生物工程的现状及发展.doc

生物工程的现状及发展 摘要：本文论述了什么是生物工程以及发展生物工程的重要意义，并介绍了当代的生物技术和研究成果，并对生物工程的发展前景做了简单的叙述。 关键词：生物工程酶工程工程前景 1 什么是生物工程 遗传工程是在分子生物学基础上发展起来的一项新兴技术，它通过人工转移或重组DNA大分子，增加生命体的基因种类，从而重新安排、设计人类所需要的新生命。生物工程就是把生命科学的最新成果和最新知识直接或间接地用于工农业生产、医药卫生、环境保护等各个领域的工艺学。一般认为它主要包括遗传工程、细胞工程、酶学工程和发酵工程。 繁衍或用传统的选择自发突变的方法既快又好。如育种，用传统的选择自发突变的方法比自然界进化产生新组合性状的速度快一万倍，而运用遗传工程技术，则快一亿倍。 细胞工程包括植物细胞组织培养和细胞杂交等。前者是把植物的胚轴、叶片、茎段、根、花茎、花粉、胚、分生组织等离体培养成为植株。后者是指把植物的细胞，从植物体上分离下来，除去细胞壁，变成原生质体，在融合诱导剂促进下，使甲、乙两个种的细胞完成融合过程，继而培养成杂种植株。 酶工程是利用生物学使一种物质转化为另种物质的方法。酶工程避开了传统化学转化所需要的高温、高压、强酸、强碱等苛刻条件，在化学工业中显示出巨大的优越性。 发酵工程就是利用不同的微生物，在无氧或有氧条件下，将各种不同的原料转化成各种不同的物质，如酒精、糖类、氨基酸、蛋白质、维生素等。 2 发展生物工程的重要意义 人类在长期科学和生产实践中掌握了很多创造生物新类型的手段。到目前为止最有效的还是有性杂交方法。但是，这种方法也有其一定的局限性，种间、属间远缘杂交往往不易成功，至于亲缘关系更远的物种，如动物与细菌之间，就更不可能了。然而基因工程却可以越过这个杂交屏障，发挥它自己的特长。它不但能把不同微生物的优良性状结合在一起，而且还能使动物、植物、微生物的基因在三大系统之间相互交流，取长补短，以便定向地改变生物的遗传特性。基因工程的出现标志着人类进入定向地改变生物遗传特性的新阶段。如果这项新技术在国民经济的各个领域得到广泛应用，它必将为解决农业、医药、食品、化工和能源方面所面临的许多重大间题开辟新的途径。 细胞工程，从理论上讲对遗传学的研究具有重大意义。首先，由于高等植物是一个多细胞的有机体，比单细胞生物具有更大的复杂性。细胞培养技术可以把复杂的植物有机体简单化和“微型化“，能够像研究微生物那样加以研究，并在细胞水平、甚至分子水平上精确地分析遗传学上的间题。其次，它使遗传学工作者能够绕过性细胞和有性过程的关口，直接通过体细胞，研究一系列重大的植物遗传与变异向题。 从生产实践来看，体细胞杂交有可能超越传统的有性杂交界限，克服远缘杂交中的有性不亲和性障碍，在种间、属间、族间进行基因交流，例如转移抗病、抗盐、抗早、除草剂抗性等基因，产生出用常规育种方法所不能创造的新品种和新物种。 酶是一种生物催化剂，象化学催化剂一样能强烈地促进各种化学反应。把生物体产生的这种酶，用近代技术提出，做成酶制剂，用于工业生产，生产各种产品。酶与发醉工业关系极为密切。食品工业、化工、厌药、冶金、能源开发、污水处理、防腐、防霉等领域都离不开酶与发酵技术。有以下原因： 2.1 经济效益显著。当前，随着发酵工业的发展，不少价值低的农副产品经过发酵和深度加工，产值在不断增长。