『壹』 生物技術應用大專畢業論文怎麼寫
分子生物技術在微生物降解環境 污染物中的應用 [摘要〕介紹了與環境微生物關鍵降解酶基因的篩選、克隆及應用相關的分r生物技術，包括聚合酶鏈式反應技 術、基因重組技術、熒光原位雜交技術和生物信息學等技術，並對這些技術在污染物降解基因檢測、篩選和克隆方 面的應用進行了闡述與探討、 [關鍵詞]分子生物技術;微生物;基因;環境污染物;降解 隨著現代j:\地技術的發展，多環芳烴、含氯有 機物和硝基苯類化合物等人工合成井難以降解的 污染物大量排放，造成世界范圍內的環境污染和生 態破壞，嚴重地威脅人類和其他生物的正常生存和 發展。利用微生物修復技術對受污染的水體及土 壤進行處理，凸顯了其重要的意義和可行性。研究 人員發現並篩選到一些微生物，它們不僅對環境有 較高的適應性、對污染物有較高的耐受性，而且對 污染物有較強的降解效率和專一性。然而環境中 存在的大量微生物中僅有少於1%可通過傳統的培 養方法進行培養、分離和純化，絕大多數細菌需要 非常嚴格的營養條件川。因此，為了對修復環境有 所貢獻卻難以培養的微生物進行更全面了解，也為 了篩選到更多有利於降解環境污染物的微生物菌 種及其關鍵酶基因，分子生物技術和手段逐漸被廣 泛應用到環境可降解污染物及降解機理方面的研 究中。 本文對近年來發展起來的聚合酶鏈式反應 (PCR)技術、基因重組技術、熒光原位雜交(FISH) 技術和生物信息學等多種分子生物技術進行了介 紹，並總結了它們在污染物降解基因檢測、篩選和 克隆方面的應用。 1與環境污染物降解相關的分子生 物技術 1.1PCR及其相關技術 PCR是一種利用脫氧核糖核酸(DNA)半保留 復制原理，在體外擴增位於兩段已知序列之間的 DNA區段從而得到大量拷貝的分子生物技術。根 據其模板、引物來源或擴增條件的不同，PcR技術 可分為以下幾種:(l)反轉錄pCR(RT一PeR)技 術，將mRNA反轉錄為cDNA後再對其進行PCR 擴增，可用來構建cDNA文庫，分析不同生長時期 的mRNA表達狀況和相關性以及mRNA的定量測 定等;(2)巢式PCR技術，在擴增大片段目的DNA 時，先用非特意性引物擴增再用特意性引物對第一 次擴增產物進行第二次擴增，以獲得可供分析的 DNA;(3)競爭PCR技術，是一種定量PCR，向PCR 反應體系中加人人工構建的帶有突變的競爭模板， 通過控制競爭模板的濃度來確定目的模板的濃度， 對目的模板作定量研究;(4)實時熒光定量PCR技 術，在PCR反應體系中加人熒光基團，利用熒光信 號積累實時監測整個PCR進程，最後通過標准曲線 對未知模板進行定量分析，該法已廣泛用於基因表 達研究、轉基因研究等方面;(5)擴增的rDNA限制 酶切分析技術，根據原核生物rDNA序列的保守性， 將擴增的rDNA片段進行酶切，通過酶切圖譜來分 析菌間的多樣性;(6)RNA隨機引導PCR技術，基 於任意寡核昔酸引物與RNA之間可能的配對，在 低嚴謹度條件下經聚合酶催化使鏈延伸，將細胞總 RNA或InRNA作為反轉錄反應的模板，此技術結 合單鏈構象多態性，用非變性膠分辨大小相同而構 象不同的片段，可用於診斷遺傳突變及分析污染條 件下序列的多態性;(7)隨機擴增多態DNA (RAPD)技術，是一種基於PCR檢測PCR引物結合 位點序列改變的方法，通常以10bp的寡核昔酸序 列為引物，對基因組DNA隨機擴增，電泳分離染色 擴『增產物，再分析多態性。 1.2FISH技術 FISH技術利用熒游標記的探針在細胞內與特 異的互補核酸序列雜交，通過激發雜交探針的熒光 來檢測信號。熒光探針比放射性探針更安全，具有 較好的分辨力，不需要額外的檢測步驟。近年來， 由於FISH技術具有靈敏、便捷等優點，迅速發展完 善成為研究環境微生物的有力工具。此外，可用不 同激發和散射波長的熒光染料標記探針，在一步反 應中同時檢測幾個靶序列。該技術主要包括試樣 固定、預處理、預雜交、探針和試樣變性、雜交、漂洗 去除未結合的探針、檢測雜交信號等步驟。由於 165rRNA具有遺傳穩定性，因此成為FISH技術檢 測最常用的靶序列。 1.3基因重組技術 基因重組技術是從供體生物的基因組中通過 酶切擴增等手段獲取目的基因，與載體連接形成重 組DNA分子，再導入到受體細胞中，讓外源基因得 以表達。在已經分離出的許多菌株中，與降解能力 有關的基因多在質粒體上。由於質粒很容易在細 菌的繁殖過程中遺失，對細菌降解能力的長期穩定 非常不利，可將其與污染物降解有關的酶基因重組 到大腸桿菌等微生物中進行表達，以此構建的各種 生物降解特性增強的重組菌可用於污染環境的治 理修復或發酵某些廢棄物。 1.4生物信息學 20世紀後期，生物學的迅猛發展，從數量上和 質量上極大地豐富了基因組資料庫、蛋白質數據 庫、酶資料庫和文獻資料庫等許多生物科學的數據 資源。已有多個國家和國際科研組織建立了生物 信息資料庫，如歐洲分子生物學實驗室(Eur叩ean MolecularBiologyLaboratory)核酸序列資料庫和美 國國家生物技術情報中心(Nationaleente:fo:Bio- technologyInformation，NCBI)基因序列資料庫等。 科學家利用計算機及生物信息分析軟體分析這些 數據資源，確定大分子序列、結構、表達模式和生化 途徑與生物數據之間的關系，區分生物個體間遺傳 差異，揭示DNA多樣性。例如，基本局部比對搜索 工具(BasieLoealAlignmentSearehTool，BLAST)， 是一套在蛋白質資料庫或DNA資料庫中進行相似 性比較的分析工具。它基於Altschul等的方法「2〕， 在序列資料庫中對查詢序列進行同源性比對工作。 BLAST程序可對一條或多條、任何數量、任何形式的 序列在一個或多個核酸或蛋白序列庫中進行比對，甚 至將有缺口的比對序列也考慮在內，利用比較結果中 的得分對序列進行相似性說明。基因的序列分析可 揭示出生物物種之間的關系，在污染治理研究中可用 於生物基因組特殊區域或特異基因的測序。 2分子生物技術在環境污染物降解 中的應用 2.1土壤試樣總DNA的提取 用適當方法直接從土壤中提取DNA並純化， 是從分子生物學角度對土壤微生物進行研究的前 提條件，而後可進行酶切、PCR擴增、核酸分子雜交 等分子生物學技術操作。從土壤中提取微生物 DNA主要分為汽接法和間接法}』{。直接法是在 ogram等的方法基礎卜發展起來的，其主要包括2 個步驟:(l)原位細胞裂解;(2)DNA提取和純化。 直接法提取的DNA超過細菌總DNA的60%且省 力，但提取的DNA常常有折斷、腐殖酸污染、甚至 提取物中還夾雜有未知的胞外DNA和真核生物的 DNA。最先報道間接法的是Faegri等[『〕，其主要包 括4個步驟:(l)分散土壤;(2)分離細胞與土壤; (3)細胞裂解;(4)DNA純化。間接法提取DNA 產量低且費力，但純度較高、DNA損傷小，提取的 大片段DNA可用來構建cos而d和細菌人工染色體 文庫等。 2.2採用PCR及相關技術擴增分析DNA片段 可降解污染物的微生物必然能產生分解代謝 該污染物的酶。selvaratnam等L』l用編碼苯酚單加 氧酶dmpN摹因的RT一PCR技術來檢測序列間歇 式活性污泥反應器『{一，降解酚的假單胞菌。