生化技术发展史

生化技术发展史

生化技术不完全是一门新兴学科，它包括传统生物技术和现代

生物技术两部分。传统生物技术是指旧有的制造酱、醋、酒、面包、奶酪及其他食品的传统工艺。现代生物技术则是指 70 年代末

80 年代初发展起来的，以现代生物学研究成果为基础，以基因工程

为核心的新兴学科。当前所称的生物技术基本上都是指现代生物技术。生物技术是指：应用生物或来自生物体的物质制造或改进一种

商品的技术，其还包括改良有重要经济价值的植物与动物和利用微

生物改良环境的技术。

当今世界各国综合国力的竞争，实际上是现代科学技术的竞争。现代生物技术被世界各国视为一种二十一世纪高新技术。我国早

在 1986 年初制定的《高技术研究发展计划纲要》中就将生物技

术列于航天技术、信息技术、激光技术、自动化技术、新能源技术

和新材料技术等高技术的首位。第一次技术革命，工业革命，解放

人的双手；第二次技术革命，信息技术，扩展人的大脑；第三次技

术革命，生物技术，改造生命本身。现代生物技术之所以会被世界

各国如此重视和关注，是因为它是解决人类所面临的诸如食品短缺

问题、健康问题、环境问题及资源问题的关键性技术；还因为它与理、工、医、农等科技的发展，与伦理、道德法律等社会问题都有

着密切的关系，对国计民生将产生重大的影响。现代生物技术的主

要内容包括：基因工程、细胞工程、发酵工程、蛋白质（酶）工程，此外还有基因诊断与基因治疗技术、克隆动物技术、生物芯片技术、生物材料技术、生物能源技术、利用生物降解环境中有毒有害

化合物、生物冶金、生物信息等技术。直接相关联的学科：分子生

物学、微生物学、生物化学、遗传学、细胞生物学、化学工程学、

医药学等。对人类和社会生活各方面影响最大的生物技术领域：农

业生物技术、医药生物技术、环境生物技术、海洋生物技术。

现代生物技术使用了大量的现代化高精尖仪器。这些仪器全部

都是由微机控制的、全自动化的。这就是现代微电子学和计算机技

术与生物技术的结合和渗透。如超速离心机、电子显微镜、高效

液相色谱、DNA 合成仪、DNA 序列分析仪等。没有这些结合和渗透，生物技术的研究就不可能深入到分子水平，也就不会有今天的现代

生物技术。

现代生物技术的主要内容：疾病治疗：用于控制人类疾病的医

药产品，包括抗生素、生物药品、基因治疗。快速而准确的诊断：

临床检测与诊断，食品、环境与农业检测。农业、林业与园艺，新

的农作物或动物的基因改造、保存，肥料，杀虫剂：如生物农药、生物肥料等。食品，扩大食品、饮料及营养素的来源：如单

细胞蛋白等。环境：废物处理、生物净化及新能源。化学品：酶、DNA/RNA 及特殊化学品、金属。设备：由生物技术生产的金属、

生物反应器、计算机芯片及生物技术使用的设备等。

现代生物技术的发展：（ 1 ）提高农作物产量及其品质。培育

抗逆的作物优良品系。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，称之为转基因技术。通过转基因技术获

得的生物体称为转基因生物。至 1994 年全世界批准进行田间试验

的转基因植物已达 1467 例，涉及的作物种类包括马铃薯、油菜、烟草、玉米、水稻、番茄、甜菜、棉花、大豆等。转基因性能

包括抗除草剂、抗病毒、抗盐碱、抗旱、抗虫、抗病以及作物品质

改良等。例如我国首创的两系法水稻杂交优势利用，已先培育出了

具实用价值的梗型光敏核不育系 N5047S 、 7001S 等新品系，一

般增产达 10% 以上，高产可达 40% 。国家杂交水稻工程技术中心

袁隆平教授，1997 年试种其培育的“超级杂交稻” 3.6 亩，平

均亩产达 884kg 。1998 年总理特批基金 1000 万元，用于支持该

项研究的深化与推广。我国学者还将苏云金杆菌的 Bt 杀虫蛋白转

入棉花，培育抗虫棉，对棉铃虫杀虫率高达 80% 以上。

（ 2 ）植物种苗的工厂化生产；利用细胞工程技术对优良品

种进行大量的快速无性繁殖，实现工业化生产。该项技术又称植物

的微繁殖技术。植物细胞具有全能性，一个植物细胞有如一株潜在

的植物。利用植物的这种特性，可以从植物的根、茎、叶、果、穗、胚珠、胚乳、官或组织取得一定量的细胞，在试管中培养这些细胞，使之生长成为所谓的愈伤组织；愈伤组织具有很强的繁殖能力，

