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。
食品生物技术(food biotechnology)是生物技术在食品原料生产、加工和制造中的应用的一个学科。它包括了食品发酵和酿造等最古老的生物技术加工过程,也包括了应用现代生物技术来改良食品原料的加工品质的基因、生产高质量的农产品、制造食品添加剂、植物和动物细胞的培养以及与食品加工和制造相关的其他生物技术,如酶工程、蛋白质工程和酶分子的进化工程等。
○具备微生物理论基础知识,会用显微镜检测观察微生物,培养基的制备、消毒与灭菌,分离与纯化微生物,细菌的计数法。○具备分析化学的理论知识,能运用化学分析和仪器分析方法对物质的组分进行分析。○掌握发酵工艺原理,了解啤酒、白酒、发酵生产工艺。○掌握蛋白质相关知识,PAGE凝胶电泳技术,高速离心。○掌握基因工程的基本理论知识,基因的提取和纯化,PCR技术原理,基因重组技术。 ○掌握酶的基本理论知识,酶的固定化方法,酶制剂的应用。○掌握动植物组织培养技术的实验步骤学过的实验仪器:天平(台天平,电子天平,分析天平)、酸度计(雷磁25型,PH-3)、分光光度计、液气相色谱仪,酸碱滴定仪器,显微镜,离心机,超声波清洗器、恒温振荡培养箱、超净工作台,蒸气灭菌锅、恒温水浴锅,PAGE电泳装置仪器、干燥箱、发酵罐、PCR扩增仪等○熟练使用WORD进行文字编辑,会用photoshop处理图象○喜欢任何有挑战的事情
基因工程算不算呀
生物技术的应用
生物技术作为21世纪高新技术的核心,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
农业生物技术领域中研究最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、优质、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。目前应用最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,为发展高效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。
我国在世界上首次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。利用甲壳素和甲壳胺制成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、低胆固醇、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,洗涤用酶制剂在国际上已成为一门新的产业。三大酶种(淀粉酶、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最为广泛。
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,世界范围内应用最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全人类的关注,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,高效、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。
生物技术的应用与展望
经过20多年的发展,生物技术已经从实验研究阶段进人生产应用阶段,其前景是诱人的,也是无限广阔的。可以预测,生物技术的应用与发展将导致生产体系与经济结构的飞跃变化。
一、应用于解决人类食品短缺
据统计,1985~1995年的10年间,按世界人口平均值计算,各种食品产量依次出现下降:谷物下降10%、肉类下降约13%、海产品下降9%。同时,全球耕地减少、淡水紧张、环境污染、资源越来越少。相反,人口继续增加,估计到2030年,世界人口将增加到80亿,那时若无有效措施,情况将更加严重。联合国发展署常驻拉美代表莉贾·埃利松多指出:1995~1996年度的世界粮食总产量,估计为16.8亿吨,而总需求量为17.5亿吨。这将是世界粮食总产量连续三年低于总需量。全世界共有88个国家缺粮,我国人均粮食产量也低于世界人均水平。显然,食品问题将是人类未来面临的严重问题,将会影响各个国家的内外政策。解决的对策首先是提高农作物产量,降低其生产费用。生命科学领域中,转基因技术等将引起一场新的农业革命。传统的绿色农业(动植物资源农业)和新兴的白色农业(微生物资源)、蓝色农业(海洋生物资源)、工厂化农业(人工合成粮食)将共同构成未来农业的模式,并为人类提供品种各异、营养丰富的食品资源。
