生物技術(shù)概論

1、第第8章章 生物技術(shù)概論生物技術(shù)概論趙靜宜趙靜宜Phone: 86981136Email: 生物技術(shù)被譽(yù)為生物技術(shù)被譽(yù)為21世紀(jì)高技術(shù)革命的核心內(nèi)世紀(jì)高技術(shù)革命的核心內(nèi)容，生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)將是容，生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)將是21世紀(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)。許多世紀(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)。許多國家都將生物技術(shù)確定為增長國力和經(jīng)濟(jì)實(shí)力的國家都將生物技術(shù)確定為增長國力和經(jīng)濟(jì)實(shí)力的關(guān)鍵性技術(shù)之一。關(guān)鍵性技術(shù)之一。 我國早在我國早在1986年初制訂的年初制訂的高技術(shù)研究發(fā)展高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃綱要計(jì)劃綱要中就將生物技術(shù)列于航天技術(shù)、信息中就將生物技術(shù)列于航天技術(shù)、信息技術(shù)、激光技術(shù)、自動化技術(shù)、新能源技術(shù)和新技術(shù)、激光技術(shù)、自動化技術(shù)、新能源技

2、術(shù)和新材料技術(shù)等高技術(shù)的首位，并組織力量追蹤攻關(guān)。材料技術(shù)等高技術(shù)的首位，并組織力量追蹤攻關(guān)。8.1 什么是生物技術(shù)什么是生物技術(shù) 生物技術(shù)（生物技術(shù)（biotechnologybiotechnology），有時(shí)也稱），有時(shí)也稱生物工程（生物工程（bioengineeringbioengineering），是指人們以），是指人們以現(xiàn)現(xiàn)代生命科學(xué)代生命科學(xué)為基礎(chǔ)，結(jié)合其他基礎(chǔ)學(xué)科的科學(xué)為基礎(chǔ)，結(jié)合其他基礎(chǔ)學(xué)科的科學(xué)原理，采用原理，采用先進(jìn)的工程技術(shù)手段先進(jìn)的工程技術(shù)手段，按照預(yù)先的，按照預(yù)先的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)改造生物體改造生物體或或加工生物原料加工生物原料，為人類生產(chǎn)，為人類生產(chǎn)出出所需產(chǎn)品所需產(chǎn)品或或

3、達(dá)到某種目的達(dá)到某種目的。生物技術(shù)涉及的學(xué)科生物技術(shù)涉及的學(xué)科 我國著名專家我國著名專家李國豪院士有一個(gè)李國豪院士有一個(gè)很好的比喻：科學(xué)很好的比喻：科學(xué)是樹根，技術(shù)是樹是樹根，技術(shù)是樹干和大的樹枝，眾干和大的樹枝，眾多的樹葉就是工程多的樹葉就是工程 。 生物技術(shù)需要的科學(xué)知生物技術(shù)需要的科學(xué)知識：識：n生物科學(xué)的次級學(xué)科生物科學(xué)的次級學(xué)科分子生物學(xué)、細(xì)胞生分子生物學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)、微生物學(xué)、免物學(xué)、微生物學(xué)、免疫學(xué)、生物化學(xué)、生疫學(xué)、生物化學(xué)、生物物理學(xué)、遺傳學(xué)等物物理學(xué)、遺傳學(xué)等n非生物科學(xué)非生物科學(xué)化學(xué)、數(shù)學(xué)、計(jì)算機(jī)化學(xué)、數(shù)學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、信息學(xué)等科學(xué)、信息學(xué)等現(xiàn)代化高精尖儀器現(xiàn)代化高精尖儀

4、器先進(jìn)的工程技術(shù)手段先進(jìn)的工程技術(shù)手段改造生物體改造生物體基因工程、細(xì)胞工程、酶工基因工程、細(xì)胞工程、酶工程、發(fā)酵工程、蛋白質(zhì)工程程、發(fā)酵工程、蛋白質(zhì)工程等技術(shù)等技術(shù)獲得優(yōu)良品質(zhì)的動物、植物或微生獲得優(yōu)良品質(zhì)的動物、植物或微生物品系物品系加工生物原料加工生物原料 淀粉、纖維素等生物生長利用的淀粉、纖維素等生物生長利用的有機(jī)物和一些無機(jī)化學(xué)品有機(jī)物和一些無機(jī)化學(xué)品所需產(chǎn)品所需產(chǎn)品糧食、醫(yī)藥、食品、化工原料、糧食、醫(yī)藥、食品、化工原料、能源和金屬等產(chǎn)品能源和金屬等產(chǎn)品達(dá)到某種目的達(dá)到某種目的 疾病的預(yù)防、診斷與治療、食品疾病的預(yù)防、診斷與治療、食品的檢驗(yàn)、環(huán)境污染的檢測和治理的檢驗(yàn)、環(huán)境污染的檢測

5、和治理等等生物技術(shù)的種類生物技術(shù)的種類l基因工程基因工程l細(xì)胞工程細(xì)胞工程l發(fā)酵工程發(fā)酵工程l酶工程酶工程l蛋白質(zhì)工程蛋白質(zhì)工程根據(jù)生物技術(shù)操作的對象及操作技術(shù)根據(jù)生物技術(shù)操作的對象及操作技術(shù)的不同，主要包括的不同，主要包括5 5項(xiàng)技術(shù)：項(xiàng)技術(shù)：n基因工程基因工程(gene engineering)是通過體外是通過體外DNA重重組創(chuàng)造新生物并給予特殊功能的技術(shù)，也稱組創(chuàng)造新生物并給予特殊功能的技術(shù)，也稱DNA重組技術(shù)。重組技術(shù)。n細(xì)胞工程（細(xì)胞工程（cell engineering）是指以細(xì)胞為基本是指以細(xì)胞為基本單位，在體外條件下進(jìn)行培養(yǎng)繁殖；或人為使細(xì)單位，在體外條件下進(jìn)行培養(yǎng)繁殖；或人為

