现代生物技术

山西大学研究生学位课程论文（2012 ---- 2013 学年第 1 学期）学院（中心、所）：生命科学学院专业名称：植物学课程名称：现代生物技术及应用论文题目：现代生物技术在不同领域的应用授课教师（职称）：田怀东副教授研究生姓名：袁慧虹年级：2011级学号：201123101008成绩：评阅日期：山西大学研究生学院2011年12月30日现代生物技术在不同领域的应用摘要：综述了现代生物技术的概念、发展历程，并从植物育种、畜牧业和水产养殖业、现代中药学，医药工业及野生菌类的开发这几个反面阐述了现代生物技术的应用。

关键字：现代生物技术育种医药野生菌类前言生物技术又称为生物工程, 或称为生物工程技术, 是指利用生物的特定功能, 通过现代工程技术的设计方法和手段来生产人类需要的各种物质, 或直接应用于工业、农业、医药卫生等领域改造生物, 赋予生物以新的功能和培育出生物新品种等的工艺性综合技术体系[1，2]。

生物技术包括传统生物技术和现代生物技术两部分, 现代生物技术是从传统生物技术发展而来的。

现代生物技术的发展现代生物技术以20世纪70年代DNA重组技术的建立为标志。

1953 年提出了DNA的双螺旋结构模型, 阐明了DNA的半保留复制模式, 从而开辟了分子生物学研究的新纪元。

1961 年破译了遗传密码, 揭开了DNA编码的遗传信息是如何传递蛋白质这一秘密。

1972 年实现了DNA体外重组技术, 标志着生物技术的核心技术—基因工程技术的开始, 它向人们提供了一种全新的技术手段,使人们可以按照意愿在试管内切割DNA, 分离基因并进行重组后导入其他生物或细胞, 以改造农作物或畜牧品种; 也可以导入细菌, 由细菌生产大量有用的蛋白质或作为药物、疫苗; 也可以直接导入人体内进行基因治疗。

显然, 这是一项技术上的革命。

以基因工程为核心带动了现代发酵工程、现代酶工程、现代细胞工程以及现代蛋白质工程的发展, 形成了具有划时代意义和战略价值的现代生物技术[1,4]。

应用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。

因而, 生物技术在农业中的应用日益发展。

本论文主要从以几个方面阐述现代生物技术的应用[3]。

1.现代生物技术在植物育种中的运用[7-9]随着科学技术的发展，以分子标记育种、转基因育种、分子设计育种为代表的现代作物分子育种技术逐渐成为了全世界作物育种的主流，在我国也正在成为作物遗传改良的重要手段。

分子育种就是把表现型和基因型选择结合起来的一种作物遗传改良理论和方法体系, 可实现基因的直接选择和有效聚合, 大幅度提高育种效率, 缩短育种年限, 在提高产量、改善品质、增强抗性等方面已显示出巨大潜力,成为现代作物育种的主要方向。

而分子育种又可分为：分子标记育种、转基因育种以及分子设计育种[7]。

近十余年来, 在国家高技术研究发展计划(863计划) 、国家重点基础研究发展计划(973 计划) 、转基因生物新品种培育重大科技专项、国家自然科学基金等项目的资助下, 我国在新基因发掘、分子标记育种、转基因育种、分子设计育种等领域取得了重要进展。

首先，新基因发掘已进入快速发展阶段，迄今为止，我国共克隆农作物性状相关的基因364 个，其中抗病虫基因47个，抗非生物胁迫基因101 个，品质相关基因61个，产量相关基因11 个，育性相关基因18个，与生理发育有关的基因126 个。

其次，分子标记育种已进入实用阶段，在大规模开发实用分子标记的基础上，通过分子标记育种与传统育种技术相结合，已选育出一批优质抗病虫水稻等作物育种新材料和新品种。

再次，转基因育种进入迅猛发展阶段，经过20多年的努力, 我国已建立完善了规模化的水稻、棉花遗传转化技术体系，以基因枪、农杆菌介导或花粉管通道等转化技术为主的玉米、大豆和小麦转基因技术体系也已逐步成熟。

