生物技术绪论电子版

绪论

21世纪是生命科学和生物技术大发展的世纪。生物技术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、健康问题、环境问题及经济问题的挑战是非常重要的。当代的生物技术为什么会引起世界各国如此普遍的关注和重视?它同国民经济的发展有什么样的关系?它同理、工、农、医等科技和生产实践的发展又是怎样的关系?首先，生物技术是解决全性经济问题的关键技术，在迎接人口、资源、能源、食物和环境等五大危机的挑战中将大显身手。其次，生物技术广泛应用于医药卫生、农林牧渔、轻工、食品、化工和能源等领域，促进传统产业的技术改造和新兴产业的形成，对人类社会生活将产生深远的革命性的影响。所以，生物技术既是现实生产力也是具有巨大经济效益的潜在生产力。

一、生物技术的含义

生物技术包括专统生物技术和代生物技术两部分。传统的生物技术是指旧有的制造酱、醋、酒、面包、奶酪、酸奶及其他食品的传统工艺；现代生物技术则是指20世纪70年代未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。

(一)生物技术的定义

生物技术( biotechnology。)，也称生物工程( bioengingineering。)，是指以生命科学为基础，利用生物体系和工程原理生产生物制品和创造新物种的一门综合性技术。

(二)生物技术的主要研究内容

根据生物技术操作的对象及操作技术的不同，生物技术主要包括以下四项技术(工程)。

1.基因工程(gene engineering)

基因工程是指应用DNA克隆技术得到的目的基因，把目的基因插入病毒、质粒或其他载体分子，在构成遗传物质的新组合后，将其导入到原先没有这类分子的寄主细胞或个体并能持续稳定地表达，从而产生人类所需要的物质或新个体。就像技术科学的工程设计，按照人类的需要把这种生物的这个“基因”与那种生物的那个“基因”重新施工”，“组装”成新的基因组合，创造出新的生物。这种完全按照人的意愿，由重新组装基因到新生物产生的生物科学技术，就称为“基因工程”，或者说是“遗传工程”。

(1)在药物方面,1977年 takura K和 Boyer H利用当时刚趋成熟的基因工程技术，在

大肠杆菌中产生了下丘脑激素14肽生长激素释放抑制激素。该激素可治疗儿童发育时期因生长激素分泌过多而导致的肢端肥大症。从1工程发酵液中可得到50mg的基因表达产物，相当于50万头羊下丘脑提取的该激素量，由此可以了解到基因工程产业化的意义。其后，基因工程药物不断成功问世。

(2)在治疗疾病方面,1991年美国对一个患有严重复合免疫缺陷综合征(SCID)的4岁女孩进行了基因治疗，取得了较满意的结果。

(3)在农业和食品方面上的应用,1986年首次获得能够抗烟草花叶病毒的转基因烟草植株，对烟草花叶病毒的预防效果可达70%。目前利用基因工程不断获得了各种抗病毒植株，黄瓜花叶病毒、马铃薯X病毒和Y病毒，抗病虫害长颈南瓜和抗虫害转基因土旦。

2.细胞工程(cell engineering)

细胞工程是指利用离体细胞培养技术生产出特定的生物产品、快速繁殖生物个体或培育出新的优良品种的技术领域。细胞工程包含细胞融合、体细胞杂交、动植物细胞规模培养核和卵移以及植物组织培养技术等方面。简称：细胞工程就是利用细胞的全能性，采用组织与细胞培养技术对动、植物进行修饰，为人类提供优良品种、产品和保存珍贵物种。例如，采用植物微繁殖技术对兰花进行工厂化生产，使兰花大量繁殖。

3.酶工程(enzyme engineering)

酶工程是指利用酶的催化作用，进行物质转化并为人类提供产品的技术领域。它可以包括各类自然酶的开发和生产，酶的分离、纯化与鉴定，酶的固定技术以及多酶反应器的研究和应用等。酶工程的应用，主要集中于食品工业、轻工业和医药工业中。实际上，人类有意识地利用酶已经有好多年历史了，也经历了几个发展阶段，开始的时候，人们直接从动植物或微生物体内提取酶做成酶制剂，用于生产产品，这种方法直到现在仍被沿用。还有就是现在我们使用的洗涤剂，大部分是加酶的，其去污力大大加强了。

4.发酵工程(fermentation engineering)

发酵工程又称微生物工程，它是指在一定条件培养下，利用微生物发酵过程产生出一定的产品的技术领域，如利用微生物发酵工程生产酒类、酱油、抗生素、氨基酸、维生素酒精、丙酮等。20世纪40年代中期美国抗生素工业兴起，大规模生产青霉素；日本谷氨酸盐(味精)发酵成功，大大推动了发酵工程的发展。

应该指出，上述4项技术并不是各自独立的，它们彼此之间是相互联系，相互渗透的。其中的基因工程技术是核心技术，它能带动其他技术的发展。比如通过基因工程对细菌或细

胞改造后获得的“工程菌”或细胞，都必须分别通过发酵工程或细胞工程来生产有用的物质；又如，通过基因工程技术对酶进行改造以增加酶的产量、酶的稳定性以及提高酶的催化效率等。

二、生物学的定义、生命的基本特征

(一)生物学的定义

生物学是自然科学中的一门基础科学。它是研究生物的形态、结构、生理、分类、遗传和变异、进化、生态的科学。研究生物学的目的在于阐明生物体的生命活动规律，为农业医药卫生、工业和国防等事业服务。生物学的发展与物理学、化学的研究是息息相关的。随着实验手段的日新月异，生物学的研究兼向微观和宏观两方面发展。就微观方面说，不仅有放大千余倍的光学显微镜，而且有放大几十万倍的电子显微镜，可以对生物的结构进行极其微细的观察。例如，通过对细胞膜、叶绿体的观察，我们对于细胞内外的物质交换和光合作用的原理有了进一步的了解。同时，由于物理学、化学知识渗入到生物学领域中和生物学实验技术的改进，使我们对于生命本质的认识，已经发展到分子水平。

生物学在向微观方面发展的同时，也向宏观方面发展，这就是关于生态学方面的研究。

(二)生命的基本特征

生物种类非常多，数量非常大，生命现象干分错综复杂，给生命下一个定义无疑是困难的；但是从错综复杂的生命现象中提出生物的一些共性，即生命的基本特征，则是可能的。下面我们列举出生命的一些重要基本特征。

1.生物体具有严整的结构

除病毒等少数种类外，生物体都是由细胞构成的，细胞是生物体结构和功能的基本单位。

2.生物体都有新陈代谢作用

生物体都不停地与周围环境进行物质交换：从外界吸取所需要的营养物质，用来组成自己的身体；同时，将自身的一部分物质加以分解，并将产生的最终产物排出体外。这是生物的物质代谢。在物质代谢过程中也进行着能量代谢。新陈代谢是生物体进行一切生命活动的基础。新陈代谢是生命最基本的特征，是生物与非生物最基本的区别。

3.生物体都有生长现象

生物体在进行新陈代谢的过程中，当同化作用超过异化作用的时候，生物体就会由小长