浅谈生物技术在我国的发展现状和未来展望
张国强
辽宁工程技术大学理学院生物技术系
摘要：介绍了生物技术在农业、工业、能源、和环境领域的发展和应用概况，并对其在该领域的未来发展进行展望。
关键词：农业生物技术；工业生物技术；能源生物技术；环境生物技术
中图分类号：Q-1
引 言
生物技术是利用生物的有机体或者它的组成部分(包括细胞或细胞器、组织和器官等)，借助于工程原理，为社会提供服务和商品的综合科学技术，它是包括基因工程、细胞工程、酶工程和发酵工程四大体系的现代高新技术。生物技术迄今已走过了近30年地发展历程，其应用范围迅速遍及农业、医药工业、食品工业、能源以及环境保护等各个领域，为人类解决当今世界所面临的食物、健康、资源和环境等方面诸多重大问题的解决提供了有利的手段，它与新材料、新能源技术和信息并列成为影响国计民生地四大科技支柱，是二十一世纪高新科技产业的先导。
下面就以下几个方面说明生物技术在我国的发展及未来展望：
1 农业方面
1.1 我国农业生物技术的发展概况
我国的农业生物技术起步较晚，与发达国家有一定的差距，但发展很顺利，进步也较快，在国家政策的帮扶下，已取得了令人瞩目的成绩。当前，我国农业生物技术地整体水平在发展中国家处于领跑地位，一些领域甚至已经达到国际先进水平。我国是世界上在美国之后拥有自主研制抗虫棉技术的国家；我国在转基因水稻研制方面所取得的成就处于世界前列。目前，我国关于农业生物技术的各种研究机构较多，已经初步形成了从基础研究、应用技术研究到产品开发的创新体系。
现代生物技术主要的特点是通过在分子和细胞水平上操作基因，打破物种之间的遗传物质转移和交换的屏障，按人们的意愿来改变生物的某些性状，因此可以很大程度上提高农产品的产量和质量，同时也提高了农业资源的利用率。在我国，农业生物技术的研究及应用已经广泛开展，并且已经取得了显著的成效：[1]
第一，在植物组培、染色体工程育种等方面。我国在组培的应用和开发方面向来处于国际领先水平，至今为止已经培育出[2]水稻、玉米、大麦、油菜、小麦、马铃薯等数10个新品种。在染色体工程育种、花药培养方面，我国的科学家培育出了广谱高抗白粉病小麦。
第二，在转基因植物研究方面。抗病虫的转基因植物研究取得了突破性的进展。培育出一批抗病毒的番茄、烟草、甜椒品系，并且先于国外进行大面积的试验示范。继培育出转基因的杨树和抗虫烟草之后，转基因的抗虫棉花也获得成功[3]。除此之外，高蛋白必需氨基酸和抗细菌性青枯病的转基因马铃薯也已经进入田间进行试验。
第三，在动物胚胎工程研究方面。动物胚胎工程开辟了一条家畜良种繁育的新途径。[4]研究成功了奶牛、绵羊、猪、家兔、山羊等动物的胚胎移植、胚胎切割、性别鉴定及体外受精等新技术，建成了稳定而有效的试管牛和羊繁育的技术体系．这标志着我国的胚胎工程已经进入了国际领先行列。
第四，在动物转基因方面的研究。动物转基因的研究进展很快。通过转移生长激素基因来获取生长快速的猪及其后代，转基因家兔和绵羊也同样取得了成功。转基因生长快速的鲤鱼已经进入到中试阶段[5]。
第五，在畜禽疾病诊断与基因工程疫苗研究方面。畜禽疾病的诊断和基因工程疫苗的研究显示出了很好的应用前景。成功研制了口蹄疫、马传贫、猪瘟、鸡新城疫等数十种的单克隆抗体．这其中一部分已经制成了单抗试剂盒，用作畜禽疾病的鉴别和诊断。幼畜腹泻用的注射和口服的基因工程疫苗已经开发及应用，马立克病毒、痘病毒等重要的畜禽病毒载体和抗原基因研究都取得了显著成果。
1.2 生物技术在我国农业发展中的展望