6、使細(xì)胞的某些生物學(xué)特性按人們的意愿發(fā)生改變，從胞的某些生物學(xué)特性按人們的意愿發(fā)生改變，從而改造生物品種或創(chuàng)造新品種；或加快繁育動植而改造生物品種或創(chuàng)造新品種；或加快繁育動植物個(gè)體；或獲得某種有用的物質(zhì)的過程。物個(gè)體；或獲得某種有用的物質(zhì)的過程。n酶工程（酶工程（enzyme engineering）是）是利用酶、細(xì)利用酶、細(xì)胞器或細(xì)胞所具有的特異催化功能或通過對酶進(jìn)胞器或細(xì)胞所具有的特異催化功能或通過對酶進(jìn)行修飾改造，并借助生物反應(yīng)器和工藝過程來生行修飾改造，并借助生物反應(yīng)器和工藝過程來生產(chǎn)人類所需產(chǎn)品的一項(xiàng)技術(shù)。產(chǎn)人類所需產(chǎn)品的一項(xiàng)技術(shù)。n發(fā)酵工程發(fā)酵工程(fermentation engi

7、neering)是利用微是利用微生物生長速度快、生長條件簡單及代謝過程特生物生長速度快、生長條件簡單及代謝過程特殊等特點(diǎn)，在合適的條件下，通過現(xiàn)代化工技殊等特點(diǎn)，在合適的條件下，通過現(xiàn)代化工技術(shù)手段，由微生物的某種特定功能生產(chǎn)出人類術(shù)手段，由微生物的某種特定功能生產(chǎn)出人類所需的產(chǎn)品，也稱微生物工程。所需的產(chǎn)品，也稱微生物工程。n蛋白質(zhì)工程（蛋白質(zhì)工程（protein engineering）是在基因）是在基因工程的基礎(chǔ)上，結(jié)合蛋白質(zhì)結(jié)晶學(xué)、計(jì)算機(jī)輔助工程的基礎(chǔ)上，結(jié)合蛋白質(zhì)結(jié)晶學(xué)、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和蛋白質(zhì)化學(xué)等基礎(chǔ)知識設(shè)計(jì)和蛋白質(zhì)化學(xué)等基礎(chǔ)知識，通過對基因的人，通過對基因的人工定向改造等手段，對

8、蛋白質(zhì)進(jìn)行修飾、改造和工定向改造等手段，對蛋白質(zhì)進(jìn)行修飾、改造和拼接以產(chǎn)生能滿足人類需要的新型蛋白質(zhì)的技術(shù)。拼接以產(chǎn)生能滿足人類需要的新型蛋白質(zhì)的技術(shù)。n上述五項(xiàng)技術(shù)彼此不是各自獨(dú)立的，而是互相上述五項(xiàng)技術(shù)彼此不是各自獨(dú)立的，而是互相聯(lián)系、互相滲透的，其中基因工程技術(shù)是核心。聯(lián)系、互相滲透的，其中基因工程技術(shù)是核心?；蚬こ袒蚬こ涛⑸镂⑸锕こ叹こ叹l(fā)酵工程發(fā)酵工程蛋白質(zhì)或酶蛋白質(zhì)或酶蛋白質(zhì)工程或酶工程蛋白質(zhì)工程或酶工程動、植物個(gè)體或細(xì)胞動、植物個(gè)體或細(xì)胞細(xì)胞工程細(xì)胞工程優(yōu)良動、植物品系優(yōu)良動、植物品系產(chǎn)品產(chǎn)品n生物技術(shù)作為高新技術(shù)領(lǐng)域的重要組成成生物技術(shù)作為高新技術(shù)領(lǐng)域的重要組成成分，

9、具有分，具有“六高六高”的基本特征：的基本特征：n高效益高效益n高智力高智力n高投入高投入n高競爭高競爭n高風(fēng)險(xiǎn)高風(fēng)險(xiǎn)n高勢能高勢能生物技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛，包括生物技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛，包括8個(gè)種類：個(gè)種類：l疾病治療疾病治療l診斷診斷l(xiāng)農(nóng)業(yè)、林業(yè)與園藝農(nóng)業(yè)、林業(yè)與園藝l食品食品l能源能源l環(huán)境環(huán)境l化學(xué)品化學(xué)品l設(shè)備設(shè)備行業(yè)種類行業(yè)種類經(jīng)營范圍經(jīng)營范圍疾病治療疾病治療用于控制人類疾病的醫(yī)藥產(chǎn)品及技術(shù)，包括抗生素、用于控制人類疾病的醫(yī)藥產(chǎn)品及技術(shù)，包括抗生素、生物藥品、基因治療、干細(xì)胞利用等生物藥品、基因治療、干細(xì)胞利用等診斷診斷臨床檢測與診斷，食品、環(huán)境與農(nóng)業(yè)檢測臨床檢測與診斷，食品、

10、環(huán)境與農(nóng)業(yè)檢測農(nóng)業(yè)、林業(yè)與園藝農(nóng)業(yè)、林業(yè)與園藝 新的農(nóng)作物活動為，肥料，生物農(nóng)藥新的農(nóng)作物活動為，肥料，生物農(nóng)藥食品食品擴(kuò)大食品、飲料及營養(yǎng)素的來源擴(kuò)大食品、飲料及營養(yǎng)素的來源環(huán)境環(huán)境廢物處理、生物凈化、環(huán)境治理廢物處理、生物凈化、環(huán)境治理能源能源能源的開采、新能源的開發(fā)能源的開采、新能源的開發(fā)化學(xué)品化學(xué)品酶、酶、DNA/RNA及特殊化學(xué)品及特殊化學(xué)品設(shè)備設(shè)備由生物技術(shù)生產(chǎn)的金屬、生物反應(yīng)器、計(jì)算機(jī)芯片由生物技術(shù)生產(chǎn)的金屬、生物反應(yīng)器、計(jì)算機(jī)芯片及生物技術(shù)使用的設(shè)備等及生物技術(shù)使用的設(shè)備等8.2 生物技術(shù)發(fā)展簡史生物技術(shù)發(fā)展簡史n生物技術(shù)包括傳統(tǒng)生物技術(shù)和現(xiàn)代生物技術(shù)生物技術(shù)包括傳統(tǒng)生物技術(shù)和

