生命科学导论

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1、现代生物技术的利与弊摘要现代生物技术，也称生物工程，是二十一世纪最具潜力的发展技术之一，虽 然发展时间不长，却给人类的生活带来了很大的变化，在提供方便之余，也带来 了很大的潜在威胁，是把锋利的双刃剑。本文对现代生物技术的概念、起源、特 点及其应用做了简洁说明，在此基础上介绍了现代生物技术在医药健康、农业、 能源、环境保护等方面的影响，利弊兼有之。一、现代生物技术的概念、起源、特点及应用1.1 现代生物技术概念：现代生物技术，也称生物工程。在分子生物学基础 上建立的创建新的生物类型或新生物机能的实用技术，是现代生物科学和工程技 术相结合的产物。美国政府技术顾问的定义是：应用生物或来自生命体的物质

2、制 造或改变一种商品的技术，还包括改良有重要经济价值的植物与动物以及利用微 生物改良环境的技术。一般认为生物技术包含基因工程、细胞工程、发酵工程和 和蛋白质（酶）工程，这四个部分虽然应用于不同领域，但是又相辅相成、相互 联系、相互渗透，互为补充为一个有机整体。1.3、现代生物技术的特点 ：现代的生物技术是按照人们的意愿和需要 创造全新的生物类型和生物机能，或者改造现有的生物类型和生物机能， 包括改造人类自身，从而造福于人类。现代生物技术生物工程，是人类在 建立实用生物技术中从必然王国走走向自由王国、从等待大自然的恩赐转 向主动向大自然索取的质的飞跃。就基因工程，可直接在遗传物质核酸上 动手术，

3、因而创造新的生物类型的速度可以大大加快，可以根据人们的意 愿、目的，定向地改造生物遗传特性，甚至创造出地球上还不存在的新的 生命物种，能打破物种之间的界限。另外，现代生物技术有高技术（精密 和细密的复杂技术）、高投入（尤其是前期的高投入）、高利润的特点。1.4、现代生物技术的应用 ：现代生物技术广泛应用于高尖端医药、农 业、海洋、环境等领域，给个领域带来了翻天覆地的变化。在粮食、健康、 环境、能源等领域开辟了广阔的前景。二、现代生物技术之利现代生物技术给人类带来了巨大的利益。极大的提高了有关领域的生 产力，提高了人民生活水平，本文就在四个领域浅谈现代生物技术给人类 带来的有益之处。21现代生物

4、技术给现代农业带来的好处：利用生物技术改良品质，提高 作物产量。包括以下几个方面：一、选育优良品种。包括粮食作物、烟草、经济 作物、蔬菜瓜果、花卉、树草的抗病基因、高蛋白含量基因、固氮基因。先已有 四千五百多种作物转基因成功，如， 82 年转抗卡那酶基因到烟草成功，抗药性 提高八倍。二、快速繁殖。缩短繁殖期，较快获得较多产物。如，甘蔗一块生长 锥培养143天，产生1737株苗。三、脱毒。去除产物毒性，更好投入经济生产。 如，茎尖无毒部分培养产生无毒苗。四、人工种子。可选育所需苗株，低成本， 高收益。五、固氮。加入固氮基因，或者培育固氮菌，增加植株对氮的利用率， 以获得高产量。六、制无毒高效农药

5、、除草剂。七、产生新物种。 2.2、现代生物技术给医药、健康带来的好处： 在医药方面应用广泛，特别是 贵重药物生产、疫苗生产、新的诊病技术、新的治疗方法有特殊意义。包括以下几个方面：一、利用基因工程和细胞工程生产药物。如，生长激素、 生长激素释放抑制素、胰岛素、干扰素等。二、发酵法、酶法生产抗生药物。三、 用于疾病诊治监测。如，利用单克隆抗体诊病、治疗、体内定位等。四、基因疗 法。通过基因移植或修复的方法消除或修补体内的致病基因，植入抗病基因。从 而使疾病得以治疗。五、PCR技术。六、生物信息学技术。另一方面，随着克隆技术的不断发展，克隆器官在未来的医疗方面有相当关 阔的应用前景，一旦技术成熟

