垃圾箱的衬里、购物袋及农用薄膜等。,由于加入了可供生物降解的添加剂成分，使这种塑料在短时间内能够承受雨水，如掺入大麻纤维，可以提高其强度。这种生物塑料可以完全被生物降解，不会污染环境。他们开发的另一种生物塑料是由细菌制造的。这种细菌能把菜籽油中的油脂转变成聚脂。这种塑料适合制造瓶子和酒杯及药品包装材料。 台湾工业技术研究所开发出一种能被光降解和生物降解的廉价生物塑料。这种塑料光解大约需7个月时间，生物降解需50天。这种降解性能与国际现有产品差不多，但价格低廉，每公斤约54元台币（合2.5美元），而市场上出售的同类进口产品，每公斤价格高达110。,日本与中奈川大学的生物学家照海西藤正在将喜阳的塑料基因移入微生物，利用阳光生产廉价的塑料，东京技研所开发出一种采用细菌合成的塑料可被生物降解，埋入土壤中，6个星期后，能完全被分解，很适合作为杀虫剂或肥料的缓慢释放载体。这种塑料还具有与人体组织的相容性，可以用于医学和化妆品工业。 （五）日化产品： 日本是世界上把生物技术用于日化工业最早的国家之一。他们通常把每kg产值在1000日元以下的化学产品，划为日用化工产品之列，80年代初日本开发出了用生物技术生产洗涤剂原料脂肪酸。过去从椰子油、棕榈油中机械提取脂肪酸需在250、50 atm才可分离，能源消耗很大。1982年他们建成了用脂肪异构酶组成的生物反应装置，在常温、常压下每年可产出300T的生产工厂。,现在许多用化学合成无法生成的或成本很高的日化产品及原料，已采用生物反应器来生产。日化产品尤甚。透明质酸是存在于人的表皮和真皮之间的一种人体活性物质，具保持皮肤水分的功效，使皮肤不皱，不裂。是一种蛋白质和粘液多糖复合物。过去是从动物体中直接提取，产量有限，价格昂贵。1991年，日本一家药厂用一种高产菌株接种，已获得纯度、无味的色粉末状的透明质酸。将它用于冷霜、乳液、香水等化妆品里，对保持皮肤水份、防皱有良好的作用。,东京农工大学及资生堂基础科学研究所从耐紫外线的藻类中分离出了具很强的紫外线吸收能力的新物质，计划用于制作防日光晒的化妆品。日本钟纺化妆品公司还推出了从红色蟹虾的甲壳中提取出来的甲壳素做系列化妆品。日本熊本市的生物之森公司已查明，在黄莺粪中含有润肤作用的蛋白质分解酵素的蛋白酶，这家公司正在用这种蛋白酶与蚕豆粉来开发新的美容化妆品，用这些生物原料制成的化妆品无毒、无刺激，着色牢固均匀、舒适，兼具美容、护肤、保健多种作用，完全符合生命科学所追求的健美、防衰老的目的。,（五）农作物秸秆生产有机产品： 很早以前，人们通过发酵的方法利用生物量来生产一些所需的化学产品，后来，这些产品的生产有些可以用石油为原料，通过化学合成方法来完成，如二次大战前，美国的乙醇有27%是由谷物发酵合成，利用石油生产仅36%，而在10年后上升至60%。某些产品甚至因开发了经济的化学合成法而中止了发酵的生产方法，就世界范围而言，石油、煤炭等有限的矿产资源，随着人类社会的巨大消耗正在日益减少，石油供应枯竭的日子已经不是遥远的将来，当前已经出现了石油及其化学品价格高涨的情形，例如：美国在1971年乙烯的成本约为玉米淀粉的1/2，而到1981年即上升为2倍。我国石油的价格也比10年前上涨了近10倍。,如何找到替代石油的新化工原料，是人们正在探讨的一个大课题，生物重点目前讨论最多的原料之一。 包括农作物秸秆在内的生物量是地球上贮量最为丰富的而且是年年可以再生的有机物质。陆生植物每年约生产1500亿吨的生物量。我国农作物秸秆每年有5-6亿吨之多，其中大多遗弃于田间地头。仅石家庄一地据统计，每年产生的玉米秸秆有400万吨，一般在秋季烧于农田地间，严重污染周围环境。 1986年7月，美国国会技术局在来自生物过程的能量这篇报告指出，生物量在美国可替代石油，如果生物量在不久的将来要取代石油的话，那就需要重大的社会变化，特别是有效利用木质纤维素生产的生物技术的发展与突破。