现代生物技术应用

现代生物技术应用21世纪是生物技术的世纪未来学家说：21世纪是生物技术的世纪；科学家预言：21世纪世界即将在生物技术上取得重大突破，新世纪之初，科学方面的主要将在生物学、遗传学和医学、新型生物材料、能源、环境保护上有所突破；经济学家那么认为：21世纪20年代，生物经济将由目前的形成阶段进入成长阶段，即工业生产与商业开发阶段。医药卫生〔医药生物技术〕

生命科学农林牧渔〔农业生物技术〕环境保护〔环境生物技术〕生命科学直观影响的相关领域生物科学成为当今世界自然科学的热点和重点二十世纪后叶，分子生物学领域一系列突破性成就，使生命科学在自然科学中的地位发生了革命性的变化；近50年生命科学的开展超过了此前500年的总和建立在实验室研究根底上的生物技术的开展为人类带来了巨大的利益和财富。生物技术将是未来经济开展的新动力 第一次技术革命 工业革命 解放人的双手 第二次技术革命 信息技术 扩展人的大脑 第三次技术革命 生物技术 改造生命本身“生命产业是一个朝阳、永恒的产业〞什么是生物技术？生物技术=生物工程应用自然科学及工程学原理，以微生物体、动物体、植物体或其组成局部作为生物反响器将物料进行加工，以提供产品来为社会效劳的技术。现代生物工程：发酵工程酶工程细胞工程基因工程生物技术在医药卫生领域的应用基因工程药品的生产许多药品的生产是从生物组织中提取的。受材料来源限制产量有限，其价格往往十分昂贵。微生物生长迅速，容易控制，适于大规模工业化生产。假设将生物合成相应药物成分的基因导入微生物细胞内，让它们产生相应的药物，不但能解决产量问题，还能大大降低生产本钱。根本方法是：将目的基因用DNA重组的方法连接在载体上，然后将载体导入靶细胞，使目的基因在靶细胞中得到表达，最后将表达的目的蛋白质提纯并做成制剂，即为蛋白类药或疫苗。基因工程制药基因工程胰岛素胰岛素是治疗糖尿病的特效药，长期以来依靠从猪、牛等动物的胰腺中提取，100Kg胰腺只能提取4-5g的胰岛素，其产量之低和价格之高可想而知。胰岛素分子结构将合成的胰岛素基因导入大肠杆菌，每2000L培养液就能产生100g胰岛素！大规模工业化生产不但解决了这种比黄金还贵的药品产量问题，还使其价格降低了30%-50%!胰岛素生产车间基因工程干扰素干扰素是治疗病毒感染的辅助药物。过去从人血中提取，300L血才提取1mg！其“珍贵〞程度自不用多说。干扰素生产车间干扰素分子结构基因工程人干扰素α-2b〔安达芬〕是我国第一个全国产化基因工程人干扰素α-2b，具有抗病毒，抑制肿瘤细胞增生，调节人体免疫功能的作用，广泛用于病毒性疾病治疗和多种肿瘤的治疗，是当前国际公认的病毒性疾病治疗的首选药物和肿瘤生物治疗的主要药物。生长激素1985年，美国的FDA批准了第一代重组人生长激素上市。第一代重组人生长激素在大肠杆菌中表达，蛋白质的N端比天然的人生长激素多了一个甲硫氨酸。目前生产和使用的是第二代生物工程生长激素。第二代生物工程生长激素是以分泌蛋白的形式表达的，信号肽在分泌的过程中被自动切除而产生与天然蛋白完全一致的序列。生长激素：是由动物脑垂体前叶分泌的一种能促进生长的蛋白类激素。其它基因工程药物人造血液、白细胞介素、乙肝疫苗等通过基因工程实现工业化生产，均为解除人类的病苦，提高人类的健康水平发挥了重大的作用。人造血液及其生产基因诊断运用基因工程技术，设计制造“DNA探针〞检测肝炎病毒等病毒性流行病及某些严重遗传疾病，不但准确而且迅速。我国研究人员正在制备用于基因治疗的基因工程细胞基因治疗许多遗传性疾病是因为病人的DNA发生了改变，通过基因工程技术，给患有遗传病的人体内导入正常基因可“一次性〞解除病人的疾苦。SCID的基因工程治疗重症联合免疫缺陷〔SCID〕患者缺乏正常的人体免疫功能，只要稍被细菌或者病毒感染，就会发病死亡。这个病的机理是细胞的一个常染色体上编码腺苷酸脱氨酶〔简称ADA〕的基因〔ada〕发生了突变。可以通过基因工程的方法治疗。SCID患者生存在无菌环境中生物反响器将外源基因在动、植物体内表达并生产出我们所需的营养〔蛋白〕或工业用原材料的动植物基因改进〔操作〕的个体称为生物反响器。技术原理与操作主要是依据转基因技术动物生物反响器：是指利用动物作为载体〔平台〕的反响器体系。动物生物反响器乳腺生物反响器:使外源基因在哺乳动物的乳腺组织〔上皮细胞〕中进行特异表达我们需要的蛋白产物；血液生物反响器细胞生物反响器已生产的药物：α2抗胰蛋白酶、抗凝血因子Ⅸ、TPA、蛋白质C、凝血因子Ⅷ、白细胞介素22等从转基因羊的羊奶中提取出治疗心脏病的药物tPA〔组织型纤溶酶原激活物〕目前已制作成功并产生重大社会、经济效益〔应〕的乳腺生物反响器〔动物〕有:转基因牛(荷兰Phraming公司-人乳铁蛋白、EPO)转基因羊〔山羊、绵羊〕(英PPL公司-抗胰蛋白酶;美GTC-人凝血酶原III)等转基因牛乳汁中含有人生长激素的转基因牛(阿根廷)长期以来，人类一直在研究和寻找能治愈各种疾病、抗衰老甚至长生不老的方法。随着现代科学技术的开展，尤其是干细胞的研究，人类的这些梦想正在逐步变成现实。1998年，美国《科学》杂志将干细胞的研究成果列在十大科学进展的首位。干细胞工程干细胞〔Stemcell〕即起源细胞。在细胞的分化过程中，细胞往往由于高度化分而完全失去了再分裂的能力，最终衰老死亡。机体在开展适应过程中为了弥补这一缺乏，保存了一局部未分化的原始细胞。因此，干细胞是一类具有自我更新和分化潜能的细胞。干细胞的分类全能干细胞多能干细胞单能干细胞按分化潜能按发育状态胚胎干细胞成体干细胞干细胞的用途治疗遗传性疾病和恶性肿瘤。以干细胞为种子培育成某些组织和器官，用于移植医学。抗衰老，延年益寿。干细胞工程

