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关键词:生物技术;药品行业;安全
生物技术在药品行业中的应用范围日益扩大,生物药品具有很广阔的市场前景,巨大的经济利益和社会效益促使生物技术药品行业进行了激烈的竞争。
一、我国生物技术医药行业的发展现状
我国的生物制药行业发展比较迅速,起步较晚,最早的生物工程药品追溯到1982年人胰岛素的诞生,随着技术水平的不断提高,生物技术在药品行业的应用日益的广泛。
医药生物技术主要包含六个方面的内容:1、重组基因技术、转基因技术研制的药物或建立的新的治疗方法。2、细胞或原生质体融合技术生产的药品。3、固定化酶或固定化细胞技术制备的药物。4、通过组织和细胞培养生产的疫苗。5、利用现酵或反应工程和生产生物来源的药物。6、应用蛋白质工程和分离技术从生物资源中寻找或制备的药品等。在这六个方面中医药生物技术对医药汗液的发展都起到了重要的促进作用。形成一定的产业规模和效应,但是生物技术在药品行业的发展中依然存在很多的问题,例如保证药品额安全性、医药行业的道德性,总体的发展方向是很乐观的。
二、生物技术药品发展的原则
生物技术正在以非常快的速度应用到我们的日常生活但中去,生物技术为人们带来了生活的便利。但是生物技术药品的发展必须把握一定的原则和尺度,没有原则的利用生物技术,以生物技术谋取不正当的利益有损人民群众的利益。
中华人民共和国卫生部令第33号《生物制品管理规定》第二条中指出:“生物制品是药品的一大类别。生物制品系指以微生物、寄生虫、动物毒素、生物组织作为起始材料,采用生物学工艺或分离纯化技术制备,并以生物学技术和分析技术控制中间产物和成品质量制成的生物活性制剂。它包括疫(菌)苗、毒素、类毒素、免疫血清、血液制品、免疫球蛋白、抗原、变态反应原、细胞因子、激素、酶、发酵产品、单克隆抗体、DNA重组产品、体外免疫试剂等。”从生物制品定义中我们可以看出,生物药物制品的多样性和灵活性,通过长期细致的观察和实验,得出具有长效的药物产品,提升医疗卫生事业的水平,而对于违背社会伦理道德的方面的应用应该予以抵制,非法利用药品进行交易和犯罪都应该受到监督和制裁的。
生物技术制药产业能够给药品和医疗卫生行业带来巨大的经济效益,但是绝对不能忽视药品的安全性,原材料和技术的要求很高,因此需要的投入成本也是占有很大的支出比重的,正确的分析市场,不能因为市场需求的增加而盲目的扩大产量,加快生产从而忽视了产品的质量。制药行业是良心产业,生物技术的使用也是为了为人类生活带来福祉,所以应该正确的把握生物技术的使用尺度,保持生物技术在药品行业中的正确应用。
三、生物技术在药品行业中的应用前景
依据生物技术在药品行业的应用现状,我们看可以看出,生物技术制药产业具有长远的发展前景。
首先是在生物技术水平上,积极的开发高科技产品,拓展药品行业的技术深度。我国的生物资源极其的丰富,微生物、真菌、海洋生物等资源都可以运用生物技术进行深入的研究,开发具有很高的科技含量和独特的药效的药物。目前在我国生物技术对于治疗很多的疾病都有很高的治疗效果的。
其次,在生产的规模上,应该加大科技投入,提升产品的技术含量,从而提升市场竞争力。生物技术在药品行业需要进行合理的布局和规划,产生规模经济效益,提升药品行业的集群效应,药品企业和医药公司进行合作,充分的进行市场调研,贴近市场进行研发,利用企业的先进的管理经验和技术引进的财力和人力,规避药品行业的弊端,促进生物技术药品的研发的效益整体得到提升。顺应世界生物技术发展趋势,尽快改造传统生物技术产业,重点发展低耗原料和能源、高附加值的现代生物技术药品,以提高生物技术产业的技术水平和经济效益。
最后,加强国际合作和技术的学习引进,培养更多的技术性人才。近20年来我国生物技术制药行业发展很快,开发品种齐全,种类多样化趋势,生物技术在药品行业中产业结构并不是很齐,生物药品质量要求不断的提升,技术合作和人才的培养都是提升药品质量的重要途径。优化国内的需求,面对国内的技术难题应该注重国际间的合作和交流,通过装备、技术、人才引进,通过合作、合资的方式创造生物技术药品行业的新发展途径。加强基础研究,建立生物技术信息资料库,掌握世界生物技术药品的科研和产业化发展趋势,把握市场动态。
生命科学和生物技术不再是在人们的想象中的技术,正在以飞快的速度进行发展和创造着,在药品行业中的应用将会给我们带来更多的挑战和惊喜。(作者单位:沈阳师范大学化学与生命科学学院)
参考文献:
[1]王舜,李蒙.生物技术与我国发展生物经济的对策分析[J],生产力研究,2006(1).
[2]徐广军,杨德峰,赶超战略与比较优势战略的动态选择问题探讨[J],理论学刊,2006(2).