农业生物技术的快速发展,对于像我国这样一个有着悠久农业历史,丰富农业文化沉积的农业大国来说是一个重大的机遇。第一, 从新的技术角度来看,我国具有令人羡慕的基因资源来发展生物技术,特别是农业的基因工程,我国具有丰富的资源条件。第二, 从传统的技术角度来看,我国自然资源匮乏，生物技术在农业方面的应用很大程度上缓解了我国自然资源缺乏的矛盾。令人高兴的是,近年来我国生物科技的工作者们不畏艰难,勇攀高峰,已经在农业生物技术领域达到世界中等偏上水平,甚至在有些关键技术领域已经达到世界先进水平。我国已经在前几次的产业革命中落后了,对于未来的新产业革命决不能再落后了。
2 工业方面
2.1 我国工业生物技术的发展概况
我国的工业生物技术是在国际上发展比较早和产业规模较大的领域。产业技术水平和产品产量随着工业生物技术的发展现状和未来趋势快速增长，例如谷氨酸、丙稀酰胺、维生素c、柠檬酸和青霉素等产品的产量居世界第一[7]，但是，我国在生物技术方面的研究和产业化技术水平与世界先进水平仍然存在较大的差距．基础性研究及创新性研究的整体水平都还落后于发达国家，因此，我国急需要加强和工业生物技术相关联的应用基础与技术开发等方面的深入研究。总的来说，我国可以说是工业生物技术产业的大国但还不能说是强国。下面是生物技术在不同工业方面的发展概况及未来展望：
2.2 食品工业
2.2.1 生物技术在食品工业中的发展概况
食品生物技术是现代生物技术的重要分支，指生物技术在食品工业中的应用，它主要有四方面作用：[9]一是利用基因工程和细胞工程对食品资源的改造及改良；二是利用酶工程和发酵工程将农副原料加工成商品，如酒类、酸奶、调味品等发酵制品；三是利用以上生物技术的产品进行再次开发研制成新的产品，如食用添加剂、高果糖浆等；四是利用生物反应器、发酵技术、酶工艺等改造传统食品的加工工艺，以提高产率、降低能耗、提高食品质量等。此外，食品生物技术在食品生产的相关领域，如食品包装及食品检测等方面也应用的越来越广泛。所以生物技术在食品工业的应用有很大的市场和良好发展前景。
生物技术在食品工业中的应用主要有以下方面：第一，基因工程的应用。利用DNA重组技术及克隆技术来使动物、植物及微生物等基因转移或者DNA重组，以此来改良食品原料和食品微生物。第二，细胞工程的应用。利用细胞生物学方法，按人们意愿设计，有计划的改造遗传物质及细胞培养技术，它包括细胞融合技术和动植物培养技术，以此来生产各种不同种类保健食品地有效成分、新型的食品及其添加剂。第三，酶工程的应用。活细胞产生的酶具有高度的催化性及高度专一性，可用于食品生产过程中的物质转化，例如纤维素酶在蔬菜汁生产、果汁生产、酱油酿造和制酒等食品工业中广泛应用。第四，发酵工程的应用。即经过优选的细胞或者经过改造的菌株采用现代发酵设备进行放大培养及控制发酵，获得预想的食品及其功能成分。
2.2.2 生物技术在食品工业中的展望
生物技术是高新技术，未来的食品工业发展将和生物技术不断发展息息相关，生物时代地食品已经不仅是传统的农业食品，工业食品将会在人们的日常生活中占主要地位，生物技术对于整个食品生产体系地渗透变得越来越广和越来越深[10]。我们有理由相信，在不久地将来，生物技术的不断发展和开发利用将会在食品工业的快速发展中起到重要的作用。
2.3 医药工业
2.3.1 生物技术在我国医药工业方面的发展概况
我国在生物技术药物方面的研究及开发起步较晚，但是在国家政策地大力支持下，生物医药领域发展迅速，与先进国家的差距已逐步缩短了．近两年，我国自行研制地禽流感疫苗、人SARS疫苗等都已达到国际生物医药地先进水平。我国不断开发、生产及上市的基因工程药物打破了国外的生物制品长期的垄断国内临床用药的局面。
目前生物制药主要集中在以下几个方向[11]：第一，肿瘤。利用基因工程的抗体来抑制肿瘤，利用基因治疗法来治疗肿瘤。第二，神经退化性疾病。帕金森氏病、老年痴呆症、脊椎外伤及脑中风的生物技术药物的治疗，胰岛素生长因子已经进入后期临床阶段。第三，冠心病。利用单克隆抗体来治疗冠心病中的心绞痛及恢复心脏功能获得成功。
2.3.2 生物技术在医药方面的展望
