生物技术如何解决人口问题

Ⅰ 有介绍生物技术如何造福于人类的资料吗

一、生物技术给农业带来的益处

广义上讲，生物技术是利用有机体、死细胞、活细胞以及细胞内含物，采用特殊的过程生产出特殊的产品应作到农业、医药以及环境修复治理中，尤其是70年代基因工程的出现，它能改变、取代物种的基因。

生物技术在农作物中已有广泛的应用。最初通过遗传工程获得而进入市场的作物是：玉米、大豆和棉花。它们经转基因后具有抗除草剂和棉铃虫的能力。这种玉米、大豆和棉花从Bt细菌获得基因，经遗传改良后具有防虫害的能力。利用Bt细菌获得经遗传改良的作物的潜力是相当大的。例如：美国有200万hm2的Bt棉花，澳大利亚有40万hm2，两者各相当于2.5亿美元价值。如果将Bt玉米引种在美国1000万hm2的土地上，只要增产5%，就意味着能增加3.5亿美元收入。这项技术进一步促进了Bt制剂控制虫害在商业上的应用。除此之外，还有许多经转入特定基因的玉米品种，这些品种能同时抗除草剂和一些虫害。

生物技术在畜牧业上应用所获得的益处与在农作物上相似。一方面，生物技术有助于提高畜禽的生命力以及消灭竞争者。促进畜禽生长的物质有生长激素以及促进其生长的调节剂，这些物质可由基因工程而获得。如利用鼠类基因（该基因能促进角蛋白的形成）能获得了经遗传改良的绵羊，这种绵羊比普通棉羊产毛量能提高6%左右。另一方面，生物技术在提高农作物产量、质量的同时，有助于提高畜牧业的生产力发展水平。例如，通过控制饲料作物体内碳水化合物含量可提高畜牧业生产力；利用基因调控技术可以提高包括豆科作物在内一些作物的蛋白质含量，减少饲料作物中难消化的木质素含量等。达比等人已生产出一种转基因三叶草，可应用于澳大利亚绵羊牧场。该基因来自向日葵，经转基因的三叶草能制造富含氨基酸的蛋白质，该蛋白质经食物链进入绵羊体内，进而能提高产毛量。

生物技术给人类带来的益处也包括在生态和环境两个方面。利用生物技术提高现有农业生态系统的生产力可以减低农业向原始的、自然、半自然生态系统扩张的要求，因此，它有助于有人类保存、保护地球上仅有的自然生态系统及其资源，有助于人们未来再利用其中的基因资源开发新的产品。

生物技术已用于生产抗虫害、抗除草剂作物。正如前面所述，一些转基因棉花、玉米、大豆等具有抗虫害、抗除草剂的能力。1995年人们可以在市场上购买到转基因马铃薯，这种马铃薯能产生水晶蛋白，而水晶蛋白对科伦那多马铃薯甲虫有毒害作用。这些转基因作物能减少杀虫剂的用量，降低杀虫剂及其残留物对食物链、水体造成污染，从而有利于保护生态环境。

在许多农业生产区，土壤氮素可利用量是制约农业生产力提高的一个重要因子。而一高科技农业生产区使用人造氮肥是以牺牲生态环境为代价的。制造氮肥要利用大量能源，据统计，英联邦农场平均投入的能源大约有50%来自肥料。由施用肥料而产生的温度气体（二氧气化碳、氮氧化合物等）不可避免地促进地球气候变暖。除此之外，农业土壤的氮素流失是水体富营养化的主要原因。

生物技术的利用能为这些问题的解决提供潜在的、真正有价值的帮助。

同样，人们可以利用真菌来提高土壤养分的有效性。温莱指出：特定的真菌类能促进土壤养分的释放，从而促进作物生长；真菌也能通过分解有机物质（例如纤维素等）释放出糖类，促进固氮菌的生长。进一步提高土壤养分有效性的可能，包括获得转基因细菌和真菌，以进一步增强它们制造养分和释放土壤养分的能力。转基因作物的最终目标是使作物本身能够自行固氮，避免、减少使用人造肥料，从而减少对生态环境的破坏。这在目前尚不可能，但在将来却有望实现这个目标。

二、生物技术带来的不利

从经济角度上讲，生物技术带来的不利并不明显，然而，它会引起发达国家与发展中国家贫富差距进一步扩大。因为，生物技术公司主要集中在发达国家，发达国家可以通过输出生物技术产品而获得利润。与此同时，发展中国家由于技术、及其产品还远没有被广泛接受。

生物技术可能引起生产方式和人类健康的退变。这种情奖品可能会随着需要特定处理的转基因作物的出现而产生，特别是抗除草剂的转基因作物出现。农民必须从同一公司购买种子和除草剂，否则除草剂起不了作用。同样的问题也可能在需人造肥料的转基因作物上出现，这些转基因作物会取代传统的依靠有机肥的作物，后者在发展中国家是很普遍的，并且也有利于环境保护。生物技术在食品上的应用对发展中国家的农民也会造成许多困难。生物技术也会对人类的健康制造麻烦。近年来在英国已有这方面的报道。特别是当能引发人体过敏反应的基因转入农作物时，例如，坚果能引发人体过敏反应，若它的基因被导入其他作物，则有可能其他作物也会引起人体过敏。为了预防起见，转基因作物产品必须经免疫测定筛选后才能利用。

生物技术也可能引发环境问题。人们利用生物技术生产出抗旱、耐盐、抗病虫害作物同时，也导致生物多样性遭受严重破坏，甚至导致一些物种灭绝。这一结果是由于生物技术促进农作物向它原本不适应的地域扩张而造成的。生物技术同样加速土壤侵蚀和沙漠化。农业，尤其是耕作农业的扩张会增加除草剂、杀虫剂、人造肥料的使用，农业中不断投入的能源促进全球变暖。与此同时，氮素生物化学循环的改变也加剧了水体的富营养化，直接影响人类和动植物的生存。