大樱桃多在5月下旬至6月下旬采摘完毕,此时正值樱桃花芽分化和病虫害防治的重要时期,如何迅速恢复树势,促进花芽分化,增加树体储藏养分,并有效防治病虫害,是实现樱桃连年丰产稳产必须解决的问题。
1 采后及时追肥 樱桃采摘完以后应马上追肥,这样可以及时补充树体生长结果所消耗的大量养分,满足花芽形成和后期各生长阶段对养分的需求,常用的方法是沟施人粪尿,撒施复合肥与叶面喷肥相结合。对盛果期大树,树盘内开放射沟株施约30~50千克的人粪尿,用土覆盖,在树盘内再均匀撒施尿素和过磷酸钙各0.5~1千克,浅锄树盘后立即浇水。叶面喷肥可以使养分更快达到所需各部。整个生长季要多次喷肥以满足树体的生长需求。樱桃采收后应结合病虫害防治,首先喷施1次0.3%的尿素,20天左右可视树势再喷1次,后期叶面喷肥应以磷、钾肥为主,可在7、8、9月各喷1次0.3%的磷酸二氢钾,以延长叶片寿命,增加树体养分。
施肥过程中需要注意的一个问题是不能无限制施肥,尤其是大量施用氮肥以及大量浇水,这样容易引起樱桃树的旺长,春梢不能及时停长,不利于花芽分化,秋梢不能及时封顶,不利安全越冬。因此,要注意进行科学的施肥和浇水。
2 合理夏剪 据研究,樱桃花芽生理分化期多集中在春梢停长,采果后10天左右时间内进行,形态分化期在其后1~2个月内完成,因此采用多种夏剪手法,平衡树势,促使营养生长向生殖生长转化是促进花芽分化的重要措施。另外,合理的夏剪还可以极大的减少冬剪量,节省大量的人力。
2.1 疏枝 采果后及时将过高、过密的背上枝及部分过密的结果枝组疏除,打开内膛(注意培养内膛小枝、防止内膛光秃)。将临时结果枝、下垂枝、细弱枝以及过密枝疏除,轮生枝上留2~3个枝其余的疏除,打开,使得枝条外稀内密,均匀分布,通风透光良好。
2.2 回缩 对形成光腿的结果枝应一律回缩到叶芽处,控制结果部位外移。
2.3 摘心 前期保留下来的内膛枝继续摘心,回缩后萌发的新梢如有空间可留5~15厘米反复摘心,培养小型结果枝组,新梢长到40厘米左右时留25厘米短截。
2.4 抹芽 将因疏枝、回缩、摘心后萌发的新芽没有空间的及时抹除。(据《瓜果蔬菜报》)
石榴嫩枝夏季扦插技术
据笔者多年试验,在7月利用石榴嫩枝扦插繁育石榴苗,成活率高。
选育苗地 育苗地要选排灌方便的开阔平地,要求土层深厚、土壤肥沃,以中性或微碱性的沙壤土为宜。育苗前结合深翻每亩施有机肥4 000~5 000千克,并浇水。待地表层稍干后,做宽1米、长20~30米的畦,耙细整平,以备扦插。插条采集一般在清晨或无风的阴天,从结果多、品质好、树势健壮的优良母株上,剪取无病虫害、当年生刚刚木质化的粗壮嫩枝作插条,粗度以0.8~1.5厘米为宜。
扦插方法 插前先将刚剪取或贮藏在温沙中的插条,剪去茎刺和失水干缩的部分,再自下而上地将长插条剪成12~15厘米、有2~3个节的短插条。将每个插条下端近节处剪成光滑的斜面,这样既增加了与土壤的接触面,利于生根,又便于识别插条的上下端,以免倒插。另外,要将插条上端距芽眼0.5~1厘米处对应剪齐。插条剪好后立即将插条下端浸入清水中浸泡12~24小时,使插条充分吸水,还可在15~20毫克/升萘乙酸溶液中浸泡12小时,以促其生根。扦插时将插条按12厘米×30厘米的株行距,斜插入土中,插条上端的芽眼距地面1~2厘米。扦插完毕后立即浇水,使插条与土壤密接。待地表层稍干后,及时松土保墒。
插后管理 适时灌水:扦插后20天即可生根,此期土壤要保持湿润。当覆膜地干时要及时揭膜浇水,但浇水不宜太多太勤,要小水勤浇,避免泥浆沾到幼叶上或淹没幼苗,影响成活率。浇水后应中耕保墒。在插条生根期内,松土易撞动插条,影响生根,因此这段时间不宜多松土、除草,如果草太多可人工拔除。除萌蘖:当石榴苗高10厘米左右时,只保留1个健壮的新梢,其余萌蘖则全部剪除。追肥:当新梢长到15厘米时,追施1次速效氮肥,每亩追施尿素15千克,施后浇水。7月下旬再追肥1次,以后要控制氮肥用量,适当施用磷、钾肥防徒长。此外在石榴苗生长季节,可喷施3~4次叶面肥,前期用0.3%的尿素溶液,后期用0.4%的磷酸二氢钾溶液。
(据《陕西科技报》)
生物肥在葡萄种植中的应用
在葡萄种植中应用酵素菌生物肥,葡萄植株在大量活化的有益微生物作用下,能扩大根系的吸收面积,增强叶片光合作用。不仅可以减少肥料的使用量,降低成本,提高产量,而且能改善葡萄品质,提高糖度,有利于生产优质葡萄并提早上市。
从大量的研究资料可知,与其他果树类作物相比较,葡萄不喜欢酸性的土壤。所以裁培葡萄首先必须注意土壤的pH值,为此可以施用含大量氧化镁和钙的酵素菌堆肥,来改善土壤,使之变成最为适合的pH值,才能让葡萄长得好。
能盛产品质优良好葡萄的地方。大都是雨量较少的干燥地带。雨水较少,日照时间较长的年头、葡萄的糖度越高,气色也会越好。而雨水多的年头,常是傻长藤蔓,叶子过于茂盛而花房却不能让阳光充分照射,并且叶、茎长的也软弱,被病虫害侵袭的机会就要增多,果实的品味也要急骤下降。应用酵素菌生物肥后,由于大量有益微生物迅速在土壤中衍生扩散,改善土壤的理化性状,提高亲水性、吸附性,增强通透性和保水保肥能力、从而达到葡萄的旱涝保收。