生物技术在医药方面的研究可谓空前繁荣，伴随着人类基因组计划的完成及转基因动植物的研究等，生物技术在医药方面的应用一定会极大的推动我国诊疗水平的不断提高及制药行业的快速发展。生物技术会为医药工业的发展做出重大的贡献。
2.4 冶金工业
 生物冶金技术，也称生物浸出技术，它通常指矿石地细菌氧化或者生物氧化，可以由自然界存在地微生物进行反应。
2.4.1 国内研究现状
我国将首次实现硫化铜矿石生物提炼铜工艺的工业化，形成地高效浸矿菌株选育、生物堆浸提铜工程技术和活性控制技术，可以推广应用于低品位、难处理的硫化铜矿和表外矿[6]，这将显著的提升我国的矿冶技术水平及国际竞争力。
    现在，世界生物冶金技术已经在铜、铀、金的提取方面得到应用，国外的生物冶金技术主要应用于氧化矿和次生矿。我国在生物冶金方面才刚刚开始，由于我国有90%的复杂低品位的原生硫化矿，因此生物冶金技术的应用前景很好。
2.4.2 生物冶金的发展前景
生物冶金过程的环境良好、反应温和，不会产生传统冶金过程的废水、废气和废渣污染，可以显著的改善生态环境。值得一提的是可以将矿产资源利的用率提高34倍，这样就使我国的实际可利用的铜量从1,431万吨增加到4,150万吨以上。
 未来，生物冶金可能会在以下工业领域中得到应用：（1）氧化矿地生物浸出；（2）利用微生物从水溶液中提取金属；（3）基础金属的浮选硫化精矿地细菌槽浸；（4）难处理金矿地细菌堆浸氧化的预处理。
  生物冶金技术可为人类解决目前世界所面临的环境保护和矿产资源等诸多重要问题提供了很好的方法，显示出了巨大的潜力。
2.5 对工业生物技术的展望
工业生物技术将会是生物技术革命的第三次浪潮。世界经贸组织指出：“工业生物技术是工业可持续发展最有希望的技术”。工业生物技术将在我国调整产品结构和开创新的加工模式方面发挥重大的作用[8]。预计工业生物技术到2020年将在我国国民经济中贡献达2．2万亿元。我国要紧抓这一重大历史机遇，赶超世界先进水平。
3 能源方面
3.1 生物能源的种类
能源生物技术是利用可再生生物资源来生产多种能源产品。在这方面，农业生物技术提供了能源作物，工业生物技术就将能源作物以最便宜的方式加工成各种能源产品，包括主要成分是甲烷的沼气和以燃料乙醇及生物柴油为主要的液体燃料。此外，还有可以再生的生物氢能。
  沼气是由树木落叶、人畜粪便、作物秸秆、工业有机废水和废物等有机物质在无氧的环境中，经过微生物的发酵作用生成的一种可燃性气体，是一种高效、清洁的可再生能源。
  燃料乙醇是燃烧清洁的高辛烷值燃料，可由再生能源生产。乙醇从农作物如谷物生产酒精。
生物柴油是以植物油如大豆油和菜籽油等，其它丰富地非食用油和动物油脂如牛油、猪油、鱼油等，以及废弃的食用油为原料生产出的清洁可再生能源，是柴油优良的代用品。
  发展生物制氢技术，也就是为发展新的能源提供新的技术储备。目前，世界各国正在努力开发氢燃料的电池，尤其是用氢燃料电池驱动的汽车。
3.2 能源生物技术在我国的发展概况
能源生物技术在我国起步虽然较晚但优势明显。我国燃料乙醇的生产技术已经基本上成熟，已达到规模化生产水平。燃料乙醇的生产可用玉米、小麦、薯类、甘蔗、甜菜、秸秆等。
我国利用大豆油、米糠下脚料和菜籽油等为原料生产生物柴油的实验工艺已研制成功，个别企业已开发出具有自主产权的工艺，主要成分指标已达到美国的生物柴油指标。
  我国沼气生产技术较为成熟，并已经投入使用多年，正在改进创新。截至2003年末，全国农村的沼气池每年可产沼气46亿立方米之多，相当于343万吨煤或者28亿千瓦时的发电量[12]。
3.3 对能源生物技术的展望