但是分子设计育种还处于起步发展阶段，初步研制出杂交种育种模拟工具QuHybrid，可用于杂交种育种策略的模拟和优化、不同杂交种育种方案的比较[8,9]。

此外，应用计算机模拟等技术对亲本选配、后代选择等进行研究，初步构建了作物分子设计育种技术体系。

2.现代生物技术可以促进畜牧业和水产养殖业的发展[5,6]现代生物技术在畜牧业发展中具有巨大潜力, 不仅可提高畜牧业的生产效率，还可拓展家畜的新用途, 为发展高效益畜牧业提供技术力量。

例如，澳大利亚培育出一种转基因超级猪, 其体形大、生长快，瘦肉率提高10%- 15%，我国也已先后培育出转基因兔、羊、猪、牛、鸡等[6]。

另外利用生物技术生产动物饲料中的添加剂，提高了生产效率( 每一单位饲料所增加的体重或产奶量) 、改进家畜的肉质( 肉与脂肪的比例) 、增加产奶量以及减少牲畜粪便排泄量。

水产养殖业利用生物技术将决定生产周期短的基因转移到生产周期长的鱼、虾中, 得到生产周期短的鱼、虾新品种, 大大提高了年产量; 又可将鱼生长激素基因及抗冻蛋白基因转移到鱼中, 培育出的新品系不仅生长快, 且抗病能力强。

我国在世界上首次研究成功海带的单倍体育种技术、紫菜的体细胞育苗技术、对虾的三倍体与四倍体育苗技术、对虾精英移植技术等; 在海水鱼、贝类的三倍体育苗技术和鱼类性别控制技术的研究方面也取得了重大进展，推进了水产养殖业的发展[5]。

3.现代分子生物技术在现代中药学中的应用同种生物体具相同的DNA系列，不同种生物具不同的DNA系列，这便使人们可依据DNA系列的差异来鉴定生物物种，但由于动植物药材多数是死亡的干燥生物体或生物的组织器官，在生物死亡的过程中，细胞会产生核酸酶大量降解，这给药材DNA 的分析带来困难。

随着分子生物学技术的飞速发展，特别是微量DNA提取技术和多聚酶链式反应（PCR）技术的发展，使人们能够从药材中提取微量的进行分析，这就为用分析技术鉴定药材提供了可能。

近年来，这方面的研究集中在药材提取、随机扩增多态DNA（RAPD）和DNA 序列测定几个方面，尤其是RAPD技术，已在中药学研究中受到广泛关注和应用，并取得了很大成绩[10]。

与RFLR、DNA 指纹图谱等其它DNA检测技术相比较，技术有其独到的特点和优势，主要表现在：(1)RAPD技术可以在对物种没有任何分子生物学研究的背景下，对其进行DNA 多态性分析，构建物种的基因指纹图谱，并通过统计分析为遗传分析和分类研究提供DNA分子水平的证据。

(2)RAPD技术所用引物为人工定序合成的，一套引物可用于多个物种的基因组多态性分析，具有普遍的适应性。

(3)扩增所需的模板DNA用量较少，操作简便，实验周期短，灵敏度高，能在短期内检测大量的样品。

然而，由于所用引物较短以及PCR 技术的限制，使该技术的应用受到一定影响[11]。

现在看RAPD技术在中药学中的应用：(1)中药材及复方的鉴定过去，中药鉴定主要依靠肉眼或显微镜的形态学观察或通过测定含有成分来进行鉴定。

但是，最具有决定意义的应该是DNA 鉴定，因为植物种属或变种的差异，归根结底是由于它们DNA之间的核苷酸序列不同。

目前，RAPD已成功地用于遗传多样性的检测，基因定位和品系鉴定等诸多领域。

(2)道地药材的评价PCR-RFLP 和RAPD指纹图谱、ITS 序列分析手段对中药的原物种居群地位进行评判与划分，对其道地性（地理分布）、植物引种与动物驯化（分化变异）的本质从分子水平阐释无疑会提供崭新的线索，同时结合小分子化合物分析，对于药材的栽培与育种、繁殖与饲养亦能起到指导性作用。