既使碰上雨水多、湿度大、日照时间短的年头也不要紧。应用酵素菌葡萄专用叶面肥可以强健葡萄茎、叶的组织,有效地抵制病虫害的侵袭,并增强光合作用,保持高含糖率的状态,从而提高葡萄的品质,增加糖度和产量。
通过对比试验,在葡萄生长过程中,应用酵素菌生物肥(葡萄专用)作为基肥、追肥、液肥及叶面喷肥的地块。比不用此肥的地块葡萄产量提高10%~30%,提早成熟5~7天,糖度净增l%。(据《陕西科技报》)
夏季重防梨树黑星病
梨黑星病又叫梨疮痂病,是梨树的主要病害。当前正值夏季,高温高湿有利于梨黑星病的发生。梨黑星病病原菌借雨水在梨园中扩散侵染,主要危害叶片、果实。叶片染病后,在叶背面产生圆形、椭圆形或不规则形病斑,病斑沿叶脉扩展,产生辐射状黑色霉状物,严重时整个叶背面布满黑霉,引起早期落叶。果实感病后,在果实表面产生一些大小不等的圆形病斑,病斑硬化后,表面粗糙,凹陷龟裂,呈疮痂状,病部伤口遇雨水极易被霉菌感染而腐烂。
防治方法
1.农业防治。发现病叶、病果及时摘除,集中烧毁或深埋,防止病菌的扩散和蔓延。雨后及时排除积水,铲除果园内杂草,降低果园内潮湿度。结合夏剪,及时把直立枝、徒长枝、交叉枝从基部剪除,增加果园内通风透光性,改善果园小气候。
2.药剂防治。雨前及时喷药预防,雨后及时喷药防治,喷药后遇雨及时补喷。用药可选用40%杜邦福星10 000倍,10%苯醚甲环唑3 000倍,80%汉邦多菌灵2 000倍,可杀得叁仟2 000倍,以上农药7~10天喷1次,连喷3~4次。各种杀菌剂要交替使用,以免产生抗药性。喷药时要注意喷布均匀,树冠上下,树膛内外,都要沾药,特别注意叶片的背面要喷上药。(据《山东科技报》)
梨叶肿壁虱的防治技术
近日,笔者下乡查看梨树长势情况,有的果农反映梨树刚长出的新叶叶片上有很多红色的斑点,发硬凸起,不知怎么回事?这是梨叶肿壁虱危害造成的,详细情况如下:
梨叶肿壁虱属蛛形纲蜱蜻习瘿蜻科,又名梨叶肿瘤螨,别名梨潜叶壁虱,该蜗危害叶片的症状有些书刊上称做“梨叶肿病”或“梨叶疹病”。
分布与危害 国内各梨区均有不同的发生,主要危害梨树嫩叶,严重时也危害叶柄、幼果、果梗等。叶片被害初期出现芝麻大小的浅绿色疱疹,后逐渐扩大,并变成红、褐色,最后变成黑色。疱疹多发生在主侧脉之间,常密集成行,使叶片正面隆起,背面凹陷卷曲,严重时被害叶早期脱落,营养积累减少,树势被削弱,影响花芽形成,导致梨果产量下降。
形态特征 成虫圆筒形白色或灰白色,体长约0.25毫米,体躯具有很多环状纹,2对足着生于体前端,尾端具有2根长刚毛,卵很小,半透明,圆形。
生活习性 梨叶肿瘿瞒一年发生多代,以成虫从气孔侵入叶片组织内,由于瘿螨取食危害导致组织增生而肿大。从春季侵入叶片组织后,该虫一直在叶片组织内繁殖危害和蔓延,9月份,成虫从叶片内脱出,潜入芽鳞下越冬。防治措施:①清园。及时摘除虫叶和清扫地面落叶,秋冬季叶切底清除果园内的枯枝落叶集中销毁。②防治越冬成虫。次年花芽膨大时可喷3~5波美度的石硫合剂;或含油量3%的柴油乳剂,均有较好的效果。③生长季节,当梨叶片出现疱疹时可喷50%螨代治(溴螨酯)乳油2 000倍液,5%尼奈朗乳油1 000倍液,25%灭螨锰1 500倍液,1.8%阿维菌素3 000~5 000倍液等内吸式杀螨剂,以上任用一种,7~10天1次,可连喷3次,达到防治效果。
(据《农业科技报》)
核桃树银杏大蚕蛾防治
银杏大蚕蛾是危害核桃树树势和产量影响较大的一种主要害虫,严重影响核桃产业的发展。目前将处于卵块孵化高峰期,幼虫孵化后在叶片背面群集危害叶片,随着虫量增加危害逐渐加重。因此要抓住这一关键时期进行防治,发动群众抓住银杏大蚕蛾2龄前幼虫防治的关键时期对核桃树食叶害虫全面开展1次防治,严重发生的1周后再防1次,确保核桃丰产丰收。防治方法:
1 人工防治 在幼虫未孵出前人工刮除卵块是最简便最经济的方法。冬春季节,可结合修剪和管理,采用砸、凿、刮等方法,消灭树皮缝隙间或枝丫处卵块,或采用树干涂白,用石灰浆或石硫合剂涂干,从地面到树干1.5米处刷白消灭卵块。在蛹期,利用银杏大蚕蛾幼虫缀叶结茧化蛹的特性,在核桃树下周围的灌木杂草上拾摘银杏大蚕蛾缀叶茧蛹,或人工捕杀老熟幼虫,集中烧毁。
2 化学防治 5月上旬至6月上旬,根据3龄前幼虫抵抗力弱和有群集性的特点及早进行防治,对虫口密度大,3龄后幼虫较多,危害严重的局部地区应立即采取化学防治,用48%毒死蜱乳油1 000~1 500倍液、50%辛硫磷
关键词:分子生物技术;微生物领域;环境