核移植去核胚胎干细胞组装胚胎干细胞组织干细胞各种组织器官体外诱导培养医药生技动物模型資料來源：麻省理工學院Dr.JayVacanti动物细胞培养干细胞治疗的进展科学家们认识到干细胞可能成为一种“拯救生命〞的有效的疾病治疗手段。例如：小剂量纯化的造血干细胞足可使患者骨髓再生，可以防止肿瘤病人进行自体骨髓移植时所致的瘤细胞〔尤其是白血病细胞〕污染。例如：成熟的神经系统中存在的干细胞，在某些因素诱导作用下，可增殖和定向分化，给神经退行性疾病〔如帕金森氏病〕、骨髓损伤患者带来新的希望。生物技术在农牧业、食品工业的应用转基因动物转基因动物：是指人类按照自己的意愿有目的、有方案、有根据、有预见地将外源基因导入动物细胞内，通过与染色体基因组进行稳定的整合，将生物性状传递给后代动物。转基因动物的应用利用转基因动物改进动物品种转基因动物作为生物反响器转基因动物筛选药物中国科学院水生生物研究所朱作言首次用人的生长激素基因(hGH)构建了转基因鱼，制作的主要目的是提高生长速度、增加抗逆性以及为发育生物学和插入突变提供研究的材料。自1984年以来先后进行了泥鳅、鲤鱼、鲫鱼等的转基因研究。受到转基因巨型小鼠获得成功的鼓舞,科学家又在培育生长迅速、营养品质优良的转基因家畜、家禽方面,不断取得辉煌成就.同时,科学家还把转基因动物变成生物反响器转基因鱼生长快、耐不良环境、肉质好的转基因鱼(中国)转基因鲑鱼世界上首例转基因灵长类动物—转基因猴“安迪〞

在猴子的未受精卵中参加附加基因。2000年，法国科学家利用基因技术“制造〞出了一只可以发出绿色荧光的兔子“Alba〞。应用了受精卵显微注射技术，从水母身上采集了荧光蛋白，基因改进后，使它的发光率比原先提高了两倍，再将该基因植入到了兔子的受精卵中，由此培养出了会发光的兔子Alba。在普遍光线下，它看上去与其它同类没有区别，但是在较暗的光线下，它的身体就会放射出奇异的绿光来。

