第十三讲 生物技术 教师科学素养教研室

一、生物技术的释义 生物技术，亦称生物工程，它是以生命科学为基础，利用生物体系(个体、组织、细胞器和基因)和工程原理来生产生物产品，培育新的生物品种，或提供社会服务的综合性科学技术。 生物工程主要包括基因工程、细胞工程、酶工程和发酵工程四个方面，而其核心是基因工程和细胞工程。

主要特点 在细胞和亚细胞的层次上操纵生命

二、酶工程与发酵工程 酶工程与发酵工程是生物技术中有着悠久历史的两门技术。 酸菜的腌制 面包馒头的制作

酸菜

1.酶工程概述 所谓酶工程就是在一定的物质反应装置内，利用酶的催化作用，将相应原料快速高效的转变为人类所需产品的一门技术。 生物体内每一种酶含量在0.001-0.01克之间。

包括方面 酶生产与分离技术 酶的固定技术 酶的化学修饰技术 酶的反应器技术

酶的特性与分类 酶是一类具有特殊催化能力的蛋白质，它由生物体的活细胞产生的。 例如：胃蛋白酶、胃分泌的 脂肪酶、胰蛋白酶、淀粉酶，胰脏 将米饭，鸡蛋，肉类等食物分解成葡萄糖，氨基酸，脂肪酸，甘油小分子，透过小肠壁被吸收利用。

作用 一旦酶的正确催化作用遭到破坏（发烧、发热等体能病变）干扰破坏，轻则使生物体表现出某些症状，重则危及生命。 硌氨酸酶、白化病 半乳糖转化酶、半乳糖血症遗传病

白化病                                                                            

特征 生物催化剂具有其他非生物催化剂不具备的特有特征。 高效率的催化能力 专一性很强 每参加一次反应，本身性质与数量不会发生改变 高效率催化能力和作用专一性是酶的两个重要特性。

分类 氧化还原酶 转移酶 水解酶 裂合酶 异构酶 连接酶

2.发酵工程（微生物工程） 定义：利用微生物，特别是用经过DNA重组技术改造过的微生物来生产商业产品的技术。

发酵工程的主要程序 选择发酵原料以及对原料的预处理 发酵过程准备 发酵过程 发酵产品的分离与提纯

发酵工程的贡献 菌体细胞利用（固氮技术） 微生物代谢物的利用（抗菌类、酒类、氨基酸、有机酸、维生素、核苷酸、体激素） 例子：维生素发现、青霉素的发现

三、细胞工程 细胞学说、能量守恒定律、达尔文生物进化论被恩格斯誉为19世纪科学的三大发现。 自然界除了病毒这类最简单的生物以外，不论低等的或高等的动物和植物都是由细胞组成的。细胞是一切生物体的基本结构单位，是生物的基本功能单位。 1958年，美国斯蒂伍德胡萝卜细胞培养成一个小胡萝卜

细胞工程是指在细胞水平上的遗传操作(即细胞融合、核质移植、染色体或基因移植)，以及组织和细胞培养等方法，快速繁殖和培养出人们所需要的新物种的技术。细胞工程可分为细胞融合、细胞核移植、细胞和组织培养、染色体工程等。

细胞融合 即细胞杂交，用自然或人工的方法使两个或几个不同的细胞融合成杂种细胞，从而使来自亲本细胞的基因可能得到表达。 例子：西红柿马铃薯、单克隆抗体

西红柿马铃薯 以“西红柿马铃薯”为例,它的地下部分结马铃薯,而植株地上部分生西红柿。

植物组织培养 花木繁殖 农作物繁殖

多利诞生 1997年，生物学界发生了一件轰动世界的大事——克隆羊多利诞生。这一成果被美国《科学》杂志评为该年度世界10大科技进步的第1项。科学家认为，多利诞生标志着生物技术新时代来临。此后，克隆，这个以前只在科学研究领域出现的术语变得广为人知。克隆猪、克隆猴、克隆牛……纷纷问世，似乎一夜之间，克隆时代已来到人们眼前。 2003年2月14日，多利因患严重肺病而被实施安乐死。

克隆波尔山羊 东方网5月11日消息：昨天，安徽农业大学动物科技学院的专家透露，学校课题组培育出了一头发育正常的克隆波尔山羊，这也是世界第二例克隆波尔山羊，不过遗憾的是，这只克隆羊在出生8小时后夭折。 据介绍，这只克隆羊是8号晚上诞生的，克隆羔羊体重大、且为倒生，因此出现难产，经过助产，终于产下这只克隆羊。克隆羊发育正常，但由于助产时的机械性损伤，克隆羊右侧7根肋骨骨折，出生8小时后，心脏停止跳动。自去年11月以来，安徽农业大学动物科技学院先后共得到600余枚波儿山羊克隆胚胎，移植了37头受体。