11、現(xiàn)代生物技術(shù)n現(xiàn)代生物技術(shù)是從傳統(tǒng)生物技術(shù)發(fā)展而來的現(xiàn)代生物技術(shù)是從傳統(tǒng)生物技術(shù)發(fā)展而來的n傳統(tǒng)生物技術(shù)與現(xiàn)代生物技術(shù)的區(qū)別傳統(tǒng)生物技術(shù)與現(xiàn)代生物技術(shù)的區(qū)別傳統(tǒng)生物技術(shù)：利用傳統(tǒng)生物技術(shù)：利用現(xiàn)有的現(xiàn)有的生物類型或生物機(jī)生物類型或生物機(jī)能為人類服務(wù)。能為人類服務(wù)。 現(xiàn)代生物技術(shù)：按照人們的意愿和需要現(xiàn)代生物技術(shù)：按照人們的意愿和需要?jiǎng)?chuàng)造全創(chuàng)造全新的新的生物類型和生物機(jī)能。生物類型和生物機(jī)能。傳統(tǒng)生物技術(shù)的產(chǎn)生傳統(tǒng)生物技術(shù)的產(chǎn)生l我國人民在仰韶時(shí)期（公元前我國人民在仰韶時(shí)期（公元前5000 年年公元前公元前4000 年），年），就利用小口尖底甕保溫發(fā)酵釀制谷芽酒，并在該容器內(nèi)澄就利用小口尖底甕保

12、溫發(fā)酵釀制谷芽酒，并在該容器內(nèi)澄清、飲用。清、飲用。l到了大汶口時(shí)期（公元前到了大汶口時(shí)期（公元前4300年年公元前公元前2400年），釀酒年），釀酒有了較大發(fā)展，飲酒之風(fēng)很盛行，出土了數(shù)量較多的大件有了較大發(fā)展，飲酒之風(fēng)很盛行，出土了數(shù)量較多的大件釀酒發(fā)酵窖器釀酒發(fā)酵窖器大口尖底陶尊及多姿多彩的酒具，表明大口尖底陶尊及多姿多彩的酒具，表明了酒已具有禮儀功能。了酒已具有禮儀功能。n公元前公元前221年，我國人民就能制作豆腐、醬年，我國人民就能制作豆腐、醬和醋，并一直沿用至今。和醋，并一直沿用至今。n公元公元10世紀(jì)，我國就有了預(yù)防天花的活疫世紀(jì)，我國就有了預(yù)防天花的活疫苗；到了明代，已經(jīng)廣泛種

13、植痘苗預(yù)防天苗；到了明代，已經(jīng)廣泛種植痘苗預(yù)防天花?；?。n16世紀(jì)，我國醫(yī)生已經(jīng)知道被瘋狗咬傷可世紀(jì)，我國醫(yī)生已經(jīng)知道被瘋狗咬傷可傳播狂犬病。傳播狂犬病。微生物發(fā)酵在西方l公元前6000年前，蘇美爾人和巴比倫人開始發(fā)酵啤酒。l公元前4000年前，埃及人開始制作面包。1676年荷蘭人年荷蘭人A. Leeuwenhoek用自磨鏡片，創(chuàng)造了一架原始用自磨鏡片，創(chuàng)造了一架原始顯微鏡，首先觀察到了微生物。顯微鏡，首先觀察到了微生物。1796年英國醫(yī)生年英國醫(yī)生E. Jenner首創(chuàng)首創(chuàng)用牛痘預(yù)防天花，開創(chuàng)了預(yù)防用牛痘預(yù)防天花，開創(chuàng)了預(yù)防醫(yī)學(xué)的先河。醫(yī)學(xué)的先河。 19世紀(jì)世紀(jì)60年代，法國科年代，法國科學(xué)

14、家學(xué)家L. Pasteur，證明發(fā)酵，證明發(fā)酵是由微生物引起，并首先建是由微生物引起，并首先建立了微生物的純種培養(yǎng)技術(shù)，立了微生物的純種培養(yǎng)技術(shù)，為發(fā)酵技術(shù)的發(fā)展提供了理為發(fā)酵技術(shù)的發(fā)展提供了理論基礎(chǔ)。論基礎(chǔ)。 20世紀(jì)世紀(jì)20年代，工業(yè)生產(chǎn)中開始采年代，工業(yè)生產(chǎn)中開始采用大規(guī)模的純種培養(yǎng)技術(shù)發(fā)酵化工原料用大規(guī)模的純種培養(yǎng)技術(shù)發(fā)酵化工原料丙酮和丁醇。丙酮和丁醇。 n1928年，弗萊明（年，弗萊明（A. Fleming）發(fā)現(xiàn)青）發(fā)現(xiàn)青霉素，抗生素的工業(yè)化。霉素，抗生素的工業(yè)化。20世紀(jì)世紀(jì)50年代，年代，在青霉素大規(guī)模發(fā)酵生產(chǎn)的帶動下，發(fā)在青霉素大規(guī)模發(fā)酵生產(chǎn)的帶動下，發(fā)酵工業(yè)和酶制劑工業(yè)大量涌

15、現(xiàn)。酵工業(yè)和酶制劑工業(yè)大量涌現(xiàn)?，F(xiàn)代生物技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)代生物技術(shù)的發(fā)展 現(xiàn)代生物技術(shù)是以現(xiàn)代生物技術(shù)是以20世紀(jì)世紀(jì)70年代年代DNA重組重組技術(shù)的建立為標(biāo)志的。技術(shù)的建立為標(biāo)志的。n1944年年Avery等闡明了等闡明了DNA是遺傳信息的攜帶者。是遺傳信息的攜帶者。n1953年，年，Watson和和Crick DNA 提出來提出來DNA的雙螺的雙螺旋結(jié)構(gòu)模型，闡明了旋結(jié)構(gòu)模型，闡明了DNA的半保留復(fù)制模式，開的半保留復(fù)制模式，開辟了分子生物學(xué)研究的新紀(jì)元。辟了分子生物學(xué)研究的新紀(jì)元。n1961年年H.G. Khorana和和M.W. Nirenberg破破譯了遺傳密碼，揭開了譯了遺傳密碼，揭開