另一个令人担心的是：转基因植物、动物、微生物脱离当地农业生态系统所造成的危害。许多有意或无意的动植物引起当地严重的生态问题。最明显的例子是澳洲引进的兔子。1500年以来，世界各国动植物的交流，有些已成为当地的有害动植物。至于转基因作物脱离当地农业生态系统后有可能引发：第一，转基因作物使自生作物成为严重的杂草问题；第二，转基因作物通过杂交后产生杂种；第三，转基因作物影响食物安全。任何一种转基因作物都存在对生态环境产生冲击的可能性。

未来20年，随着世界人口的增长，农业将经历具有重大意义的革新。毫无疑问，生物技术作为科学和技术在这场变革中将起到关键性的作用。原则上讲，生物技术本身有能力帮助人们提高农业生产力和保护环境，但在实践中，生物技术作为环境保护的代理人其作用相对来说是微乎其微的。人们对它在环境保护以及促进人类进步中的作用仍将拭目以待。
http://lunwen.zhupao.com/Article/2005-2-24/5078.shtml
浅谈生物技术在当今社会中的作用

作者：张复毅
1987年，美国农业委员会主席帕特里克在国会上发表的题为“美国未来的生物技术竞争力”的长篇演说词中说：“我国正处在一场变革的前沿，这场变革将决定我国经济前途的命运。这是一场由生物技术引起的科学革命……生物技术正在开创新的广阔的21世纪市场——这不仅对美国的农业产品，而且对于为数众多的其他产业都如此。生物技术也许会对世界的重大问题——饥饿、疾病、能源及污染等提供解决的办法……”如今，生物技术已被世界各国视为一项高新技术，它对于提高国力，迎接人类所面临的食品短缺、健康、环境及经济问题的挑战是至关重要的。
那么，什么是生物技术呢？
生物技术，有时也称生物工程，是人们以现代生命科学为基础，结合先进的工程技术手段和其他基础科学的科学原理，按照预先的设计改造生物体或加工生物原料，为人类生产出所需产品或达到某种目的。以往，人们将生物技术分为基因工程，细胞工程，微生物工程，酶工程和生化工程。这种分类是相对的，它们之间互相渗透、互为补充、互为上下游。这五个工程虽是生物工程的重要内容，尚不能涵盖生物技术的全部内容。随着生物学和生物技术向纵深发展，不断有一些新的内容出现，特别是人类和生物的基因组学、蛋白质组学、生物芯片、生物信息学等重大技术的出现，已经大大扩展了生物技术的内涵。
近年蛋白质工程的出现，把基因工程研究提高到了新的水平，使得改造基因、改造蛋白质乃至改造生命成为可能。基因工程、蛋白质工程与微电子技术的结合，开辟了生物分子电子学的新领域。生物传感器、生物芯片的研制与应用，特别是生物电子计算机的研制成功，将使整个人类的文明登上一个新的高峰。
目前，生物技术在医学农业等领域的应用日益广泛。在医药卫生方面，仅美国就已有50多种生物药物疫苗和各种生物制剂投放市场。人类基因治疗由原来仅用于治疗单基因缺陷遗传病，迅速扩大到治疗癌症、爱滋病、乙型肝炎、心脑血管病等疾病。将带有人体基因的转基因猪的心、肺、肾等器官，移植至人体，为解决人类器官移植供体不足问题提供了新的途径。美国科学家将胰蛋白酶（用于治疗肺气肿等疾病）基因转至山羊，其中的一只每天可制造出7万美元的胰蛋白酶，远比从动物胰脏中提取该酶的产量高、成本低。重组人干扰素，是我国第一个知识产权的药物，2000年，我国已有20—30个基因工程药物问世，如：人的乙肝疫苗，单克隆抗体等。
在农业方面，应用生物技术可以培育高产优质的抗虫抗逆性好的农作物新产品。如近年来，人们将苏云金芽孢杆菌基因导入植物，成功地培育出抗虫棉花、水稻、番茄、烟草、玉米、马铃薯等作物新品种。1996年，全世界转基因植物种植面积为170万公顷，1997年为1280万公顷，1998年上升为2780万公顷。世界上种植转基因作物面积最大的国家分别为美国、中国、阿根廷和加拿大，这四国合计占有全世界转基因作物面积的99％。目前，我国的抗二化螟虫水稻、抗稻飞虱水稻、抗稻瘟病水稻、抗螟虫玉米、抗病马铃薯、保鲜番茄等一大批转基因植物即将进入商品化阶段。大家知道，人体无法合成一些必需氨基酸，这些氨基酸要从外界食物中摄取。而禾谷类和豆类的种子又恰恰缺少某些类型的氨基酸，例如，玉米中缺少赖氨酸和色氨酸，豆类贮存的甲硫氨酸和半胱氨酸也很少。现在，科学家已通过基因克隆使这些蛋白酶生产基因转移到了一些植物细胞中，并在其中得到了表达。这些转基因食物，为人类的营养和健康需求提供了新的科学保证，是对传统食品的一次革命。
总之，由于现代生物技术的发展和应用，我们的生活方式甚至思想观念将在今后几十年里发生根本性的改变。突飞猛进的现代生物技术，已经给人类带来了巨大的福利，同时，它也向我们展示了一个日新月异充满希望的未来。
原载《中学生物教学》2004年11期
http://taiyangfeng.2008red.com/article.php?workid=8764&articleid=110570

Ⅱ 现代生物技术在解决21世纪人类社会面临的重大方面所发挥的重要作用

加入WTO在我国经济生活中是件大事，它既带给我们巨大的发展机遇，也使我们遭遇到巨大的挑战。外贸形势说明：一场旷日持久的、空前惨烈的经济战已经打响。与生物技术密切相关的农业、医药等产业的状况也不容乐观。在这种激烈竞争形势下，中国企业必需学会积极发现并认真构筑自己赖以生存和发展的优势，在这当中打造企业自身的技术优势就具有特别重要的意义。