6、，将给医疗卫生界带来翻天覆地的变革，大大提高 人类健康水平。而且，试管婴儿的出现，给人类带来前所未有变化，传说将变成 现实，给有相关需求的家庭带来了福音。此外，对于濒危物种，克隆技术在保护 和恢复方面也有很大帮助。2.3 现代生物技术在能源方面带来的好处：发展洁净新能源是未来能源业建 设的发展方向，现代生物技术的生产力发挥的更充分、具体。这里着重介绍生物 技术特别是微生物技术在开发洁净新能源方面的应用研究所取得的成果。一、发展新型燃料电池。燃料电池使用气体燃料（如氢、甲烷等）与氧气直 接反应产生电能，其效率高、污染低，是一种很有前途的能源利用方式。新研制 的燃料电池可用甲烷、乙烷、甲苯、丁烯、

7、丁烷等5 种碳氢化合物做燃料源，可 以通过微生物发酵途径生产甲烷等碳氢化合物，成为研制新型燃料电池较为丰富 而广泛的原料来源。目前这种新型燃料电池的能量转换效率还较低，有待进一步 研究改进提高。二、充分利用有机垃圾或有机废水为原料生产氢能源。据称，日本研究人员 为制取氢气的生活垃圾可循环利用，还研制新型“发酵设备”更有利于提高生活垃 圾制氢效力。我国哈尔滨建筑大学研究人员已建立以厌气活性污泥为原料的有机 废水经微生物发酵法生产氢的技术。这项技术有以下几个特点：一、发酵法未采 用纯菌种。二、未用细胞固定化技术可持续产氢。三、制氢系统工艺运行稳定。 四、所获氢的纯度高。五、制取氢的产率比国外同类小

8、试验高几十倍。目前已进 入中试规模的连续产氢，其量可达每立方米产氢 5.7 立方米，纯度达到 99。有 望进入工业化生产，为氢能源的开发提供一条可行的生物途径。六、以 CO2 废 气为原料开发新能源。来源广泛的CO2既是重要温室气体之一，也是化工原料， 当 CO2 的释放与吸收未达到动态平衡时必然给生态环境产生不良后果。为此， CO2 作为一类废气如何进一步转化，实现资源化的研究有着重要意义。其中将其 实现能源化是值得注意的研究课题。至少可采用化学方法和生物方法使 CO2 转 化能源。七、微生物发酵生产乙醇大有可为。乙醇俗称酒精，既用于医药、化工， 又是未来要发展的一类无污染的洁净能源，也是重

9、要再生能源之一，具有燃料完 全、效率高、无污染等特点。用它稀释汽油所配制成“乙醇汽油”，替代含铅汽油， 功效可提高 15左右。2.4、现代生物技术给环境保护带来的有益之处：环境保护方面的应用分为 两大类，一是污染监测，二是污染治理。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、利用核酸探针和生物传感器。另外，还有生物酶技术、金 标免疫速测技术、 FCR 技术、生物发光检测技术、生物芯片技术和生物传感器。 其中生物芯片技术和生物传感器应用最为广泛。生物芯片是将生命科学研究中所 涉及的不连续的分析过程如样品制备、化学反应和分析检测 ，利用微电子、微 机械、

10、化学、物理技术、计算机技术在固体芯片表 面构建的微流体分析单元和 系统，使之连续化、集成化、微型化。生物芯片的成熟和应用一方面将为本世纪 的疾病诊断和治疗、新药开发、分子生物学、航空航天、司法鉴定、食品卫生和 环境监测等领域带来一场革命；另一方面生物芯片的出现为人类提供了能够对个 体生物信息进行高速、并行采集和分析的强有力的技术手段，故必将成为未来生 物信息学研究中的一个重要信息采集和处理平台。 在环境保护上，基因芯片也 有广泛的用途，一方面可以快速检测污染微生物或有机化合物对环境、人体、动 植物的污染和危害，同时还可用于农业、商检、司法等领域的实用化芯片的开发。 生物传感器是一种将生物敏感元

11、件和物理元件相结合制成的分析仪器。其基本原 理是将生物敏感元件发生的特异性反应及信号经由物理元件转变为光、电、声等 易检测信号，从而间接地获知待测物的有关信息。生物传感器在环境检测中的具 体应用有 BOD 生物传感器测定水环境、微生物传感器快速测定酚、阴离子表面 活性剂传感器测定 LAS 浓度、硝酸盐微生物传感器测定水体硝酸盐、微生物传感 器测定大气各组分、残留有毒有害物的检测和污染物急性毒性的检测等等。 现代生物技术除了应用于环境监测以外，还应用于环境污染治理。现代生物治理采用纯培养的微生物菌株来降解污染物。微生物分有益微生物 和有害微生物，土壤中还有一种叫中庸微生物，中庸微生物是墙头草，没

