生物技术总论

生物技术总论1第1页，共54页，2023年，2月20日，星期一生物技术不少科学家预言：21世纪是生命科学的世纪。生物技术在生命科学领域中居核心地位；比尔•盖茨曾预言,超过他的下一个全球首富必定出自生物基因领域。因为要满足人类对粮食、健康和环保的需求,生物技术的发展是必不可少的而且是不可替代的。2第2页，共54页，2023年，2月20日，星期一生物技术：支柱产业生物经济将在21世纪超过网络经济，在世界经济增长中占据主导地位，其中生物技术产业将成为全球经济的支柱产业之一。作为农业大国和人口大国，农业生物技术对于中国来讲，举足轻重。

3第3页，共54页，2023年，2月20日，星期一生物技术涉及学科分子生物学，细胞生物学，生物物理学，免疫生物学，人体生理学，植物生理学，动物生理学，微生物生理学，遗传学；微生物学，生物化学，化学，化学工程学，数学，微电子学技术，计算机科学信息学；使用大量高精尖仪器；4第4页，共54页，2023年，2月20日，星期一生物技术树5第5页，共54页，2023年，2月20日，星期一生物技术基本特征高投入高科技高竞争高风险高效益高势能6第6页，共54页，2023年，2月20日，星期一生物技术主要相关行业农业：植物动物医学：疾病诊断与治疗制药业工业：食品发酵工业能源可再生能源环境保护7第7页，共54页，2023年，2月20日，星期一生物技术掀起又一次农业“绿色革命”

转基因技术、组织培育技术、动物胚胎移植与克隆技术大大促进了农作物与畜禽品质的改良，推动种植业和养殖业的巨大变革。生物肥料、生物农药的应用，将大幅度地减少化学肥料、化学农药对农田和环境的污染。

8第8页，共54页，2023年，2月20日，星期一生物技术推动医学史上新的革命以基因工程、细胞工程、组织工程和生物芯片等一系列新型技术为代表的现代生物技术在医学上的广泛应用，不仅促进了对传统医药产业的改造，而且使医疗技术发生质的飞跃，使人类更健康、更长寿；由于人类基因组计划的完成，使许多基因病症的预防、缓解和治愈的可能性大大提高。

9第9页，共54页，2023年，2月20日，星期一生物技术缓解能源紧张局面全球生物质能量的储量为18000万亿吨，相当于640亿吨石油。经生物技术改造，将会使作物秸秆等废弃的有机物成为可用的新能源，缓解化石能源不足的危机，为石油短缺国家解决能源危机问题找到一个较为经济可行的途径；“绿金”代替“黑金”，开发生物乙醇、生物柴油、生物发电、生物氢等生物质能，已经成为许多国家的能源战略。我国生物质的能源产出量至少相当于7个大庆。

10第10页，共54页，2023年，2月20日，星期一生物技术推进“绿色制造业”发展工业生物技术将使化工、造纸、纺织、食品、发酵等传统工业领域的生产工艺与手段发生根本改变，减少污染物排放，降低生产成本，加速传统产业升级。

11第11页，共54页，2023年，2月20日，星期一生物技术有望解决生态环境恶化问题植物耐旱、耐盐基因的发现与应用，将有可能彻底改变10亿亩干旱地区的生态环境，使5亿亩不毛之地、盐碱地变为良田；将极端微生物用于处理废气、废水、废渣，推广可降解生物塑料产品的产业化，将会解决工业排放、白色垃圾等环保难题。

12第12页，共54页，2023年，2月20日，星期一生物技术迅猛发展30多年来生物技术产业已经创造了200多种新药，还有400多种新药处于临床试验阶段；数千种新化合物正处于临床前研究和评估之中。生物技术公司所开发的许多新颖的诊断试剂和方法使许多疾病诊断更准确、更早期，常规手术输血更安全；由于生物技术的应用，提升了农作物和食品的质量和产量；高效生物杀虫剂减少了化学杀虫剂的使用，生物工艺及生物清污技术在减低能耗、减少污染和改善生态中正发挥巨大作用；生物信息、基因组/蛋白组学及DNA指纹技术的进步和应用，在犯罪刑事调查、亲子鉴定、公共安全及个性化治疗疾病等方面也发挥出越来越大的积极作用。