令人欣慰的是，在新世纪向我们走来的时候，生物技术掀起了它的第三个浪潮。1999年在“Current Opinion in Microbiology”杂志的一篇文章中写到：继医药和农业之后，广泛认为工业生物催化将是生物技术的第三个浪潮。还有，1999年底在美国加利福尼亚召开了一个学术讨论会后出版了一本题为“新生物催化剂：21世纪化学工业的基本工具”的专门性书籍。这些迹象表明：以生物催化为核心内容的工业生物技术在支撑新世纪社会进步与经济发展的技术体系中的地位已经被提到空前的战略高度。笔者认为：正在向我们走来的“生物技术的第三个浪潮”对我国21世纪的经济发展将是个不可多得的机遇。本文将讨论这次技术革命的社会需求、技术内涵、具体实例以及这个新浪潮对产业结构所可能带来的影响。

人类几千年的文明史证明，一次技术革命的出现必然与以下两个因素有密切相关：首先要有对新技术革命的强烈的社会需求；其次是必需拥有充满活力的创新技术。

1 社会需求

恩格斯说过：“社会一旦有技术上的需要，则这种需要就会比10所大学更能把科学推向前进”。当今人类社会面临人口、环境、资源、疾病等多种危机。人类急需从这些危机中摆脱出来，进入一个理想的可持续发展的轨道。在这个过程中，包括生物技术在内的高技术的发展和应用将可能发挥重要作用。

1．1 环境压力

人类的生存环境正在迅速恶化，环境污染已经成为制约人类社会发展的重要因素。

在水环境方面，根据近年我国政府的环境公报的统计数据，我国年废水排放量达416亿吨，其中工业废水排放量和生活污水排放量各半。中国主要河流有机污染普遍，面源污染日益突出，主要湖泊富营养化严重。我国近岸海域海水污染严重，近海环境状况总体较差，海洋环境污染恶化的趋势仍未得到有效控制。作为海洋污染的综合指标之一的赤潮，仅1999年，中国海域共记录到15起。

在大气环境方面，全国废气中二氧化硫排放总量1857万吨、烟尘排放总量1159万吨、工业粉尘排放量1175万吨。中国的大气环境污染仍然以煤烟型为主，主要污染物为总悬浮颗粒物和二氧化硫。少数特大城市属煤烟与汽车尾气污染并重类型。酸雨污染范围大体未变，污染程度居高不下。

在陆地环境方面，全国工业固体废物产生量为7．8亿吨，工业固体废物累计贮存量64亿吨。工业固体废物的堆存占用大量土地，并对空气、地表水和地下水产生二次污染。削减工业固体废物产生量是我国污染物排放总量控制的重要内容之一。有些地区已经形成垃圾围城、蓝天绿水不再的可怕局面。

以上情况说明：我国环境污染的规模已经达到十分严重地步。寻求已污染环境的治理措施，发展防止新的污染发生的技术已经成为社会可持续发展的当务之急。

微生物是自然界基本的循环器，微生物及其酶系可以有效分解纤维素、木质素、脂肪、烷烃、芳香烃、某些人工多聚物等等，因此微生物可以在造纸、石油化工、纺织印染、食品加工、炸药、冶金、杀虫剂、除草剂、洗涤剂、电镀、生活污水等污染环境的治理中发挥巨大作用。例如最成熟的活性污泥废水处理技术就是依靠微生物的作用。毋庸置疑，生物技术是解决环境污染的一种基本工具，它能提供保护环境、恢复环境所必须的许多手段。

近30年来现代生物技术的多数内容已经渗透到环境工程领域中。有应用前景的领域包括废物的高效生物处理技术、污染事故的现场补救、污染场地的现场修复技术、可降解材料的生物合成技术等许多方面。具体环境生物技术内容包括构建高效降解杀虫剂、除草剂、多环芳烃类化合物等污染物的高效基因工程菌和具有抗污染特性的转基因植物，无废物、无污染的“绿色”生产工艺，高效污水处理生物反应器，废物资源化，PCR技术及其他环境监测技术等。以上内容涉及重组DNA技术、固定化技术、高效反应器技术等单元技术及其技术组合的应用。

环境污染治理产业已经形成了一个巨大的市场，1990年为1900亿美元；2000年为3100亿美元，世界市场平均增长率达5％。但是其中环境生物技术(主要指微生物菌剂和部分环境监控工程)所占市场分额还十分有限。

1．2 资源压力

当今人类社会面临的第二个问题是资源压力。我们应该十分清醒地意识到“一次性能源的末日已经不远”已成为一个无须更多争论的前景。石油剩余储量1400亿吨，而年开采量为32亿吨，计算下来43年告罄!

在交通运输能源结构中石油大约占97％，随着石油资源不可避免的枯竭，在过去20年中，无论政府或工业部门都在十分积极地开发交通运输的代替燃料。一个正在成长、但尚存争论的替代燃料是发酵法生产的乙醇。任何农业国家都可以用现行技术生产燃料乙醇，其中美国发酵生产燃料乙醇的原料是玉米葡萄糖，而巴西则是蔗糖。汽车制造商目前生产的汽车都可以用混合有10％或85％燃料酒精(E85)的燃料。巴西用甘蔗年生产120亿升乙醇，以22％比例与汽油混合，或者可用近100％的乙醇。美国用玉米年生产50亿升乙醇，上百个加油站能提供E85号燃油。

目前的问题是需要政府的财政补贴才能维持燃料乙醇的正常生产。令人高兴的是从非食品植物发酵生产燃料乙醇的研究取得可喜进展。通过预处理、酶的应用和发酵工艺的改进，把各种农业下脚料，诸如玉米、稻、麦秸秆、甘蔗废料、废纸等统称为“biomass”的一些物质转化为燃料乙醇。这样一来，有希望进一步降低燃料乙醇的生产成本。历史上酒精的价格曾经从每升1．22降到0．31美元。如果酶法加工和生物量利用技术得以进一步改进，预期到2015年，价格还会降到0．12—0．13美元。乐观地估计，到时候即使没有政府的价格补贴政策，乙醇也可以取代汽油。