檢測結 果表明，RT一PCR技術不僅能檢測微生物降解酚的 能力，還能測量dmpN基因的轉錄水平，從而確定假 單胞菌特殊的分解活性，發現了在轉錄水平下，酚 濃度與通氣時間之問存在正相關關系。 將PCR技術和變性梯度凝膠電泳(DGGE)結 合起來，在變性條件適當的情況下能分辨一個鹼基 對，解析度較高。染色後的凝膠用成像系統進行分 析，可在一定程度l幾反應試樣的復雜性。條帶的多 少能反應試樣「 一 }1微生物組成的差異，條帶的亮度能 反應試樣中微生物的多少。基於以上優點，日前該 技術在微生物群落結構的分析和動態研究方面得 到了廠『泛應用。DGGE可通過分析PCR擴增的基 因點突變來探索微生物的復雜性。徐玉泉等[「〕從 某廢水中分離出一株能以苯酚為惟一碳源的菌株 PHEA一2，使用PCR一DGGE技術對該菌165 rDNA進行分析，發現該菌與醋酸鈣不動桿菌同源。 M盯sh等r了)利用PcR一DGGE技術獲得了活性污泥 中真核微生物的種群變化情況。王峰等下8〕採用 PCR一DGGE技術對城市污水化學生物絮凝處理中 活性污泥和生物膜微生物種群結構進行了分析，結 果表明活性污泥培養前後微生物種群結構發生r 很大改變。 RAPD技術也是一種應用比較廣泛的以多態性 引物來擴增某些片段的技術。RAPD技術可用於檢 測含有混合微生物種群的各種微生物反應器中微 生物的多樣性。用RAPD技術分析檢測實驗室規 模的油脂淤泥培養料中的細菌菌群發現，用油脂淤 泥改良過的培養料比未改良的更適於不同的微生 物種群生長[9j。vainio等t』。〕從516種孤立的菌落 中提取出165rDNA，經PCR擴增後進行測序，檢測 活性污泥中微生物種群的結構。這些組合技術的 應用顯著增強r對微生物的檢測和鑒定能力，為理 論研究工藝優化及提高生物處理效率提供了條件。 2.3基因重組 基因工程技術應用於環境保護起始於20世紀 80年代。其基本原理是通過基因分離和重組技術， 將目的基因片段，比如可編碼降解某種污染物的 酶，轉移到受體生物細胞中並表達，使受體生物具 有該目的基因表達顯現的特殊性狀，從而達到治理 污染的目的。找到特定污染的抗性基因，利用基因 重組技術轉基因後也可獲得其他抗性植株以及篩 選到可轉化污染物的植物，還可開發超量積累植物 進行污染土壤的生物修復。 羅如新等L」〕用放射性同位素標記tfdc基因片 段作探針，Southemblot雜交定位Ll菌株的鄰苯二 酚1，2一雙加氧酶基因位於Pstl的I片段和BamH I的M、N片段，回收並將其直接克隆至表達載體 pKT230卜，獲得的重組子能轉化不具開環酶活性 的甲胺磷降解菌P2，得到高於天然宿主21倍的鄰 苯二酚1，2一雙加氧酶。stingley等{」〕通過構建基 因文庫和重組質粒等基因工程方法證實了NidAB 雙加氧酶是降解菲的關鍵酶類，並首次鑒定出此基 因通過磷苯二甲酸實現降解功能。chae等『」}發現 不能降解苯酚的su如lobusso扣taricu、98/2菌株中 的兒茶酚2，3一雙加氧酶基因與能降解苯酚的 sulfolo右u，，o如taricu、咫有[6J源區，分析得知它們 是山共同祖先進化而來。把兒茶酚2，3一雙加氧酶 基因克隆到大腸桿菌中表達，可獲得有較高降解活 性的雙加氧酶。 重金屬污染是環境污染的重要方面之一。隨 著分子生物學技術的發展，越來越多的修復性蛋白 基因正被從植物、微生物和動物中陸續分離出來， 如汞離子還原酶基因、有機汞裂解酶基因、汞轉運 蛋自基因、金屬硫蛋白基因、植物絡合素合成酶基 因、鐵離子還原酶基因和鋅轉運蛋白基因L』『〕。這些 基因通過基因工程的改造，重組到合適的受休細胞 中表達相應的蛋白質和酶，達到治理難以降解的有 毒有害污染物的目的。sorsa等〔」〕把MTS插人 LamB序列的153位點，在E.eoli中表達MTs，解決 r細胞內MTs對金屬離子有限的吸附能力。綜L 所述，基因重組技術具有快速、高效的特性，已逐漸 成為環境生物技術的研究熱點。 2.4FISH技術 FISH技術利用核糖體內長度適中(約1500bp)、 高度保守的165:RNA序列作為理想的基因分類靶 序列，其中使用的165:RNA寡核普酸探針一般是 進行了熒游標記的20bp左右特異性核昔酸片段， 利用該報告分子(如生物素、地高辛)與熒光素標記 的特異親和素之間的免疫化學反應，經熒光檢測系 統對待測DNA進行定性、定量或相對定位分析。 FISH技術能提供處理過程中微生物的數量、空間分 布和原位生理學等信息。 硝化細菌是一類生理上非常特殊的化能自氧 菌，傳統的研究方法要經過富集、分離、分類和鑒定 步驟，耗時長。HSH技術的引人解決了上述困難。 FlsH技術還被廣泛用於活性污泥系統、硝化流化床 反應器和膜生物反應器等廢水處理系統}』61。 基因工程微生物越來越多地被用於農業害蟲 控制和環境污染的生物修復，對人類健康和環境的 影響引起廣泛關注。1994年出現了一種新的標記 系統:綠色熒光蛋白(GFP)，由於GFP基因表達產 物對細胞沒有毒害作用，且由GFP產生的熒游標記 檢測卜分方便、簡單。在某些被污染的環境中可分 離出降解該污染物的細菌，通過基因重組等手段使 用GFP分子標記，可更容易的分離檢測被標記的 細胞叫。 Bastes等[』8]進行了苯酚降解菌染色體GFP基 因標記實驗。通過PCR和Southemblot分析，證明 GFP基因已成功整合到宿主細胞的染色體中。對 標記菌與野生型的降解能力比較結果證明，GFP分 子標記的插人並不影響細胞的苯酚降解能力。 用G即標記Pseudomonasputida，研究活性淤 泥中細菌存活情況{』9飛。Pseudomonasputida被轉到 活性淤泥2min後，觀察到細胞在淤泥絮凝物間自 由游動;培養3d後，發現熒光細胞減少，大部分已 被合並到淤泥絮凝物中，以防止細菌被原生動物捕 食。用oFP標記石.eozi和Serraliamarceseern，考 察菌株附到絮凝物卜的過程{』()j。使用表面熒光顯 微鏡能將帶有GFP標記的細胞從活性污泥中區分 開，井進行觀察和記數。而聚焦激光掃描顯微鏡 (cLsM)可使GFP標記細菌產生三維輪廓，結合表 面熒光顯微鏡和CLSM觀察GFP標記細胞，結果表 明，細胞表面疏水性在細菌附到絮凝物的過程中起 重要作用，兩種細菌附在絮凝物上的模式有很大不 同，通過這種方法可更好地理解細菌赫附機理，有 助於提高廢水處理效果。 3結語 分子生物技術的應用使研究人員可從微觀的 角度更細致深人地了解微生物對污染物降解的具 體生理生化機制，在分子水平 _ _ [揭示生物體吸收、 遷移、積累有害物質最終被毒害，及適應、抗性等生 態問題，從而篩選到更多有利用價值的微生物。隨 著越來越多微生物全部基因序列的解碼，對各種細 菌體內可降解基因的分布和表達會有更深人的了 解，有關技術的發展和成熟必將對污染物的降解過 程有一個整體的、生態水平上的認識。 參考文獻 l李鳳，劉世貴 . 分子生物學技術在環境微生物研究中的 應用 . 世界科技研究與發展，2003，25(4):88一92 2AltsehulSF，GishW，MillerW，etal.Basieloealalign- mentsearehtool . 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『貳』 關於生物技術的應用和原理