以薯干为例，随着不同深度的加工，薯干产品的经济价值比原材料提高6倍、10倍、甚至20倍。 2.2 有利于自然资源的多次利用。长期以来，农副产品在广大农村中基本上用作姗料，这是植物资源的一种原始利用方法。如果能通过发酵方法，把农村短缺的燃料、饲料和肥料三者结合起来，即先用做饲料，然后使粪便通过发酵生成沼气，再把发酵废弃物用作肥料，资源利用效率便可大大提高。 2.3 对医药工业的发展意义重大。20世纪四十年代以来，用发酵法生产药品越来越受到重视。仅在我国，1981年通过发酵生产的抗菌素就达8，775吨。 3 现代生物技术和研究成果 当今世界生物技术工程的研究和生产硕果累累，前程似锦。遗传工程尤为突出。如人体干扰素，有抑制病毒繁殖、肿瘤生长和调节机体免疫反应等多种功能，对流感以及肺癌、骨原性肉瘤等癌症都有良好的疗效。但是过去用人血中的白细胞作原料制成的干扰素极其有限。截至1982年，全世界总共才生产出2克干扰素。因此，价格非常昂贵。采用遗传工程技术，把不同来源的生物基因在体外进行重组，然后把重组基因转入宿主细胞进行复制，就可以大量生产这种物质。因为细菌具有繁殖速度快、容易培养和纯化等优点，目前科学家都把细菌看作是制造这些物质最理想的“工厂”。用这种技术处理，每一公升大肠杆菌培养液就能生产出几百万单位的干扰素。以前提取5毫克生长激素，需要50万只羊的脑组织，而现在用遗传工程只要100克大肠杆菌就解决了。 遗传工程和由此派生出来的细胞工程，打破了生物学上种属间杂交的障碍，使不能进行有性杂交的两个生物品种进行“无性杂交”，创造自然界中本来不存在的兼有两个物种优良性状的新物种。如美国科学家把大老鼠的生长激素基因转移到小白鼠的细胞里，成功地繁殖了一种体积比正常白鼠大一倍的“大白鼠”。英国科学家用细胞融合技术培育成功一种头尾似山羊，躯干四肢像绵羊的“杂种珍兽”。不久前，生物学家把豆科植物的贮藏蛋白基因传入向日葵内，培育出“向日豆”，把马铃薯和西红柿进行细胞融合，培育一种上结西红柿，下结马铃薯的新种植物，法国利用这项技术培育出耐寒草，即使在寒冷的冬天，它也能象春天那样生机勃勃，郁郁葱葱。 4 生物工程的未来前景 4.1 第二次绿色革命 未来的生物工程将按设计需要创造出更多的作物新品种，如耐碱、耐早、耐寒、抗逆和抗病虫害的新作物，高产、优质的高蛋白农作物，固氮农作物，人类需要的其他作物新品种。这些新作物的大量培育，将会满足21世纪以后全世界超过70亿人口的粮食需求，以解决人类的饥荒和营养不良问题，从而迎来第二次绿色革命。 4.2 根洽污染和不洽之症 人类将来一旦制成了能快速吃掉多种有毒物如DDT和汞化物等的“超级菌”，只要几小时它们便能清除过去通常要一年才能清除的污染物，为根治污染创造奇迹。利用基因工程技术培育人体癌疫苗，可以中断致癌基因的表达和异常蛋白的产生。大量生产抗癌病毒和杀癌干扰素，并用基因技术修复人体不正常的和有缺陷的基因或DNA分子，人类终将根治癌症和遗传病。 4.3 21世纪的生命产业 近几年已有20的化工工艺为生物学工艺所替代，当前以生物工程为工艺基础发展起来的生命产业已开始扎根于世界经济之中。据世界农业1984年第4期估计，世界各国应用基因工程创造的产值，1999年可达30亿美元，2000年将达5001000亿美元，2005年时日本将达到4100068000亿日元，可见21世纪将是生命产业的新世纪。为此，世界各国都把生