,人们发现农作物秸秆主要由纤维素、半纤维素、木质素三大成分组成；其中纤维素可水解为葡萄糖，半纤维素可水解为木糖，木质素是一种苯酚类的高聚物，可分解为苯酚、苯及燃料。利用基因操作技术改变微生物的特性，实现上述分解反应是可行的，利用发酵生产乙醇、丙酮、丁醇等一系列通用化学品，并由此出发可取代传统的石油原料。,由加拿大等国开发的高压水蒸器预处理秸秆和木屑以大幅度提高水解率的技术已进入工业化实用化阶段，美国的木质素利用技术的研究也已取得了重大发展。国内，由南京化工学院与江苏东台市合作开发的水蒸汽连续蒸爆技术已进入中试阶段。 我国如果利用生物技术将农作物秸秆加工合成化工原料，目前的能力每年可生产无水乙醇7256万吨，糠醛4136万吨，苯1792万吨，苯酚2560万吨，燃料油气5000万吨。,七、石油采矿 由于长期开采，不少化石能源的矿井用常规技术已难以开采生产，有的只能废弃，多少年来，科研人员一直在探索利用生物技术，使枯竭和难于开采的油井恢复出油，地下油层中60%左右为粘滞性强的油，常规开采工艺对其束手无策，过去常将这种井宣布报废。石油工业开采地下原油，在原石油气压下，一次采油只能采出存油的1020%，二次采油加水或蒸气加压，只采出30%，一般剩60%左右的原油开采不出来，现在采用生物技术新工艺，实现微生物三次采油，已可以比较彻底地将地下这部分宝贵的资源开采出来了。 前苏联在采煤工业中，培育了一种能噬“甲烷”的细菌，大量输入到煤矿井中，使CH4量降低，防止瓦斯爆炸，这项技术已在顿涅茨煤田中试用，取得了成效。,美在得州的一口40年井龄的油井中，加入糖蜜和微生物混合物，然后封闭，经细菌发酵，井内压增加，出油量提高了4倍，澳大利亚联邦科学和工业研究组织的地学勘探部与堪培拉 大学合作，经10年实验室研究，开发出利用细菌溶液使油井产油量增加了50%多，并使增产率保持了一年。 现在利用生物技术三次采油，主是要用遗传工程方法，组建工程菌，连同细菌所需的营养剂一起注入到油层中，在地下繁殖，同石油作用，产生CO2、CH4等气体，增加了井压，加之微生物分泌高聚物，糖酯等表面活性剂，降低表面张力，使原油从岩石沙土上松开，粘度减低，使油井产量明显提高。1981年美利用生物技术多产了2000万桶原油，价6亿美元。,2、生物计算机 60年代初，信息生物处理系统几台计算机模型就研制出来了，随生物技术基因工程、蛋白质工程和微电子技术、自动化技术以及聚合物化学、人造膜工艺等多学科的平行发展，为生物计算机的研制奠定了可靠的基础。80年代初美首先开始，成立了多个跨学科的生物计算机研制小组，日本在未来电子仪器科研协会和通产省的支持下，也开始类似研究，美国的不列颠科学技术研究会，大不列颠商业、工业部以及许多电子公司，1987年拨款3000万英磅用以研制生物计算机。,生物计算机二个方向： 传统的数字式计算机技术轨道 用含碳的有机分子取代硅半导体器件：器件开关和逻辑操作在分子水平上进行。 优点：体积缩小数百乃至数千倍，性能优化，存贮量大，运速更快。 估计：分子超大规模集成电路元件的密集度，将是现代半导体集成的10万倍，体积大大缩小。分子逻辑元件可确保其开关速度，比目前硅逻辑元件开关的速度快1000倍。,美国科学家发现盐湖沼泽中的一种嗜盐细菌体内含有一种感光蛋白BR ，其化学结构能发生同素异构的变化，并释放少量电荷，因此这种蛋白可作光触发的开关作用，可记录数字化信息，用激光照BR，它可表示二进制的“0”，再照射一次是“1”，纽约的叙拉古大学的研究人员80年代已制成了一种可供用激光驱动使用的BR的二维存储器，专家认为5cm3的容器能贮180亿个信息单元，如用遗传工程对BR蛋白分子进行改造，同样的5cm3容量可储存5000亿个信息单元，而且BR在室温下能保持稳定性。,模拟活生物体系统的computer： 根据蛋白质酶特性：一种酶只能识别和作用于一种底物，利用分子的专一本领研制的计算机运算过程就是蛋白质分子与周围的物理化学介质的相互作用过程。