13第13页，共54页，2023年，2月20日，星期一21世纪第一支柱产业生物技术已是世界各国谋求战略性技术储备和发展的制高点。生物技术的发展彻底改变了世界科技、经济和军事的格局；生物技术与计算机信息、组合化学合成、纳米技术等高技术迅速融合，产业发展空间日益广阔，成为无可争议的“21世纪第一支柱产业”。14第14页，共54页，2023年，2月20日，星期一全球生物技术及产业发展呈四大趋势（1）

生物技术已经成为许多国家研究开发的重点。英国、法国、德国、澳大利亚、韩国等国政府近年来研究开发投入最多的领域是生物技术。美国基础研究经费的40％，欧盟第六研究框架计划的46％用于生物技术及其相关领域；生物技术产业已经成为国际科技竞争乃至经济竞争的重点，不少跨国公司和国际金融机构纷纷投资生物技术产业，大量的风险资金已经投向生物技术研究及开发。据初步测算，全球上市生物技术公司的市值达9000多亿美元；

15第15页，共54页，2023年，2月20日，星期一全球生物技术及产业发展呈四大趋势（2）生物经济正在成为网络经济之后的又一个新经济增长点。生物技术产业的销售额每5年增加2倍，增长率高达25％~30％，是世界经济增长率的10倍左右。2010年全球转基因农作物种植面积达到1.48亿公顷；生物经济已经成为发达国家和发展中国家争相培育的新的经济增长点、制高点和战略重点。

生物安全已经成为国家安全的关键点。2002－2003年SARS肆虐之后，越来越多的人认识到，生物战剂对经济发展、社会稳定的破坏力，将超过核武器。未来国家安全，必须具有防御生物战剂的能力。16第16页，共54页，2023年，2月20日，星期一美国生物技术（1）美国把生物技术作为基础性、战略性产业加以支持，是现代生物技术产业的发祥地和领导者；在美国，生物技术已经成为新的经济增长点，是美国经济中充满活力的领域，年增长速度25%-30%，为美国经济增长平均数的8-10倍；2002-2003财年间有43亿美元用于新建与生物技术有关的设施上；17第17页，共54页，2023年，2月20日，星期一美国生物技术（2）无论是在研究水平和投资强度、还是在产业规模和市场份额上,美国生物技术均领先于世界。美国拥有世界上约一半的生物技术公司和一半的生物技术专利;美国生物技术产品的销售额占全球生物技术产品市场的90%以上；由于生物技术带来巨大的经济效益，美国各州都努力改善和增强大学和医学研究设施，创造有利条件支持和吸引生物技术企业。加州的研究投入最高，用30亿美元投资建立再生医学研究所。

18第18页，共54页，2023年，2月20日，星期一美国生物技术（3）2005年底，美国共有1415家生物技术公司，其中360家是上市公司。全部上市公司2005年底的总市值超过4100亿美元。2005年，生物技术产业的研发经费为198亿美元，排在前5位的生物技术公司人均研发投入为13万美元；1992年美国的生物技术产业总收入80亿美元，2005年已达到507亿美元。2006年有19个生物技术产品的年销售额超过5亿美元。

