生物新時(shí)代

前言

　　20世紀(jì)50年代以來(lái)，隨著物理學(xué)、化學(xué)、數(shù)學(xué)等基礎(chǔ)學(xué)科的理論、方法與生物學(xué)的結(jié)合，一門面貌全新、光彩奪目的生物學(xué)展現(xiàn)在人們的眼前。生物遺傳物質(zhì)脫氧核糖核酸（DNA）雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的建立，就是一個(gè)典型的例子。它揭示了生物體的代謝、生長(zhǎng)、發(fā)育、遺傳和進(jìn)化等生命活動(dòng)的內(nèi)在聯(lián)系，標(biāo)志著生物學(xué)進(jìn)入了一個(gè)嶄新的時(shí)代?！　∩锛夹g(shù)或生物工程的誕生，以20世紀(jì)70年代DNA重組技術(shù)的建立為標(biāo)志。中國(guó)國(guó)家科學(xué)技術(shù)委員會(huì)制定的《中國(guó)生物技術(shù)綱要》中，將生物技術(shù)定義為：“以現(xiàn)代生命科學(xué)為基礎(chǔ)，結(jié)合先進(jìn)的工程技術(shù)手段和其他基礎(chǔ)學(xué)科的科學(xué)原理，按照預(yù)先的設(shè)計(jì)改造生物體或加工生物原料，為人類生產(chǎn)出所需產(chǎn)品或達(dá)到某種目的的新技術(shù)。”先進(jìn)的工程技術(shù)是指基因工程、細(xì)胞工程、酶工程和發(fā)酵工程、蛋白質(zhì)工程等新技術(shù)。而且在應(yīng)用中，這些技術(shù)往往是交融的。改造生物體是指獲得優(yōu)良品質(zhì)的動(dòng)物、植物或微生物品系。生物原料則指生物體的某一部分或生物生長(zhǎng)過(guò)程中所能利用的物質(zhì)，如淀粉、纖維素等有機(jī)物，也包括一些無(wú)機(jī)物。生物原料也包括微觀上的動(dòng)植物細(xì)胞或酶等。為人類生產(chǎn)出所需產(chǎn)品包括糧食、醫(yī)藥、食品、化工原料、能源、金屬等各種產(chǎn)品。達(dá)到某種目的包括疾病的預(yù)防、診斷與治療，環(huán)境的檢測(cè)與污染治理等。近年來(lái)某些國(guó)家甚至把這一先進(jìn)技術(shù)用于軍事方面，這些即定義中所稱的“某種目的”?！　?0世紀(jì)中期以前的生物技術(shù)都是傳統(tǒng)生物技術(shù)，它是以農(nóng)業(yè)上的耕作、牲畜的飼養(yǎng)、藥用植物的采集加工、工業(yè)作坊的釀造技術(shù)為主。即使是20世紀(jì)中期發(fā)展起來(lái)的各種抗生素制取，有機(jī)酸、氨基酸生產(chǎn)，飼料酵母培養(yǎng)等技術(shù)，都是傳統(tǒng)生物物種的純化、選育和培養(yǎng)生產(chǎn)，并不涉及細(xì)胞核物質(zhì)的工程改造和生產(chǎn)利用?！　?865年，經(jīng)過(guò)8年艱辛的豌豆雜交試驗(yàn)，身為修道士的孟德爾提出了遺傳因子的概念，發(fā)表了生物遺傳定律。約翰遜后來(lái)用“基因”替代了“遺傳因子”一詞，艾弗里通過(guò)實(shí)驗(yàn)證實(shí)了遺傳物質(zhì)是脫氧核糖核酸（DNA）。在此基礎(chǔ)上，1953年，美國(guó)遺傳學(xué)家沃森和英國(guó)物理學(xué)家克里克，在英國(guó)《自然》雜志上發(fā)表論文，提出了DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型，這一發(fā)現(xiàn)為人類揭示生命本質(zhì)的奧秘奠定了基礎(chǔ)，拉開了分子生物學(xué)發(fā)展的序幕。在DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)提出后，1973年，美國(guó)斯坦福大學(xué)科恩等完成了第一個(gè)重組轉(zhuǎn)化成功的例子。1977年美國(guó)舊金山建立了世界上第一家遺傳工程公司。1996年，克隆羊“多莉”的誕生在生命科學(xué)領(lǐng)域引起了極大的轟動(dòng)，并榮登1997年美國(guó)《科學(xué)》雜志十大科技新聞之首。2003年，包括中國(guó)在內(nèi)的六國(guó)科學(xué)家經(jīng)過(guò)13年努力，聯(lián)合攻關(guān)完成了人類基因組計(jì)劃?！　∩锛夹g(shù)是一門高新技術(shù)，作為世界性新技術(shù)革命的重要組成部分，它已深入到工業(yè)、農(nóng)業(yè)、礦業(yè)、化工、醫(yī)藥、食品、能源、環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域，并展示了廣闊的發(fā)展前景。