http://wyclv.blogchina.com/
生物技術及應用
一、生物技術的產生與發展
生物技術作為一種高新技術，是70年代初伴隨著DNA重組技術和淋巴細胞雜交瘤技術的發明和應用而誕生的。三十多年來，生物技術的飛速發展為醫療業、制葯業、農業、畜牧業、環保業的發展開辟了廣闊的前景，極大地改善了人們的生活。因此，世界各國都把生物技術確定為21世紀科技發展的關鍵技術和新興產業。
我國生物技術產業自20世紀80年代初起步以來，廣泛應用於醫葯、農業、食品、環保、輕化工、能源等領域。從事生物技術產品開發的企業，如雨後春筍不斷涌現。從1985年到2000年，產品銷售額增加了75.99倍，平均每年增長3358%。2000年我國生物技術產業產值已達200億元。尤其是基因工程制葯產業發展迅猛，1996年基因工程葯物和疫苗銷售額為2.2億元，2000年達到22.8億元，平均每年增長79.42%。近年來生物技術產業的年均增長率一直保持在20%以上。
全國涉及現代生物技術的企業約500家，從業人員超過5萬人，其中涉及醫葯生物技術的企業300多家，涉及農業生物技術的200多家，一些生物技術的新建公司正在崛起，每年增加近100家新公司。北京、上海、福州、廣州、深圳等地已建立了20多個生物技術園區，出台了一些優惠政策，在稅收、金融、人才引進、進出口等方面對生物技術企業給予全面支持，目前已經培育了一大批新企業，在中國生物技術發展中起著龍頭帶動作用。
隨著中國乃至全世界范圍內生物技術產業的迅猛發展，對生物技術人才的需求也將日益增多。
二、培養目標
本專業面向二十一世紀，培養具有生物技術與工程方面的基礎理論、基本知識、基本技能，能在生物技術與工程領域從事設計、生產和管理的高級工程技術人才。
通過學習，畢業生具體獲得以下幾方面的知識和能力：
1. 具備扎實的數學、化學、生物等基本理論和基礎知識；
2. 掌握有機化學、分析化學、生物化學、分子生物學、微生物學、基因工程、發酵工程及細胞工程等方面的基本理論、基本知識和基本技能；
3. 了解相近專業的一般原理和知識；
4. 熟悉國家生物技術產業政策、知識產權及生物工程安全條例等有關政策和法規；
5. 了解生物技術的理論前沿、應用前景和最新發展動態以及生物技術產業發展狀況；
6．具有創新意識和獨立獲取新知識的能力。
三、主要課程
無機化學、有機化學、物理化學、分析化學、生物化學、化工原理、化學工程與技術、微生物學、分子生物學、生化工程、生物工藝學、生物工程、發酵設備、計算機應用等。
四、學制：三年
五、就業方向
專科畢業生的去向有兩類：一類是可以繼續上本科深造；一類是就業。因為生物技術涉及的產業面廣，包括：生物制葯（製取各種細胞因子類、核酸類、抗生素類、中葯類的葯物等），生物發酵（製取各種保健品、功能性食品、酶制劑、化學品等），生物材料（生產各種骨科康復、器官再造、生物可降解材料等），化工生產（生產生物可再生燃料、各種溶劑、精細化工產品、化學合成中間體等）…，因此，本專業培養的實用型、應用型的技術和管理人才的就業面廣，應聘機會多，可供選擇的去向具有多樣性。
六、專業前景
生物技術是當今最基礎、最前沿、應用最廣泛、發展前景最廣闊的學科之一.隨著我國社會的發展和經濟的增長,當前面臨的諸多問題(如農業、食品、醫葯、環境等)都有賴於生物技術來解決.在我國全面對外開放,特別是加入WTO之後的新形勢下,發展生物技術對於加速我國的產業結構升級,提升我國的綜合國力有著重要的意義。
我國政府十分重視對生物技術的研究和開發應用，投入大量資金資助生物技術的研究和產業化，1996―2000年我國政府在生物技術領域投入15億元，這只是啟動生物技術部門的大計劃的一個部分。2000―2005年計劃在該領域再投入 50 億元。同時，國家實施的"863"計劃、國家計委的高科技示範工程項目等均把生物技術列為優先發展的科技領域和高技術產業，並取得了顯著的成績。
現代生物技術的原理及應用
[知識介紹]
生物工程是生物科學與工程技術有機結合的一門綜合性學科.它包括基因工程,細胞工程,發酵工程,酶工程等.生物工程就是對生物有機體在分子水平,細胞水平,組織水平和個體水平上進行不同層次的創造設計,從而使人類進入改造和創建新的生命形態的時代.這里,我們主要介紹基因工程和細胞工程.
基因工程
我們常說基因是生物體進行生命活動的'藍圖',這是因為生物體可以通過基因控制蛋白質的合成,來表現出生物性狀並完成各項生命活動.那麼,人們能不能改造生物體的基因,定向地改變生物的遺傳特性呢 比如對基因進行重新組合,讓禾本科的植物也能夠固定空氣中的氮,讓細菌"吐出"蠶絲,讓微生物生產人的胰島素,干擾素等.科學家通過努力,在20世紀70年代創立了能夠定向改造生物的技術——基因工程.
基因工程是在DNA分子水平上進行設計施工的.
基因操作的基本步驟
(1)提取目的基因.如植物的抗病基因,人的胰島素基因,干擾素基因
(2)目的基因與運載體結合.將切下的目的基因的片段插入運載體—細菌質粒的切口處,質粒與目的基因形成一個重組DNA分子.
(3)將目的基因導入受體細胞.用人工的方法將體外重組的DNA分子轉移到受體細胞.
(4)目的基因的表達.重組DNA分子進入受體細胞後,目的基因控制蛋白質合成,表現出特定性狀.
以人干擾素基因作為目的基因,通過轉基因工程,目的基因在酵母中表達為例.見下圖:
轉基因技術的應用
在農牧業,食品工業上的應用
例如:
①工業生產干擾素.
干擾素是病毒侵入細胞後產生的一種糖蛋白,由於干擾素幾乎能抵抗所有病毒引起的感染,如水痘,肝炎,狂犬病等,所以它是一種抗病毒的特效葯.1980年,科學家用基因工程方法在大腸桿菌及酵母菌細胞內獲得了干擾素.從1987年開始,用基因工程方法生產的干擾素進入了工業化生產階段,並且大量投放市場.
②培育高產,穩產和具有優良品質的農作物.
1981年,科學家將菜豆儲藏蛋白的基因轉移到向日葵中,培育出了"向日葵豆"植株.如果以此作為技術基礎,把大豆蛋白的基因轉移到水稻,小麥等糧食作物中,就可以提高這些作物的蛋白質含量,改善它們的品質.
③培育具有各種抗逆性的作物新品種.
1982年,科學家把細菌中的抗卡那黴素基因轉移到煙草,向日葵和胡蘿卜等作物中,一舉獲得成功.此後短短的幾年中,科學家又培育出了數十種具有抗病毒,抗蟲,抗除草劑的作物新品種.
在醫葯衛生事業上的應用
例如:
①基因治療:
把健康的外源基因導入有基因缺陷的細胞中,以達到治療疾病的目的.常用的基因治療手段如下:目的基因與病毒重組,目的基因被包裝入病毒顆粒中,隨著受體細胞被感染,缺失的基因得以彌補,表達出目的基因的產物.目前在遺傳性疾病的基因治療方面,主要還是研究單基因缺陷型遺傳病.由於上述方法是針對體細胞的,故不會代代相傳,不會嚴重改變人群中有關基因的遺傳平衡.
②基因診斷:
用放射性同位素,熒光分子等標記的DNA分子作探針(DNA探針:特定的DNA片段),利用DNA分子雜交原理,鑒定被檢測標本上的遺傳信息,從而達到檢測疾病的目的.例如,肝炎病毒引起的傳染病易於傳播,給診斷和治療帶來了很多困難,利用DNA探針可以迅速地檢出肝炎患者的病毒,為肝炎的診斷提供了一種快速,簡便的方法.