生物制药19第19页，共54页，2023年，2月20日，星期一美国生物技术（4）据美国农业部国家农业统计服务中心统计：2006年美国共种植了6668万英亩转基因大豆，占美国大豆种植总面积的89%；2006年美国共种植了1268万英亩转基因棉花，占美国棉花种植面积的83%；2006年美国共种植了4840万英亩转基因玉米，占美国玉米种植面积的61%；2010年美国种植转基因作物6680万公顷，占世界转基因作物种植面积45%。转基因作物20第20页，共54页，2023年，2月20日，星期一美国生物技术（5）转基因新品种为何被美国农民迅速接受？因为农民的经济收入得到提高：不是产量提高就是投入成本降低，或者两者兼而有之。2002年，美国玉米、大豆、棉花和油菜的收成达约400亿美元，其中一半源于转基因作物。转基因玉米每英亩的产量比传统品种产量增值60美元。抗除草剂大豆的亩产收益增加将近15美元。以往美国农作物每英亩平均用农药22美元，现在转基因作物仅用10-12美元，效益的对比使转基因作物更具竞争力。

20多年来的转基因作物技术成果已进入半商业化、商业化推广时期，由此拉开了世界农业生产大变革的帷幕。生物技术成农民的“最爱”

21第21页，共54页，2023年，2月20日，星期一美国生物技术（6）美国形成以波士顿、旧金山湾、华盛顿、圣迭戈和北卡研究三角园等为主的5大生物产业基地;美国5大生物技术产业基地不仅已成为地方经济的支柱,更是美国生物技术产业规模化的基础,还带动了全美其他地区的生物技术产业的发展。

22第22页，共54页，2023年，2月20日，星期一日本重视生物技术（1）日本政府认为21世纪是生命科学的世纪，制定了《生物技术战略大纲》，提出实现跨跃式发展的三大战略：大力充实研究、开发，从根本上加速产业化进程，加深国民对科技的理解；实施生物技术战略的总体目标是实现健康和长寿（2010年癌症治愈率提高20%），提高食品的安全性和功能性（粮食自给率从2001年的40%提高到2010年的45%）；实现可持续的舒适社会（到2010年生物能源的利用量相当于替代原油约110亿升/年）。

23第23页，共54页，2023年，2月20日，星期一日本重视生物技术（2）日本2008年度生物技术领域国家预算比2007年比增16%，达到3025亿日元；日本医疗药品售量占世界医疗药品市场的11%；日本生物技术市场中，销售最兴盛的是生物燃料，其次是抗体。24第24页，共54页，2023年，2月20日，星期一日本重视生物技术（3）2007年1月日本建设世界上第一座借助转基因大肠杆菌用废木材为原料生产乙醇的工厂——日本生物乙醇关西制作所。该所总投资32亿日元，约人民币2.4亿元，工厂占地面积1.5万m2，年产乙醇48000t；生产流程：水解废木材→分解成糖液→糖液发酵→化学促进剂→有效成分（C2H5OH）→浓缩、蒸馏脱水——生物燃料；石油中加入3%乙醇混合而用，称为E3石油，日本市场上已开始大量使用。25第25页，共54页，2023年，2月20日，星期一日本重视生物技术（4）治疗用抗体市场2007年度销售额达到950亿日元；用于肝癌的肝癌单克隆抗体；用于乙肝的乙肝单克隆抗体；放射性同位素钇90标记的用于B细胞淋巴瘤的抗CD20抗体“捷吾阿林”；用于治疗大肠癌的“阿巴斯金”；抗肿瘤坏死因子α单色抗体雷米健。26第26页，共54页，2023年，2月20日，星期一日本重视生物技术（5）日本政府文教科学部2008年度投入22亿日元援助干细胞项目；日本的干细胞研究成果世界领先。京都大学再生医学研究所的山中伸尔2006年8月在“Cell”杂志上首次发表由鼠体细胞制备“诱导多功能细胞”（ips）的论文。2007年11月又发表了由人体皮肤细胞制备得到ips细胞。27第27页，共54页，2023年，2月20日，星期一巴西生物技术（1）20世纪70年代，巴西国家研究会发起了两个生物技术计划：基因组学综合研究计划和热带疾病研究计划。1981年，政府设立了国家生物技术计划，以此来整合农业、能源和医药生物技术方面的研究所和经费；2007年11月，巴西总统卢拉宣布对为期４年的“为科学、技术和创新的行动计划”项目投资230亿美元。该计划支持战略性领域的研究和创新，特别是在生物技术、生物燃料和生物多样性方面。

