1、生物工程結課論文一、生物工程發展現狀及特點生物工程是運用現代生物科學的理論與方法,按照人類的需要改造和設計生物的結構和功能,以便更經濟、更有效、更大規模地生產人類所需的物質和產品的技術。20世紀后半葉,分子生物學領域一系列突破性成就,使生命科學在自然科學中的地位發生了革命性的變化。分子生物學是在分子水平上認識生命。對生物大分子DNA的結構、功能以及生物的遺傳和生長發育的機制和規律的認識,為人類改造生命、控制生命、操作生命提供了理論基礎。生物工程不僅直接建立在分子生物學和細胞生物學的原理之上,而且是涉及面廣泛的綜合技術,是分子生物學、微生物學、生物化學、遺傳學、細胞生物學、化學工程學、醫藥學、材

2、料科學等多學科交叉的綜合性技術學科,是運用現代生物學方法和手段建立起來的一個現代技術體系。生物工程正在受到世界各國的普遮重視, 它的應用是新技術革命的標志。21 世紀將是生命科學世紀。現代生物工程是當前新技術革命的重要組成部分之一。它的主要含義是指人們利用近代細胞和分子生物學對細胞、核酸、染色體、基因等生命的基本單位和物質的認識, 采取組織培養、細胞融合、基因轉移、微生物發酵等各種精確的手段, 使有利于人類的各種生物特性的最佳狀態可以得到利用、遺傳和復制, 從而可以按人類的意志生產新的物種、制劑、診斷手段以及新的高產、抗逆、優質的品種等等一系列生物變革的新途徑、新方法、新工藝和新技術。這一領域

3、的成功, 不僅顯示了現代科學的巨大進展, 而且已經并將進一步推動社會生產力的發展。具體來說,現代生物工程的發展具有以下幾個特點:(1高技術:生物工程往往表現為精細和密集的復雜技術而擺脫了近代以前的經驗型的研究模式。(2高效能:生物工程能夠突破自然的生殖隔離,可以按人類的需要設計和改造生物的結構和功能,定向地組建具有特定性狀的新物種和新品系。因此能制造生產能力強大和滿足特殊需要的優良的動物、植物和微生物品種,生物物種也有可能量身訂做。其效能是傳統技術難以相比的。(3高投入和高利潤:生物工程需借助于實驗室大量復雜的基礎研究工作,前期科研投入往往非常高,而其成果的收益也非常大。建立在實驗室研究基礎上

4、的生物技術的發展已經為人類帶來了巨大的利益和財富?，F在人們定義生物技術時都強調生物技術的商品屬性,這反映了生物技術的商業化特點。1997年2月,當小樣多利的神奇故事上了各傳播媒介的首頁和頭條,全球大多數生物技術公司的股票價值便成倍地上升。自從世界上第一個生物技術公司Genentech公司于1976年成立以來,現在世界上已涌現出了幾千個生物技術公司,估計年產值高達6 000億美元。(4高挑戰性:生物工程可以人為地制造自然界前所未有的生物產品或生物物種,這些產品的安全性對現代技術是一種挑戰,對人類的倫理、人性的尊嚴也都是一種挑戰。宏觀來看,現代生物工程特點可以總結為研究和開發機構大發展;研究的對象

5、極為廣泛;科研一經成功, 就進行商品生產, 變為生產力;經濟效益顯著等特點。二、生物工程的工業化應用生物工程的發展, 將迅速影響到科技、工業、農業、醫藥等眾多領域, 給人類帶來巨大的社會、經濟效益。生物工程的發展將導致完全新型的化學工業的誕生, 世界面臨的能源日益枯揭問題, 將有可能得到緩解。用生物工程技術生產各種有機化學產品; 許多醫學上的疑難雜癥將在此被突破?；瘜W工業方面生物工程在化學工業方面的應用前景十分廣闊, 它不僅可提供大量廉價的原料和產品, 同時將引起傳統化學工業的工藝改革, 出現省能源, 少污染的新工藝。目前應用生物工程技術生產的化工原料除乙醇、丁醇、丙酮、醋酸、甲醇、異丙醇、甲