③基因檢測:
據報道,用DNA探針可以檢測飲用水中病毒的含量.具體的方法是使用一個特定的DNA片段製成探針,與被檢測的病毒DNA雜交,從而把病毒檢測出來.此方法的特點是快速,靈敏.
二,細胞工程
細胞工程是指運用細胞生物學和分子生物學的原理和方法,通過某種工程學手段,在細胞整體水平或細胞器水平上,按照人們的意願來改變細胞內的遺傳物質或獲得細胞產品的一門綜合科學.
生物工程涉及的領域相當廣泛,就其技術范圍而言,大致有細胞融合技術,細胞拆合技術,染色體導入技術,胚胎移植技術,克隆技術等.
1,細胞融合技術
細胞融合技術是把兩個細胞在融合劑的作用下,融合成一個雜種細胞的技術.植物細胞融合時,要先用纖維素酶去掉細胞壁,獲得原生質體後再進行融合.
科學家用植物體細胞雜交的方法,將番茄的原生質體和馬鈴薯的原生質體融合,成功地培育出了"番茄—馬鈴薯"雜種植株,以後又培育出了新的品種,例如:白菜—甘藍,胡蘿卜—羊角芥等.不僅如此,科學家在不同種類的動物之間或動物與人的細胞之間也進行了融合,形成了雜種細胞,例如:人—鼠,鼠—兔等.
克隆技術
克隆的實質是無性繁殖,即:不經過生殖細胞的結合,由母體直接產生新個體的生殖方式.時至今日,克隆的含義不僅僅是無性繁殖,只要是一個細胞通過培養,獲得兩個以上的細胞,細胞群或生物體的方式,都稱之為克隆.
克隆技術的理論基礎—全能性
細胞全能性:已經分化的細胞,仍然具有發育的潛能.即,已分化的細胞仍然具有發育成為完整植株的能力.
多細胞生物,一般是由一個受精卵經過有絲分裂而來.所以,生物體的每一個細胞與受精卵的基因都是一樣的.也就是說,生物體的每一個細胞都含有本物種所有的整套遺傳物質,都有發育成完整個體所必需的全部基因.
2)克隆技術的應用
動物克隆:
以"多莉"羊的產生為例,步驟如下:
⒈核移植形成重組細胞.將A羊乳腺細胞的核移植到B羊去核的卵細胞內,形成一個重組細胞.
⒉胚胎移植.將重組細胞在體外進行培養,形成早期胚胎後植入C羊的子宮內.
⒊"多莉"羊出生.
組織培養:
植物組織培養的大致過程是:在無菌條件下,將器官或組織(如芽,莖尖,根尖或花葯)的一部分切下來,放在適當的人工培養基上進行培養,最初,這些器官或組織經過細胞分裂與去分化(從分化狀態變為未分化狀態),形成愈傷組織.之後,在適合的光照,溫度和一定的營養物質與激素等條件下,愈傷組織便開始分化,產生出植物的各種組織和器官,進而發育成一棵完整的植株.
植物組織培養不僅從植物上取材少,培養周期短,繁殖率高,而且便於自動化管理.目前,這項技術已經在花卉和果樹的快速繁殖,培育無病毒植物等方面得到了廣泛的應用.例如:用一個蘭花莖尖就可以在一年內生產出400萬株蘭花苗.又如:長期進行無性繁殖的植物,體內往往會積累大量的病毒,從而影響植物的產量或觀賞價值.研究發現,這些植物只有根尖和莖尖中不含病毒.因此,人們用莖尖進行組織培養,就得到了多種植物(如馬鈴薯,草莓,菊花)的無病毒植株,取得了可觀的經濟效益.
[習題選編]
白菜—甘藍雜交後產生的植株一般是不育的,但是,科學家發現,極少數的雜交植株能產生種子,原因是:
參考答案:染色體數目加倍
2,能克服遠源雜交的不親和技術是 ( )
A,組織培養 B,動物胚胎移植 C,細胞融合 D,單倍體育種
解析:植物組織培養的優勢能夠提高自然繁殖率比較低的名貴花卉,瀕危物種等的無性繁殖率.動物胚胎移植能夠提高動物的繁殖率.單倍體育種可以加快育種的進程.細胞融合能夠克服遠源雜交的不親和性
3,下列選項中,沒有採用植物組織培養技術的一項是 ( )
A,花葯的離體培養得到的單倍體植株.
B,秋水仙素處理萌發的種子或幼苗得到多倍體植株
C,基因工程培育抗棉鈴蟲的棉花植株
D,細胞工程培育"番茄—馬鈴薯"雜種植株.
參考答案:B
4,英國科學家維爾莫特首次用羊的體細胞(乳腺細胞)成功地克隆出一隻小羊,取名為"多莉",以下四項中與此方法在本質上最相近的是 ( )
A,兔的早期胚胎分割後,分別植入兩只母兔子宮內,並最終發育成兩只一樣的兔.
B,將人的抗病毒基因嫁接到煙草的DNA分子上,培育出具有抗病毒能力的新品種.
C,將鼠骨髓瘤細胞與經過免疫的脾細胞融合成雜交瘤細胞.
D,將人的精子與卵細胞在體外受精,待受精卵在試管內發育到囊胚期時,再植入女性子宮內發育成"試管嬰兒"
參考答案:A
5,下列哪項技術與"試管嬰兒"無關 ( )
A,體外受精 B,動物胚胎移植 C,基因轉移技術 D,組織細胞培養技術
參考答案:C
6,細胞在分化過程中往往由於高度分化而完全失去再分裂的能力.最終衰老死亡,但機體在發展適應過程中.保留了一部分未分化的原始細胞,稱之為幹細胞.一旦需要,這些幹細胞按照發育途徑通過分裂而產生分化細胞,以保證局部組織損傷的修復.根據以上材料,回答下列問題:
(1)人工獲得胚胎幹細胞的方法是:將細胞核移植到去核的卵細胞內,經過一定的處理使其發育到某一時期,從而獲得胚胎幹細胞."某一時期"最可能是 ( )
A,受精卵 B,八細胞胚 C,囊胚 D,原腸胚
(2)根據分裂潛能,幹細胞可分為全能幹細胞(可發育成完整的個體),多能幹細胞(可發育成多種組織和器官)和專能幹細胞(發育成專門的組織和器官),則這些細胞在個體發育中的分化順序是 ( )
A,全能—專能—多能 B,全能—多能—專能
C,多能—全能—專能 D,專能—全能—多能
(3)在全能幹細胞的發育過程中,皮膚由 胚層發育而來,眼睛由 胚層發育而來,神經系統由 胚層發育而來.
(4)個體發育過程中最原始的幹細胞是
(5)幹細胞在臨床上應用的最大優點是移植器官和患者之間無 反應.
(6)談談你對幹細胞研究的看法.
參考答案:(1)C (2)B (3)外和中 外 外 (4)受精卵 (5)排異
(6)幹細胞研究對人類治療疾病有很大幫助.例如:利用幹細胞克隆器官,用於器官移植;利用幹細胞修復損傷的器官等.但是,如果幹細胞研究用於克隆人,則會帶來嚴峻的社會倫理問題,必須嚴肅制止.
7,近幾千年來,生命科學的發展日新月異,層出不窮,生物學的觀點不斷更新或面臨挑戰或得到補充完善.
資料一:20世紀80年代,美國生物學家奧爾等曼和切赫研究和發現了RNA的催化功能,由此他倆獲得了1989年的諾貝爾化學家獎.
資料二:1996年英國蔓延的"瘋牛病"成為國際社會關注的焦點.引起病牛病的病原體是一種能致病的蛋白質,它不含核酸,我們稱之為朊病毒,美國生物學家普魯辛納就是由於研究朊病毒做出的卓越貢獻,而獲得了1997年度諾貝爾醫學生理學獎.
資料三:1997年英國的克隆羊"多莉"的誕生轟動了全球.克隆羊"多莉"是英國的威爾穆特博士領導的研究小組將高度分化的成年綿羊乳腺細胞核移植到去核的卵細胞中培育成功的.
根據你所了解的生物學知識,上述的三則資料內容對哪些原有的生物學觀點提出了挑戰或補充完善 請用簡短的文字加以說明.