现代化工中差不多全部人工高分子聚合物的出发原料都来自石油或煤炭。全球庞大的化学工业对一次性矿业资源的过分依赖，使人类社会所面临的资源短缺形势更加雪上加霜。2002年6月在加拿大多伦多刚刚闭幕的Bi02002国际大会上有一个专题讨论会，来自不同国家的科学家认为：一个全球性的产业革命正在朝着以碳水化合物为基础的经济发展。科学家们已经预测：当今高分子化工的碳氢化合物时代将逐步让位于碳水化合物时代。目前正在开发的多聚乳酸、多聚赖氨酸、多聚羟基丁酸、燃料乙醇以及各种功能寡糖等可视为这个碳水化合物时代来临的前奏。

2 技术平台

上个世纪70年代以来，在生物技术基础性研究工作的带动下已经建立了基因工程、蛋白质工程、代谢工程、组合生物合成、生物催化工程及其他一系列工程体系和技术平台。这是第三个浪潮又一个必要条件。以下本文以发现新酶为例，简述这类技术平台的科学内涵。

对于工业目的，生物催化剂的吸引力不外乎高效率的催化作用及对底物结构严格的选择性。

当然，另一方面，生物催化剂用于工业目的也面临着一些挑战。首先，酶虽然有其令人满意的周转数(turnover numbers)，即单位活性位点在单位时间内可以催化产生较大数量的产物。可是大多数酶的分子量很大，却只有一个唯一的活性位点。这样一来，单位质量的催化剂的催化效率有时候就显得很低。其次，酶一般是不大稳定的，在大多数工业系统中则很难采用这种脆弱的催化剂。最后，现有技术水平尚难保证以工业规模生产出各种物美价廉的生物催化剂。以上三条可概括为酶的可用性、稳定性和可生产性。在考虑把生物催化剂用作工业酶之前，以上三个难点必须加以克服。因此人们急需发现或创造新一代生物催化剂。近年，由于在新技术方面取得了许多新突破，又重新燃起了人们对酶在工业上应用的巨大兴趣。

发现或创造新一代生物催化剂的技术平台包括天然生物多样性的筛选、基因组测序、定向进化、噬菌体展示、理性设计、化学修饰、催化性抗体和核酶等。这里仅就与发现和创造新工业酶密切相关的前四项内容作些介绍和讨论。

2．1 生物多样性

自然界蕴藏着巨大的微生物资源，但是人类至今对极端环境微生物(extremophiles)和未培养微生物(unculturable microorganisms)两个资源宝库涉足不深，所以研究开发潜力极大。

可以预期，人们能从嗜酸、嗜碱、嗜冷、嗜热、嗜盐、嗜压等等极端微生物中获得许多有价值的酶、蛋白质以及其他活性物质。在过去几年中，随着重组酶生产技术的开发，使人们有可能从更广泛的来源获取更廉价的酶。近年在这方面取得的进展在一定程度上得益于极端微生物培养技术的进步，更得益于把极端微生物的基因转移到常用受体微生物宿主能力的提高。如此一来，人们有理由相信：在温和、便宜的生长条件下就可以生产出对极端环境具有耐受性能的生物催化剂来。

另外据知，能够在实验室培养的微生物的种类仅占自然界中微生物总数的不到1％!也就是说，还有99％的不可培养的微生物等待着我们用非常规手段加以研究。作为微生物资源研究和开发领域里的一个重大探索，可以采用最新的分子生物学方法，绕过菌种分离纯化这一步骤，直接在自然界中寻找有开发价值的微生物基因。把来源于未经培养的微生物的DNA克隆到业经培养驯化的宿主生物体中，然后用高通量筛选技术从重组的克隆里筛选为新酶编码的基因。

微生物世界展示给人类如此巨大的机会使我们兴奋不已，一些有识之士指出：未知的微生物世界或许是地球上最大的未开发的自然资源，能充分利用这个微生物资源宝库的国家必将取得发展的先机。

2．2 基因组测序

随着DNA测序能力的提高，对序列的分析能力也得到加强，于是可以发现许多新的基因。通过同已知基因序列进行比较来推断新基因表达产物的基本酶活性。当然目前的技术水平还不足以推断出这些酶性质的许多细节。因此必须表达这些新发现的基因，以确定它们在一个特定的过程中是否确实有用。假定，从一种生物体来源的所有的酶在它的正常生长温度下都有功能，那么来自超级嗜热微生物的DNA序列就能成为寻找在沸点附近仍然有功能的酶的合理起点；同样可以认为，嗜冷微生物的基因则可能成为在零度仍然具有功能的酶的可能来源。

因特网最新资料表明：大约60种微生物的基因组序列已经完成，另外还有近200种微生物基因组预期很快就可以完成。测序工作的努力已经揭示了数万个新基因，主要的是编码酶的一些基因，其中大约三分之一可以被归到“有功能”的家族里，这是一个十分丰富、而且每天都在增加的新工业酶后选者的来源。相信随着基因组时代的到来，将会有大量新的工业酶被人类发现。

2．3 定向性进化

在以发现工业酶为主要目标的所有技术中，定向进化(directed evolution简称DE)可能是最强有力的一种。DE是一种快速而廉价的发现各种新酶的方法。这类新酶在特定的条件下应该比天然酶工作得更好。DE模拟自然进化，这种进化取决于从多样性群体中选择合适“个体”，这里的“个体”就是酶。DE是定向的，意思是研究者通过一步步改进使选择的各种酶要符合一定预期的标准。DE从克隆拟改进的酶的基因起始。分离到的基因通过体外突变使其多样性得到加强。然后，克隆这些突变株的DNA，并且在通常的受体中表达，分析表达产物的酶活力，选择最好的变异株克隆。它的基因又作为下一轮筛选的新起点。使用这一方法需要掌握两项重要的支撑技术，即DNA重排(DNA shaffling)和高通量筛选技术。