6、乙酮等傳統產品以外, 利用固定化棒桿菌的生物反應器, 由丙烯睛生產丙烯酞胺的工藝已獲成功, 由于在常溫下反應, 故產品回收率高, 成本也低。用微生物酶法氧化正烷烴制造尼龍或香料的原料癸二酸已開發成功; 正烷烴轉化生產單一長鏈二元酸和二元醇的中試已基本完成; 由碳水化合物生產合成橡膠的原料2 , 3一丁二醇等等, 均已在生產中應用。在化工生產中的其它應用還有固定化的根霉菌細胞在有機溶劑中水解橄欖油, 生產脂肪酸, 能夠生產的高聚物還有聚輕基丁酸醋等。能源工業方面生物工程在能源方面, 既可節能, 又可開發新能源, 同時對提高石油開采率將產生重大作用, 為解決世界面臨的石油能源日益枯竭的危機作出貢獻

7、。(1節能是解決當前能源緊缺的一個重要途徑, 用生物工程技術部分取代化學反應可節約大量能源。生物量是一種可再生的能源。據估算, 一年中地球上綠色植物利用太陽能和二氧化碳及水, 轉化成碳水化合物和其它有機物所積累的生物量共約1 7 2。億t , 如以平均熱量值為18.8 4 0 6 M J / k g 計算, 就相當于目前世界能源消費量的10 多倍。它們除了供做食物、飼料、燃料和工業原料等之外, 其余的96 % 97 %則作為廢棄物或垃圾被拋丟。生物量作嫩料, 熱轉化率僅10 %, 如何提高生物量的利用率, 引起了世界各國的重視。例如,選育高溫新菌種, 在70 高溫作用下, 發酵速度可快一倍;

8、或將霉菌淀粉酶轉入酵母, 直接利用生淀粉; 或利用高溫淀粉酶把酒精發酵工段和蒸餾工段結合在一起同時進行等等, 都可以做到節省能源, 又簡化工藝。( 2 開發新能源利用工農業廢物和生活廢水產生沼氣作為能源, 近年來得到迅速發展。一方面是由于能源短缺, 需要開發新能源; 另一方面是因為工業發達國家為了防止環境污染, 結合廢水、廢渣處理, 化害為利, 生產沼氣供使用。一般估計I t生化耗氧量約可產沼氣1 0 0 0 m 3 , 可提供本單位熱耗的1 3/ 1 / 2。( 3 微生物采油微生物采油可分成兩個方面: 一是利用微生物發酵產物進行采油。二是把微生物菌體注入油層進行采油, 主要依靠微生物在油層

9、里的作用。醫藥衛生方面生物工程應用于制藥工業, 不僅可以生產出大量廉價的防治人類重大疾病的新藥物, 而且將引起制藥工業的重大變革。制藥工業是生物工程研究開發得最活躍、進展最快的一個產業。生化藥物是制藥工業中的重要品種, 全世界從動植物、微生物或經過分子修飾而獲得的生化藥物約40 。多種( 不包扦抗生素類, 還有1 0 多種是臨床診斷用的生化藥物。這些藥物的生產, 過去大部分依靠從生物體的器官、組織、細胞或血液、尿液中提取。由于受資源限制, 單價昂貴, 產量也無法滿足需要。現在利用基因工程技術, 可以用工程菌發酵生產這些藥物, 已具有以下優點: ( 1、不受原料限制; ( 2 生產量大, 價格低

10、廉; ( 3 產品純凈,與人體提取的相同, 安全, 無副作用, 因此不能不認為是制藥工業的一場革命。三、生物工程研究開發的重大進展最近十年.正是國際上生物工程蓬勃發展的十年, 也是我國生物工程的研究開發取得明顯進展的十年。我國生物工程研究雖然起步較晚. 但由于各級領導的重視和科技人員的努力拼搏, 在短短的十年里, 不論是在發展重大關鍵技術還是在生物工程高新技術成果的獲得及其產業化方面, 均取得突破性的重大進展, 其成果舉世矚目。(一,細胞工程方面單克隆抗體。我國于19 7 9 年引進淋巴細胞雜交瘤技術, 在京滬等地首先開展了動物細胞融合工作, 1 9 81 年, 建成第一株能穩定分泌抗北京鴨紅

