生物技術的發展史

生物技術不完全是一門新興學科，它包括傳統生物技術和現代生物技術兩部分。傳統生物技術是指舊有的製造醬、醋、酒、麪包、奶酪及其他食品的傳統工藝。現代生物技術則是指70年代末80年代初發展起來的，以現代生物學研究成果為基礎，以基因工程為核心的新興學科。當前所稱的生物技術基本上都是指現代生物技術。生物技術是指：應用生物或來自生物體的物質製造或改進一種商品的技術，其還包括改良有重要經濟價值的植物與動物和利用微生物改良環境的技術。

當今世界各國綜合國力的競爭，實際上是現代科學技術的競爭。現代生物技術被世界各國視為一種二十一世紀高新技術。我國早在1986年初制定的《高技術研究發展計劃綱要》中就將生物技術列於航天技術、信息技術、激光技術、自動化技術、新能源技術和新材料技術等高技術的首位。第一次技術革命，工業革命，解放人的雙手；第二次技術革命，信息技術，擴展人的大腦；第三次技術革命，生物技術，改造生命本身。現代生物技術之所以會被世界各國如此重視和關注，是因為它是解決人類所面臨的諸如食品短缺問題、健康問題、環境問題及資源問題的關鍵性技術；還因為它與理、工、醫、農等科技的發展，與倫理、道德法律等社會問題都有着密切的關係，對國計民生將產生重大的影響。現代生物技術的主要內容包括：基因工程、細胞工程、發酵工程、蛋白質（酶）工程，此外還有基因診斷與基因治療技術、克隆動物技術、生物芯片技術、生物材料技術、生物能源技術、利用生物降解環境中有毒有害化合物、生物冶金、生物信息等技術。直接相關聯的學科：分子生物學、微生物學、生物化學、遺傳學、細胞生物學、化學工程學、醫藥學等。對人類和社會生活各方面影響最大的生物技術領域：農業生物技術、醫藥生物技術、環境生物技術、海洋生物技術。

現代生物技術使用了大量的現代化高精尖儀器。這些儀器全部都是由微機控制的、全自動化的。這就是現代微電子學和計算機技術與生物技術的結合和滲透。如超速離心機、電子顯微鏡、高效液相色譜、DNA合成儀、DNA序列分析儀等。沒有這些結合和滲透，生物技術的研究就不可能深入到分子水平，也就不會有今天的現代生物技術。

現代生物技術的主要內容：疾病治療－－用於控制人類疾病的醫藥產品，包括抗生素、生物藥品、基因治療。快速而準確的診斷－－臨牀檢測與診斷，食品、環境與農業檢測。農業、林業與園藝－－新的農作物或動物的基因改造、保存，肥料，殺蟲劑：如生物農藥、生物肥料等。食品－－擴大食品、飲料及營養素的來源：如單細胞蛋白等。環境－－廢物處理、生物淨化及新能源。化學品－－酶、DNA/RNA及特殊化學品、金屬。設備－－由生物技術生產的金屬、生物反應器、計算機芯片及生物技術使用的設備等。