生物能源是利用可再生地生物质转化成燃料能源，不但可以提供更多的燃料能源，而且还可以保护生态环境，实现资源-环境-能源一体化地可持续发展战略。目前燃料酒精已具有良好的基础，但成本高仍是个较大问题，相比之下，采用纤维素为原料进行发酵来生产酒精就比较经济了。随着基因工程地发展，利用纤维素来发酵获得酒精已经为时不远了。我国的动物油脂和植物油脂资源非常丰富，如果能将其很好的利用，制成生物柴油，会有很好的市场前景。生物制氢基础也较好，但是大规模工业化生产还需要解决一些关键性的问题，如氢气的分离及储藏和高效地转化技术等，作为一个新的清洁能源相信会有很好的发展潜力。
4 环境保护方面
4.1 生物技术在环境保护的发展概况
环境生物技术是二十一世纪国际生物技术地又一热点研究领域。因为人类活动造成的各种污染（包括工业三废、有毒化学物质、各种废弃物和放射性物质等）对生态环境的破坏，人类赖以生存的环境已严重威胁到人们的健康和制约着经济的发展。治理环境污染和改善人们生活环境质量已成为人类共同奋斗的长期任务。生物技术在环境治理上发挥着重要的作用。
生物技术在治理污染、环境生物监测等方面发挥着不可替代的作用。自上世纪80年代以来生物技术作为一种高新技术，世界各国和民间研究机构高度重视，使其迅猛发展。
生物技术在治理环境污染中的应用以下几个方面[13]：
第一，处理废水方面。废水的生物处理技术被人们认为是一种最经济有效的污水处理方法。它不但利用了生物自身的特点，使得废水的处理效率高又效果好，而且又符合生态学和可持续发展的观点。
第二，处理废气方面。利用生物技术来处理废气与传统的有机废气处理的方法相比较，有着效率高、成本低、无再次污染和安全性好等优点。废气含有的挥发性有机物及恶臭物质的刺激性和臭味极大，其中很大部分是可以用微生物来降解，所以选用生物的方法来去除是很适合的。
第三，处理固体废弃物方面。工业固体废弃物及城市生活垃圾都属于固体废弃物。固体废弃物传统的处理方法有埯埋、固积和焚烧等，这些方法都会造成再次污染。应用生物技术来处理固体废弃物，处理的过程达到了真的清洁和有效，还可以优化生态循环；如果把处理过的产物作为有机养料投入到农业，这样又可为人们提供高品质的绿色食品，构成了食物链意义方面的又一个良性的循环。
第四，生物修复方面。生物修复是指利用微生物来催化和降解有机污染物质，以此来修复被污染的环境或者消除污染物地一个受控或者自发进行的过程。与传统修复技术相比，生物的修复技术具有可原地进行、对周围环境影响小、投资少、可持久的污染物、公众容易接受、可以和理化方法相结合使用等优点。
第五，生物监测方面。一些生物技术监测方法在操作和检验标准上都已成熟，例如用发光细菌来快速的检测；环境毒物利用细菌总数和粪便污染指示菌来监测水质；通过测定水中的藻类生物量进行水质的监测等。随着现代生物技术地不断发展，核酸探针、生物传感器、PCR、生物芯片等都应用到生物监测的技术中来。这些方法灵敏、快速、试验周期短、特异性强，因此得到广泛应用。
4.2 环境生物技术在我国的发展前景
环境生物技术在很多方面都显示出了很强优越性及独特地功能，从各个方面都显示出了环境生物技术地旺盛生命力。当前，我国环境生物技术还处于刚刚起步的阶段。想要进一步发展需要更多人的支持，人们的环保意识也需进一步加强。我们要认识到，通过环境生物技术来治理环境污染的工作还有很长的路要走，也许需要几代人的不懈努力。我们坚信，环境生物技术凭着它独特的优点及处理污染的高效性，必将在以后的发展中，得到更多国家和人们的关注，因此，环境生物技术有广阔的发展前景。
结论：
生物技术是一门新兴的高科技学科，凭借着自己显著的优越性和特点发展速度迅猛。目前，生物技术在我国各个领域的应用十分广泛，虽然在我国起步较晚，但有广阔的发展前景。中国要在21世纪中叶实现三步走的战略目标，为中华民族的伟大复兴奠定强大的物质和文化基础，必须抓住生物技术这个新的科技革命的历史机遇，实现经济与社会的跨越式发展。

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