简述生物技术在农业、医学上的应用

简述生物技术在农业、医学上的应用

答：生物技术在农业的应用。

在农业上，生物技术首先应用于改良品种。例如，通过基因重组可以获得抗盐碱、抗旱、抗高温、抗寒、抗杂草等作物，也可以定向地改造现有家畜，家禽和鱼类，以获得大体型、瘦肉型及高产（乳或蛋）品种，使农业摆脱自然界的束缚,走向自由王国。估计到2020年，生物技术将对粮食增产起重大作用，是解决人口增多、耕地减少情况下人类吃饭问题不可缺少的措施。具体地说，生物技术在农业上的作用主要包括：

第一，可提高作物的品质。提高农作物的营养价值，其中一个重要方面是蛋白质含量和必需氨基酸含量的提高。作物种子中都含有蛋白质，在谷物中蛋白质含量在10%左右,大有提高余地。另外，构成人体所需蛋白质的20种氨基酸中，有８种被称为必需氨基酸，故而食物中蛋白质的营养价值还以此８种氨基酸是否齐全、比例是否适当为重要指标。遗憾的是主要农作物中必需的氨基酸一般不全，如小麦、大麦、玉米、高梁等均缺乏赖氨酸、玉米还缺色氨酸，大麦和高梁还缺苏氨酸。大豆是高蛋白质作物，含量高达40%,但人体必需的氨基酸也不全，缺乏含硫氨基酸和蛋氨酸等。生物技术专家们正在努力在作物之间进行基因转移，试图使农作物蛋白质含量较高，并补齐必需氨基酸。例如1991年，以色列科学家从野生小麦品种获得了与蛋白质含量有关的基因，并把这些基因转移到小麦栽培品种中，获得了蛋白质含量较高的小麦新品系。再如：大家都知道，粳米型水稻好吃、营养丰富，籼米型水稻则高产，通过生物技术就能获得兼有二者优点的新品种。

第二，可提高作物抗病毒能力。例如，由于植物病毒引起的草莓品种退化、马铃薯品种退化等，可通过基因工程防止。其方法是把病毒的遗传基因组入到植物体内，使植物具有这种病毒的遗传密码。当这种病毒进入该植物时，就会以为自己的同伴已在里面，于是便不再对这种植物进行感染。

第三，可以防止虫害。过去农业上一直依赖于农药，对环境产生严重污染，而害虫对农药的抗性增强。人们只好不断的研制毒性更大的新型农药，于是农药价格上涨，农业成本增大,环境污染日益严重，这场人与虫的化学战必将使人类陷入难以自拔的境地。运用生物技术培育抗虫害的新品种正是解决这一难题的最佳途径。1989年美国科学家用植物基因工程技术培育成功抗虫棉花。1990年日本开发出具有抗条叶枯病毒的转基因水稻品种。水稻条叶枯病是水稻三大病害之一，每年可毁掉日本十分之一的水稻。研究院人员用电激法将水稻条叶枯病毒抗性的表面蛋白基因引入“日本晴”水稻品种的细胞内，由此细胞培养而成的水稻幼苗便显示了抗水稻条叶枯病毒的能力。目前，人们已在主要农作物中获得了抗各种病、虫害的新品种。

第四，可以抑制杂草生长。把抑制杂草的基因组入小麦、水稻、西红柿等作物中，可以有效地抑制杂草的生长，而不必施加除草剂。

第五，可以不用或少用化肥。将固氮基因组入作物内，便可达到这一效果，全世界农业生产每年大约需要1.7亿多吨氮，空气中虽有80%的氮，但是植物无法直接吸收氮气,而必须从无机氮盐类化合物中获得。有一些种类的微生物能够从空气中把氮固定下来而形成氮盐。豆科植物可吸收氮，就是由于其根部有固氮微生物与之共生，大豆根瘤菌的固氮作用，引起了科学家的关注，现在科学家正在利用生物工程技术研究具有固氮能力的水稻新品种。

二、生物技术在医学上的应用。

第一，用于新药开发，生物技术用于新药开发已有20年以上的历史了。现在已有一批用基因工程开发出来的新药在市场上出售。利用基因工程开发新药的公司很多，仅美国就有好几百家。年创造产值以数十亿美元计，可以说，基因工程目前最主要的用途在医药领域。