转基因荧光鼠欣赏荧光鱼能发荧光的热带斑马鱼普通热带斑马鱼是不发荧光的抗病、抗虫、抗逆作物基因工程为培育抗病虫的作物提供了新的手段目前，已经获得的转基因抗虫农作物包括烟草、番茄、马铃薯、棉花、玉米等在抗逆境育种上的应用为克服干旱、盐碱等提供新思路美国斯坦福大学把仙人掌基因导入小麦、大豆等作物，育成抗旱、抗逆的新品种。我国已克隆了耐盐碱相关基因，通过遗传转化已获得了耐盐烟草、水稻、西红柿、草莓等。

转基因抗虫棉我国是世界上最大的棉花生产国和消费国，约占世界产棉总量的25%以上。自90年代以来，由于棉铃虫在我国大局部棉区持续性大发生或爆发，给我国棉花生产带来了巨大的威胁，棉农谈虫色变，面积、单产、总产一直处于低谷的徘徊阶段。目前,科学家已经培育出了大批具有抗虫、抗病、抗除草剂、抗逆等全新性状的农作物.转鱼抗寒基因的番茄同时具有高产、稳产和抗逆性等优良品质的农作物新品种.抗虫害的玉米

美国1997年引种80万公顷抗虫转基因棉；中国河北引种4700公顷，1998年又引种2万公顷抗虫转基因棉；美国孟三都公司种植了320万公顷转

基因大豆，140万公顷转基因玉米，4000公顷转基因土豆；美国引进转基因昆虫来吞食危害农作物的食肉螨。转黄瓜抗青枯病基因的甜椒抗CMV病毒转基因甜椒转黄瓜抗青枯病基因的马铃薯抗除草剂作物不会引起过敏的转基因大豆普通棉花转兔毛基因棉花抗除草剂大豆预防乙肝不用打针，只要吃几个西红柿就行。这可不是玩笑，中国农科院生物技术研究中心经过十年研究，培育出的抗乙肝西红柿顺利通过前三个阶段的测试，明年有望上市。抗乙肝西红柿与普通西红柿口感一样酸中带甜，不但可以直接食用，还可以榨成汁或炒菜吃，对人体没有任何毒副作用。据该工程负责人刘德虎研究员介绍，食用抗乙肝西红柿，虽不能治愈乙肝，但一年只吃几个，就完全能代替注射乙肝疫苗。抗乙肝西红柿属于转基因食品，就是将乙肝疫苗植入西红柿内，经多代繁殖，使转入的基因稳定化。这种西红柿上市后将论个出售，每个售价大概在２元左右吃西红柿能防乙肝?Improvednutritionalcontentanddelayedripeningaretransgenictraitsofinterestintomatoes.Source:USDACanolaisamajoroilseedcrop.TransgenicresearchhasfocusedonimprovingthenutritionalqualityofcanolaoilbyenhancingtheVitaminEcontentorbymodifyingthebalanceoffattyacids.Nicotine-freetobaccoisnowbeinggrownforaprojectedintroductionofnicotine-freecigarettesDecaffeinatedcoffeeisnowmadebytreatingcoffeebeanstoremovethecaffeine.Othermethodsarecriticizedforremovingsomeofthedesirable,flavor-producingcomponentsalongwiththeundesirablecaffeine.PapayaisatropicalfruitrichinVitaminsAandC,butsusceptibletoanumberofseriouspestsanddiseases.ThetransgenicvarietyUHRainbow,resistanttothepapayaringspotvirus,iscurrentlyinproductioninHawaii.Foodcropsengineeredtoproduceediblevaccinesagainstinfectiousdiseaseswouldmakevaccinationmorereadilyavailabletochildrenaroundtheworld.Whitemold(Sclerotinia)isaseriousproblemforsunflowerproducersinsomeareas.Resistancetothisdiseasewouldexpandtheareainwhichsunflowerscanbegrownandmightimproveyieldsinareasofcurrentcultivation.Acommerciallyavailablecultivarisnotexpectedbefore2005.中国杂交水稻之父——袁隆平超级杂交稻2005年5月13日，位于三亚市田独镇新村田洋的中国超级杂交稻第一块“百亩片试种示范田〞正式通过了海南省级验收。经由全国多位农业专家共同检测，这批超级杂交稻的亩产高达833.23公斤。