克隆人问题 多利羊带来的最大争论就是克隆人问题。人类等高等动物的两性繁殖方式是生物经过几十亿年进化的结果，是最适合人类繁殖的方式。 多利羊带来的最大争论就是克隆人问题。邪教组织雷尔教派最近宣称，从2002年末到2003年初相继培育出了3个“克隆婴儿”，顿时引起了世界一片哗然，但雷尔教派迄今还没有拿出克隆人的任何证据。目前世界上已有20多个国家明令禁止这种以克隆人类个体为目的的生殖性克隆。在联合国，由法国和德国2001年带头发起的禁止克隆人国际公约草案文本的进一步磋商将在今年10月举行。

获治疗性克隆人类胚胎执照 2005年02月，维尔莫特被批准进行以纯医疗研究为目的的人体克隆。英国是世界上第一个立法批准克隆人体胚胎的国家。

生物科学界再爆丑闻 克隆羊之父承认剽窃 继韩国著名科学家黄禹锡造假丑闻曝光后，有克隆羊“多利”缔造者之称的苏格兰籍科学家伊恩·维尔莫特7日也承认，“多利”并不是由他克隆的。克隆羊“多利”的诞生当时轰动了整个世界，这一成果还名列美国《科学》杂志评选出的该年度世界十大科技进步的榜首位置。

四 基因工程 基因工程是1973年由美国斯坦福大学科恩和旧金山大学医学院的博耶创立的概念。

DNA序列

基因工程的产生 一种将不同生物体的遗传物质DNA，按照人们意愿，在体外或者体内进行人工剪切和拼接，然后通过一定的载体，再转入到所操作的生物体内，使其在所操作的生物体细胞中的表达，从而产生出人们所需要的产品，或创造出人们所需要的新的生物类型的技术。 例子：专门杀虫的毒蛋白酶

基因工程基本程序 基因工程的基本步骤 制备所需的目的基因。 将目的基因与选好的载体连在一起，即重组DNA分子。 进行基因转移，到宿主细胞。 对重组分子进行选择。 表达目的基因需要表达成蛋白质。

基因工程的应用 1 基因治疗 2 医药 3 农作物杂交育种 4 动物选种

医学治疗

五、生物技术应用前景 由于生物技术为农业、医药、食品、化工、环保和能源等方面的发展带来重大变革，因此在人类社会即将进入21世纪的今天，世界上几乎所有国家都在制定战略计划，投入巨额资金，推动生物技术的产业化。

六、生物工程的展望 农牧业（高产优质、抗病虫害、转基因农作物，转基因猪羊鱼等） 医学（基因疗法：人为有目的地对人体DNA或RNA进行处理、体细胞跟踪、治疗疾病、预防疾病） 国防（生物化学武器） 能源与环保

七、现代生物技术安全性及其对社会伦理道德的影响 （一）现代生物技术安全性 1.技术问题： 外源基因引入生物体（特别是人体）是否会破坏细胞生长的重要基因？是否会激活癌基因？ 基因工程是否会导致病强有力的、难以控制的病源微生物出现？ 基因改造后的生物体是否会对周边生物和环境造成破坏？ 改变植物基因是否会造成难以预料的危险？ 使用和开发基因工程微生物是否会降低遗传多样性？ 生物武器的研制与开发？

2.现代生物技术与生物武器 当今世界上有许多国家政府和恐怖分子对生物武器表现出越来越大的兴趣，当有人将基因重组和转基因技术用于军事目的的时候，令人感到不寒而栗。运用基因工程手段培育出来的新颖病原体可以令当今的疫苗或抗生素对它们不起任何作用。只要1000USD和20M2的房间就可以建立一个一流的生物武器库。

潜在的生物武器与防御手段： 潜在武器—— 炭疽杆菌、沙门氏菌、鼠疫杆菌、肉毒杆菌、基因工程菌、爱拨拉病毒等 防御手段—— 防毒面具、净化剂、疫苗、抗生素、侦察手段等

生物武器使用案例： 2000、9、11美国恐怖事件（炭疽杆菌） 1984、9美国餐馆食物中毒事件（沙门氏菌） 14世纪第一例可查生物毒剂事件 20世纪日本“731”部队在中国使用鼠疫菌毒剂 （20世纪唯一可证实事件）

3.生态灾难？ 转基因生物是否会使本来已经很脆弱的濒危生物消失从而影响生物多样性？转基因生物扩散是否对生物群落结构造成威胁？转入外源基因、标记基因扩散？转基因生物回归大自然是否影响生态系统能量和物质循环？重组农作物中的抗除草基因或抗虫病基因是否会通过异花授粉与近缘杂交而进入杂草导致客观上相反的效果？