2．4 噬菌体展示

该技术最初是用于鉴定和分离蛋白质的一些结构域，该结构域能够牢固地结合到别的分子上。但是近年这个核心技术又经过进一步设计和发展，致使拟被改良的酶在理论上也可充当被鉴定和分离的靶子。噬菌体展示最简单的形式涉及把小段靶子DNA，(该DNA应该是突变和筛选的靶子)插入噬菌体的基因组中，其插入位置要求其编码的蛋白质结构域能够出现在噬菌体颗粒的表面上。靶子基因的突变导致各种不同的结构域在表面上展示，如果各种不同的结构域的任何一个能足够牢固地结合到一种固定化底物上，则编码这个结构域的颗粒便粘到这一固定相上，借以把它们从未结合的结构域分开。然后把结合的噬菌体从固定化的底物上洗脱下来，收集之，增殖之。重复这一过程则可以增加获得具有优良品质酶的几率。

3 两个实例

以下结合本实验室的研究工作举两个实例。一个是酶制剂L—天冬酰胺酶；另一个是氨基酸，L—天冬酸。这两个例子在我们讨论的生物技术第三个浪潮这个主题下有一定的代表性。

3．1 L-天冬酰胺酶

作为抗白血病首选药物的L—天冬酰胺酶早就用大肠杆菌发酵的方法生产，但是生产和应用至少存在两个问题。一个问题是细胞形成酶的能力很低；另一个问题是酶在体内半衰期短。这两个问题的存在导致药物生产成本过高，加大了患者的负担。

本实验室借助基因工程技术提高了酶合成能力，首先从大肠杆菌获得编码该酶的基因，体外重组之后再转化到大肠杆菌体内，不同的是强化了上游调控元件，便大大提高了酶合成能力40多倍!

本实验室解决半衰期短和稳定性差的策略是制备L—天冬酰胺酶—抗体的融合蛋白。首先从噬菌体抗体库中筛选得到L—天冬酰胺酶(ASNase)的保护性抗体scFv46，然后构建融合蛋白scFv-ASNase及ASNase—scFv。稳定性测定结果表明：这两种融合蛋白比天然ASNase的抗蛋白酶降解的能力强，并将天然ASNase的体外半衰期由2小时分别提高到9小时和6小时，另外，二者对高温及低pH条件都具有较强的抗性。通过计算机模拟技术，预测了融合蛋白ASNase—scFv及scFv—ASNase的三维结构，并与报道的天然ASNase的三维结构进行比较分析。通过结构分析并结合上述的实验结果，提出scFv的保护机制是scFv的空间阻碍效应(如封闭蛋白酶作用位点)与改变酶分子静电势表面的综合作用结果。

借助完全基因组序列信息进一步提高L—天冬酰胺酶的稳定性的新尝试。通过近年中国科学院一个科学家小组的不懈努力，完成了一种极端嗜热微生物长达2689443 bp全部基因组的测序研究工作。为进一步提高L—天冬酰胺酶的稳定性并延长该药的体内半衰期，我们在这方面作出了的新努力，即试图借助完全基因组序列信息，从一株极端嗜热微生物中寻找稳定性更好的L—天冬酰胺酶。

本实验室已经测知E．coli L—天冬酰胺酶的氨基酸序列及为其编码的基因核苷酸序列。在上述极端嗜热微生物的完全基因组序列数据库中搜寻E．coli L—天冬酰胺酶的结构类似物，结果在No．967号基因编码的蛋白质中，发现了一个一级结构与L—天冬酰胺酶十分相似的蛋白质。其中35％(115／323)的氨基酸完全一样，另有52％(171／323)的氨基酸相似。因此，有理由相信在这株极端嗜热微生物中很有可能存在一个与E．coli L—天冬酰胺酶有类似功能的蛋白质。又鉴于该基因来自极端嗜热微生物，预期这个蛋白质还将会具有更好的热稳定性。当然，一切结论将留待通过对该基因的克隆、表达、产物的分离和功能分析的结果予以最后的证实或澄清。

3．2 L—天冬酸

通常的生产方法是用富含L—天冬酸酶的微生物细胞，经过固定化处理后，将底物反丁烯二酸转化为L—天冬酸。本实验室早期也曾作过一些工作并且投入生产应用。在2000年柏林生物技术大会上得知，日本一个公司采取一系列改进措施，使生产工艺水平大大提升了一步。首先为解决酶合成能力低下问题，也是采用基因工程技术，提高合成能力50倍；固定化酶的通透性问题因采用离子交换性质的材料而得以解决；反应热—反应器设计及降低反应温度，从37℃降低到20℃；消除了污染环境的副产物硫酸铵，代之以能重复使用的反丁烯二酸铵；正在开辟L—天冬酸的新用途，用于制造多聚L—天冬酸酶。这个经过改进的新工艺既是先进的、高效的，又是绿色的、环保的。使这一产品的生产工艺几乎达到尽善尽美的地步，代表了21世纪传统产业改造的方向。

4 产业结构

我们正处在这样一个时代：社会经济发展所遇到的一些重大障碍有待工业生物技术去解决；科学技术的迅速发展形成了一批先进的技术平台；许许多多实例说明生物技术的第三个浪潮正在向我们走来。我们相信：在这第三个浪潮中，中国和世界工业生物技术产业结构将会发生巨大的变化。

上世纪工业生物技术产业格局大体上包括抗生素、维生素、氨基酸、有机酸、(醋酸、乳酸、柠檬酸、衣康酸、苹果酸、葡萄糖酸等)、酶制剂、单细胞蛋白、溶剂(丙酮、丁醇)、乙醇、核酸、核苷酸等等。传统产业的全面技术改造：向高产、优质、高效、资源节约、环境友好型过度，还肯定诞生一批新产业，包括生物材料产业、生物能源产业、生物化工产业及环境生物技术产业等等。