28第28页，共54页，2023年，2月20日，星期一巴西生物技术（2）巴西的生物技术市场产值以每年超过30%的速率成长，2004年生物技术产业创造了约65亿美元的产值，主要归功于医学、农业生技和工业生技等应用领域的贡献；2007年2月，巴西政府宣布，在下一个10年，将投资35亿欧元资助生物技术领域的研究；巴西政府年均投资1.2亿美元，资助本国企业生产各种所需疫苗，争取实现疫苗自给的目标。

29第29页，共54页，2023年，2月20日，星期一巴西生物技术（3）巴西医药市场位居全球第11位，2010年达到146亿美元，在所有拉美国家排名第二；目前巴西是全球唯一向艾滋病患者提供全部公费医疗（包括：药物、检查、住院、跟踪治疗等）的国家。糖尿病、血友病治疗也全免费；巴西已成功开发出重组人胰岛素产品，并随后在巴西、美国、加拿大和欧洲取得专利；巴西在热带病研究方面成绩显著，在单克隆抗体、诊断试剂、血液制品、乙肝疫苗、干扰素等生物高技术产品的开发上也有成功经验。年产疫苗2~3亿剂，各种试剂盒约1000万份。巴西生物医药研究成效显著30第30页，共54页，2023年，2月20日，星期一巴西生物技术（4）2007年，巴西保持了世界第三大转基因作物种植国的地位，总种植面积约为1500万公顷，主要是转基因抗除草剂大豆，是仅次于美国的大豆生产国，世界上第三大玉米生产国，世界上第六大棉花生产国，第十大水稻生产国（370万公顷），亚洲之外唯一一个的稻米主要生产国；抗虫转基因棉花、抗病毒转基因芸豆的研究效果明显；巴西转基因作物研究进展迅速31第31页，共54页，2023年，2月20日，星期一巴西生物技术（5）巴西是世界上最大的甘蔗生产国（620万公顷），其中大约一半的甘蔗用于生物燃料乙醇的生产。2007年，巴西成为继美国之后世界上第二大乙醇生产国，是世界上矿物燃料和生物燃料都能自给自足的少数国家之一；巴西能源乙醇技术在世界居于领先地位。2005年，巴西生产的乙醇超过了150亿升，2006年达175亿升；巴西目前15%的轻型汽车完全使用乙醇燃料，其它85%的轻型汽车均在汽油中强制掺加了25%的乙醇。轻型汽车使用乙醇作为可替代能源已占燃料消耗的40%，每年用于燃料的乙醇约为110亿升。

巴西生物能源的研究取得突破性进展32第32页，共54页，2023年，2月20日，星期一芬兰生物技术2005年芬兰再次荣获全球经济竞争力第一的桂冠；芬兰赫尔辛基大学等机构在哮喘病病因方面进行了10余年的研究，发现了两个哮喘致病基因，以及发现了一种新的可阻止前列腺癌细胞扩散的基因——EPHB2；芬兰最大的生物气体处理中心可将多年填埋的垃圾气化，成为垃圾生物气田，每小时可产生7000立方米的生物可燃气体，作为能源用于发电或者供热，有利于环境保护和城市的可持续发展；芬兰一家生物材料公司研制的生物活性玻璃已经通过CE认证，拿到了进入欧洲市场的通行证。医用生物活性玻璃是一种新型生物医学材料，主要用于人体硬组织的修复、填充及置换。33第33页，共54页，2023年，2月20日，星期一中国是世界上最早利用生物技术的国家在1万年前的江西省万年县仙人洞遗址和湖南省道县玉蟾岩遗址等处发现栽培稻的硅酸体，说明我们的祖先当时已经学会了栽培水稻；杭州附近距今1万年左右的新石器时代早期遗址上山，考古学家也出土了种植水稻的遗迹；