(3)中药的分子定性定量分析对基于PCR 技术的DNA指纹图谱方法而言，RAPD所需样品基因组DNA的量仅为10ng ，且其引物已可商品化生产。

与此同时，分子生物学技术将与现代中药学有机结合在一起，拓展出医学药学事业研究的新领域[11]。

4.现代生物技术在医药工业中的应用现代生物技术自诞生之日起, 就在医药领域中显示了巨大生命力, 并很快在医药工业中形成了一支新的产业。

在医药工业中，现代生物技术以其特有的高新技术又为人类提供了传统生物技术难以获得的极微量的珍贵药品。

由于这一系列现代生物技术新型药物的出现，使过去无法治疗的疑难疾病得到了治疗。

同时，应用现代生物技术DNA重组，细胞融合以及细胞大规模培养等现代生物技术发展和提高传统生物技术的生产水平，为抗生素、氨基酸、维生素以及甾体激素等药品的生产，构建了高产新菌株，创造新工艺，提高生产能力，降低生产成本，促进生产发展。

现代生物技术制药公司，最早创办在美国加州和麻省的一些大学中，现在全球大约有2500多家，其中美国拥有大约1200多家，其余主要分布在欧洲，日本等发达国家，值得注意的是近年来，亚太地区一些国家如新加坡、南韩、印度等非常重视, 产品的研究和开发也十分活跃。

目前已经上市的现代生物技术药品，一般分为三大类，即重组蛋白质药品，重组疫苗和诊断或治疗用的单克隆抗体。

据美国药物研究和制药工业协会(PhRMA)生物技术组织1996年的报告，1995年十六种重要现代生物技术药品的销售额超过68亿美元；另有284种现代生物技术药物和62种现代生物技术疫苗在开发中。

现将已上市的16种重要的现代生物技术药品列表如下:目前我国已有近200多个现代生物技术制药企业，其中约30家生产企业，已具有不同规模的生产能力，陆续投入生产。

因此，可以说我国现代生物技术制药产业化已经开始。

总之，目前除国家医药局统系的制药企业研究开发外，卫生部、中科院、国家教委，解放军有关部门以及房地产、烟草公司、电子工业等部门也纷纷投入大量资金开发生物技术药品[12]。

5.现代生物技术对野生菌类的开发应用目前，比较普遍的是对野生食用菌的常规营养成分进行分析测定，而对具有保健作用的功效成分研究较少。

现代医学研究表明，食用菌中含有多糖类、核苷类、甾醇类、生物碱类、呋喃衍生物类等许多功效成分，对增强机体免疫力、促进人体健康作用明显。

国内外研究较多的主要集中在对食用菌的多糖类进行测定、分析和功能评价，而对其他功效成分研究较少。

国内外从高等担子菌中筛选到有活性的多糖物质就有200余种。

食用菌的药用价值主要是：增强机体免疫力，抗肿瘤，抗菌、抗病毒、抗炎，益胃健脾，保肝补肾，抗辐射、抗氧化、抗衰老及调节神经系统等。

许多食用菌都具有特殊的药用价值，但其功效成分还不明确，需要进一步的研究探索。

总之，分析食用菌中的功效成分将有利于食用菌的深度发展。

但总的来说，我国对野生食用菌的加工技术研究较少，主要开展了松茸、牛肝菌、羊肚菌、干巴菌等品种的保鲜、速冻、冻干、熟制等技术和标准方面的研究，产品的技术含量普遍较低，主要类型有：普通干品、保鲜品、盐渍品、罐头类产品等。