微生物技术是在多种学科上面相互紧密交叉的一门应用学科,对环境污染修复技术方面的发展具有重要的推动作用。本文主要介绍目前常用的分子生物技术,分析分子生物技术在水、土壤、恶臭等方面的应用,明确分子生物技术在环境工程微生物修复治理工作中的重要性,为在下一步的分子生物技术的研究提供一个良好的契机,也为在环境工程的工作取得良好的效果而做好各项准备工作。
1与环境工程相关的分子微生物技术
1.1PCR核酸技术
PCR是一种利用脱氧核糖核酸半保留复制的原理,在体外扩增位于两段已知序列之间的DNA区段,从而得到大量复制的生物技术,其应用在整个行业中最为广泛。PCR技术主要分为以下三种:PCR-SSCP技术、PCR-DGGE技术以及PCR-RFLP技术。
(1)PCR-SSCP技术主要通过利用银染法以及荧光的检测技术等,对SSCP凝胶DNA谱带进行详细的分析,应用这种技术进行分析,能够简化测试的试验步骤,比较方便且精准;
(2)PCR-DGGE技术是按照一定顺序检测生命物质碱基,获得变性试剂解链不同的内容物质反映,对样本进行检测,从而达到研究目的;
(3)PCR-RFLP技术主要是利用限制性核酸内切酶的特性进行样本分析,在基因组上寻找多态性位点,从而揭示个体或群体间遗传变异或评估种间亲缘性关系的一种分子标记技术。
1.2荧光原位杂交技术
荧光原位杂交技术是目前单个细胞水平上分析微生物群落结构的常用分子生态学方法,根据目前已公布的、定位在不同分类等级的rDNA分子的特定位置,设计以rDNA为靶点的寡核苷酸探针,然后用荧光标记探针,用于原位鉴定单个细胞.目前可利用此方法,使用一整套特异的寡核苷酸探针可进行单个细胞的快速分类。
1.3基因重组技术
此技术是利用DNA体外扩增或重组技术把需要的基因或DN段从供体生物基因组中抽取分离,或通过人工合成的方法获取基因,并经过一系列的切割、加工、修饰、连接反应产生重组的DNA分子,再将其导入适合的受体细胞,从而获得基因表达的过程。
2分子生物技术的应用
工业的高速发展极大地促进了我国经济的增长。然而,工业污染已对我们正常的生活环境及个人健康造成了不可忽视的影响。分子生物技术应用对环境污染的修复和治理成为现今行业的关注热点。
2.1水处理中的应用
微生物絮凝剂是由微生物菌体内外分泌的生物大分子,并带有电荷。相关的研究表明,微生物絮凝剂对生活污水及工业废水的COD及SS的去除率可分别达到68%和91%。相比铁盐、铝盐等化学药剂,微生物絮凝剂对活性污泥所产生的絮凝作用更高效,其产生的沉淀也更易过滤,且絮凝后的残渣可生物降解,不会造成二次污染。由此可见,微生物絮凝剂具有高效、无毒的优点。
2.2土壤修复中的应用
由于土壤生物修复技术具有环境友好、成本低、可原位处理等优点,因此成为了目前的一个研究热点。有益微生物可通过自身代谢分解土壤中的有机污染,其分泌的有机酸、铁载体等物质能使重金属转变为无害的螯合态。此外,根际微生物还能协助植物生长,促进超富集植物对土壤的修复效果。通过分子生物技术筛选具有高效代谢能力的菌种,并观察分析微生物在修复过程中的群落动态变化,可进一步了解土壤生物修复的机理,建立土壤功能微生物资料库,促进土壤生物技术在实际应用中的优化。
2.3臭气处理中的应用
微生物的代谢作用可把臭气分解成硫酸盐、CO2、H2O等无害无味物质,特别适用于堆肥厂、污水处理厂、垃圾填埋场等环境卫生处理设施的臭气治理。目前常用的生物除臭工艺包括过滤除臭、滴滤除臭、曝气式除臭以及洗涤式除臭。分子生物技术已广泛用于分析臭气处理设备中微生物代谢功能及群落的变化。通过扩增除臭细菌某基因的可变区,并结合相关的分子生物技术,观察除臭生物装置中的微生物的多样性、丰度及代谢功能在不同pH、碳源或其他制约条件下的变化,可筛选出最有利的菌种。因此,分子生物技术的应用对臭气治理具有非常重要的意义。
2.4对石油降解方面进行分析研究
石油的成分复杂,包括一些对微生物有毒害的物质。因此,如何鉴定、筛选、培养具有高效降解能力的菌种成为石油污染物生物处理技术的关键。为了更好的解决石油的污染问题,需要相关研究人员在分子生物与石油污染进行深入细致的研究,并积极寻找有效可行的治理方法。分子生物技术在环境工程方面,主要具有环境治理效果好、无副作用、成本较低等优点。由于分子生物技术的众多好处,得到了各方面的广泛认可,使得这项技术在我们行业的发展上起到了重要的作用。
3结语
我国现今所面临的难题是,如何降低对环境的污染,如何能够进一步改善我们现在的生活环境。环境工程生物修复技术作为目前行业的热点,而分子生物技术俨然已成为环境工程微生物不可或缺的研究手段,这同时也在另一个层面让我们充分的认识、理解到分子生物技术在环境工程中的重要性。分子生物技术的研发与应用是我们在环境保护中的前沿阵地,我们在不断的分子生物研究中进行发掘和创新,为我们的环境工程事业做好有力的技术支持,同时也为我国在环境保护方面做出重要的贡献。
参考文献
[1]石琛,王璐.环境微生物领域分子生物技术的应用进展[J].中国科技信息,2013,16,135+139.