Ⅲ 试举例说明生物工程技术对于解决人类面临的危机有何帮助

20世纪70年代以来,生物科学的新进展,新成就如雨后春笋,层出不穷.从总体上看,当代生物科学主要朝着微观和宏观两个方面发展：在微观方面,生物学已经从细胞水平进入到分子水平去探索生命的本质；在宏观方面,生态学的发展正在为解决全球性的资源和环境等问题发挥着重要作用.下面仅通过生物工程和生态学方面的几个实例来说明.
生物工程方面 生物工程（也叫生物技术）是生物科学与工程技术有机结合而兴起的一门综合性的科学技术.也就是说,它是以生物科学为基础,运用先进的科学原理和工程技术手段来加工或改造生物材料,如DNA、蛋白质、染色体、细胞等,从而生产出人类所需要的生物或生物制品.生物工程在近些年来迅猛发展,硕果累累.
生物工程在医药方面有着广泛的应用.例如,长期以来,预防乙型肝炎的疫苗是从乙肝病毒携带者的血液中提取和研制的,这样的疫苗生产周期长,产量低,价格昂贵.现在,采用生物工程的方法,将乙肝病毒中的有关基因分离出来,引人细菌的细胞中,再采用发酵的方法,或者引人哺乳动物的细胞中,再采用细胞培养的方法,就能让细菌或哺乳动物的细胞生产出大量的疫苗.我国研制的生物工程乙肝疫苗已经在1992年投放市场,在预防乙型肝炎中发挥了重要作用.除乙肝疫苗以外,还有抑制病毒在细胞内增殖的干扰素等多种生物工程药物已经问世.我们知道,人类的许多疾病都与基因有关.在基因水平上对人类的疾病进行诊断和治疗,是科学家们正在探求的另一个重大课题.为了弄清人类约10万个基因的结构和功能,美国从1988年开始实施“人类基因组计划”,目前这项研究已经成为国际间合作的一项重大科研课题.
生物工程在农业生产上的应用前景更为诱人,1988年,我国科学家人工合成了抗黄瓜花叶病毒的基因,并且将这种基因导人烟草等作物的细胞中,得到了抵抗病毒能力很强的作物新系,1989年,我国科学家成功地将人的生长激素基因导人鲤鱼的受精卵中,培育成转基因鲤鱼.与非转基因鲤鱼相比,转基因鲤鱼的生长速度明显加快,1993年,我国研制的两系法杂交水稻开始大面积试种,与原来普遍种植的三系法杂交水稻相比,平均每公顷增产15％,1995年,我国科学家将某种细菌的抗虫基因导人棉花,培育出了抗棉铃虫效果明显的棉花新品种.
生物工程在开发能源和环境保护等方面同样有着广泛的应用.我们知道,煤炭、石油等能源终将枯竭,目前全世界已经面临着能源危机.使用煤炭、石油等能源,还造成严重的环境污染.因此,科学家们正在努力探索开发新的能源,其中很重要的一个方面就是用生物工程开发生物能源.美国科学家在1978年成功地培育出能直接生产能源物质的植物新品种——“石油草”,这种植物的茎秆被割开后,就会流出白色乳状的液体,经提炼就得到石油.在利用细菌治理石油污染方面,由于石油中的不同组成成分往往需要用不同的细菌来分解,科学家就将不同细菌的基因分离出来,集中到一种细菌内,从而得到了“超级菌”.这种“超级菌”分解石油的速度比普通细菌快得多,净化石油污染的能力得到明显的提高.
生态学方面 生态学是研究生物与其生存环境之间相互关系的科学.20世纪60年代以来,人类社会面临的人口爆炸、环境污染、资源匮乏、能源短缺和粮食危机等问题日益突出.要解决这些问题,都离不开生态学.因此,生态学的研究受到高度重视,并且取得了显着的进展.生态系统的能量流动和物质循环的基本原理,已经成为人类谋求与大自然和谐共处、实现社会和经济可持续发展的理论基础；运用生态学原理,我国推行生态农业的建设,已经取得了令人瞩目的成就,涌现了一批生态村、生态农场和生态林场,为实现农业的可持续发展积累了经验.例如,安徽省颖上县小张庄,从前是个穷地方,生态环境恶劣,旱涝灾害频繁,农业结构单一,粮食产量很低.70年代中期,小张庄开始进行生态农业的建设,整治土地,兴修水利,大力营造防护林,使当地生态环境得到了明显改善.小张庄在大力发展种植业和林业的同时,还利用当地的饲草资源和鱼塘,大力发展养殖业.养殖业为农田提供了大量的有机肥,从而改良了土壤.这个村还利用人畜粪便生产沼气,发展沼气能源.沼气池的渣液用来喂养鱼,塘泥肥田,从而建立起了良性循环的农业生态系统.
上面举例说明了20世纪70年代以来生物科学的新进展.当然,生物科学的新进展远不止这些.除了在生物工程和生态学领域以外,生物科学在其他许多领域也取得了令人鼓舞的进展,向人们展示出美好的前景.例如,脑科学的研究已经深入到分子水平,这不仅对脑病的防治和智力的开发有重要意义,而且将为研究生物计算机提供理论基础.光合作用和生物固氮的研究,细胞生物学的研究,等等,也都获得一系列的成就,在21世纪将会有更大的发展.由于生物科学的迅猛发展和它对人类社会所产生的巨大影响,许多科学家都认为,生物科学将是21世纪领先的学科之