16、了DNA編碼的遺傳信編碼的遺傳信息傳遞給蛋白質(zhì)的秘密。息傳遞給蛋白質(zhì)的秘密。n1971年，年，Berg首先實(shí)現(xiàn)了首先實(shí)現(xiàn)了DNA體外重組技體外重組技術(shù)，標(biāo)志著基因工程技術(shù)的開始。術(shù)，標(biāo)志著基因工程技術(shù)的開始。時(shí)期時(shí)期名稱名稱采用技術(shù)采用技術(shù)附加值附加值第一代產(chǎn)品第一代產(chǎn)品啤酒、蘋果酒，發(fā)酵啤酒、蘋果酒，發(fā)酵面包、醋等面包、醋等自然發(fā)酵自然發(fā)酵低、中低、中第二代產(chǎn)品第二代產(chǎn)品抗生素、單細(xì)胞蛋白抗生素、單細(xì)胞蛋白質(zhì)、酶、乙醇、丙酮、質(zhì)、酶、乙醇、丙酮、維生素、氨基酸等維生素、氨基酸等初涉物理、化學(xué)、初涉物理、化學(xué)、遺傳、分析、細(xì)胞遺傳、分析、細(xì)胞雜交、物理化學(xué)、雜交、物理化學(xué)、誘變育種誘變育種中、

17、高中、高第三代產(chǎn)品第三代產(chǎn)品涉及工、農(nóng)、醫(yī)、信涉及工、農(nóng)、醫(yī)、信息和基礎(chǔ)生物學(xué)的各息和基礎(chǔ)生物學(xué)的各個(gè)方面如：基因藥品、個(gè)方面如：基因藥品、DNA芯片、生物導(dǎo)彈芯片、生物導(dǎo)彈基因工程、細(xì)胞工基因工程、細(xì)胞工程程高、很高、很高高現(xiàn)代玉米現(xiàn)代玉米墨西哥蜀桼墨西哥蜀桼生物技術(shù)對社會發(fā)展的影響生物技術(shù)對社會發(fā)展的影響n改善農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，解決食品短缺改善農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，解決食品短缺n提高生命質(zhì)量，延長人類壽命提高生命質(zhì)量，延長人類壽命n解決能源危機(jī)，治理環(huán)境污染解決能源危機(jī)，治理環(huán)境污染n制造工業(yè)原料，生產(chǎn)貴金屬制造工業(yè)原料，生產(chǎn)貴金屬n生物技術(shù)的安全及其對倫理、道德、法生物技術(shù)的安全及其對倫理、道德、法律的影響

18、律的影響n培育抗逆的作物優(yōu)良品系培育抗逆的作物優(yōu)良品系通過基因工程技術(shù)對生物進(jìn)行基因轉(zhuǎn)移，使通過基因工程技術(shù)對生物進(jìn)行基因轉(zhuǎn)移，使生物體獲得新的優(yōu)良品性，稱之為生物體獲得新的優(yōu)良品性，稱之為轉(zhuǎn)基因技轉(zhuǎn)基因技術(shù)術(shù)（）。）。通過轉(zhuǎn)基因技術(shù)獲得的生物體稱為通過轉(zhuǎn)基因技術(shù)獲得的生物體稱為轉(zhuǎn)基因生轉(zhuǎn)基因生物物 。改善農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，解決食品短缺改善農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，解決食品短缺n轉(zhuǎn)基因植物已有種類：馬鈴薯、油菜、煙轉(zhuǎn)基因植物已有種類：馬鈴薯、油菜、煙草、玉米、水稻、番茄、甜菜、棉花、大草、玉米、水稻、番茄、甜菜、棉花、大豆、苜蓿等。全世界的種植面積比例為：豆、苜蓿等。全世界的種植面積比例為：大豆大豆46%，棉花，棉花

19、20%，油菜，油菜11%，玉米，玉米7%。n轉(zhuǎn)基因性能包括：抗除草劑、抗病毒、抗轉(zhuǎn)基因性能包括：抗除草劑、抗病毒、抗鹽堿、抗旱、抗蟲、抗病、作物品質(zhì)改良鹽堿、抗旱、抗蟲、抗病、作物品質(zhì)改良等。等。n1996年全世界轉(zhuǎn)基因植物種植為年全世界轉(zhuǎn)基因植物種植為250萬公萬公頃，頃，2005年已近年已近1億公頃。億公頃。2010年全世界年全世界轉(zhuǎn)基因植物的交易額將近轉(zhuǎn)基因植物的交易額將近280億美元。億美元。n我國轉(zhuǎn)基因植物種植面積在我國轉(zhuǎn)基因植物種植面積在13個(gè)國家中居個(gè)國家中居第四位，國產(chǎn)轉(zhuǎn)基因抗蟲棉在第四位，國產(chǎn)轉(zhuǎn)基因抗蟲棉在2001年就種年就種植了植了60萬公頃，可以減少農(nóng)藥使用量萬公頃，可以

20、減少農(nóng)藥使用量70%80%。n現(xiàn)在我國已培育成功包括水稻、棉花、小現(xiàn)在我國已培育成功包括水稻、棉花、小麥、油菜、甘蔗、橡膠等麥、油菜、甘蔗、橡膠等50多種植物種類多種植物種類和和120多個(gè)功能基因。多個(gè)功能基因。n我國科學(xué)家最突出的成就是袁隆平院士等我國科學(xué)家最突出的成就是袁隆平院士等培育成功的雜交水稻。培育成功的雜交水稻。n我國培育的兩系雜交水稻平均畝產(chǎn)達(dá)我國培育的兩系雜交水稻平均畝產(chǎn)達(dá)800 kg以上，累計(jì)推廣面積已達(dá)以上，累計(jì)推廣面積已達(dá)1000萬畝，創(chuàng)造萬畝，創(chuàng)造產(chǎn)值產(chǎn)值10多億元。多億元。n西方世界稱，雜交稻是西方世界稱，雜交稻是“東方魔稻東方魔稻”，不，不僅在很大程度上解決了中國人