參考答案:
生物催化劑酶都是蛋白質,但RNA催化功能的發現,說明酶不一定都是蛋白質,RNA也具有
酶的功能.
以前人們認為核酸是一切生物的遺傳物質,但朊病毒這種病原體不含核酸,卻能導致"瘋牛病",
說明除了核酸外,還應該存在其它的遺傳物質.
原來人們認為已高度分化的成體動物的體細胞已失去了全能性,克隆羊的成功,說明了高度分
化的成年動物體細胞仍然具有全能性.
8,科學家發現,人們長期接觸2,4-D(人工合成的生長素類似物)患某種癌症的可能性要遠遠高於未接觸者.美國科學家從一種細菌的DNA中分離得到了能降解2,4-D的基因,將其轉移到另一種細菌細胞內,獲得了能高效降解2,4-D的轉基因菌.據此回答:
(1)2,4-D能促進雙子葉植物生長又能殺死雙子葉植物的原因是
.
(2)該轉基因菌能表現也降解2,4-D的性狀並能代代相傳,所遵循的生物學原理是
.
(3)人們在生產上不直接應用最早發現的具有降解基因的細菌,而是培育和應用轉基因
菌來降解2,4-D的可能原因是:轉基因菌與原細菌相比有如下特點:
.
參考答案:
生長素低濃度促進植物生長,高濃度抑制甚至殺死植物.
基因的功能:通過復制實現遺傳信息的傳遞.通過控制蛋白質合成實現遺傳信息的表達.
高效性
9,花葯離體培養也屬於植物的組織培養,它培育出的植株是 倍體,其染色體數目比原物種 .香蕉的組織培養形成的幼苗是 倍體.其性狀與親本相比 ,培養基的作用是 .植物的組織培養之所以能夠獲得成功,是因為細胞具有 性,即植物細胞含有的遺傳信息與胚細胞 ,只要條件適合,就可發育成完整的植株.
分析:花葯離體培養是通過植物的花粉培育出完整的植株,花粉是經過減數分裂形成的,其染色體數目減半.香蕉是利用莖尖作為外植體,莖尖細胞屬於體細胞,其染色體數目與親本一致.
參考答案:
單 減半 三 一致 提供營養和激素等物質 全能 相同
10,2000年11月,"廣東集愛"診療中心投入運作,標志著試管嬰兒技術落戶到了廣州.
(1)培育試管嬰兒屬於 生殖方式.
(2)胚的發育過程是指從 發育到 階段,場所是 .
(3)後期要繼續把胚胎移植入婦女的子宮內繼續發育的原因是
.
參考答案:
(1)有性 (2)受精卵 胚 前期是體外(試管),後期是子宮
(3)胚的發育需要一定的條件,如溫度,激素,營養,氣體濃度等,而子宮具有所有胚發育的所需條件,是胚發育的最佳場所.
11,閱讀下列材料.回答問題:
2002年1月30日《科學時報》報道 美國科學家維爾法伊領導的一個小組發現,
成年人骨髓中存在著一類幹細胞.可以在培養液中無限期地生長,與胚胎幹細胞極其相
似.其中的一部分細胞系在生長近兩年後,特性依然保持完好,無任何衰老跡象.研究
人員將這些細胞稱為"多能成體祖細胞'.
此前也有一些實驗室和生物技術公司發現,成人的皮膚,肌肉和骨髓中存在著能
形成其他組織細胞的幹細胞.研究人員稱.從理論上講"多能成體祖細胞"在一定的條
件下 應該能夠形成心肌,大腦,肝臟,皮膚和各類神經細胞.
(1)如果在培養液中培養的"多能成體祖細胞"己傳至60代 那麼 這種細胞的遺傳物質與成年人骨髓中的幹細胞的遺傳物質( ).
A.全部相同 B.全部不同 C.大部分相同 D.大部分不同
(2)為大面積燒傷病人植皮,最好選用( )的幹細胞培育的皮膚細胞.
A.患者本人 B.父母 C.子女 D.配偶
(3)在一定的條件下,"多能成體祖細胞"形成心肌,大腦,肝臟,皮膚和各類神經細胞需通過 和 完成.
參考答案:(1).C(2).A:(3).細胞分裂;細胞分化
12,在細胞工程——原生質體融合育種技術中 .
(1)其技術的重要一環就是要將營養細胞的細胞壁除去,通常採用的方法是 .
(2)在不破壞植物細胞結構的前提下,可以用光學顯微鏡觀察植物細胞的細胞膜,請問如何操作才可以在光鏡下觀察到細胞膜 .
參考答案:
(1)用纖維素酶去除細胞壁
(2)當細胞液的濃度小於外界溶液的濃度時;活的成熟的植物細胞通過滲透作用失去水分;原生質層逐漸與細胞壁分離開來,這樣便可在光學顯微鏡下清晰的觀察到原生質層最外面的細胞膜
13,中國青年科學家陳大炬成功地把人的抗病毒干擾基因"嫁接"到煙草的DNA分子上,可使煙草獲得抗療毒的能力,形j#轉基因產只,試分析回答:
(1)人的基因之所以能接到植物體內去,原因是 .
(2)煙草具有抗病毒能力,這表明煙草體內產生了 .這個事實說明,人和植物共用一套 .
(3)該工程在農業,醫葯等方面已取得了許多成就,請你說出三個具體實例
.
參考答案:
(1)人與植物DNA結構組成相同(2)抗病毒干擾素;遺傳密碼
(3)將抗病毒基因嫁接到水稻中,形成抗病毒水稻新品種;將人的血型基因移入到豬體內,培育出人血的豬:將干擾素基因移入細菌體內,培育出能產生干擾素細菌
14,人類基因組計劃的目標是繪制四張圖,其中一張圖用遺傳單位表示基因間的距離,另一張圖用核著酸數目表示基因間的距離,一張圖顯示染色體上全部DNA上約30億個減基對的排列順序,還有一張是基因轉錄圖.這四張圖組成了不同層次的,最終為分子水平的人類"解剖圖",它揭開了決定人類生.老.病.死的所有遺傳信息——基因組之謎,將成為人類認識自我的用之不竭的知識源泉.
國際人類基因組計劃合作組織.美國塞萊拉遺傳信息公司.美國(科學)雜志和英
國(自然)雜志於2m1年2月門日聯合宣布:由科學家提供的初步分析中,格外引人關
注的是:原來預計多達10萬多個的人類基因總數被最終確定為3萬個左右,而與蛋白質
編碼無關的非編碼區的減基對序列卻達人類基因組序列的97%之多.
請根據以上材料回答下列問題:
(1)"人類基因組計劃"需要測定人類的24個染色體的基因和減基順序,試指出哪24個染色體 .
(2)你認為完成"人類基因組計劃"有哪些意義 .
.