其转换开关由酶来充当，程序则在酶合成系统本身和蛋白质的结构中表现出来，这种生物机研制的目标是用于能够辩认光学图象、触知和识别固体表面形状、感知化学物质梯度及配置的“智能”传感器。日本正着手于这种生物机的研制。,第五节 生物技术与军事工业 （生物武器、生物战剂） 生物武器是一种无硝烟的软杀伤武器，就是用人工方法大量繁殖对人和动植物有害的微生物，并用适当的方法将这些微生物散布到敌对一方阵地或后方，人为的造成瘟疫，使人员伤亡或经济被垮，而丧失抵抗力。 一、生物武器的历史： 生物武器和其它一切武器一样，是随科技发展而发展的，早在14世纪，鞑靼人围攻逃进克里米亚半岛卡发城的热那亚人和1763年英国人征服北美的印第安人以及意大利征服非洲的埃塞俄比亚人，均采用了原始的传染病方式，取得了不战而胜的奇效。,1346年，鞑靼人围攻热那亚人固守的卡发城用了3年时间也没攻下，后来把死于鼠疫的人尸体投入城中，使全城鼠疫蔓延，卡发城被攻下，然而，可怕的鼠疫在欧洲流行于8年之久，给欧的居民带来了严重的灾难。 1763年6月，英国殖民主义为了征服北美加拿大的土著民族印第安人，使用武力强占难以得手。于是英军驻北美总司令阿姆斯特丹变换了战术给印第安人的两个首领送去了“厚礼”生活用的毯子和手帕。不久在印第安人中流行起来一种病，患者发高烧，皮肤上长出一个个小脓疱，有的人因此而死去，活下来的也成了麻脸。严重的瘟疫使印第安人失去了抵抗力，英国人没动刀枪就达到了不战而胜的目的，这就是英国人侵者将天花病人用过的，携有天花病毒的毯子和手帕作为不流血的武器使印第人部落传染上天花病毒的效果。,但真正人为的系统研制和合作生物武器还是在医学微生物发展起来之后，据有关资料，最早先在第一次世界大战期间，德国在法和罗等地使用细菌武器，二战中，日本人在中国曾大量使用生物武器，美国侵越、侵朝战争中也用。 “731部队”的秘密 1992年4月13日日本读卖新闻报道了题为日本发现有关“731部队”进行人体实验的新资料消息披露，日本“陆军关东军防疫供水部”（731部队）是在1933年前后组建的，当时公开的使命是给前线供水和防止疾病，后来开始为细菌战做准备工作。在第二次世界大战中在中国大陆利用俘虏进行细菌武器实验并且生产细菌弹。,1943年日本在中国大陆利用外，对人体进行了解剖，然后比较研究了哪一种细菌感染渠道作为武器有效，据资料：731部队在我国黑龙江省哈尔滨市附近一个叫“平房”的地方建立了一座细菌工厂，在哈尔滨市的北西方向的安达县设立了一个野外试验场，在海拉尔、孙吴、海林、林口等四个地方设立了四个支队，每个支队3000人。1934年，在长春以南10公里的孟家屯组建的名为“天东军畎疫预防部”实际上为细菌战研究所的100部队。类似的还有“波字8604部队”（广州、南京）、荣字1644部队等。,以石井四郎中将军医为首的魔鬼731部队编制3000人每月生产鼠疫菌300kg，炭疽菌500-600公斤，霍乱菌100kg，培养携带病菌的老鼠和跳蚤，每月生产跳蚤200kg，1公斤约300万个，二种细菌弹，一是钢壳榴霰弹，一种是瓷壳气雾弹。 二、特殊的军备竞赛 第一次世界大战中，上百万人伤亡于化学武器，促使40个国家于1925年签署了日内瓦公约，禁止首先使用化学和生物武器。然而，该“公约”未禁止研究发展和储存生化武器。到1936年，便出现了比第、一代氯气毒性1001000倍的第二代N毒气，美国是没有签署日内瓦公约的国家之一。,二战后，美苏竞相发展生化武器和核武器侵越，催泪弹、脱叶剂来战略。1972年尼克松政府在生物和毒素武器条约上签字，但实际上用于这方面的研制从未停过。 苏联在1979年10月26日在乌拉尔山以东的斯维尔德洛夫斯克的南辽一座生产炭疽杆菌的工厂发生菌外流，导致数千人被肺炎疽菌感染，数百人丧命，事后，世界各国纷纷报道，引起震惊。,三、发展中的生物武器 （一）新型生物武器的研制集中以下三方面： 1、对已有的生物战剂的提高和改进 2、开发利用新发现的病原体或毒素 3、生产基因武器 （二）