21、的吃飯問題，僅在很大程度上解決了中國人的吃飯問題，而且也被認(rèn)為是解決世界性饑餓問題的法而且也被認(rèn)為是解決世界性饑餓問題的法寶。國際上甚至把雜交水稻當(dāng)作中國繼四寶。國際上甚至把雜交水稻當(dāng)作中國繼四大發(fā)明之后的第五大發(fā)明，譽(yù)為大發(fā)明之后的第五大發(fā)明，譽(yù)為“第二次第二次綠色革命綠色革命”。n植物種苗的工廠化生產(chǎn)植物種苗的工廠化生產(chǎn)利用細(xì)胞工程技術(shù)對優(yōu)良品質(zhì)進(jìn)行大量的快速利用細(xì)胞工程技術(shù)對優(yōu)良品質(zhì)進(jìn)行大量的快速無性繁殖，實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，該項(xiàng)技術(shù)稱為植無性繁殖，實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，該項(xiàng)技術(shù)稱為植物的物的微繁殖技術(shù)微繁殖技術(shù)。利用植物微繁殖技術(shù)可培育出不帶病毒的脫毒苗。利用植物微繁殖技術(shù)可培育出不帶病毒的脫毒

22、苗。植物的根尖或莖尖分生細(xì)胞常常是不帶毒的，取植物的根尖或莖尖分生細(xì)胞常常是不帶毒的，取用這種細(xì)胞進(jìn)行無菌培養(yǎng)繁殖，得到的小苗減少用這種細(xì)胞進(jìn)行無菌培養(yǎng)繁殖，得到的小苗減少了病毒感染的可能性。了病毒感染的可能性。n提高糧食品質(zhì)提高糧食品質(zhì)培育品質(zhì)好、營養(yǎng)價(jià)值高的作物新品系培育品質(zhì)好、營養(yǎng)價(jià)值高的作物新品系利用轉(zhuǎn)基因技術(shù)培育的番茄可延緩成熟變軟，利用轉(zhuǎn)基因技術(shù)培育的番茄可延緩成熟變軟，避免運(yùn)輸中的破損。避免運(yùn)輸中的破損。菜豆儲藏蛋白基因已轉(zhuǎn)移至向日葵中，使向日菜豆儲藏蛋白基因已轉(zhuǎn)移至向日葵中，使向日葵種子帶有菜豆儲藏蛋白?，F(xiàn)在還試圖將該基葵種子帶有菜豆儲藏蛋白?，F(xiàn)在還試圖將該基因轉(zhuǎn)移到水稻中，培

23、育含高蛋白的水稻新品系。因轉(zhuǎn)移到水稻中，培育含高蛋白的水稻新品系。n生物固氮，減少化肥使用量生物固氮，減少化肥使用量使用化肥，如尿素、硫酸銨作為氮肥的主要來使用化肥，如尿素、硫酸銨作為氮肥的主要來源，危害：土地板結(jié)和肥力下降，環(huán)境污染。源，危害：土地板結(jié)和肥力下降，環(huán)境污染。生物固氮是將有固氮能力的細(xì)菌的固氮基因轉(zhuǎn)生物固氮是將有固氮能力的細(xì)菌的固氮基因轉(zhuǎn)移到作物根際周圍的微生物體內(nèi)，進(jìn)行生物固移到作物根際周圍的微生物體內(nèi)，進(jìn)行生物固氮。我國已成功構(gòu)建了氮。我國已成功構(gòu)建了12株水稻根際糞產(chǎn)堿菌株水稻根際糞產(chǎn)堿菌的耐胺工程菌，可節(jié)約化肥的耐胺工程菌，可節(jié)約化肥1/5，平均增產(chǎn)，平均增產(chǎn)512.5

24、%。n生物農(nóng)藥，生產(chǎn)綠色食品生物農(nóng)藥，生產(chǎn)綠色食品化學(xué)農(nóng)藥的毒副作用及對環(huán)境的危害，生物農(nóng)化學(xué)農(nóng)藥的毒副作用及對環(huán)境的危害，生物農(nóng)藥研發(fā)興起，優(yōu)點(diǎn)：不污染環(huán)境，對人和動植藥研發(fā)興起，優(yōu)點(diǎn)：不污染環(huán)境，對人和動植物安全，不傷害害蟲天敵。物安全，不傷害害蟲天敵。蘇云金桿菌（蘇云金桿菌（Bt）殺蟲劑是目前市場上應(yīng)用最）殺蟲劑是目前市場上應(yīng)用最多的生物農(nóng)藥，占多的生物農(nóng)藥，占90，我國的，我國的Bt殺蟲劑只占?xì)⑾x劑只占市場的市場的2，棉鈴蟲病毒殺蟲劑占，棉鈴蟲病毒殺蟲劑占0.2%，農(nóng)用，農(nóng)用抗生素占抗生素占9。發(fā)展畜牧業(yè)生產(chǎn)發(fā)展畜牧業(yè)生產(chǎn)n動物的大量快速無性繁殖動物的大量快速無性繁殖1997年之前，只

25、能證實(shí)高年之前，只能證實(shí)高等動物的胚胎等動物的胚胎2細(xì)胞到細(xì)胞到64細(xì)細(xì)胞團(tuán)具有全能性，可進(jìn)行分胞團(tuán)具有全能性，可進(jìn)行分割培養(yǎng)，即所謂的胚胎分割割培養(yǎng)，即所謂的胚胎分割技術(shù)。技術(shù)。1997年年2月，英國月，英國Roslin研研究所在究所在Nature刊登了利用刊登了利用綿羊乳腺細(xì)胞無性繁殖的多綿羊乳腺細(xì)胞無性繁殖的多莉羊。莉羊。n培育動物的優(yōu)良品系培育動物的優(yōu)良品系利用轉(zhuǎn)基因技術(shù)將動物優(yōu)利用轉(zhuǎn)基因技術(shù)將動物優(yōu)良品質(zhì)相關(guān)的基因轉(zhuǎn)移到良品質(zhì)相關(guān)的基因轉(zhuǎn)移到動物體內(nèi)，使動物獲得新動物體內(nèi)，使動物獲得新的品質(zhì)。的品質(zhì)。第一例轉(zhuǎn)基因動物是第一例轉(zhuǎn)基因動物是1983年美國科學(xué)家將大鼠的生年美國科學(xué)家將大鼠

