09生物技术概况讲座

生物工程及基因科学发展概况徐亚欧内容1.21世纪将是什么时代2.生物工程概念及范畴3.生物技术的特点4.世界农业生物技术发展概况5.生物工程高速发展的几个重要标志6.生物工程应用领域7.我国生物技术产业发展概况8.生物工程技术展望China'sfirstclonedcow1“二十一”世纪将是什么时代生物技术时代海洋时代知识经济时代智能交通时代电动汽车时代非致死战争时代毫微技术的时代心理疾病时代生物技术时代20世纪人类在生物学领域取得的科学技术成就还是为生物技术时代的到来提供了必要条件。特别是，分离、识别和重组基因的能力，人类基因组的作图与测序，PCR技术，DNA芯片的出现，尤其是以计算机和因特网为工具，对遗传信息进行管理、交流、破译、预测等为主要研究对象的生物信息学(Bioinformatics)的诞生，这些作为新时代的科学技术都正在以前所未有的速度发展和普及着。20世纪“多利羊”克隆成功，人类基因组测序，试管婴儿面世，以及许许多多生物工程技术的诞生，早已预示着生物技术时代的到来。杰里米·里夫金在《生物技术世纪》一书中指出：“我们正处于生物技术时代的伟大历史性变革中。”生物技术到系统生物技术——组学时代高通量实验技术的广泛应用产生了海量数据,利用生物信息学工具整合这些数据,加深了人们对细菌生理活动规律的认识,系统生物学应运而生。系统生物学的出现使代谢工程从局部通路水平上升到整体水平,代谢工程也因此进入了新的发展阶段——系统生物技术时代。系统生物技术通过整合各个层次组学数据,建立数学模型,或通过比较不同菌株或同一菌株在不同条件下基因组、转录组、蛋白组或代谢组的差异以阐明生命活动规律,在此基础上,对影响表型的靶基因进行改造,得到符合预期的表型。随着新的高通量实验技术的不断运用以及生物信息学的发展,系统生物技术必将取得更大进步。海洋科学时代国际海洋科学技术的发展形势：大科学，高技术1997年世界海洋委员会在一份报告中把当前海洋科学技术发展面临的课题归结为四类：科学文化进步:包括揭示生命起源、宇宙起源、人类起源（海洋人类学）的研究；探索和开发海洋财富：包括生物资源开发（主要是渔业）、油气资源开发、海洋运输、能源利用、空间利用和旅游、海洋环境净化容量等；生命支持系统研究和保护：包括海洋与气候、生物多样性、健康和废物清除、防灾减灾等；其他类：包括海洋管理、海洋经济学、论理学、海岸科学、培训和教育。知识经济时代知识经济是什么经济，它是和渔猎经济、农业经济、工业经济相并列的第四个经济时代，是一个新的经济时代。经济时代的特征是由生产要素资源的组成(劳动、工具、土地、资金、经验技巧、科学技术等)以及它们的结构方式来决定的。也就是说在生产要素的资源总体结构中间，哪一种生产要素处在一个主导的地位，它就决定了对经济时代的划分。知识经济时代是以知识和科学技术为要术的经济时代。智能交通时代人们在寻找解决城市拥堵的良方，智能交通的概念决定了人们对其的重大期望。智能交通，也就是ITS，英文是IntelligentTransportSystems，其中的含义是为了追求安全、舒适和畅通的交通环境,通过最先进的信息通信技术,将人、道路和汽车融为一体的全新智能系统。（包括智能交通、智能汽车）在未来，公路上的探测器将被小型计算机取代，司机可以和智能交通灯随时进行“对话”，生态环境亦可由此得到改善。汽车电子向更友善、更智慧的方向发展，是汽车电子集成化、智能化、人性化、信息化、数字化的统一体，由此构建起一个截然不同的全新的汽车电子智能新时代。电动汽车时代随着全球石油资源紧张、大气环境污染加剧，节能环保的电动汽车受到人们越来越多的关注。最近十多年，西方发达国家更是投入大量资金和人力，并制定了一系列的优惠政策来发展电动汽车。但由于动力电池等关键技术没有取得重要进展，电动汽车的产业化至今未能实现。