Ⅳ 在我们的生活中，生物技术主要有哪些方面的应用试举例说明。

医疗领域：在目前这方面的研究受到极大的注目。像是干细胞应用于再生医学领域，如人工脏器、神经修复等。或是以蛋白质结构解析数据，对于功能性区域（domain）来开发相对应的抑制剂（如：酵素抑制剂）。利用微阵列核酸晶片，或是蛋白质晶片，寻找致病基因。或是利用抗体技术，将毒素送入具有特殊标记的癌细胞。或利用基因转殖技术，进行基因治疗等。基因治疗（gene therapy）利用分子生物学方法将目的基因导入患者体内，使之表达目的基因产物，从而使疾病得到治疗，为现代医学和分子生物学相结合而诞生的新技术。基因治疗作为新疾病治疗的新手段，给一些难治疾病的根治带来了光明。
农学食粮：人口快速膨胀，食粮问题正是生物技术应用的切入点。在基因转殖农作物的开发下，除了转殖进入抗虫害基因、抗冻基因外，例如含有维生素A的稻米也问世。在有限耕地下，转殖农作物解决了品质上的问题。除此之外，观赏用的花卉等，也靠着组织培养的技术，将高品质的花卉复制生产，提高花卉价值。着名的像是台湾的蝴蝶兰。另外，经过遗传工程技术，能产生凝血因子的乳牛也提供医疗用途。生物肥料（biofertilizer）主要利用微生物技术制作的肥料种类。生物肥料不仅给作物提供养料、改善品质、增强抗寒抗虫害能力、还改善土壤通透性、保水性、酸碱度等理性化特性，可为作物根系创造良好生长环境，从而保证作物的增产。生物农药（biopesticide）利用微生物、抗生素和基因工程等产生有杀灭虫病效果的毒素物质，生产出广谱毒力强的微生物菌株制作而成的农药。它的特点有：1.不像化学农药般见效快，但效果持久。2.与化学农药比，害虫难以产生抗药性。3.对环境影响小。4.对人体和作物的危害性小。5.使用范围和方法有限制；等等。
军事科技：基因工程武器（genetic engineering weapon）简称基因武器，例子有：插入眼镜蛇毒液基因的流感病毒和含有炭疽病毒的大肠杆菌。基因武器的特点是：1.生产成本低、杀伤力大、作用时间长。2.对方使用难发现、难预防、难治疗。3.使用方肌丹冠柑攉纺圭尸氦建法简单，施放手段多。4.只伤害人，不破坏武器装备、设施。5.一旦使用会产生强烈的心理威慑作用。
工业应用：在工业上，利用工业菌种的特殊代谢路径，来替代一些化学反应。除了专一性提高，也在常温常压下，节约能源。也由于专一性高，产生的废弃物量低，也因此被称为绿色工业。
环境保护：当环境受到破坏，可以利用生物技术的处理方式，让环境免于第二次受害。生物具有高度专一性，能针对特殊的污染源进行排除。例如运输原油的邮轮，因事故，将重油污染海域，而利用分解重油的特殊微生物菌株，对于重油进行分解，代谢成环境可以接受的短练脂肪酸等，排解污染。此外，土壤遭受重金属污染，亦可利用特定植物吸收污染源。

Ⅳ 生物学对人类发展有哪些作用

生物与人类生活的许多方面都有着非常密切的关系。生物学作为一门基础科学，传统上一直是农学和医学的基础，涉及种植业、畜牧业、渔业、医疗、制药、卫生等等方面。随着生物学理论与方法的不断发展，它的应用领域不断扩大。生物学的影响已突破上述传统的领域，而扩展到食品、化工、环境保护、能源和冶金工业等等方面。如果考虑到仿生学，它还影响到电子技术和信息技术。 人口、食物、环境、能源问题是当前举世瞩目的全球性问题。世界人口每年的增长率约20%，大约每过35年，人口就会增加一倍。地球上的人口正以前所未有的速度激增着。人口问题是一个社会问题，也是一个生态学问题。人们必须对人类及环境的错综复杂的关系进行周密的定量的研究，才能对地球、对人类的命运有一个清醒的认识，从而学会自己控制自己，使人口数量维持在一个合理的数字上。在这方面生物学应该而且可能做出自己的贡献。内分泌学和生殖生物学的成就导致口服避孕药的发明，已促进了计划生育在世界范围内的推广。在人口问题中，除了数量激增以外，遗传病也严重威胁人口质量。一些资料表明，新生儿中各种遗传病患者所占的比例在 3%～10.5%之间。在中国的部分山区，智力不全者占2%～3%，个别地区达10%以上。揭示产生遗传病的原因，找到控制和征服遗传病的途径无疑是生物学又一重要任务。进行家系分析以确定患者是否患有遗传病，对患者提出有益的遗传指导和劝告；通过对胎儿的脱屑细胞进行染色体分析和各种酶的生化分析，以诊断未来的婴儿是否有先天性遗传性疾病。这些方法都能避免或减少患有遗传病婴儿的出生，以减轻家庭和社会的沉重负担。将基因工程应用于遗传病的治疗称为基因治疗，在实验动物上对几种遗传病的基因治疗已取得一些进展。随着基因工程技术的发展，基因治疗将为控制和治疗人类遗传病开辟广阔的前景。

和人口问题密切相关的是食物问题。食物匮乏是发展中国家长期以来未能解决的严重问题，当前世界上有几亿人口处于营养不良状态。到21世纪初，粮食生产至少每年要增长3%～8%才能使食物短缺状况有所改善。人类食物的最终来源是植物的光合作用，但在陆地上扩大农业生产的土地面积是有限的，增加食物产量的主要道路是改进植物本身。过去，在发展科学的农业和“绿色革命”方面，生物学已做出巨大的贡献。今天，人类在一定限度内定向改造植物，用基因工程、细胞工程培育优质、高产、抗旱、抗寒、抗涝、抗盐碱、抗病虫害的优良品种已经不是不切实际的遐想。植物基因工程一些关键技术已经有所突破，得到了一些转基因植物。此外，利用富含蛋白质的藻类、细菌或真菌，进行大规模培养，并从中获得单细胞蛋白质。由于成功地利用了基因工程并取得了大规模连续发酵工程的技术经验，单细胞蛋白技术已经取得了重大突破。氨基酸是蛋白质的单体，植物蛋白往往缺少某几种人体必需的氨基酸，如果在食品中添加某种氨基酸，将会大大提高植物蛋白的生物学价值。用微生物发酵、固定化细胞或固定化酶技产氨基酸，已经逐步形成比较完整的体系，可以预料，氨基酸生产将在营养不良问题上发挥日益重要的作用。现代生物学成就和食品工业相结合，已使食品工业成为新兴的产业而蓬勃地发展起来。