[2]张凤.在环境工程微生物领域中分子生物技术的应用[J].绿色科技,2013,08,192-194.
20世纪70年代以来,基因工程及杂交瘤技术的相继诞生,以及生物加工技术的发展,推动了传统生物技术跨入一个新时代――现代生物技术发展和应用时代。这个崭新的时代对发展中的中国提出了严峻挑战。
现代生物技术发展趋势
基因操作技术日新月异,不断完善;转基因植物和动物技术有重大突破;人类基因组研究促进了有重要价值新基因的分离、克隆以及开发应用;新技术、新方法通过商业渠道,出售专项技术或全套试剂,方兴未艾。全世界每年授予的1万多项专利技术中,有近l/3出自生物技术。
现代生物技术的基本特征是科学化、集约化、商品化、环保化和国际化,实现产业的社会、经济和生态效益三统一。生物技术的研究、开发及其产业化发展将会引起世界产业结构的重大变化。
一、技术的进一步完善与发展
1.基因操作技术。为了生物技术的自身发展,以及推动其产业化进程,基因操作技术在不断的完善与发展,其中包括基因合成、扩增技术、基因修饰技术、基因克隆技术、基因转移技术和蛋白质工程等;新型表达载体或体系的研究中,转基因植物和动物的相关技术有突破,动物乳腺反应器等新型的生物反应器在开发中;基因工程下游技术的发展,推动了技术集成和规模化生产;同时,作物育种和动植物品种改造相关联的分子标记技术进一步推广,以基因治疗为核心的生物治疗和诊断技术不断完善和发展。英国克隆绵羊的成功使动物“克隆”技术出现了始料不及的突破,甚至引起世界恐慌,如何应用体细胞核移植是当今世界各国不得不高度重视的重大问题。
2.基因组学技术。人类基因组计划是当代自然科学一项伟大的科学工程,进展甚速, 2003年完成人体全基因组遗传图、物理图、转录图的制作以及全部序列(30亿碱基对)的测定。人体内总数约为8~10万个的基因将全部定位,它们的分离、克隆以及结构与功能的研究全面展开。包括水稻基因组在内的模式生物基因组的研究也是该项计划的组成部分。与此相适应的是,在DNA重组技术的基础上进一步发展起基因组研究的系统技术(有人称之“基因组学技术”),它融会了现代分子生物学、细胞生物学、分子遗传学以及数学、物理学、计算机科学、信息科学等学科的理论和方法。正在成长中的基因组学及其系统技术将对21世纪生物技术的发展起着积极推动作用。具有重要的生物学功能的新基因以及疾病相关基因的分离和克隆,可直接用于基因工程产品的生产、基因治疗或人类疾病发生机理的研究,并为创新药物研制提供基础。同时,以水稻基因组研究为核心发展起来的农作物重要性状相关基因的分离、克隆以及结构与功能的研究将对农作物育种以及整个农业生产带来革命性变化。
3.生物信息学技术。生物信息学是由生物学与数学、物理学、化学、计算机科学等诸多学科交叉发展而成的一门崭新的学科。其研究内容主要包括生物体遗传信息的“解读”,生物大分子(蛋白质、核酸、多糖等)的结构模拟和分子设计,以及基于蛋白质和核酸结构基础上的药物设计;与此同时,要进行生物信息的收集、贮存、管理,创建生物信息分析的新技术、新方法,并开展相应的应用研究。它不仅对认识生物起源、遗传、发育与进化的本质有科学意义,而且可为新基因的发现、为人类疾病的诊断和预防开辟全新的途径,为动植物的物种改良提供坚实的理论基础。
二、医药生物技术产业化进程突飞猛进
医药领域的生物技术的研究和开发一直处于领先地位,其产业化的进程甚快,已有近50种基因工程药物、疫苗和其他生物制剂产品投放市场。销售最好的是促红细胞生成素(EPO)、粒细胞集落刺激因子(G-CSF)、生长激素、胰岛素和溶栓药t-PA等基因工程产品,EPO、G-CSF等产品在美国的年销售额,每种可达十几亿美元以上。美国从事生物技术药物研究、开发及产业化的公司约1300家,其中较大的生物制药公司225家,工业投资达350亿美元;日本约有800家公司从事生物技术药物的研究与开发及产业化,已有14种产品投放市场。基因工程疫苗以乙肝病毒疫苗为主要产品,目前还注意发展针对艾滋病、肿瘤等治疗用疫苗;单克隆抗体是生物技术药物中数量最多的产品;基因治疗由遗传病转向以肿瘤、心血管病和艾滋病等重大疾病为重点。
国际上普遍把医药领域作为发展生物技术产业的突破口,这是由医药生物技术在创新性及其经济效益上的巨大潜力所决定的。发展基因工程药物、疫苗以及开创全新的基因疗法和诊断技术乃是主要方向,并且它是新药研究和创制的重要支柱技术。生物技术药物是一种高附加值产品,一个药物的年销售额就可能超过一个大型钢铁企业,所以,医药生物技术产业仍将是现代产业发展中最为活跃的领域,同时也是国际间知识产权竞争的主要领域。21世纪,它将成为国民经济新的重要支柱。
三、农业生物技术市场大有进展,前景诱人