公元前200多年的周代，中国人掌握豆腐制作工艺并一直沿用至今；公元10世纪，我国发明了预防天花的活疫苗。

34第34页，共54页，2023年，2月20日，星期一传统生物技术无处不在传统生物技术包括：酿造、发酵与杂交、诱变培育新品种等两方面。传统的生物技术到目前不仅没有消失，反而无处不在地影响我们的生活。35第35页，共54页，2023年，2月20日，星期一现代生物技术以重组DNA技术建立为标志；以生物化学或分子生物方法来改变細胞或分子的遗传物质以达到预订的目的；这是一般人所认识的生物技术；现代生物技术产业是解决人类面临的健康、食物、能源、环境等重大问题的重要途径，已成为21世纪国民经济的支柱产业之一，也是国际竞争实力的重要标志；

我国生物技术是所有高技术中与国际先进水平差距较小、最有希望实现跨越发展的领域之一。

36第36页，共54页，2023年，2月20日，星期一中国生物技术总体目标科技部高新司介绍，中国生物经济的总体目标，是在未来20年成为生物技术的强国，生物产业大国，使生物产业成为国民经济支柱产业之一。不仅大幅度加速国家经济的发展，而且要大幅度提高人民健康水平，大幅度改善生态环境，大幅度增强国家安全保障能力；中国生物技术总体目标：由积极跟踪为主转变为自主创新为主，使我国拥有一批具有自主知识产权的专利与标准；由单一技术突破为主转变为多项先进技术的集成与结合，全面提高中国生物技术产业的整体素质与水平；由立足国内市场转变为面向国际市场，充分发挥中国优势，加速生物产业标准化、市场化、国际化；由国家投入为主导逐步转变为国家引导、全社会投入为主，促进企业尽快成为生物技术创新的主体。

37第37页，共54页，2023年，2月20日，星期一我国发展生物经济具有一定优势（1）

生物资源得天独厚：

我国拥有26万种生物，已经收集农作物种质资源32万份；1万种珍贵的天然中药材；十分丰富的人类遗传资源，已收集3000多个家系样本。

人才队伍初具规模：

我国在杂交稻、抗虫棉、克隆牛、人类基因组计划、人类基因组单核苷酸突变计划、肝脏蛋白质组计划、基因工程乙肝疫苗、水稻基因组研究与应用等方面走在世界前列；我国有200多个生物技术研发机构，有3万多名专门研究人员；。

38第38页，共54页，2023年，2月20日，星期一我国发展生物经济具有一定优势（2）产业基础已经形成：

中国是世界上疫苗生产量、使用量最大的国家；世界上第一个基因治疗药物P53注射液诞生在中国。近年来现代生物技术产业迅速崛起。2003年全国生物技术企业达到7300多家，其中以现代生物技术为核心的企业2800多家。我国现代生物技术产业的年产值达到600亿元，传统生物技术产业的年产值达到3000多亿元。

市场潜力巨大：

我国有13.4亿人口，约1.3亿人服用药品，18亿亩耕地需要更新农作物品种。这是世界上最大的生物技术产品消费市场之一。39第39页，共54页，2023年，2月20日，星期一未来15年我国生物技术重点研究领域（1）靶标发现技术：重点研究生理和病理过程中关键基因功能及其调控网络的规模化识别，突破疾病相关基因的功能识别、表达调控及靶标筛查和确证技术，发展“从基因到药物”的新药创制技术；动植物品种与药物分子设计技术：