現代生物技術的發展：（1）提高農作物產量及其品質。培育抗逆的作物優良品系。

通過基因工程技術對生物進行基因轉移，使生物體獲得新的優良品性，稱之為轉基因技術。通過轉基因技術獲得的生物體稱為轉基因生物。至1994年全世界批准進行田間試驗的轉基因植物已達1467例，涉及的作物種類包括馬鈴薯、油菜、煙草、玉米、水稻、番茄、甜菜、棉花、大豆等。轉基因性能包括抗除草劑、抗病毒、抗鹽鹼、抗旱、抗蟲、抗病以及作物品質改良等。例如我國首創的兩系法水稻雜交優勢利用，已先培育出了具實用價值的梗型光敏核不育系N5047S、7001S等新品系，一般增產達10%以上，高產可達40%。國家雜交水稻工程技術中心袁隆平教授，1997年試種其培育的“超級雜交稻”3.6畝，平均畝產達884kg。1998年總理特批基金1000萬元，用於支持該項研究的深化與推廣。我國學者還將蘇雲金桿菌的Bt殺蟲蛋白轉入棉花，培育抗蟲棉，對棉鈴蟲殺蟲率高達80%以上。（2）植物種苗的工廠化生產；利用細胞工程技術對優良品種進行大量的快速無性繁殖，實現工業化生產。該項技術又稱植物的微繁殖技術。植物細胞具有全能性，一個植物細胞有如一株潛在的植物。利用植物的這種特性，可以從植物的根、莖、葉、果、穗、胚珠、胚乳、官或組織取得一定量的細胞，在試管中培養這些細胞，使之生長成為所謂的愈傷組織；愈傷組織具有很強的繁殖能力，可在試管內大量繁殖。（3）提高糧食品質；生物技術除了可培育高產、抗逆、抗病蟲害的新品系外，還可以培育品質好、營養價值高的作物新品系。例如美國威斯康星大學的學者將菜豆儲藏蛋白基因轉移到向日葵中，使用權向日葵種子含有菜豆儲藏蛋白。利用轉基因技術培育番茄可延緩其成熟變軟，從而避免

運輸中的破損。大米是我們的主要糧食，含有人體自身不能合成的8種必需氨基酸，但其蛋白質含量很低。人們正試圖將大豆儲藏蛋白基因轉移到水稻中，培育高蛋白質的水稻新品系。（4）生物固氮；減少化肥使用量，現代農業均以化學肥料，如尿素、硫酸銨作為氮肥的主要來源。化肥的使用不可避免地帶來了土地的板結，肥力的下降；化肥的生產又將導致環境的污染。科學家們正在努力將具有固氮基因轉移到作物根際周圍的微生物體內，希望由這些微生物進行生物固氮，減少化肥的使用量。（5）發展畜牧業生產利用轉基因技術，將與動物優良品質有關的基因轉移到動物體內，使獲得新的品質。第一例轉基因動物是1983年美國學者將大鼠的生長激素基因導入小鼠的受精卵裏，現把受精卵轉移到借腹懷胎的雌鼠內。生下來的小鼠因帶有大鼠的生長工激素基因而使其生長速度比普通小鼠快50%，並可遺傳給下一代。（6）提高生命質量，延長人類壽命；醫藥生物技術是生物技術領域中最活躍，產業發展最迅速，效益最顯著的領域。其投資比例及產品市場均佔生物技術領域的首位。這是因為生物技術為探索妨礙人類健康的因素和提高生命質量提供了最有效的手段。生物技術在醫藥領域的應用涉及到新藥開發、新診斷技術、預防措施及新的'治療技術。（7）開發製造奇特而又貴重的新型藥品；抗生素是人們最為熟悉、應用最為廣泛的生物技術藥物。目前已分離到6000多種不同的抗生素，其中約100種被廣泛地使用。每年的市場銷售額約100億美元。1977年，美國首先採用大腸桿菌生產了人類第一基因工程藥物——人生長激素釋放抑制激素，開闢了藥物生產的新紀元。該激素可抑制生長激素、胰島素和胰高血糖素的分泌，用來治療肢端肥大症和急性胰腺炎。如果用常規方法生產該激素，50萬頭羊的下丘腦才能生產5mg，而用大腸桿菌生產，只需9L細菌發酵液。其價格降至每克300美元。由於細菌與人體在遺傳體制上的差異較大，許多人類所需的蛋白質類藥物用細菌生產往往是沒有生物活性的。人們不得不放棄用細菌生產這種最簡單的方法而另找其他方法，利用細胞培養技術或轉基因動物來生產這些蛋白質藥物是近幾年發展起來的另一種生產技術。如轉基因羊生產人凝血因子IX；轉基因牛生產人；轉基因豬生產人體球蛋白等。用基因工程生產的藥物，除了人生長工激素釋放抑制激素外，還有人胰島素、人生長激素、人心鈉素、人干擾素、腫瘤壞死因子、集落刺激因子等。目前全世界已有20多種基因工程藥物面市。另外還有約400多種生物製劑正在進行臨牀試驗，2000多種處於前期的實驗室研究階段。1987年所有上市的基因工程藥品價值約5.4億美元，到了1993年，10種主要基因工程藥品的經銷額已接近77億美元。上世紀末達到100億美元，到2003年將達到130億美元。這清楚地表明，基因工程藥物的產業前景十分光明，下個世紀整個醫藥工業將進行更新換代。