世界上进入田间试验的转基因植物已增至1500种,美国FDA相继通过了棉花、玉米、西红柿、马铃薯、大豆、南瓜等经生物技术改造的农作物品种安全性检查,并颁发商品化许可证。Calgene研制的可长期贮存的转基因西红柿已投放市场,美国和澳大利亚已批准抗虫转基因棉花进入大田推广应用。分别由 Ecogen和Crop Genetics研制的几种生物杀虫剂早在1994年已获美国环境保护委员会批准。此外,农用生长激素、疫苗等产品开发也都取得可喜的成绩。生物技术在培育高产、优质、抗病虫、抗逆性能好的农作物、畜禽、鱼类新品种中显示出很大的潜力,其对未来农业发展至关重要。
鉴于世界性的粮食短缺,各国政府都已开始重点支持生物技术在农业中的应用。目前,国际水稻基因组图谱和拟南芥菜基因组图谱等研究已获得重大突破,以植物基因组图谱为基础的农作物重要性状基因的分离和克隆研究正在蓬勃兴起。基因转化已经在水稻、玉米、棉花、马铃薯、油菜、大豆和烟草等主要作物中获得了成功。许多重要生产性状,如抗病、抗虫、抗逆、产量、品质及采后保鲜等都得到了明显改善,大大提高了现代农业的技术含量和技术附加值。特别是分子标记辅助育种技术将会对21世纪农作物常规育种带来革命性的突破。生物技术在农业中的应用将作为21世纪农业发展的主要生长点。
四、生物技术为治理环境污染提供了新途径
在环境污染日趋严重的今天,世界各国已普遍接受“可持续发展”这个概念,并围绕它制定和实施本国的环境保护及其相关的产业政策。可持续发展要求在保持经济高速发展的同时,必须保护好人类赖以生存的环境。传统的污染防治技术和手段,已远远不能满足人类对生存环境的质量要求。生物技术是环境保护的理想和武器,在处理环境污染物方面具有高速度、高效率、低消耗、低成本、反应条件温和以及无二次污染等显著优点,应用生物技术治理环境污染,已受到各国政府的高度重视。21世纪,生物技术将成为环境保护的关键技术之一。
五、经济强国在生物技术发展领域竞争激烈
作为21世纪高新技术的核心,生物技术必将在最终解决人类粮食、健康和生存环境等重大问题上发挥独特的作用。世界各主要经济强国都把生物技术确定为21世纪经济和科技发展的关键技术。美国在生物技术研究与开发方面一直处于领先地位,但近年来欧洲和日本等发达国家对其霸主地位提出了挑战。部分发展中国家也十分重视生物技术的发展。
为加紧研究发展对策,美国国家科学和技术委员会从1992年起接连发表了题为《二十一世纪生物技术》、《二十一世纪生物技术:实现诺言》和《二十一世纪生物技术:新的方向》等发展战略报告和蓝皮书,指出生物技术在经历了第一次浪潮(医药和保健领域)后,在继续重视和推动第一次浪潮向纵深发展的基础上,迎来了第二次浪潮,即重点发展:(1)农业生物技术;(2)环境生物技术;(3)生物制造和生物处理工艺及能源研究;(4)海洋生物技术研究。为此,除继续重视医药生物技术外,政府将加大在农业、环保等其他领域的研究与开发力度,并在税收、经费、专利保护期等方面制定了特殊优惠政策,以加快生物技术的研究和发展。
欧洲和日本等国纷纷制定21世纪生物技术发展战略。日本虽然起步较晚,但发展迅速,不仅引起西欧诸国的恐慌,也造成美国的严重不安。欧盟为协调和促进各成员国生物技术的研究和开发,从整体上与美、日等发达国家抗衡,专门成立了生物技术委员会,把生物技术作为未来科技发展的重点。韩国声称要在所有高技术领域全面发展,计划21世纪争取进入世界十大科技先进国家之列。印度政府专门成立了生物技术部,全面协调生物技术的研究、开发与产业化。
中国现代生物技术的发展与对策
自20世纪70年代末80年代初开始、特别是在863计划把现代生物技术作为关键领域以来,我国政府高度重视这一技术的研究、开发和利用。十余年来,已经在农林牧渔、医药卫生等许多方面取得了令人瞩目的成就,并产生了显著的经济效益和社会效益。
一、我国生物技术产业化的成绩
两系法水稻杂交优势利用是我国的首创,取得了举世瞩目的成就。两系法品种间和亚种间杂交稻的累计示范试种面积已近 1000万亩(截至 1997年底),一般增产10%~15%,为进一步大规模的推广应用创造了条件。
抗虫棉研究完成了五种抗虫基因的分离和克隆,获得了一批适用于我国长江流域和华北棉区大面积应用的转基因棉花株系,进入一定规模的试种示范;抗病小麦生物技术育种有所创新;农业重组微生物的应用,效果突出;转基因动物研究培育出来的生长激素转基因猪和转基因鲤鱼、鲫鱼新品种,正在中试开发。我国水稻基因组研究已取得突破性进展,在物理图谱方面居世界领先地位。