生物技术与粮食

提高产量、品质普通大米实际上不是“健康食品〞。大米中含有一种叫做肌醇六磷酸的小分子，它能与铁紧紧地结合，使得小肠难以吸收食物中的铁；以大米为主食的人，易患铁缺乏症而导致贫血哪种大米更有益身体健康？转基因“金大米〞：转入胡萝卜素合成相关基因提高大米中维生素A前体的含量，以减少亚洲人普遍存在的维生素A缺乏症解决铁吸收的问题，往“金大米〞中再转入三种基因：一种是来自真菌的酶基因，这种酶能够把肌醇六磷酸降解掉；一种是来自菜豆的铁蛋白基因，铁蛋白能够储存铁；还有一种是来自印度香米的基因，它生产的蛋白质有助于人的肠道吸收铁Swissresearchershaveproducedricecapableofsynthesizingbeta-carotene,theprecursorofVitaminA(Yeetal.,2000).Thisricevarietyisnowbeingcrossedintoadaptedvarieties,withfieldtestspossibleinayearortwo.

功能稻米

基尔米：拥有降血压、改善睡眠、减肥美容等功能的大米，售价最高的一种达１８元钱１斤。基因一旦被改动，一方面可能引起生物体内一系列未知的结构与功能的变化；另一方面，转基因操作对生物体的影响会通过遗传传递。转基因技术的平安性问题外源基因引入后，是否会影响其他重要的调节基因，甚至会激活原癌基因？转基因技术广泛应用是否会导致难以消灭的新病原物出现是否会造成生态学灾难？人类摄食大量转基因食品是否会影响人类及其后代的健康转基因生物回归大自然的风险“种〞已经延续了30多亿年的进化历史，目前面临着被人类改变的危险。基因重组打破了物种之间的界限，打乱了自然进化历程，改变了生态系统结构，这对人类来说是福还是祸？花卉基因工程花色工程花卉香味工程通过合成酶的引入，增强单萜的合成花卉保鲜通过导入反义ACC合成酶基因及反义ACC氧化酶基因可阻止乙烯生化合成，延长花期和鲜切花寿命

花卉抗性基因工程圆个缤纷的梦－－花色工程花色素主要由类黄酮、类胡萝卜素、生物碱三类物质决定影响花色的因子还有共色作用、液泡的酸碱值及细胞的形状等基因工程改变花色的途径通过引入外源基因来补充某些品种缺乏合成某些颜色的能力利用反义RNA和共抑制技术抑制基因的活性，造成无色底物的积累，使花的颜色变浅或变成无色蝴蝶兰试管苗工厂化生产巧克力型香水文心兰不仅外貌独特，闻起来还有一股浓郁的巧克力味，并且还能够让人们在大饱眼福的同时大饱口福。彩色马蹄莲改变花色的转基因矮牵牛花转查尔酮合酶矮牵牛花-查尔酮合酶是植物花色素苷等类黄酮化合物生物合成途径中的一个关键酶,而这些类黄酮化合物在花瓣中的含量可以改变花的颜色,

蓝色玫瑰一直是人类美丽的梦想基因工程正在将它变为现实生物技术与农药绿色农药包括微生物杀虫剂、微生物杀菌剂、农畜抗菌素、植物源农药等植物源生物水剂农药〔松脂酸钠和茶皂素的复合制剂、苦楝油〕生物农药菌种资源〔苏云金杆菌〕特点环保，良好的环境相容性先天弱势：药效慢、击倒慢、适应力差综合防治生物技术在能源开发上的应用能源分不可再生能源：煤、天然气和石油〔包括核能〕等化石原料可再生能源：太阳能、风能、地热能、生物能、海洋能和水能生物能源是从太阳能转化而来的绿色植物就是光能转换器和能源之源，碳水化合物是光能储藏库。

我国拥有丰富的生物质资源每年7亿多吨作物桔秆、2亿多万吨林地废弃物、25亿多吨畜禽粪便及大量有机废弃物.生物能源制煤气：柴草桔杆气化炉〔一〕沼气沼气是微生物发酵秸秆、禽畜粪等有机物产生的混合气体，主要成分是可燃的甲烷。生产沼气的设备简单，方法简易，适合在农村推广使用。目前，沼气的规模化生产需要解决的是设备及提高甲烷含量等技术问题。〔二〕

氢气氢气的燃烧产物只有水，因此氢气是最清洁的能源。可利用生物质通过微生物发酵得到，这一过程被称为生物制氢。实现生物制氢的产