21世纪将是非致死战争时代目前的军事科学研究已经展示出越来越多的非致命武器，如使用低能垦的激光束的激光武器、人工改变敌方气候状况的气象武器、能暂时性干扰成永久性毁坏重要传感器的微波武器、利用低频率声波的次声武器、涉及量子物理和分子化学的电磁脉冲武器、通过无线电等发送的电子病毒武器等等，将使未来的战争不出现流血而取得胜利。21世纪将是毫微技术的时代毫微技术是以毫微米为测量单位的产品的技术，所制成的微型机械非常微小，如目前最小的电磁电动机外径只有0.8毫米，重量仅为4毫克，转速达每分钟1万转，工作电压1.7伏。毫微技术将应用于人类各个领域，能在危险环境中排除故障，能用于家电的自动调节，能充当医生进入人体医治疾病，能做军事杀手攻其不备，等等。目前世界各国都投入巨资开发研究，下世纪必成大气候。21世纪将是心理疾病时代:医学科技的发展，使人类在种种疫苗的保护之下，机体的疾病会越来越少，并因技术的发达而很容易治愈。与此同时，心理方面的疾病将占主导地位，成为影响人类健康的最主要因素，精神方法治疗疾病随之大放光彩，逐步形成整套的医疗方法，取代目前药物及手术治疗疾病为主的方式。2生物工程概念及范畴生物工程是指利用生物体系(动、植物、微生物)，应用先进的生物学和工程技术，通过加工或不加工底物原料，为人类提供所需各种产品或达到某种目的的一种新型的跨学科技术生物工程的五大技术系统基因工程细胞工程酶工程发酵工程蛋白质工程基因工程geneticengineering基因工程又称基因拼接技术和DNA重组技术，是以分子遗传学为理论基础，以分子生物学和微生物学的现代方法为手段，将不同来源的基因(DNA分子)，按预先设计的蓝图，在体外构建杂种DNA分子，然后导入活细胞，以改变生物原有的遗传特性、获得新品种、生产新产品。基因工程技术为基因的结构和功能的研究提供了有力的手段。细胞工程(Cellengineering)是指应用现代细胞生物学、发育生物学、遗传学和分子生物学的理论与方法，按照人们的需要和设计，在细胞水平上的遗传操作，重组细胞的结构和内含物，以改变生物的结构和功能，即通过细胞融合、核质移植、染色体或基因移植以及组织和细胞培养等方法，快速繁殖和培养出人们所需要的新物种的生物工程技术。酶工程酶工程就是将酶或者微生物细胞，动植物细胞，细胞器等在一定的生物反应装置中，利用酶所具有的生物催化功能,借助工程手段将相应的原料转化成有用物质并应用于社会生活的一门科学技术。它包括酶制剂的制备,酶的固定化,酶的修饰与改造及酶反应器等方面内容。酶工程的应用，主要集中于食品工业，轻工业以及医药工业中。发酵工程发酵工程是指采用现代工程技术手段，利用微生物的某些特定功能，为人类生产有用的产品，或直接把微生物应用于工业生产过程的一种新技术。发酵工程的内容包括菌种的选育、培养基的配制、灭菌、扩大培养和接种、发酵过程和产品的分离提纯等方面。蛋白质工程所谓蛋白质工程，就是利用基因工程手段，包括基因的定点突变和基因表达对蛋白质进行改造，以期获得性质和功能更加完善的蛋白质分子。3生物技术的特点：生物技术和生物工程的特点高技术高投入高风险高回报4世界农业生物技术发展概况现代生物技术是利用生物有机体或其组成部分(包括器官、组织、细胞或细胞器等)，借助于工程原理，提供商品和社会服务的综合科学技术。它是70年代初在重组DNA技术、细胞培养技术以及生物反应技术等深入发展的基础上产生的一门新兴学科。现代生物技术，经过20多年的发展，其应用范围迅速遍及医药卫生、农林牧渔、环境保护等各个领域，为人类解决当今世界所面临的健康、食物、能源、资源和环境等诸多重大问题提供了有利手段。4.1生物技术在世界农业发展中的重要意义农业是生物技术最重要的应用领域之一。现代生物技术可以培育出优质、高产、抗病虫、抗逆的农作物以及畜禽、林木、鱼类等新品种；可以进行再生能源的利用，解决能源短缺问题；可以扩大食饲料、药品等来源，满足人类日益增长的需要；可以进行无废物的良性循环，减少环境污染，充分利用各种资源等。