医药生物技术产品的研究、开发和产业化已初具规模。我国研制的哺乳动物细胞基因工程乙肝疫苗于1992年获国家批准投放市场,它已逐步替代传统的血源疫苗。几年来,我国城镇婴儿的乙肝带毒率有大幅度下降;包括我国创制的一类新药――重组人alb型干扰素在内,已有七种高技术药物先后经国家批准,投放市场,其中国家一类新药两种;G-CSF等十几种基因工程多肽药物正在临床Ⅰ、Ⅱ期试验;还有几十种产品处于中试开发或实验室阶段工作。B型血友病IX因子基因治疗在国际上属首例报导;应用疱疹病毒胸苷激酶基因治疗恶性脑胶质细胞瘤工作已完成临床Ⅰ期试验。
863计划实施十余年来,初具规模的我国生物技术产业,已开始对国民经济和社会发展产生影响。就其学术水平和开发水平,在亚洲地区名列前茅,而且,与发展中国家相比,也处于领先地位。然而,与发达国家相比,随着他们步伐的加快和投资量的加大,我国在整体研究和开发水平,尤其是产业化的程度上仍有相当大的差距。
二、经济和社会发展对现代生物技术的需求
发展生物技术对于解决我国13亿人口的吃饭和医疗保障问题,减轻环境压力具有十分重要的现实意义和深远的战略意义。
1.不断满足日益增长的粮食需要。
预计到2010年我国人口有可能超过14亿,根据人口增长趋势和当前的土地消耗率估计,到2010年我国人均拥有土地将少于0.07公顷。今后每年食物总供给与总需求的缺口大致为:粮食2200~2500万吨,为保证人民基本生活水平逐年有所提高和满足我国人民对粮食的需求,从现在开始到2015年,我国粮食总产量每5年必须增加 1000亿斤。如何大幅度提高粮食产量是我国农业生产面临的重要问题。
为满足我国日益增长的粮食需求,保持农业生产可持续发展,必须加大高科技投入。应用现代生物技术培育高产、优质、抗病虫和抗逆的农作物新品种,大幅度提高农作物产量和品质,提高常规育种的效率,逐步实现定向育种;设计和生产新一代高效、低毒、无污染,兼有防病杀虫功能的微生物农药,减少病、虫对农作物造成的危害,间接提高农作物产量,大大减轻环境污染。
2.有效控制人口,提高全民族健康素质。
我国虽然是发展中国家,但疾病病种却同时具有发展中国家和发达国家的特征,导致死亡率最高的是心脑血管病、恶性肿瘤、病毒性传染病等疾病。我国仅肝炎病毒带毒者就达2亿人。心脑血管疾病、肿瘤和糖尿病患者数千万人,以呆傻为主的遗传病患者3000万人;另外,过去已经控制的传染病如肺结核等的发病率呈回升趋势,性病和艾滋病的蔓延令人担忧;血液制品污染状况严重,已不能满足人民健康和国防的需要。它们严重影响我国人民自身健康和劳动能力,也是我国经济发展中的负担和障碍。与此同时,我国的人口压力越来越大,已成为制约国民经济发展的重要因素。因此,有效地控制人口增长,提高全民族的素质已成为关系国计民生的大事。
当前,随着国际竞争的日益加剧,我国传统医药行业亟待更新改造,如何设计和生产新一代具有我国自己知识产权的新药,已刻不容缓。生物技术产业的发展能大幅度减轻国家在卫生保健方面的负担,对提高人民的健康水平、增强我国医药市场的竞争能力和国民经济实力具有重要的推动作用。
3.大力治理污染,保护生存环境。
我国的环境污染问题十分突出。近年来,总体环境质量在下降,大气污染物如二氧化硫、飘尘等的排放量仍在上升,废水排放已超过400亿吨/年,工业固体废弃物6200万吨/年,其中100万吨直接排入河流。采用碱法造纸技术及滥用化学药品、特别是杀虫剂造成了大规模的水体和土壤污染,此外,有 60亿吨未经处理的工业废弃物堆放在室外,占地数万公顷以上。总之,我国生态环境破坏严重,其治理和恢复已迫在眉睫。生物技术是解决环境污染如水污染(包括江河污染、工业废水污染、生活废水污染)、空气污染(包括石油、煤废气污染)和农用塑料造成的“白色”污染等诸多问题的有效手段之一。
三、我国生物技术产业化面临的挑战
开发一个生物技术新型药物,要经历一个较长的周期,且耗资巨大;即使是形成了产品,对其疗效和副作用仍有很大考验,存在着很大风险;在农业上,要真正培育出高产、优质和抗逆性能好、有推广价值的新品种,过程是很艰难的。在当前激烈的国际竞争中,我们面临的风险和挑战更多:
1.专利和知识产权的威胁。目前研制和开发的医药产品,有大部分是引进国外已有或正在开发的产品,属于仿制和拷贝之列,处理不当有可能发生国际纠纷;
2.基础研究整体力量薄弱,潜在的、拥有我国自己知识产权的候选产品数量少,制约着我国生物技术及其产品的开发,以及在国际上的竞争能力;
3.国内产品开发存在严重的分散状况,低水平重复的产品多,不能形成规模化生产;
4.下游工程技术和工艺的研究力量薄弱,产品开发能力低;
5.国家在实施对外开放政策的同时,目前尚缺乏在现有状况下如何保护我国民族生物技术产业成长的相应政策和措施。