重点研究蛋白质与细胞动态信息分析、整合、模拟技术，动植物品种与药物虚拟设计技术，动植物品种生长与药物代谢模拟技术，计算机辅助组合化合物设计、合成和筛选等技术。

40第40页，共54页，2023年，2月20日，星期一未来15年我国生物技术重点研究领域（2）基因操作和蛋白质工程技术：

重点研究基因的高效表达及其调控技术、染色体结构与定位整合技术、编码蛋白基因的人工设计与改造技术、蛋白质肽链的修饰及改构技术、蛋白质结构解析技术、蛋白质规模化分离纯化技术；

基于干细胞的人体组织工程技术：

重点研究治疗性克隆技术，干细胞体外建系和定向诱导技术，人体结构组织体外构建与规模化生产技术，人多细胞复杂结构组织构建与缺损修复技术和生物制造技术；

新一代工业生物技术：

重点研究功能菌株大规模筛选技术，生物催化剂定向改造技术，规模化工业生产的生物催化技术系统，清洁转化介质创制技术及工业化成套转化技术。

41第41页，共54页，2023年，2月20日，星期一中国“三步走”迈向生物技术强国第一步：技术积累阶段（2004～2010年）生物技术研究开发整体水平居发展中国家首位，农业生物技术等领域率先达到世界先进水平，论文总数达到世界前6位，专利总数进入前7位；生物产业园区初步形成，生物产业快速增长，农业生物产业进入世界前4位，医药生物产业进人世界前10位；

取得30个新药证书，200个生物药进入临床，克隆3000个新基因，取得3000项专利，生物产业总产值达到3500亿元左右(含食品、酒类等部分传统产品)，其中新兴生物技术产业(生物医药、转基因植物等)产值达800亿元；42第42页，共54页，2023年，2月20日，星期一第二步：产业崛起阶段

（2011～2015年）生物产业的整体布局基本形成，生物技术研究开发整体水平进入世界先进行列，重点领域技术达到世界先进水平；农业生物产业产值进入世界前3位，相关论文和专利总数均达到世界前3~4位，医药生物产业产值进入世界前8位。生物产业总产值力争达到1.5万亿元左右，其中新兴生物技术产业产值达3千亿元；

43第43页，共54页，2023年，2月20日，星期一第三步：持续发展阶段（2016年以后）中国生物技术研发与产业化整体水平达到世界先进国家水平，成为世界生命科学和生物技术顶尖人才聚集中心和主要创新中心之一

。论文总数和专利总数分别进入世界前2位。生物产业总产值达到3万亿元左右，约占我国当时GDP的7％～8％，成为国民经济的支柱产业之一，其中新兴生物技术产业产值达1万亿元；以国家高新技术(经济技术)开发区、生物科技园区为主体，形成若干各具特色、产业规模达到千亿元以上并具有国际竞争能力的生物产业基地；围绕“一轴(长江三角洲)、两翼(珠江三角洲和环渤海)、多中心(东北和西部)”的经济布局，形成相应生物产业格局，成为世界生物产业强国。

44第44页，共54页，2023年，2月20日，星期一我国生物技术原始创新取得大批成果（1）

中国生物技术整体水平居发展中国家领先地位，关键领域接近发达国家水平，包括功能基因组、蛋白组、肝细胞与组织工程、转基因植物、基因治疗等；中国已经克隆人类重要功能与疾病相关基因1500个；农作物重要农艺性状相关基因1200个；重要病原和工业微生物新基因251个；功能明确并具开发前景的基因192个；用于新产品开发的功能基因42个；45第45页，共54页，2023年，2月20日，星期一我国生物技术原始创新取得大批成果（2）中国已经研制成功200多种生物芯片产品，部分已经出口欧盟、美国；中国参与了“人类基因组计划”（1%）、“国际人类单核苷酸多态性作图计划”（10％）。现在正牵头实施世界人类肝脏蛋白质组学计划；

中国干细胞研究接近世界先进水平。干细胞治疗产品进入临床试验；中国生物技术广泛应用于农业、医药、工业等领域，正在孕育一批新型产业群，形成一批研究开发基地和产业化基地。46第46页，共54页，2