因此现代生物技术越来越受到各国政府和企业界关注，被认为是新世纪农业科技的先导部分。4.2世界农业生物技术研究特点4.2.1重视生物技术的基础研究世界各国普遍重视农业生物技术的基础研究，发达国家不惜工本，在基础研究上开展竞争。如：日本每年拨出2亿美元用于水稻基因定位研究；日本以国立农业研究机构，民间企业以部分道府县农业试验场为主，目前全日本43个都道府县中有34个道府县根据各自的特色针对不同的作物开展转基因技术的基础研究工作。美国用30亿美元研究人类基因图谱。欧洲各国政府也都支持粮食和蔬菜的基因定位研究。英国一直比较重视农业基础理论和生物技术的研究，特别是不断加大对农业基础研究的经费投入。4.2.2农业生物技术的产业化水平不断提高目前，世界农业生物技术的产业化水平已有很大提高，其中农业生物技术产品市场发展较快的国家有美国、法国、荷兰和德国，1999年美国有8％的公司从事有关生物技术的研究和产品生产，而欧洲的同类型公司有485家，其中从事农业生物技术的占16％。虽然不少农业生物技术产品尚处于研制、试验阶段，商品化的发展也将充满风险和曲折，但是农业生物技术产业化的趋势却是不可逆转的，并有可能迎来发展最快的未来10年。4.3世界农业生物技术发展的进展4.3.1在基因图谱研究方面发达国家在基因图谱研究取得较大成就：英国完成了小麦基因图谱的测定，这一图谱是目前世界上最详细的，包括21对染色体上的16万亿碱基对，已确定的基因有矮化基因，抗病基因，抗拟基因等；美国对一些主要作物，拟南芥及主要林木进行了遗传图谱的构建，重要基因特别是数量性状位点的标记、定位和作图，并就一些种进行了物理图谱的构建及少数基因的功能分析。澳大利亚与世界14个国家的38个实验室共同完成了牛的基因图谱，它包含了1000个DNA变体，覆盖了全部基因的95％，是目前最完整的动物基因图谱。4.3.2在植物转基因技术研究方面转基因技术已取得重大突破，全球已在100多种植物中获得了转基因植株。其中，具有实用价值的基因转移包括抗除草剂、抗虫、抗病、抗病毒、改善品质、改变蛋白质组分、雄性不育、改变花形花色、延长保鲜期等基因的转移。如孟山都公司成功地把苏云金杆菌的基因转移到棉花，玉米，西红柿和马铃薯等植物内，组建成抗棉铃虫，抗玉米钻心虫等十几种作物新品种，这些抗虫新品种可使一些作物减少使用杀虫剂(化学农药)约60％。澳大利亚科研人员利用转基因方法研制出抗象鼻虫的豌豆品种，抗PVLR病毒的土豆品种等。韩国已利用基因聚合建立了水稻转基因体系，并已利用此项技术开发出抗除草剂水稻。4.3.3植物组织培养、生物防治领域国际上植物工厂化生产技术研究方面正在向实用化阶段迈进。全世界通过细胞组织培养而成功再生植株的植物已超过600种，有140多种植物能够通过原生质体培养得到再生植株，有200多种植物实现了花药培养成株。新型生物杀虫剂、生长激素、农用疫苗和诊断盒方面，美国环境保护委员会先后批准了2家公司研制的4种新型生物杀虫剂投入使用，一种保护雏鸡免遭鸡新城疫病毒和鸡痘病毒侵染的基因重组病毒疫苗也于近年实现商品化。4.3.4转基因动物生产药物(生物反应器)方面利用转基因技术研制动物生物反应器是动物生物技术中最具诱惑力、最易进入产业化阶段的研究领域，目前已成为世界各国竞争的热点。英国1991年9月报道从转基因绵羊的奶中生产人a1-抗胰蛋白酶(a1-AT)；荷兰PHP公司培育出了表达人乳铁蛋白基因的转基因牛，美国GTC公司等培育出了表达抗凝血酶Ⅲ基因的转基因山羊等。比利时则在开发利用转基因油菜生产多肽药物。韩国生命工学研究所培育出了能分泌人乳成份lactoferrin的转基因奶牛个体。4.3.5转基因动物育种方面科学家们运用转基因动物育种新技术已培育出转基因猪、羊、牛、鱼等，培育的转基因猪较普通猪体重增长快，个头大，饲料转化率高，可以为养猪业带来丰厚的经济效益。美国利用基因工程方法把某些动物生长激素基因转移到细菌中，然后由细菌繁殖产生