參考答案:
(l)22條常染色體和XY兩條性染色體(2)①有利於疾病的診斷和治療 ②有利於研究生物進化③有利於培育優良的高等動植物品種 ④有利於研究基因表達有調控機制
『叄』 生物工程系生物技術及應用專升本必須看那些書
1．生物化學
內容提要：主要包括蛋白質化學、酶學、核酸、維生素與輔酶，生物分子的分解、合成代謝及其調控，遺傳信息的表達及調控等及有關實驗。
教 材：《生物化學》 沈同等編 高等教育出版社
參考書目：1.《生物化學》 王鏡岩編 科學出版社
2.《生物化學簡明教程》（第三版） 羅紀盛等編 高等教育出版社
3.《生物化學》 魏述眾主編 中國輕工業出版社
4.《BIOCHEMISTRY》 Trudy Mckee等 科學出版社
2．細胞生物學
內容提要：細胞質膜及內膜系統，細胞核與染色體，細胞基因表達的調節，細胞骨架，細胞分化，細胞增殖，細胞衰老，細胞凋亡，線粒體及葉綠體，細胞的起源與進化等及有關實驗。
教 材： 《細胞生物學》 翟中和主編 高等教育出版社
參考書目：1.《細胞生物學》 鄭國錩主編 高等教育出版社
2.《分子細胞生物學》 韓貽仁主編 高等教育出版社
3.《細胞生物學》 汪堃仁編 高等教育出版社
3．現代工業微生物學
內容提要：現代工業微生物學主要介紹微生物在工業中的應運，常見工業微生物類群和形態，現代發酵工業中微生物菌種的選育和培養技術，以及工業微生物的營養、代謝調控，主要微生物工業產品的生產等。
教 材：1.《現代工業微生物學》 楊汝德編 華南理工出版社
2.《微生物學實驗指導》黃秀梨主編 高等教育出版社 施普林格出版社
3．《工業微生物學》 岑沛霖 化學工業出版社
參考書目：1.《微生物學》 武漢大學和復旦大學合編 高等教育出版社
2.《微生物工程工藝原理》姚汝華 華南理工出版社
3.《MICROBIOLOGY》 J.Nicklin等 科學出版社
4．《工業微生物學》 岑沛霖 化學工業出版社
4．現代遺傳學
內容提要：遺傳三大定律，伴性遺傳、數量遺傳和遺傳平衡，遺傳物質的結構與功能，基因的本質，核外遺傳、核質關系與個體發育，基因表達與調控，遺傳物質的變異、重組機理，突變、選擇與生物進化等及有關實驗。
教 材：1.《現代遺傳學》 趙壽元著 高等教育出版社
參考書目：1.《遺傳學》 劉枯義等編 高等教育出版社
2.《現代遺傳學原理》 徐晉麟等編 科學出版社
3.《分子遺傳學》 張玉靜主編 科學出版社
4.《分子遺傳學》 盛祖嘉等編 復旦大學出版社
5.《GENETICS》 P.C.Winter等 科學出版社
6.《遺傳學實驗》 劉祖洞編 高等教育出版社
5．分子生物學
內容提要：從分子的角度研究生命的起源、組成、生理機能、進化等一系列問題。同時本課程也講授有關現代分子生物學的研究方法。
教 材：1.《分子細胞生物學》 韓貽仁編 高等教育出版社
2.《分子生物學實驗指導》 魏群主編 高等教育出版社 施普林格出版社
參考書目：1.《分子生物學》 曹儀植編 蘭州大學出版社
2.《現代分子生物學》 朱玉賢等編 高等教育出版社
3.《分子生物學》 郜金榮編 武漢大學出版社
3.《精編分子生物學實驗指南》 F.奧斯伯等 科學出版社
4.《MOLECULAR BIOLOGY》 R.F.Weaver 科學出版社
6．普通生態學
內容提要：以生物與環境的關系為主線，在生物個體、種群、群落和生態系統層次上，系統介紹生態學的基本原理、基本知識、基本規律和現代發展，引導學生用其分析現實生態現象及指導人與自然的協調關系。
教 材：《普通生態學》 孫儒泳等編 高等教育出版社
參考書目：1.《環境生態學》 金嵐主編 高等教育出版社
2.《理論生態學研究》 張大勇等編 高等教育出版社 施普林格出版社
3.《ECOLOGY》 A.Mackenzie等 科學出版社
7. 基因工程
內容提要：該課從基因工程賴以創立的理論及技術基礎出發，介紹基因研究的發展及基因的現代概念，基因研究與基因工程的相互依賴關系，最新研究成果與實際應用；基因工程的基本過程，基因工程載體，酶切與連接，重組體DNA的導入與重組體轉化子的鑒定，目的基因的分離、純化、表達及檢測。
教 材：《簡明基因工程原理》 賀淹才編著 科學出版社
參考書目：1.《基因及其表達》 童克中編 科學出版社
2.《基因及其操作原理》 齊鵬義編著 武漢大學出版社
3.《基因工程原理》 吳乃虎編 高等教育出版社
4.《現代生物技術導論》 瞿禮嘉等編 高等教育出版社 施普林格出版社
5.《PCR技術實驗指南》 C.W.迪芬巴赫等 科學出版社
6.《分子生物學與基因工程習題集》 王金發等編著 科學出版社
8. 細胞工程
內容提要：包括單克隆抗體、細胞移植、細胞融合與重組、細胞培養、原生質體培養，細胞雜交及植物細胞工程，試管苗技術等。
教 材：《細胞工程》 科學出版社
參考書目：1.《現代生物技術導論》 瞿禮嘉等編 高等教育出版社 施普林格出版社
2.《細胞工程》 焦瑞身等編 化學工業出版社
9. 生物工程
內容提要：微生物工程是生物技術的重要組成部分，是生物技術產業化的重要環節。它將微生物學、生物化學和化學工程學的基本原理有機地結合起來，是一門利用微生物的生長和代謝活動來生產各種有用物質的工程技術。內容涉及工業常用微生物，菌種選擇，代謝產物的過量生產，微生物反應的質能平衡，微生物發酵過程，發酵動力學，發酵工藝，滅菌工程等。
教 材： 《微生物工程概論》 劉如林編 南開大學出版社 1995
參考書目：1.《微生物工程工藝原理》 姚汝華編 華南理工大學出版社
2.《發酵工藝原理》 熊宗貴主編 中國醫葯科技出版社
10．生化大實驗
內容提要：包括與細胞破碎、生化物質的提取、分離、純化及鑒定等技術有關的實驗。
教 材：自編
參考書目：《生化實驗方法和技術》 張龍翔等編 高等教育出版社
11．生物工程下游技術
內容提要：主要內容為生物技術產物的預處理及提取、分離純化、精製加工等技術的科學本質、原理、方法、規律和發展趨勢，以及這些技術和環境保護之間的關系等。其中生化產物和發酵產物的分離純化是核心內容。下游技術是生物工程的重要組成部分，是生物高技術實現產業化的關鍵。通過本課程的學習，使學生能掌握生物技術下游加工技術的科學本質和主要方法，同時熟悉各種單元操作和提純設備的選用，從而具備從事科學研究及設計的能力，結合生產實際分析解決產物下游處理過程中的各種問題，以達到提高產品質量和得率，增加經濟效益的目的。
教 材： 《生物工業下游技術》 毛忠貴主編 中國輕工業出版社
參考書目：1.《生化分離技術》 嚴希康編 華東理工大學出版社
2.《生物工程下游技術》 劉國詮編 化學工業出版社
3.《分離過程化學》 陸九芳等編 清華大學出版社
4.《生物分離技術》 梁世中編 華南理工大學出版社
5.《發酵設備》 高孔榮編 中國輕工業出版社
6.《化工原理》 蔣維均等編 清華大學出版社
7.《清潔生產》 席德立編 重慶大學出版社
12．酶工程
內容提要：酶工程（酶技術）是研究酶所特有的生物催化性能，並使其在工業、農業、醫葯衛生等領域發揮作用的一門應用科學。現代生物技術一般分為微生物工程、酶工程、細胞工程和基因工程。酶工程是現代生物技術中的一個重要內容。從長遠發展的眼光來看，酶工程在現代生物技術的各個領域顯得越來越重要，並將逐步融合於其它領域。