4.转基因生物回归大自然的风险 “种”已经延续了30多亿年的进化历史，目前面临着被人类改变的危险。基因重组打破了物种之间的界限，打乱了自然进化历程，改变了生态系统结构，这对人类来说是福还是祸？

美国1997年引种80万公顷抗虫转基因棉； 中国河北引种4700公顷，1998年又引种2万公顷抗虫转基因棉； 美国孟三都公司种植了320万公顷转基因大豆，140万公顷转基因玉米，4000公顷转基因土豆； 美国引进转基因昆虫来吞食危害农作物的食肉螨。

5.对人类的危害？ 是否改变相关物种进化速度？ 标记基因毒性？ 食用者过敏或其他不良反应？ 有无积累性毒性？ 重组微生物降解产物是否会对人类造成危害？ 农业国际贸易不可预测影响？ 转基因植物中抗虫基因产物被虫子吃了以后是否会产生抗性而变得对人类有害？ 重组微生物释放到自然界是否会变成有害生物？ 是否会感染非目标生物？

（二）现代生物技术对社会伦理道德的影响 1：人是否可作为基因操作的对象？基因组计划是否侵犯人的隐私权？ 2：克龙人是否会导致伦理常纲的混乱？是否会对人类进化产生不利影响？ 3：遗传检测是否会带来性比例失调？ 4：生殖细胞基因操作给人类提供了无限的改变自身的能力，是否会引起严重的社会后果？ 5：宗教界反对？ 6：动物保护组织压力？ 7：向植物中转入动物基因是否侵犯素食主义者人权？ 8：可能给某些狂人提供种族歧视新借口？

1：克隆动物与克隆人问题 美国科幻小说家D。Rorvick写的 《The cloning of man》（1978）—— 一位富有的商人希望自己能永远活在世上，于是就将自己的体细胞移植到一枚去核受精卵中，在体外发育到胚泡期，将小胚胎移植到代理母亲子宫内，经过怀孕最后生下一个健康的男婴。这位男婴就是这位富商的CLONE。

“DOLLY”之父Ian Wilmut 曾声称“有可能在不到2年的时间内培育出克隆人”。用于哺乳动物克隆的技术从原则上适用于人类，加上有关克隆人小说20年前已经面市，许多人对它表示出浓厚的兴趣。当克隆绵羊一经问世，很快在公众心目中产生一种“克隆人不久将会出现”的感觉。 很多科学家认为，从理论和技术上制作克隆人是可以办到的，克隆人迟早会出现。

有关克隆人的讨论 支持克隆人研究者认为： “无论以什么方式企图阻止科学进步都是一种可怕的错误”。人的伦理道德观念可以随着时代变迁发生改变，克隆人的出现不会妨碍社会发展。 克隆人技术可以解决供体移植器官来源不足的问题。 ··· ··· ··· ···

反对克隆人研究者认为： 克隆人制作不符合伦理道德观念，克隆人研究有损人类尊严。 克隆人在自然界早已存在，那就是同卵双胞胎或多胞胎，现在已有一些人类遗传学问题已经在同卵双胞胎或多胞胎研究中得以解决，目前尚没有什么科学问题必须通过克隆人来解决的。 克隆人将否定人类基因多样性、破坏人类以性爱为基础产生后代的方式、改变人种结构和传统的亲属关系、干扰人类历史进化进程 。 ··· ··· ··· ···

是否绝对禁止克隆人研究？ 政府和国际机构态度： 美国总统克林顿下令：禁止生物科学研究机构用公共拨款研制克隆人。要求国会通过立法禁止克隆人。 美国生物技术工业组织主席下令：禁止其下属700多家企业和研究中心研究人类无性繁殖。 日本学术审议会决定：禁止使用公用科研经费进行有关人类无性繁殖技术研究，对哺乳动物无性繁殖技术研究作出严格规定。 中国政府：不赞成、不支持、不允许对克隆人研究，反对国外科学家进行克隆人研究。 德国、英国、WHO、欧盟等通过立法禁止克隆人研究。

人工克隆人需要加以“约束”，但是应该看到，一种科学问题只有发展到一定阶段才能表现出来。给科学划出一个禁区似乎并不可取。不管出于何种目的，当有一天克隆人真的出现时，也不必否认其科学价值（对进一步说明某些生物学问题如细胞核全能性、分化与逆转、细胞发育条件等）。社会应当有责任把克隆人当作一个普通人来对待，尊重他们的人权，使他们获得生存和发展的条件。

作业 简述细胞工程研究的主要内容。 简述生物技术的应用前景。

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