26、的生長激素基因?qū)胄∈笫芫L激素基因?qū)胄∈笫芫?，移植到雌鼠體內(nèi)，所卵，移植到雌鼠體內(nèi)，所生小鼠的生長速度比普通生小鼠的生長速度比普通小鼠快小鼠快50%，并可遺傳給，并可遺傳給下一代。下一代。n我國科學(xué)家在轉(zhuǎn)基因動物研究方面也從事我國科學(xué)家在轉(zhuǎn)基因動物研究方面也從事了大量工作，先后培育了生長激素轉(zhuǎn)基因了大量工作，先后培育了生長激素轉(zhuǎn)基因豬、抗豬瘟病轉(zhuǎn)基因豬和生長激素轉(zhuǎn)基因豬、抗豬瘟病轉(zhuǎn)基因豬和生長激素轉(zhuǎn)基因魚（紅鯉、泥鰍、鏡魚和鯽魚）等。魚（紅鯉、泥鰍、鏡魚和鯽魚）等。n醫(yī)藥生物技術(shù)是生物技術(shù)領(lǐng)醫(yī)藥生物技術(shù)是生物技術(shù)領(lǐng)域中最活躍、產(chǎn)業(yè)發(fā)展最迅域中最活躍、產(chǎn)業(yè)發(fā)展最迅速、效益最顯著的領(lǐng)域。其速

27、、效益最顯著的領(lǐng)域。其投資比例和產(chǎn)品市場均占生投資比例和產(chǎn)品市場均占生物技術(shù)領(lǐng)域的首位。物技術(shù)領(lǐng)域的首位。提高生命質(zhì)量，延長人類壽命提高生命質(zhì)量，延長人類壽命1303004500200400600億美元199820012006年全球生物技術(shù)藥品銷售額全球生物技術(shù)藥品銷售額增長情況增長情況18303000100200300億元199019972005年中國生物技術(shù)藥品市場情況中國生物技術(shù)藥品市場情況當(dāng)前全球生物技術(shù)藥品分布當(dāng)前全球生物技術(shù)藥品分布北美6 3 %其他5%歐洲2 5 %日本7 %n開發(fā)制造奇特而又貴重的新型產(chǎn)品開發(fā)制造奇特而又貴重的新型產(chǎn)品抗生素是人們熟悉、應(yīng)用廣泛的生物技術(shù)藥物，抗

28、生素是人們熟悉、應(yīng)用廣泛的生物技術(shù)藥物，利用基因工程、發(fā)酵工程和細(xì)胞工程不段提高利用基因工程、發(fā)酵工程和細(xì)胞工程不段提高抗生素的產(chǎn)量?？股氐漠a(chǎn)量。青霉素產(chǎn)量提高青霉素產(chǎn)量提高青霉素在二戰(zhàn)時(shí)期的價(jià)格堪比青霉素在二戰(zhàn)時(shí)期的價(jià)格堪比黃金，現(xiàn)在通過發(fā)酵工程技術(shù)黃金，現(xiàn)在通過發(fā)酵工程技術(shù)發(fā)展，我國定價(jià)為發(fā)展，我國定價(jià)為80萬單位僅萬單位僅售售0.92元。元。n泰樂菌素產(chǎn)量提高泰樂菌素產(chǎn)量提高通過細(xì)胞工程技術(shù)，通過細(xì)胞工程技術(shù)，泰樂菌素的產(chǎn)量泰樂菌素的產(chǎn)量1年內(nèi)提高的水平超年內(nèi)提高的水平超過了以往過了以往20年的提年的提高水平。高水平。n1977年美國首先采用大腸桿菌生產(chǎn)了人類第一個(gè)基因工程藥物人生長激

29、素釋放抑制激素，開辟了藥物生產(chǎn)的新紀(jì)元。如果用常規(guī)方法生產(chǎn)該激素，50萬頭羊的下丘腦才能生產(chǎn)5 mg，而用大腸桿菌生產(chǎn)，只需9 L細(xì)菌發(fā)酵液，可使價(jià)格降至每克300美元。n利用細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)或轉(zhuǎn)基因動物來生產(chǎn)人類所需的蛋白質(zhì)類藥物，如已成功利用轉(zhuǎn)基因羊生產(chǎn)人凝血因子IX，轉(zhuǎn)基因牛生產(chǎn)人促紅細(xì)胞生成素，轉(zhuǎn)基因豬生產(chǎn)人體球蛋白。上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)遺傳研究所研制成功的轉(zhuǎn)基因羊和轉(zhuǎn)基因牛上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)遺傳研究所研制成功的轉(zhuǎn)基因羊和轉(zhuǎn)基因牛n1982年美國批準(zhǔn)的第一個(gè)基因工程藥物重組胰島素上市以來，已有近百種基因工程藥物投放市場，約300多種生物制劑正在進(jìn)行臨床試驗(yàn)，近千種處于前期的實(shí)驗(yàn)室研究階段。生物藥

30、品名稱生物藥品名稱適應(yīng)性適應(yīng)性年銷售額年銷售額(億美元億美元)抗抗CD3MAb移植排斥移植排斥0.80DNase囊性纖維變性囊性纖維變性1.11EPO貧血貧血16.50因子因子血友病血友病2.50G-CSF嗜中性白細(xì)胞減少癥嗜中性白細(xì)胞減少癥9.36葡萄糖腦苷酯酶葡萄糖腦苷酯酶Gaucher氏病氏病2.15 GM-CSF骨髓移植骨髓移植0.41GPb/aMAb血管造形術(shù)中血凝塊血管造形術(shù)中血凝塊1.30B型肝炎疫苗型肝炎疫苗B型肝炎型肝炎10.00人生長激素人生長激素生長不良，腎功能不全生長不良，腎功能不全4.50人胰島素人胰島素糖尿糖糖尿糖7.00人白細(xì)胞介素人白細(xì)胞介素-2腎癌腎癌0.40

31、-干擾素干擾素癌癥，肝炎癌癥，肝炎7.00-干擾素干擾素多發(fā)性硬化多發(fā)性硬化2.55-干擾素干擾素肉芽腫病肉芽腫病0.04tPA心力衰竭心力衰竭/栓塞栓塞/中風(fēng)中風(fēng)3.00總計(jì)總計(jì)68.6216種生物技術(shù)藥物銷售情況種生物技術(shù)藥物銷售情況 我國已批準(zhǔn)生產(chǎn)的生物技術(shù)藥物和疫苗我國已批準(zhǔn)生產(chǎn)的生物技術(shù)藥物和疫苗 名稱名稱 作作 用用rhu IFN1b (外用外用) 病毒性角膜炎病毒性角膜炎rhu IFN1b 乙肝、丙肝乙肝、丙肝rhu IFN2a 乙肝、丙肝、皰疹等乙肝、丙肝、皰疹等rhu IFN2a (酵母酵母) 乙肝、丙肝乙肝、丙肝rhu IFN2b 乙肝、丙肝白血病等乙肝、丙肝白血病等rhu

