生物技术(biotechnology),有时也称生物工程,是指人们以现代生命科学为基础,结合其他基础科学的科学原理,采用先进的科学技术手段,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。生物技术是人们利用微生物、动植物体对物质原料进行加工,以提供产品来为社会服务的技术。它主要包括发酵技术和现代生物技术。 近些年来,以基因工程、细胞工程、酶工程、发酵工程为代表的现代生物技术发展迅猛,并日益影响和改变着人们的生产和生活方式。所谓生物技术是指“用活的生物体(或生物体的物质)来改进产品、改良植物和动物,或为特殊用途而培养微生物的技术”。生物工程则是生物技术的统称,就是将活的生物体、生命体系或生命过程产业化的过程。生物工程包括基因工程、细胞工程、酶工程、发酵工程、生物电子工程、生物反应器、灭菌技术以及新兴的蛋白质工程等,其中,基因工程是现代生物工程的核心。基因工程(或称遗传工程、基因重组技术)就是将不同生物的基因在体外剪切组合,并和载体(质粒、噬菌体、病毒)的DNA连接,然后转入微生物或细胞内,进行克隆,并使转入的基因在细胞或微生物内表达,产生所需要的蛋白质。目前,有60%以上的生物技术成果集中应用于医药产业,用以开发特色新药或对传统医药进行改良,由此引起了医药产业的重大变革,生物制药也得以迅速发展。 目前,人类已研制开发并进入临床应用阶段的生物药品 。这些产品在诊断、预防、控制乃至消灭传染病,保护人类健康中,发挥着越来越重要的作用。 生物技术的现代技术
基因工程 基因工程是指在基因水平上,按照人类的需要进行设计,然后按设计方案 创建出具有某种新的性状的生物新品系,并能使之稳定地遗传给后代。基因工程采用与工程设计十分类似的方法,明显地既具有理学的特点,同时也具有工程学的特点。
细胞工程 是根据细胞生物学和分子生物学原理,采用细胞培养技术,在细胞水平进行的 遗传操作。细胞工程大体可分染色体工程、细胞质工程和细胞融合工程。
酶工程与蛋白质工程 酶工程是指利用酶、细胞或细胞器等具有的特异催化功能,借助生物反应装置和通过一定的工艺手段生产出人类所需要的产品。它是酶学理论与化工技术相结合而形成的一种新技术。蛋白质工程为改造蛋白质的结构和功能找到了新途径,而且还预示人类能设计和创造自然界不存在的优良蛋白质的可能性,从而具有潜在的巨大社会效益和经济效益。
生物技术的应用和前景
伴随着生命科学的新突破,现代生物技术已经广泛地应用于工业、农牧业、医药、环保等众多领域,产生了巨大的经济和社会效益。
生物技术的应用
1、生物技术在工业方面的应用
食品方面 首先,生物技术被用来提高生产效率,从而提高食品产量。 其次,生物技术可以提高食品质量。例如,以淀粉为原料采用固定化酶(或含酶菌体)生产高果糖浆来代替蔗糖,这是食糖工业的一场革命。 第三,生物技术还用于开拓食品种类。利用生物技术生产单细胞蛋白为解决蛋白质缺乏问题提供了一条可行之路。目前,全世界单细胞蛋白的产量已经超过3000万吨,质量也有了重大突破,从主要用作饲料发展到走上人们的餐桌。 材料方面 通过生物技术构建新型生物材料,是现代新材料发展的重要途径之一。 首先,
生物技术使一些废弃的生物材料变废为宝。其次生物技术为大规模生产一些稀缺生物材料提供了可能。第三,利用生物技术可开发出新的材料类型。
能源方面 生物技术一方面能提高不可再生能源的开采率,另一方面能开发更多可再生能源。首先,生物技术提高了石油开采的效率。其次,生物技术为新能源的利用开辟了道路。 2、 生物技术在农业方面的应用
现代生物技术越来越多地运用于农业中,使农业经济达到高产、高质、高效的目的。生物技术应用于农作物和花卉生产的目标,主要是提高产量、改良品质和获得抗逆植物。 首先,生物技术既能提高作物产量,还能快速繁殖。其次,生物技术既能改良作物品质,还能延缓植物的成熟,从而延长了植物食品的保藏期。 第三,生物技术在培育抗逆作物中发挥了重要作用。 利用生物技术可获得高产优质的畜禽产品和提高畜禽的抗病能力。 首先,生物技术不仅能加快畜禽的繁殖和生长速度,而且能改良畜禽的品质,提供优质的肉、奶、蛋产品。 其次,生物技术可以培育抗病的畜禽品种,减少饲养业的风险。如利用转基因的方法,培育抗病动物,可以大大减少牲畜瘟疫的发生,保证牲畜健康,也保证人类健康。 3、 生物技术在医药方面的应用
目前,医药卫生领域是现代生物技术应用得最广泛、成绩最显著、发展最迅速、潜力也最大的一个领域。 疾病预防 利用疫苗对人体进行主动免疫是预防传染性疾病的最有效手段之一。注射或口服疫苗可以激活体内的免疫系统,产生专门针对病原体的特异性抗体。 20世纪70年代以后,人们开始利用基因工程技术来生产疫苗。基因工程疫苗是将病原体的某种蛋白基因重组到细菌或真核细胞内,利用细菌或真核细胞来大量生产病原体的蛋白,把这种蛋白作为疫苗。例如用基因工程制造乙肝疫苗用于乙型肝炎的预防。我国目前生产的基因工程乙肝疫苗,主要采用酵母表达系统产生疫苗。 4、 生物技术在环保方面的应用
污染监测 现代生物技术建立了一类新的快速准确监测与评价环境的有效方法,主要包括利用新的指示生物、利用核酸探针和利用生物传感器。人们分别用细菌、原生动物、藻类、高等植物和鱼类等作为指示生物,监测它们对环境的反应,便能对环境质量作出评价。 核酸探针技术的出现也为环境监测和评价提供了一条有效途径。
污染治理 现代生物治理采用纯培养的微生物菌株来降解污染物。
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