综上所述,现代生物技术是典型的高新技术,其研究的最终目标是生产商业产品,即实现产业化。现代生物技术产业是技术密集型产业,需要高深专业知识,更需要善于市场开发;需要高的资金投入,还需要科学的经营管理。现代生物技术产业具有高风险、高回报的特点,要改变过去单一的国家投入机制,建立由中央、地方、企业、投资者共同参与的风险投资机制。为把握战略机遇期大力发展我国生物技术产业化,提出如下建议:
在定位于现有863计划的基础上,以大幅度提高我国生物技术领域整体研究水平和开发能力为目标,使我国生物技术总体水平到2010年跻身于发达国家行列,某些方面处于世界领先地位。在农业、医药和环保等重要应用领域,形成具有相当规模的新兴产业。
主要任务是重点开展:高产、优质、抗逆农作物分子育种;高效畜禽和水产养殖的分子技术;高效、无污染农业与环保用遗传工程微生物;新型药物和疫苗研究与开发;组织器官工程和基因治疗的研究与开发;重大疾病相关基因的分离和我国特有资源的开发利用;分子设计和生物信息技术等七项重大关键技术和成果转化项目的研究与开发,并在水稻等重要农作物杂种优势利用、农作物分子标记辅助育种、转基因植物、重大疾病相关基因研究、基因工程药物和疫苗开发、人造血液、基因治疗、中草药开发利用等方面形成我国优势。提高我国粮、棉、油的自给能力,初步满足我国日益增长的对粮食的需求,大幅度提高和改善人民的营养水准和健康保障水平,推动社会的全面进步。
[关键词]高中生物 生物技术实践 模块
高中生物教材的每一版本都设置了“生物技术实践”选修模块,这种专门开设以“技术实践”为主题的课程,目的在于培养学生的科学素养,提升学生的实践与探究能力。可以说,高中生物学设计“生物技术实践”模块,在教学史上是前所未有的,其意义也十分重大。
一、设计“生物技术实践”模块的意义
进入新世纪,以生命科学为主题的生物学已成为全球关注的热点。从“生物技术实践”模块设计内容来看,有的注重提升学生理解科学知识的能力;有的突出科学探究的过程,渗透科学探究的方法;有的让学生了解生物学对社会的影响;等等。可见,设计这一模块对增进学生对生物科学与技术对社会影响的理解有重要意义。与此同时,高中生物教材设计“生物技术实践”模块,让学生从不同角度及时了解比较前沿的生物学发展趋势,能全面提升学生的科学素养,还能满足学生多样化的发展需求,拓展学生的生物科技视野,提高学生的实践与探究能力。高中毕业生面临着将来的就业与科学研究的方向选择,“生物技术实践”的设置则能满足那些有志于在生物科学研究领域,特别是在生物技术领域进一步发展的学生的需要,很好地培养了这些学生设计实验、动手操作、收集证据等科学探究的能力,为他们将来进一步的学习与深造奠定坚实的基础。
二、“生物技术实践”模块的主要特点
1.基础性、实践性与综合性。“生物技术实践”模块凸显基础性,让学生便于自主实践与探究。基础性,即生物科学的所有知识和理论都来源于学生的观察和实验,其中蕴含的科学理论比较简单,学生易于理解与掌握;实践性,即偏重于学生的动手实践,特别注重生物学习中的实践过程,重视实验和其他实践活动的开展;综合性,即涉及的生物学知识面比较广。例如,“进行微生物的分离和培养”“测定某种微生物的数量”等实践活动,活动内容比较简单,所涉及的理知识也很浅显,便于学生自主实践。而对于“探讨酶在食品制造和洗涤等方面的应用”“研究从生物材料中提取某些特定成分”“运用发酵食品加工的基本方法”等实践活动,其内容涉及“微生物学”“生物化学”“生物技术”等多个学科领域,具有一定的综合性。
2.时代性、选择性和多样性。“生物技术实践”模块充分体现了时代性、选择性和多样性。时代性,即关注现代生物技术的迅猛发展,选取部分具有代表性的生物科学和生物技术中的前沿核心学科、核心技术。比如,“尝试制备和应用固相化酶”“尝试植物的组织培养”等现代生物技术。选择性与多样性,即模块的内容标准涉及生物科学与技术的许多学科,活动层次也较为分明,考虑到学生的兴趣爱好、能力差异、个性发展和将来深造的专业选择,充分体现模块内容的选择性和多样性。
三、“生物技术实践”模块的教学建议
在高中生物教学中,教师要从“生物技术实践”模块的教学目标出发,突出学生的主体地位,让学生自主进行实践与探究活动,从而开阔学生的科学视野,促进学生更好地探究生物学知识,提升学生的综合能力与科学素养。
1.让学生自主设计实验、动手操作、收集实验数据、总结实验结果,提升学生的科学探究能力。一方面,教师要给学生提供充分的实践活动时间,适度补充相应的资料或引导学生自己搜集相应的资料,帮助学生较为系统地完成有关生物实践活动。例如,收集微生物学的知识,了解微生物学实验的安全操作技能、技术要求(即微生物学实验的无菌操作技术),感知微生物的利用等,这是学生探究的支点,也是设计本模块的初衷。另一方面,教师要放手让学生自主完成本模块的每项学习任务,组织引导学生进行探究性学习活动,提升学生自主探究的质量。