32、 IFN2a (栓劑栓劑) 婦科病婦科病rhu IFN2b (凝膠劑凝膠劑) 皰疹等皰疹等rhu IFN 類風(fēng)濕類風(fēng)濕rhu EGF(外用外用) 燒傷、創(chuàng)傷燒傷、創(chuàng)傷EGF 衍生物衍生物 燒傷、創(chuàng)傷燒傷、創(chuàng)傷rhu IL2 癌癥輔助治療癌癥輔助治療rhu IL2 125Ser 癌癥輔助治療上海華晨癌癥輔助治療上海華晨rhu GCSF 刺激產(chǎn)生白細(xì)胞刺激產(chǎn)生白細(xì)胞rhu GMCSF 刺激產(chǎn)生白細(xì)胞、骨髓移植刺激產(chǎn)生白細(xì)胞、骨髓移植rhu EPO 產(chǎn)生紅細(xì)胞產(chǎn)生紅細(xì)胞rhu GH 矮小病矮小病bFGF(外用外用) 創(chuàng)傷、燒傷創(chuàng)傷、燒傷RSK 溶血栓溶血栓(心梗心梗) 抗抗IL28 單單 抗乳膏劑抗

33、乳膏劑 銀屑病銀屑病人胰島素人胰島素 糖尿病糖尿病乙肝疫苗乙肝疫苗 預(yù)防乙肝預(yù)防乙肝痢疾疫苗痢疾疫苗 預(yù)防痢疾預(yù)防痢疾n疾病的預(yù)防和診斷疾病的預(yù)防和診斷我國在公元我國在公元10世紀(jì)就開始種痘預(yù)防天花，但傳世紀(jì)就開始種痘預(yù)防天花，但傳統(tǒng)疫苗存在著免疫效果不明顯，被免疫者有被統(tǒng)疫苗存在著免疫效果不明顯，被免疫者有被感染的風(fēng)險(xiǎn)等不足?，F(xiàn)在使用基因工程生產(chǎn)重感染的風(fēng)險(xiǎn)等不足。現(xiàn)在使用基因工程生產(chǎn)重組疫苗可到到安全、高效的目標(biāo)。組疫苗可到到安全、高效的目標(biāo)。已經(jīng)上市或進(jìn)入臨床試驗(yàn)的疫苗如乙肝疫苗、已經(jīng)上市或進(jìn)入臨床試驗(yàn)的疫苗如乙肝疫苗、霍亂疫苗、寄生蟲疫苗、流行性出血熱疫苗等?；魜y疫苗、寄生蟲疫苗、流行

34、性出血熱疫苗等。1998年，美國年，美國FDA批準(zhǔn)了首個(gè)艾滋病疫苗進(jìn)入批準(zhǔn)了首個(gè)艾滋病疫苗進(jìn)入人體試驗(yàn)。人體試驗(yàn)。n基因芯片（基因芯片（gene chip），又稱寡核苷酸芯片），又稱寡核苷酸芯片（oligonucleotide chip）、）、DNA微陣列（微陣列（DNA microarray），是將大量的），是將大量的DNA片段以可尋址的片段以可尋址的方式，高密度地固定到一塊指甲大小的玻璃片或方式，高密度地固定到一塊指甲大小的玻璃片或硅片上，利用核酸堿基之間的配對，作為進(jìn)行樣硅片上，利用核酸堿基之間的配對，作為進(jìn)行樣品品DNA高通量、高特異性、并行分析的工具。高通量、高特異性、并行分析的工具

35、。掃描掃描基因芯片基因芯片功能基因探針功能基因探針芯片制作芯片制作標(biāo)記樣品標(biāo)記樣品樣品制備樣品制備雜交雜交n基因治療基因治療導(dǎo)入正常的基因來治療導(dǎo)入正常的基因來治療由于基因缺陷而引起的由于基因缺陷而引起的疾病。疾病。1990年年9月，美國月，美國FDA批準(zhǔn)了用批準(zhǔn)了用ada（腺苷（腺苷脫氨酶）基因治療嚴(yán)重聯(lián)合型免疫缺陷病，脫氨酶）基因治療嚴(yán)重聯(lián)合型免疫缺陷病，標(biāo)志著人類疾病基因治療的開始。標(biāo)志著人類疾病基因治療的開始。我國現(xiàn)有血友病、地中海貧血、惡性腫瘤等我國現(xiàn)有血友病、地中海貧血、惡性腫瘤等多個(gè)基因治療方案正在實(shí)施。多個(gè)基因治療方案正在實(shí)施。v人類基因組計(jì)劃與阿波羅登月計(jì)人類基因組計(jì)劃與阿波

36、羅登月計(jì)劃、曼哈頓原子彈計(jì)劃并稱為人劃、曼哈頓原子彈計(jì)劃并稱為人類科學(xué)史上的三大計(jì)劃。類科學(xué)史上的三大計(jì)劃。v人類基因組包括分布于人人類基因組包括分布于人4646條染條染色體的色體的30,000-35,00030,000-35,000個(gè)基因。個(gè)基因。通過測定人類基因組的全部序列，通過測定人類基因組的全部序列，弄清整個(gè)基因組的的結(jié)構(gòu)、功能弄清整個(gè)基因組的的結(jié)構(gòu)、功能及其表達(dá)產(chǎn)物，徹底了解人類生及其表達(dá)產(chǎn)物，徹底了解人類生命活動本質(zhì)。命活動本質(zhì)。人類基因組計(jì)劃人類基因組計(jì)劃（ Human Genome Project ）n1986年美國生物學(xué)家年美國生物學(xué)家Dulbecco提出從整體提出從整體上研