干拢素是基因工程药物的一种产品,被人称为“理想的抗癌剂”。干扰素是一种由被病毒感染的动物细胞所分泌出来的蛋白质，它能激活体内名为“宏噬菌体”的细胞，阻止病毒特

别是肿瘤（癌）细胞的增殖，被作为治疗肝炎和癌症的特效药。干扰素可分为α型、β型、γ型三种，α-IFN（阿尔法干拢素）1981年投入市场，现被用作多发性骨髓癌、乙型肝炎、丙型肝炎的特效药。我国目前能够生产这种药。β-IFN（贝塔干拢素）1985年投入市场，现被用作癌、乙型慢性活动性肝炎、丙型肝炎的特效药。γ-IFN（伽玛干拢素）1990年投入市场，是治疗癌症的特效药。开始时干扰素的市场并不太大，进入90年代后发现它还可治疗丙型肝炎，因而需要量一下扩大。不过干拢素有引起忧郁症的副作用，还不是理想的药物。继干扰素之后，出现了EPO，这是肾脏分泌的一种激素,有促进红血球增加的作用。用于治疗贫血症，特别是肾脏透析患者的贫血病效果显著，还可用于因交通事故等大量失血者。EPO也拥有巨大的市场。TPA可用于治疗血栓，适用于老年人的心肌梗塞、脑血栓等病症，是生物医药中唯一的血液溶解剂，所以，也有巨大的市场,G-CSF（颗粒球菌丛刺激因子）有减轻抗癌药物所引起的副作用的效果，能增强白血球。白细胞介素IL-Z是有名的抗癌药物,它是一种由T淋巴细胞（一种能够对癌细胞发起攻击的细胞），受抗原刺激后分泌出来的具有免疫调节作用的物质，有助于促进免疫功能。它对治癌有明显效果。对艾滋病患者受损的免疫功能也能有所恢复。我国也已在开发IL-Z，并于1992年进入临床试验。

据预测，今后市场潜力最大的生物医药,第一是EPO，年销售额可达30亿美元以上，其次是G-CSF,可达20至30亿美元。据估计，最有前途的生物医药有四类,一是治疗心血管疾病的药，如治血栓药TPA；二是治癌药,如G-CSF、干扰素、白细胞介素等；三是激素类药，如胰岛素，人的生长激素等；四是疫苗。

第二，用于治病。长期以来，人们认为疾病都是由病菌、病毒等外部因素引起的，近年来才发现许多疾病乃是由于人体内部遗传基因的缺陷引起的。这些缺陷主要是生下来便从父母身上带来，个别的是因外界环境如过量的放射线照射等而引起的。现在已经发现癌、艾滋病、高血压、糖尿病等6000多种疾病都是因遗传基因有缺陷而引起的。遗传性疾病的最有效治疗方法是遗传基因治疗法。目前最基本的基因治疗分为三个步骤进行，①取出患者细胞；②对其注入“正常遗传基因”；③通过媒介使其返回患者体中。利用生殖细胞进行基因治疗效果最好，但由于会遗传到下一代，等于对人进行改造，因此到目前为止被禁止使用。除生殖细胞外，用增殖快的细胞治疗效果也比较好，所以骨髓细胞用得最多。利用这些返回细胞的增殖，起原先并不存在的酶那样的作用，使基因缺陷得到矫正，这便是基因治疗的基本原理。为了知道基因有无缺陷，就要知道正常的基因是怎样的，所以现在正在进行的人类基因图谱计划，将是开展基因治疗的前提。1990年9月14日，美国国立卫生研究所（NIH）公布了世界上第一例正式的遗传基因治疗病例。患者是个4岁女孩,因遗传基因缺陷而不能生成某种酶导致免疫功能严重不全。美国国立卫生研究所通过将患者的白血球细胞取出体外并组入能生成酶的基因后，再将其输回患者体内。经过治疗，患者现已是一位健康活泼的女孩。近年来，遗传基因治疗正在扩大治病的范围，到1995年底,世界上已有700多名患者接受了遗传基因治疗。治疗的疾病有血友病、严重贫血、关节炎和心血管病等15种以上。目前，遗传基因治疗还刚刚开始，许多问题尚有待解决，效果也不是很理想，因此要真正普及还要相当长时间。但它作为今后医疗发展的方向是确定无疑的。

第三，基因鉴定，基因鉴定是基因工程的重要用途。可用于法医鉴定，根据每个人体的DNA总是不相同的原理，通过鉴定DNA，把嫌疑犯的DNA同现场遗留的DNA相对照,便可准确判定罪犯。但进行这种DNA对照，工作量太大,很难在实际中应用。这也使得从1988年首次把DNA鉴定作为法庭证据以来，人们一直对它的可靠性和真实性发生争议。基因鉴定目前存在2个问题,一是错误的概率为10万分之一；二是现场遗留下来的人体组织、体液或细胞如果太陈旧或数量太少，会影响鉴定的准确性。尽管这种DNA鉴定尚不成熟,但随着不断改进，终有一天它会像指纹认定那样成为唯一的、不会混淆的最终鉴定。

目前,DNA鉴定已被用在鉴定杂交水稻种子的直伪上。这样可避免到水稻成熟后才发现

是伪种子,因而造成不可弥补的损失。DNA鉴定还用于研究生物进化上。1994年11月美国《科学》杂志发表了从白垩纪晚期（约8000万年前）煤层中发现的恐龙片断化石中成功地取出恐龙的DNA的成果。1995年3月北京大学发表了从河南西峡县发现的白垩纪晚期恐龙蛋中取出DNA的成果，它同美国发表的DNA片断有92%是一致的，这表明它同美国发现的恐龙很可能是同一属的。