1.转基因植物研究的新进展目前已研制出抵抗各种细菌病的转基因水稻品种。其中主要是抵抗黄杆菌的稻种。因为该菌每年要吞食全世界谷物的5%~10%以上,有些地区可达50%以上,经基因改变后的新品种能抗病虫害。此外,正在培育各种抗盐碱、耐水淹的高产水稻。还人工构建抗黄矮病毒基因导入高产、优质、不抗病的小麦品种之中,在世界上首次获得抗病毒转基因小麦植株。也已成功育成转基因大豆,其蛋白质含量高达48%,又能抗病毒,产量也比一般大豆高12%。我国科学家也已成功地培育出转基因抗病毒甜椒,以及含有高含量必需氨基酸的转基因马铃薯。培育出了抗腐能力强、耐贮性高,且食味更好的转基因番茄。
2.转基因动物研究的新进展
转基因技术在动物方面也取得许多新进展。例如,澳大利亚培育出一种转基因超级猪。其体形大、生长快,瘦肉率提高10%~15%;日本正在培育具有人类O型血和具人体内脏的猪,企图使之能移植到人身上;英国已培育出带有人与羊基因的实验老鼠,希望能用其乳汁制造手术过程中所需的凝血剂等药品,或用于原来难以缝合的眼科手术的粘合剂等;我国在转基因鲫鱼等方面也获得可喜进展,为满足和改善人类生活需要锦上添花。
3.“三色”大农业与工厂化农业
所谓“三色”大农业,是指传统的绿色农业(动植物资源农业)及新兴的白色农业、蓝色农业。传统绿色农业,是以太阳光为直接能源,以水、土为主要养料,靠绿色植物光合作用转换能量进行生产的农业。微生物新兴白色农业是指微生物资源农业。它以发酵工程、蛋白质工程、细胞工逞和酶工程为基础,通过全面综合利用而组建的工程农业。例如,若用每年世界石油产量的2%为原料,利用微生物发酵工程来生产鱼细胞蛋白质,就可供20亿人吃一年。又如,若用我国每年5亿吨作物桔杆的20%为原料,通过微生物发酵转化为饲料,就可获得相当于400亿千克的饲料粮,这相当于我国目前饲料用量的1/3。新兴蓝色农业是指海洋生物资源农业,即是以海洋水生生物和浮游生物为资源,进行利用加工的海洋农业。海洋占地球表面71%,在近海海域自然生长的藻类植物,若加工成人类食物,其年产量相当于目前世界小麦总产量的15倍以上。如果把海洋藻类植物和浮游生物均纳入人类食物范围,则海洋可养活300亿人。
工厂化农业是指人工合成粮食。生物技术专家们利用示踪原子等方法已经证明,在植物的光合作用过程中,经过电子传递,不仅能生产碳水化合物,而且能生产蛋白质、脂肪、淀粉、葡萄糖、维生素等物质。同时发现,有10多种酶参与其中的催化反应,经过实验,已成功地用一种金属络合物催化二氧化碳,使其变成极简单的有机化合物。科学家们预言,在未来的人工合成粮食工厂里,中央控制室只有几位工作人员,他们只须观察各自屏幕上显示的符号和数据,根据需要,随时可通过电脑准确地向正在运转的各种装置发出监控指令,让它分秒不停地合成各种“粮食”。人工合成粮食将成为21世纪划时代的世界性“绿色革命”。当然,即使到那时,也不能把传统农业送进历史博物馆。相反,传统农业在生物技术的参与下,会有更令人瞩目的发展,单产量可成倍地提高。
二、解决人类健康长寿问题
随着科技、经济文化、社会的不断发展,人类对自身认识的要求越来越迫切,对生存和生命的价值越来越重视,对卫生保健,身心素质的要求越来越高。生命科学及生物医学的高度发展,为人类了解和调控生命过程,认识和控制疾病,保证和维护身体健康,造就和谐健康的生存环境创造了条件和手段。如欧美发达国家,癌症治愈率已近50%;心脑血管病的死亡率在20年间下降了40%~55%,平均寿命达到了70~80岁。用基因工程技术生产的甲肝疫苗、乙肝疫苗、人胰岛素、熔葡萄球菌素、白细胞介素(二)等药物以及抗白血病等“生物导弹”(单克隆抗体与抗癌药物的偶联体,比单纯药物的疗效高12倍)制剂的研制成功与利用;都为此作出了贡献。此外,随着对癌症。心脑血管疾病、艾滋病等重大疾病的发病机制及防治技术方法的研究和认识不断深化,人类终将在下世纪初战胜这些疾病。预计,2020年人均寿命可达100岁,而年轻人的寿命可延长到140岁。
三、解决能源危机与环境污染
人类文明发展带来的能源消耗与日俱增,地球上的石油能源终将枯竭,代之而起的将是生物能。当今,最受科学界宠爱的当属生物量。一株植物的全部质量都是能量的来源,此即所谓生物量。研究表明,每年所有植物形成的生物物质;可折合1000亿吨石油,相当于目前全世界能耗的50倍。用遗传工程创造的多功能“工程菌”,能够分解纤维素、木质素等。即,它“可以利用稻、木屑、秸杆与食物下脚料生产出酒精。至于净化环境,微生物处理污水已应用于工业体系。美国培育的基因工程“超级菌”,几小时便可降解掉自然菌种需一年才能降解的水上浮油。日本将嗜油酸单孢杆菌的耐汞基因转入腐臭单孢杆菌。该菌株能把汞化物吸收到细胞内,用它处理污水就能解决被汞污染的环境问题,又使汞得以回收。有人构建了能降解樟脑、辛烷、甲苯、茶等物质的“超级菌”,可以从环境中多功效地消除有毒物质。也有人把BT毒蛋白基因、球形芽孢杆菌的毒蛋白基因转入大肠杆菌,且表达成功。它能杀死蚊虫与害虫,而对人畜无害,不污染环境。
四、工业方面
科学技术是第一生产力。生物技术自其问世不久即显示出改造经济结构的神奇威力。生物技术给传统