（8）疾病的預防和診斷；傳統的疫苗生產方法對某些疫苗的生產和使用，存在着免疫效果不夠理想、被免疫者有被感染的風險等不足；而用基因工程生產重級疫苗可以達到安全、高效的目的。已經上市或已進入臨牀試驗的病毒性肝炎疫苗（包括甲型和乙型肝炎等）；腸道傳染病疫苗（包括霍亂、痢疾等）；寄生蟲疫苗（包括血吸蟲、瘧疾等）；流行性出血熱疫苗、ＥＢ病毒疫苗等。1998年初，美國儀器和醫藥管理局（FDA）批准了首個艾滋病疫苗進入人體試驗。這預示着艾滋病或許可以像乙型肝炎、脊髓灰質炎等病毒性疾病那樣得到有效的預防。用基因工程技術還可生產診斷用的ＤＮＡ試劑，稱之為ＤＮＡ探針，主要用來診斷遺傳性疾病和傳染性疾病。（9）基因治療；1990年9月，美國FDA批准了用ADA（腺苷脱氨酶基因）基因治療嚴重聯合型免疫缺陷病（一種單基因遺傳病），並取得了較滿意的結果。這標誌着人類疾病基因治療的開始。以基因工程為基礎的治療遺傳疾病、腫瘤、心血管、代謝性疾病的新方法——基因治療是21世紀的一大熱點領域。基因治療就是製備正常基因代替或校正遺傳缺陷基因，或關閉、或降低、或調控異常基因的表達，而達到治療疾病的目的。（10）解決能源危機、治理環境污染；目前，石油和煤炭是我們生活中的主要能源。然而，這些化石能源是不可再生的，最終將枯竭。尋找新的替代能源將是人類面臨的一個重大課題。生物能源將是最有希望的新能源之一，而其中又以乙醇最有希望成為新的替代能源。微生物可以利用大量的農業廢棄物如雜草、木屑、植物的秸杆等纖維素或木質素類物質或其他工業廢棄物作為原料。生物技術還可用來提高石油的開採率。目前，石油的一次採油，僅能開採儲量的30%。二次採油需加壓、注水，只能獲得儲量的20%。深層石油由於吸附在巖石空隙間，難以開採。加入能分解蠟質的微生物後，利用微生物分解蠟質使石油流動性增加而獲取石油，稱之為三次採油。從而大大提高了石油的工業儲量。環境保護方面，生物法生產化學品比化學工業生產法更環保和節能。生物農藥代替

化學農藥，不污染環境，對人體無害。某些微生物能淨化有毒的化合物，降解石油污染，清除有毒氣體和惡臭物質，綜合利用廢水和廢渣，處理有毒金屬等作用，達到淨化環境、保護環境、廢物利用並獲得新的產品的目的。（11）製造工業原料、生產貴重金屬利用微生物在生長過程中積累的代謝產物，生產食品工業原料，種類繁多；發酵技術還可用來生產化學工業原料。

現代生物技術發展趨勢：基因操作技術日新月異和不斷完善；基因工程藥物與疫苗的研究與開發突飛猛進；轉基因植物與動物技術取得重大突破；生物體基因組結構與功能研究發展迅速；基因治療取得一定進展；蛋白質工程和生物信息學飛速發展。

現代生物技術發展史及其重要事件：1917年，KarlEreky首次使用生物技術這一名詞；1943年，大規模生產青黴素；1944年，Avery等通過實驗證明DNA是遺傳物質；1953年，WatsonCrick闡明DNA的雙螺旋結構；1961年，<生物技術和生物工程>雜誌創刊；1961-1966年，破譯遺傳密碼；1970年，分離出第一個限制性內切酶；1972年，Khorana等合成了完整的tRNA基因；1973年，Boyer和Cohen建立了DNA重組技術；1975年，Milstein建立了單克隆抗體技術；1976年，第一個DNA重組技術規則問世；1976年，DNA測序技術誕生。