Ⅵ 生物技术对经济社会发展有何影响

首先，生物技术对经济发展有着深远的影响。 一方面，它可以改善农业生产，解决食品短缺问题，目前，世界人口仍然在大量地增加，许多国家首先要解决的就是人民的温饱问题，然而，耕地面积不但不会增加，反而还有减少的趋势，因此，用现代生物技术增加粮食产量是必经之路。具体的体现在以下五个方面：
一、利用生物技术可以提高作物产量和品质，科学家通过基因工程技术对生物进行基因转移，使生物体获得新的优良品性，培育抗逆的作物优良品系。目前设计的作物种类有马铃薯、油菜、烟草、玉米、水稻、番茄、甜菜、棉花、大豆等。对我国来说，人多地少，国家对生物技术极为重视，已经培育了水稻、棉花、小麦、甘蔗、橡胶等一大批作物新品系，有效提高作物产量和品质。
二、利用细胞工程技术和植物组织培养技术对优良品种进行大量的快速无性繁殖，实现植物种苗的工业化生产。利用植物微繁殖技术还可以培育出不带病毒的脱毒苗，由于植物的根尖或茎尖分生细胞常常是不带病毒的，用这种细胞在试管中进行无菌培养而繁育的小苗也是不带病毒的，减少了病毒感染的可能性，这一生物技术也广泛应用于花卉、果树、蔬菜、药用植物和农作物快速繁殖，实现商品化生产，提高经济效益。
三、利用生物技术还可以培育品质好、营养价值高的作物新品种。
四、利用生物技术进行生物固氮，减少化肥的使用量。现代农业均以化学肥料为施肥肥料，化肥的使用不可避免地带来了土地的板结和土壤肥力的下降，化肥的生产也导致了环境的污染。科学家正在利用生物技术将具有固氮能力的细菌的固氮基因转移到作物的根际周围的微生物体内，期待微生物固氮，减少化肥使用，既可以减少经济化肥，又可以预防环境污染。
五、利用生物技术发展生物农药，生产绿色食品。由于化学农药的毒副作用以及筛选新农药的艰难，生物农药的研究开发和利用显得十分重要。
另一方面，生物技术也利用于发展畜牧业生产。畜牧业在国家经济比例中占有重要位置，对国民经济的提高有很大支持作用。但是由于森林和草原资源有限，新型病毒的感染，传统的畜牧业发展已经不能满足现代生活的需要。利用生物技术将很大程度上解决这些棘手的问题。
具体体现在以下两个方面：
一、动物的大量快速无性繁殖。“多莉”的产生，意味着动物细胞具有全能性，同样有可能进行动物的大量快速的无性繁殖，随着生物技术的发展，动物也可能将向植物一样无性繁殖，快速扩大规模，减少生长周期，节省饲料，提高经济效益。二、利用生物技术培育动物的优良品种或优良草种。科学家可以利用转基因技术，将与动物优良品质有关的基因转移到动物体内，使得动物获得新的优良品质。目前，科学家们已经成功培育了转基因羊、兔子、小鼠、猪、鱼等多种动物新品系，使它们具有更优良的品质。在这些优良品质的动物中，它们的抗病性、抗感染性得到提高，不容易发生瘟病，而且许多人类食用的动物蛋白质含量增加，脂肪量下降，提高人类健康。同时，科学家也致力研究优良草种和饲料，让动物减少患病，增强免疫力，更快的生长，而且具有更高的营养价值。由于品质的优良，畜牧业更加走向高端市场或国外，将有力带动养殖户和农场经济效益的提高，创造更多经
济价值和社会财富。 其次，生物技术对社会的发展也有很深刻的影响。 一方面，利用生物技术，可以提高生命质量，延长人类寿命。生物技术在医药领域的应用以及新药物开发、新诊疗技术、预防措施、新的治疗技术方面发展提供了最有效的手段。
具体体现在以下几个方面：
一、利用生物技术开发奇特而又贵重的新型药物。生物技术药物中最为熟悉的是抗生素，每年市场销售额就超过100亿美元，自从美国1977年采用大肠杆菌生产人生长激素释放抑制素开辟药物生产的新纪元，人类利用生物技术生产新型药物的努力就一直在延续。由于生物药品在治疗许多恶性疾病方面比传统药品效果更显着，使得人们对生物药品的需求日益增大。世界上许多国家生产出基因工程药物，并用于治疗癌症、艾滋病、矮小症等疾病，全球利用生物技术进行生物制药产值越来越多，产生了巨大的经济效益，这使得基因工程药物的产业前景十分光明。
二、利用生物技术进行疾病的预防和诊断，科学家研制出许多新型疫苗进入人体试验，有效控制了一些传染性疾病。利用细胞工程技术可以生产单克隆抗体，既可以用于疾病治疗，又可以用于疾病诊断。又如基因芯片是近年来发展起来的一种高通量、高特异性的DNA诊断新技术，用途十分广泛。
三、利用生物技术进行基因治疗，导入正常的基因来治疗由于基因缺陷而引起的疾病，目前已有设计恶性肿瘤、遗传病等多个治疗方案在实施中。四、人类基因组计划，利用生物技术从整体上研究人类的基因组，将使人们深入认识到许多困扰人类的重大疾病的发病机制。 另一方面，利用生物技术将能够解决能源危机，治理环境污染。众所周知，目前世界的能源危机普遍存在，能源短缺严重，我们的衣食住行都离不开能源，特别是石油和煤炭能源，它们不可再生。随着社会的发展，带来了环境严重破坏、污染的问题，亟待解决。