37、究人類的基因組，分析人類基因組的上研究人類的基因組，分析人類基因組的全部序列以獲得人類基因組所攜帶的全部全部序列以獲得人類基因組所攜帶的全部遺傳信息。遺傳信息。n1990年美國國立衛(wèi)生研究院（年美國國立衛(wèi)生研究院（NIH）和能）和能源部（源部（DOE）聯(lián)合發(fā)表了美國的人類基因）聯(lián)合發(fā)表了美國的人類基因組計(jì)劃。組計(jì)劃。n1999年中國獲準(zhǔn)加入人類基因組計(jì)劃。年中國獲準(zhǔn)加入人類基因組計(jì)劃。20002000年年6 6月月2626日美國總統(tǒng)克林頓宣布日美國總統(tǒng)克林頓宣布人類基因組草圖繪制完成人類基因組草圖繪制完成n2001年年2月月12日，由美國、日本、德國、日，由美國、日本、德國、法國、英國和中國組

38、成的國際人類基因組法國、英國和中國組成的國際人類基因組計(jì)劃及美國計(jì)劃及美國Celera公司聯(lián)合宣布對人類基公司聯(lián)合宣布對人類基因組的初步分析結(jié)果因組的初步分析結(jié)果n2003年年4月月15日，日，6個(gè)國家共同宣布人類基個(gè)國家共同宣布人類基因組序列圖完成因組序列圖完成n2004年年10月人類基因組完成圖公布月人類基因組完成圖公布中國完成了人類基因組計(jì)劃1%測序解決能源危機(jī)，治理環(huán)境污染解決能源危機(jī)，治理環(huán)境污染n解決能源危機(jī)解決能源危機(jī)目前我們生活中的主要能源是石油和煤炭，但目前我們生活中的主要能源是石油和煤炭，但是這些化石能源是不可生的，急需尋找替代能是這些化石能源是不可生的，急需尋找替代能源。

39、生物能源是最有希望的新能源之一，其中源。生物能源是最有希望的新能源之一，其中乙醇最有希望成為新的替代能源。乙醇最有希望成為新的替代能源。n燃料乙醇燃料乙醇傳統(tǒng)乙醇發(fā)酵，使用原料為谷物，且發(fā)酵成本傳統(tǒng)乙醇發(fā)酵，使用原料為谷物，且發(fā)酵成本較高，得率較低，不適于能源生產(chǎn)。現(xiàn)在生產(chǎn)較高，得率較低，不適于能源生產(chǎn)?，F(xiàn)在生產(chǎn)燃料乙醇試圖使用特殊微生物利用大量的農(nóng)業(yè)燃料乙醇試圖使用特殊微生物利用大量的農(nóng)業(yè)廢棄物如雜草、木屑、植物的秸稈等纖維素或廢棄物如雜草、木屑、植物的秸稈等纖維素或木質(zhì)素類物質(zhì)或其它工業(yè)廢棄物作為原料。木質(zhì)素類物質(zhì)或其它工業(yè)廢棄物作為原料。我國目前有我國目前有4家燃料乙醇生產(chǎn)廠家，分別是吉

40、家燃料乙醇生產(chǎn)廠家，分別是吉林燃料乙醇有限公司林燃料乙醇有限公司50萬噸萬噸/年、河南天冠燃料年、河南天冠燃料乙醇有限公司乙醇有限公司50萬噸萬噸/年、安徽豐原集團(tuán)年、安徽豐原集團(tuán)44萬萬噸噸/年和黑龍江華潤酒精有限公司年和黑龍江華潤酒精有限公司25萬噸萬噸/年年。n生物制氫和沼氣發(fā)酵生物制氫和沼氣發(fā)酵通過微生物發(fā)酵或固定化酶技術(shù)，將農(nóng)業(yè)或工通過微生物發(fā)酵或固定化酶技術(shù)，將農(nóng)業(yè)或工業(yè)廢棄物變成沼氣或氫氣。業(yè)廢棄物變成沼氣或氫氣。n微生物采油微生物采油n一次采油僅能開采儲量的一次采油僅能開采儲量的30%，二次采油，二次采油需加壓、注水，也只能獲得儲量的需加壓、注水，也只能獲得儲量的20%。深層石

41、油和重質(zhì)原油難于開采。利用微生深層石油和重質(zhì)原油難于開采。利用微生物分解蠟質(zhì)、降粘等增加石油流動性，進(jìn)物分解蠟質(zhì)、降粘等增加石油流動性，進(jìn)行三次采油。行三次采油。n環(huán)境保護(hù)環(huán)境保護(hù)現(xiàn)代工業(yè)農(nóng)業(yè)的發(fā)展，開發(fā)了一大批天然或合現(xiàn)代工業(yè)農(nóng)業(yè)的發(fā)展，開發(fā)了一大批天然或合成的有機(jī)化合物，如農(nóng)藥、石油及其化工產(chǎn)品、成的有機(jī)化合物，如農(nóng)藥、石油及其化工產(chǎn)品、塑料、染料等，連同大量排放的工業(yè)廢水、廢塑料、染料等，連同大量排放的工業(yè)廢水、廢氣、廢物帶來了嚴(yán)重的環(huán)境污染?，F(xiàn)有致癌物氣、廢物帶來了嚴(yán)重的環(huán)境污染?，F(xiàn)有致癌物質(zhì)達(dá)質(zhì)達(dá)1100多種，嚴(yán)重威脅人類健康。多種，嚴(yán)重威脅人類健康。利用微生物可凈化有毒化合物，降解石油污染，利用微生物可凈化有毒化合物，降解石油污染，清楚有毒氣體，綜合利用廢水廢渣，處理有毒清楚有毒氣體，綜合利用廢水廢渣，處理有毒金屬等。金屬等。制造工業(yè)原料，生產(chǎn)貴重金屬制造工業(yè)原料，生產(chǎn)貴重金屬n微生物產(chǎn)生豐富的代謝產(chǎn)物：微生物產(chǎn)生豐富的代謝產(chǎn)物：氨基酸類（味精）氨基酸類（味精）酸味劑（乳酸、維生素酸味劑（乳酸、維生素C）甜味劑（高果糖漿、氯化砂糖）甜味劑（高果糖漿、氯化砂糖）n生產(chǎn)化學(xué)工業(yè)原料生產(chǎn)化學(xué)工業(yè)原料通用型化工原料（乙醇、丙酮、丁醇等）通用型化工原料（乙醇、丙酮、丁醇等）特