可在试管内大量繁殖。

（ 3 ）提高粮食品质；生物技术除了可培育高产、抗逆、抗

病虫害的新品系外，还可以培育品质好、营养价值高的作物新品系。例如美国威斯康星大学的学者将菜豆储藏蛋白基因转移到向日葵中，使用权向日葵种子含有菜豆储藏蛋白。利用转基因技术培育番茄可

延缓其成熟变软，从而避免运输中的破损。大米是我们的主要粮食，含有人体自身不能合成的 8 种必需氨基酸，但其蛋白质含量很低。人们正试图将大豆储藏蛋白基因转移到水稻中，培育高蛋白质的水

稻新品系。

（ 4 ）生物固氮；减少化肥使用量，现代农业均以化学肥料，如尿素、硫酸铵作为氮肥的主要来源。化肥的使用不可避免地带来

了土地的板结，肥力的下降；化肥的生产又将导致环境的污染。科

学家们正在努力将具有固氮基因转移到作物根际周围的微生物体内，希望由这些微生物进行生物固氮，减少化肥的使用量。

（ 5 ）发展畜牧业生产利用转基因技术，将与动物优良品质有

关的基因转移到动物体内，使获得新的品质。第一例转基因动物

是 1983 年美国学者将大鼠的生长激素基因导入小鼠的受精卵里，

现把受精卵转移到借腹怀胎的雌鼠内。生下来的小鼠因带有大鼠的

生长工激素基因而使其生长速度比普通小鼠快 50% ，并可遗传给

下一代。

（ 6 ）提高生命质量，延长人类寿命；医药生物技术是生

物技术领域中最活跃，产业发展最迅速，效益最显著的领域。其

投资比例及产品市场均占生物技术领域的首位。这是因为生物技术

为探索妨碍人类健康的因素和提高生命质量提供了最有效的手段。

生物技术在医药领域的应用涉及到新药开发、新诊断技术、预防措

施及新的治疗技术。

（ 7 ）开发制造奇特而又贵重的新型药品；抗生素是人们最为

熟悉、应用最为广泛的生物技术药物。目前已分离到 6000 多种

不同的抗生素，其中约 100 种被广泛地使用。每年的市场销售额

约 100 亿美元。 1977 年，美国首先采用大肠杆菌生产了人类第

一基因工程药物——人生长激素释放抑制激素，开辟了药物生产的

新纪元。该激素可抑制生长激素、胰岛素和胰高血糖素的分泌，用

来治疗肢端肥大症和急性胰腺炎。如果用常规方法生产该激素，

50 万头羊的下丘脑才能生产 5mg ，而用大肠杆菌生产，只需 9L

细菌发酵液。其价格降至每克 300 美元。由于细菌与人体在遗传

体制上的差异较大，许多人类所需的蛋白质类药物用细菌生产往往

是没有生物活性的。人们不得不放弃用细菌生产这种最简单的方法

而另找其他方法，利用细胞培养技术或转基因动物来生产这些蛋白

质药物是近几年发展起来的另一种生产技术。如转基因羊生产人

凝血因子 IX ；转基因牛生产人促红细胞生成素；转基因猪生产

人体球蛋白等。用基因工程生产的药物，除了人生长工激素释放抑

制激素外，还有人胰岛素、人生长激素、人心钠素、人干扰素、

肿瘤坏死因子、集落刺激因子等。目前全世界已有 20 多种基因

工程药物面市。另外还有约 400 多种生物制剂正在进行临床试验，2000 多种处于前期的实验室研究阶段。 1987 年所有上市的基因

工程药品价值约 5.4 亿美元，到了 1993 年， 10 种主要基因工

程药品的经销额已接近 77 亿美元。上世纪末达到 100 亿美元，到