12、有立场 和观点，当有益微生物占主导地位时，它即转变为有益微生物。 EM、 AM、 CM 等有效微生物均属有益微生物，是动植物和土壤中不可缺少的重要物质，土壤中 有益微生物是土壤中的卫士和工程师，它们不断地分解着土壤中的有害物质，如 化肥的残留物质，农药的残毒及不能被植物根系直接吸收利用的其它物质。没有 微生物的不断增值和分解，动植物就很难生存。 Em 有效微生物是日本琉球大学 比嘉照夫教授20世纪80年代初期研制的一种新型高科技复合微生物菌剂，由五 科十属80 多种有益微生物经过仔细筛选复合而成。主要有光合菌、酵母菌、乳 酸菌等，光合菌以土壤接受的光和热为能源，以根系的有机物或有害气体（硫化

13、氢）为食饵，产生氨基酸、核酸等代谢物，促进植物的生长发育，这些代谢物既 可以直接被植物吸收，又可作为其它微生物繁殖活动的基质，提高植物的固氮能 力。乳酸菌有很强的杀菌力，抑制有害微生物的繁殖，加剧有机物的腐败分解， 减轻连作病害发生。酵母菌分泌激素，能促进根系生长和细胞分裂，还可以为其 它微生物繁殖提供所需的基食。放线菌产生抗生素物质能抑制病原菌的繁殖，在 和光合菌共生的条件下，放线菌的杀菌功效成倍提高，丝状菌对土壤中酯的生成 有良好的作用，并有分解消除恶臭的效果。光合菌、酵母菌、乳酸菌、放线菌等 有益微生物在应用过程中各自发挥着自身作用，光合菌在其中起主导作用，是其 它微生物赖以生存的基础。

14、它们形成共存共荣的关系，抑制有害菌，增加有益菌， 改善土壤环境，创造有利于作物正常生长发育的物质，阻碍抑制病害的发生。土 壤中的微生物数量取决于土壤中的有机物质的含量和肥沃状况，有机质越多，微 生物繁殖越快，土壤越肥沃，植物越健壮，根系病害越少。微生物在环境治理方面有以下几个应用：一、改善环境，改良土壤，增加土 壤中的有益微生物，可固氮解磷解钾，提高土壤中有效养分利用率30%以上，连 续应用可以不用化肥和激素。二、能促进动植物的生长发育，增产防病效果显著， 增强动植物抗病性、抗寒性、抗旱性，特别是克服连作障碍，可促进作物早发芽、 早开花、早成熟。能净化环境。三、有明显的消除粪便恶臭，猪圈鸡舍无

15、臭味， 盛夏季节很少有蛆蝇，改善畜禽的生存环境。四、生物制剂产生抗氧化物质，可 以消除农畜产品腐败，延长瓜果蔬菜保鲜和贮存时间，利用反季节销路以及长途 贩运来提高经济效益，有很好效果。五、提高农牧产品和青贮玉米秸杆的营养成 分。应用生物技术果实大、果形正、果面净、果色好、无裂果，果味香甜可口， 生物鸡蛋、猪肉、牛奶经卫生部食品监督检验中心和质量监督检验所检验，符合 安全无公害食品的要求标准。三、现代生物技术之害天生万物，有利有害，现代生物技术同样是把双刃剑，给人们带来极大 利益的同时，也带来了很大的危机。其潜在的危害有许多， 因为许多可能性都 是事先难以想象的。就转基因生物、食物而言，会给已有

16、的生态系统带来巨大危害，原因如下：1、 竞争，就是转基因生物可能会与一会其他生物生态位发生高度重叠，若其竞争能 力强，则会导致其他生物减少，甚至灭绝。2、转基因生物可能会与一些其他生 物杂交，也许会出现新的形状，这些新的形状可能会对其他生物不利。3、转基 因生物使某种生物灭绝，可能造成食物链的破坏。导致其他几种生物灭绝。4. 转基因生物可能有很强的繁殖，抗逆能力，可能会大量繁殖，导致其他生物无法 生存。对食物链、生态平衡造成很大，打破物竞天择之理。此外，转基因生物、 食物对生态系统的影响不会马上显现出来，需一段时间才能有所体现。而对于转 基因食物而言，需进行完善的检测方可投入市场，有例如下：2009年 12月一期 生物科学国际期刊上发表的研究结果表明，三种孟山都公司的转基因玉米能让老鼠 的肝脏、肾脏和其它器官受损。三种转基因玉米品种，一种设计能抗广谱除草剂（即所 谓的Roundup-ready），另外两种含有细菌衍生蛋白质，具有杀虫剂特性。这项研究利 用了孟山都自己的原始数据，此类