酶工程學研究的主要內容包括：酶的結構和功能，酶反應動力學，酶的分離純化技術，酶的固定化，酶的化學修飾，酶反應器，以及酶工程技術在各行各業中的應用等。
參考教材：1.《酶工程》 熊振平 化學工業出版社 1989
2．《應用酶學導論》禹邦超 華中師范大學出版社 1994
13．食品化學
內容提要：食品化學是食品科學的一個重要部分，它是一門研究食品（包括食品原料）的組成、特性及其產生的化學變化的科學。食品化學與化學生物化學、生理化學、植物學、動物學、分子生物學有密切的關系。食品化學依賴上述這些學科的知識有效地研究和控製作為人類食品來源的生物物質。
教 材：《食品化學》 王璋、許時嬰、湯堅編 中國輕工業出版社
14．食品工藝學
內容提要：食品工藝學主要介紹主要工業食品的加工工藝過程、原理、基本理論和實踐，本課程共分6章，主要介紹用於食品加工的食品原料種類和處理、罐藏食品加工工藝、軟飲料加工工藝、乳製品和大豆製品加工工藝、肉製品和糧谷製品加工工藝，目的是通過學習，讓學生了解、熟悉和掌握主要工業食品加工工藝的基本理論和基本實踐。
選用教材：《食品工藝學》（第2版） 趙晉府 主編 中國輕工業出版社
15．儀器分析
內容提要：介紹生命科學研究中所用的儀器設備的種類、性能、工作原理、使用范圍等。
參考書：1. 各種儀器設備使用說明
2．《實用儀器分析》 楊根元等編 北京大學出版社
3．《儀器分析》 李啟隆等編 北京師大出版社
16．植物組織培養
植物組織培養是研究在無菌條件下，將離體植物器官、組織、細胞以及原生質體培養在人工配製的培養基上，給予適當的培養條件，使其長成完整的植株的理論依據和實驗技能的一門學科。近40年以來，植物組織培養技術得到了迅速發展，已滲透到生物學科的各個領域，成為生物學科中的重要研究技術和手段之一，並廣泛應用於農業、林業、工業和醫葯業，產生了巨大的經濟效益和社會效益，成為當代生物科學中最有生命力的一門學科。
當前，植物組織培養主要進行以下幾方面的研究：1、脫毒及離體快繁；2、花葯培養和細胞育種；3、原生質體培養和細胞雜交；4、次生代謝產物的生產；5、植物種質資源的保存和交換。
教 材：《植物體細胞遺傳學簡明教程》黃百渠編 東北師范大學出版社
參考書：《植物組織培養教程》 李俊明編 北京農業大學出版社
『肆』 結合例子談談對生物技術的看法
生物與人類生活的許多方面都有著非常密切的關系。生物學作為一門基礎科學，傳統上一直是農學和醫學的基礎，涉及種植業、畜牧業、漁業、醫療、制葯、衛生等等方面。隨著生物學理論與方法的不斷發展，它的應用領域不斷擴大。現在，生物學的影響已突破上述傳統的領域，而擴展到食品、化工、環境保護、能源和冶金工業等等方面。如果考慮到仿生學，它還影響到電子技術和信息技術。
人口、食物、環境、能源問題是當前舉世矚目的全球性問題。目前，世界人口每年的增長率約20％，大約每過35年，人口就會增加一倍。地球上的人口正以前所未有的速度激增著。人口問題是一個社會問題，也是一個生態學問題。人們必須對人類及環境的錯綜復雜的關系進行周密的定量的研究，才能對地球、對人類的命運有一個清醒的認識，從而學會自己控制自己，使人口數量維持在一個合理的數字上。在這方面生物學應該而且可能做出自己的貢獻。內分泌學和生殖生物學的成就導致口服避孕葯的發明，已促進了計劃生育在世界范圍內的推廣。在人口問題中，除了數量激增以外，遺傳病也嚴重威脅人口質量。一些資料表明，新生兒中各種遺傳病患者所佔的比例在 3％～10.5％之間。在中國的部分山區，智力不全者佔2％～3％，個別地區達10％以上。揭示產生遺傳病的原因，找到控制和征服遺傳病的途徑無疑是生物學又一重要任務。目前，進行家系分析以確定患者是否患有遺傳病，對患者提出有益的遺傳指導和勸告；通過對胎兒的脫屑細胞進行染色體分析和各種酶的生化分析，以診斷未來的嬰兒是否有先天性遺傳性疾病。這些方法都能避免或減少患有遺傳病嬰兒的出生，以減輕家庭和社會的沉重負擔。將基因工程應用於遺傳病的治療稱為基因治療，在實驗動物上對幾種遺傳病的基因治療已取得一些進展。隨著基因工程技術的發展，基因治療將為控制和治療人類遺傳病開辟廣闊的前景。
和人口問題密切相關的是食物問題。食物匱乏是發展中國家長期以來未能解決的嚴重問題，當前世界上有幾億人口處於營養不良狀態。從目前到21世紀初，糧食生產至少每年要增長3％～8％才能使食物短缺狀況有所改善。人類食物的最終來源是植物的光合作用，但在陸地上擴大農業生產的土地面積是有限的，增加食物產量的主要道路是改進植物本身。過去，在發展科學的農業和「綠色革命」方面，生物學已做出巨大的貢獻。今天，人類在一定限度內定向改造植物，用基因工程、細胞工程培育優質、高產、抗旱、抗寒、抗澇、抗鹽鹼、抗病蟲害的優良品種已經不是不切實際的遐想。近年來，植物基因工程的一些關鍵技術已經有所突破，得到了一些轉基因植物。此外，利用富含蛋白質的藻類、細菌或真菌，進行大規模培養，並從中獲得單細胞蛋白質。由於成功地利用了基因工程並取得了大規模連續發酵工程的技術經驗，單細胞蛋白技術已經取得了重大突破。氨基酸是蛋白質的單體，植物蛋白往往缺少某幾種人體必需的氨基酸，如果在食品中添加某種氨基酸，將會大大提高植物蛋白的生物學價值。目前，用微生物發酵、固定化細胞或固定化酶技術生產氨基酸，已經逐步形成比較完整的體系，可以預料，氨基酸生產將在營養不良問題上發揮日益重要的作用。現代生物學成就和食品工業相結合，已使食品工業成為新興的產業而蓬勃地發展起來。
20世紀生態學關於人與自然關系的研究，喚醒人類重視賴以生存的生態環境。工業廢水、廢氣和固體廢物的大量排放，農用殺蟲劑、除莠劑的廣泛使用，使大面積的土地和水域受到污染，威脅著人類生產和生活。這就要求人們更深入地研究生物圈中物質和能的循環的生態學規律，並在人類的經濟生活以及其他社會生活中，正確的運用這些規律，使生物能夠更好地為人類服務。現代生物學證明，微生物所具有的生物催化活性是極為廣泛的，利用富集培養法幾乎可以找到降解任何一種含毒有機化合物的微生物，利用基因工程等技術還可以不斷提高它們的降解作用。因此，有降解作用的微生物及其酶制劑就成為消除污染的有力手段。利用微生物防治害蟲，以部分代替嚴重污染的有機殺蟲劑也是大有前途的。在農業中盡快使用生物防治、生物固氮等新技術，改變農業過分依賴石油化工的局面，這是關繫到恢復自然生態平衡的大事，也是農業發展的大勢所趨。大量消耗資源的傳統農業必將向以生物科學和技術為基礎的生態農業轉變
全世界的化工能源（石油、煤等）貯備總是有限的，總有一天會枯竭。因此，自然界中可再生的生物資源(生物量) 又重新被人所重視。自然界中的生物量大多是纖維素、半纖維素、木質素。將化學的、物理的和生物學的方法結合起來加工，就可以把纖維素轉化為酒精，用作能源。有人估計，到20世紀末全世界的汽車約有35％將使用生物量（酒精）。沼氣是利用生物量開發能源的另一產品。中國和印度利用農村廢料進行厭氧發酵產生沼氣已作出顯著成績。世界上已經出現了利用固相化細胞技術的工業化沼氣厭氧反應器。一些單細胞藻類中含有與原油結構類似的油類，而且可高達總重的70％，這是另一個引人注目的可再生的生物能源。太陽能是人類可以利用的最強大的能源，而生物的光合作用則是將太陽能固定下來的最主要的途徑，可以預測，利用生物學的理論和方法解決能源問題是大有希望的。
此外，對人口、食物、環境、能源等問題進行綜合研究，開創各種綜合解決這些問題的方法的農業生態工程的興起，最終將發展新的、大規模的近代化農業。