11、細胞單克隆抗體的雜交瘤細胞株后, 已先后建立了上百個鼠間淋巴細胞和俘淋巴細胞雜交瘤株。以單克隆抗體為載體的生物導彈也已在臨床上得到初步應用。八十年代中期,我國還在武漢引進了全套單克隆抗體的生產設備和技術。植物原生質體培養和細胞雜交。我國科學家完成了4 0 多種重要糧食作物、經濟作物、蔬菜和中藥植物的原生質體再生植株工作,如水稻、小麥、玉米等禾本科植物原生質體再生植株。同時,植物組織培育快速繁殖。花藥培養和染色體工程。家畜胚胎工程等,也方面取得的成果也是不容忽視的。(二,酶工程方面工業用酶制劑,。80 年代以來, 我國已成功地將固定化酶用于生產5 一核普酸、天門冬氨酸、半合成抗生素和果葡糖漿的生

12、產上。采用國產 a 一淀粉酶、中性蛋白酶、日一葡聚糖酶、異淀粉酶、糖化酶等的多酶制劑, 糖化、釀造啤酒, 不僅提高了產量, 還大大降低了成本。在洗滌劑中使用的新一代低溫堿性蛋白酶也已開發成功。醫藥及診斷用酶制劑。醫療用的菠蘿蛋白酶、木瓜蛋白酶、超氧歧化酶、胰蛋白酶、尿激酶等在80 年代均已投入生產。90 年代初, 我國又成功地運用基因工程技術獲得了酞化酶基因工程新菌株, 為我國新一代人工半合成抗生素工業鋪平了道路?；蚬こ替溂っ负腿芷锨蚓傅某晒? 為我國醫用酶制劑運用基因工程高技術邁出了可喜的一步, 取得了較大的社會和經濟效益。(三,微生物工程方面我國在微生物發酵工程方面有一定基礎.抗生素、

13、氨基酸、檸檬酸、酶制劑、維生素、甾體激素、單細胞蛋白、活性干酵母、微生物農藥及肥料等都已建立了相當規模的獨立工業體系,可以說國外發酵的產品, 國內基本上都能生產。1 9 9 0年我國發酵工業產值約占工業總產值的2% 左右, 說明微生物發酵工程已在我國民經濟中占有重要地位。(四,基因工程方面我國的基因工程研究開始于70 年代后期,經科技人員的不懈努力,在基因工程藥物。植物基因工程。轉基因動物等方面進行了卓有成效的研究工作,取得了一系列的重大成績, 展示了誘人的應用前景。四、生物工程的應用前景及展望生物工程在實踐上的應用前景己日益引起人們的重視?，F在已經能夠將真核細胞的基因轉移到原核生物的細胞中,

14、 并使之表達, 例如使細菌產生出各種多膚激素等。它的應用前景有以下幾個方面。1 . 在醫藥上的應用設想:( 1 治療癌癥的設想: 目前己知癌細胞的病變過程, 主要是由于基因調節控制失靈, 使蛋白質酶的生產發生混亂所致。針對這種機制, 最近又發展了反義技術, 使癌癥的基因治療又邁進了新的一步。(2 醫藥工業上的應用發展: 1 9 7 7年美國某中心已成功地用大腸桿菌生產出人腦激素-生長激素釋放因子。這是“科學上頭等重大的勝利”。1 9 7 8 年美國H oPe 國家醫學中心又成功地用人工合成的人胰島素基因摻入到大腸桿菌中獲得功能的表達。使大腸桿菌終于成為生產胰島素的一座“活工廠”。由此看來,生物工程在醫藥領域上已取得了引人注目的成就, 這是生物技術發展的必然趨勢。2?；蛟\斷的應用發展: 基因診斷技術近兩年來飛速發展, 它已經從研究室逐漸向臨床實驗室過渡。美國各大醫療中心已開始建立這類臨床實驗室