上面的敘述，僅就人口、食物、環境、能源問題和生物學的關系而言，也還是很不充分的。但由此可以看到，生物學的發展和人類的未來息息相關。
『伍』 從免疫學和分子生物學討論現代生物技術在食品檢測中的應用
生物技術檢測方法具有特異的生物識別功能、極高的選擇性，它可與現代的物理化學方法相結合，產生一些簡單、結果精確、靈敏、專一、微量和快速、成本低廉的檢測方法，因此其在食品檢驗中佔有越來越重要的地位。
在食品檢驗中應用的幾種生物檢測技術
1 免疫法
免疫法是最靈敏的生物檢測方法，具有高特異性和高靈敏性（靈敏度可達1ppb，1ppm）、操作簡便、再現性好，應用前景看好。用免疫法可進行蛋白質檢測，由於不同蛋白質的物理、化學性質差別極小，只能通過各種免疫方法或標記探針法加以區別。
(1) 熒光抗體法
將熒光抗體溶液滴加於固定的標本上，一定時間後用緩沖液沖洗，若有相應抗原存在，即與熒光抗體結合，在熒光顯微鏡下即可看到發熒光的抗體復合物。熒光抗體法在微生物污染鑒定中經常使用，最常用於沙門氏菌的檢測。
(2) 放射免疫法
靈敏度高，但操作相對復雜，放射免疫法同位素半衰期短，保存及操作不便。目前應用情況受到限制。
(3) 酶聯免疫吸附法
是一種基本的酶免疫檢測方法，其選擇性好、靈敏度高、快速、易操作、結果判斷客觀准確、實用性強。酶免疫法和其他免疫法一樣，都是以抗體和抗原的特異性結合為基礎的。以酶或輔酶為標記物，標記抗原或抗體，用酶促反應的放大作用來顯示初級免疫學反應。
酶聯免疫吸附法除可檢測食品中的毒素、殘留農葯及微生物外還可用於營養素的測定。
(4) 凝集反應法
當有電解質存在時，顆粒狀的抗原與其特異性的抗體結合並生成可見凝集塊的反應稱為凝集反應，有直接反應和間接反應法。利用凝集反應可測定抗體的效價，也可用於細菌、病毒等的分類。
(5) 沉澱反應法
沉澱反應法常見的是一種瓊脂擴散試驗。單向擴散是利用不同抗原抗體在瓊脂中不同的擴散速度而會在瓊脂中出現幾條相互分離的沉澱帶。雙向擴散則是利用抗原抗體都向中間層―――瓊脂擴散而形成沉澱帶，根據分離沉澱帶的數量可確定抗原抗體種類。
(6) 免疫擴散法
利用蛋白質在半固體基質上的擴散作用，使抗原和抗體在濃度比例合適的部位產生沉澱帶或沉澱環，從而檢測蛋白質。如血清中IgG、IgA、IgM含量的測定。
(7) 免疫電泳法
免疫電泳法是將電泳和瓊脂擴散沉澱反應相結合的一種方法，即先將血清或蛋白質抗原在瓊脂凝膠中進行電泳。帶電的蛋白質抗原向負極移動，加入抗血清後，不同區點的抗原再與抗體進行沉澱，當相應抗原抗體接觸，在適當比例下形成弧形沉澱帶，根據沉澱帶的位置對蛋白質的各組分進行檢測。如免疫球蛋白含量的測定。
2 酶檢測法
酶檢測法就是用酶來測定某些用一般化學方法難於檢測的食品成分的含量或測定食品中某些特殊酶的活性或含量。其最大特點就是特異性強。所以常用於分析結構和物理化學性質比較相近的同類物質的分別鑒定。如測定食品中殘存有機農葯的含量、微生物污染或了解食品的制備、保存情況。
酶檢測法的樣品一般不需要進行很復雜的預處理，由於酶的催化效率很高，反應條件溫和，酶檢測法的檢測速度也比較快。常用的有以下方法：
(1) 終點測定法
在以待測物質為底物的酶反應中，如果使底物能夠接近完全地轉化為產物，而且底物或產物又具有某種特徵性質，通過直接測定轉化前後底物的減少量、產物的增加量或輔酶的變化等就可以定量待測物質。
(2) 動力學測定法
在反應體系中精確加入一定數量的酶，測定反應物或產物變化的速度。測定的參數可以是吸光度、熒光度、pH值等。
(3) 多酶偶聯測定法
當被測定的底物或反應產物沒有易於檢測的物理化學手段時，可採用兩種或兩種以上的酶進行連續式或平行式的偶聯反應，使底物通過兩步或多步反應，轉化為易於檢測的產物，從而測定待測物質的含量。例如葡萄糖的定量測定。
(4) 利用輔酶作用或抑制劑作用測定法
如果待測物質可作為某種酶專一的輔酶或抑制劑，則這種物質的濃度和將其作為輔酶或抑制劑的酶的反應速度之間有一定關聯，因此通過測定該酶的反應速度就能進行這種物質的定量。嘌呤、核甙酸、維生素、輔酶及食品中農葯、殺蟲劑的檢驗可用此法。
(5) 通過酶反應循環系統的高靈敏度測定法
對於極微量的物質進行酶法檢測時，由於靈敏度的原因，在很多情況下不能應用通常的終點測定法，可設計一個酶反應循環系統來提高檢測靈敏度。
(6) 酶標免疫檢測法
抗體與相應的抗原具有選擇和結合的雙重功能。若要測定樣品中抗原的含量，就將酶與待測定抗原的對應抗體結合在一起，製成酶標抗體。然後將酶標抗體與樣品液中待測抗原，通過免疫反應結合在一起，形成酶―抗體―抗原復合物，通過測定復合物中酶的含量就可得出待測抗原的含量。此法可用於食品的污染檢測，尤其適用於毒素的快速檢測。
(7) 放射性同位素測定法
酶的活性可以採用同位素標記的底物進行測量。經酶解後隨時間所生成的放射性產物含量與酶的濃度成正比。也可用放射性同位素的底物在酶的作用下得到的產物，分離測定產物的同位素含量。此法可用於需要進行極微量的分析或因新發現的酶還未找到適當的分析法時的測定。
3 核酸探針技術
核酸探針技術又名基因探針技術或核酸分子雜交技術，具有敏感性高（可檢出10-9―10-12的核酸）和特異性強等優點。兩條不同來源的核酸鏈如果具有互補的鹼基序列，就能夠特異性的結合而成為分子雜交鏈。據此，可在已知的DNA或RNA片段上加上可識別的標記（如同位素標記、生物素標記等），使之成為探針，用以檢測未知樣品中是否具有與其相同的序列，並進一步判定其與已知序列的同源程度。
核酸探針技術已被廣泛應用於進出口動植物及其產品的檢驗。用於檢驗食品中一些常見的致病菌及產毒素菌，如大腸桿菌、沙門氏菌等多種病原體的檢驗。近年來，放射性同位素標記的核酸探針正越來越多地用於產腸毒素性大腸桿菌的快速檢測。
4 多聚酶鏈反應技術
多聚酶鏈反應技術是一種極敏感的分子生物學方法，是一項DNA體外擴增技術，在體外對特定的雙鏈DNA片段進行高效擴增，故又稱基因體外擴增法。
多聚酶鏈反應技術快速、特異、敏感，在食品中致病菌的檢測方面具有很大的應用潛力。如可用於單核細胞增多症李氏桿菌、金黃色葡萄球菌、頑固性梭狀芽胞桿菌、沙門氏菌等的檢測。
5 基因晶元技術
基因晶元技術能同時將大量探針固定於支持物上，可以一次性對樣品大量序列進行檢測和分析，從而解決了傳統核酸印跡雜交技術的操作繁雜、自動化程度低、操作序列數量少、檢測效率低等不足，是一種在生物技術產品檢測中極有發展前景和應用價值的技術，也是近年來國內外研究的熱點，基因晶元檢測技術完全可能成為21世紀最具活力的檢測技術之一。
基因晶元檢測技術可以判斷該植物是否含有外來的基因序列，而鑒定該植物是否為生物技術作物。
6 免疫感測器
免疫感測器是根據生物體內抗原-抗體特異性結合並導致化學變化而設計的生物感測器，其主要由感受器、轉換器和放大器組成。免疫感測器是多學科邊緣交叉的產物，其研究涉及到電化學、物理、生物、免疫學和計算機等領域的相關知識。
免疫感測器主要有:酶免疫感測器、電化學免疫感測器(電位型、電流型、電導型、電容型)、光學免疫感測器(標記型、非標記型)、壓電晶體免疫感測器、表面等離子共振型免疫感測器和免疫晶元等。
基於抗原-抗體特異性結合的工作原理，免役感測器在食品檢測中的應用主要體現在對生物性危害的檢測。如可用於致病菌、生物毒素、農葯、獸葯等的檢測。