內(nèi)容概要

“全新知識(shí)大搜索”系列叢書誠(chéng)邀多位專家編寫，堅(jiān)持實(shí)用、易懂的原則，力求通過(guò)全新的角度來(lái)闡釋宇宙、地球、海洋、陸地、節(jié)能、環(huán)保、資源，以及人文科學(xué)的各個(gè)方面。書中文字簡(jiǎn)約，行文流暢，設(shè)計(jì)精美。本書為該系列叢書之《生物新時(shí)代》分冊(cè)。     多位專家合力打造，全新角度權(quán)威奉獻(xiàn)！“全新知識(shí)大搜索”系列叢書闡釋了宇宙、地球、海洋、陸地、節(jié)能、環(huán)保、資源，以及人文科學(xué)的各個(gè)方面。本書為系列之一。     20世紀(jì)50年代以來(lái)，隨著物理學(xué)、化學(xué)、數(shù)學(xué)等基礎(chǔ)學(xué)科的理論、方法與生物學(xué)的結(jié)合，一門面貌全新、光彩奪目的生物學(xué)展現(xiàn)在人們的眼前。生物遺傳物質(zhì)脫氧核糖核酸(DNA)雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的建立，就是一個(gè)典型的例子。它揭示了生物體的代謝、生長(zhǎng)、發(fā)育、遺傳和進(jìn)化等生命活動(dòng)的內(nèi)在聯(lián)系，標(biāo)志著生物學(xué)進(jìn)入了一個(gè)嶄新的時(shí)代。

書籍目錄

第一章  細(xì)胞工程應(yīng)用  動(dòng)物細(xì)胞融合  雜交瘤技術(shù)與單克隆抗體  單克隆抗體的應(yīng)用  嵌合體動(dòng)物  超數(shù)排卵技術(shù)  胚胎移植技術(shù)  細(xì)胞核移植技術(shù)  植物組織培養(yǎng)與微繁殖技術(shù)  花藥培養(yǎng)  人工種子  植物細(xì)胞大量培養(yǎng)技術(shù)  植物原生質(zhì)體培養(yǎng)技術(shù)  植物原生質(zhì)體融合技術(shù)  胚胎干細(xì)胞的應(yīng)用  造血干細(xì)胞的臨床應(yīng)用  神經(jīng)干細(xì)胞的臨床應(yīng)用  皮膚干細(xì)胞的應(yīng)用  皮膚組織工程技術(shù)  干細(xì)胞與組織工程  干細(xì)胞基因治療第二章  發(fā)酵工程應(yīng)用  中華民族的第五大發(fā)明——酒曲  葡萄酒  啤酒  黃酒  醬油  酸奶與奶酪  檸檬酸與蘋果酸  植物發(fā)酵飲料  天然的紅曲色素  微量元素的微生物強(qiáng)化  生態(tài)環(huán)保的沼氣  堆肥發(fā)酵  人體少不了的維生素  污水的微生物處理  “環(huán)?！焙脦褪? 小生物大用途第三章  酶工程應(yīng)用  神奇的固定化生物技術(shù)  酶反應(yīng)器  診斷疾病的好幫手  在醫(yī)藥行業(yè)中大顯身手  酶在食品添加劑生產(chǎn)中的應(yīng)用  “甜”蜜生活  酶在食品保鮮業(yè)中立戰(zhàn)功  酶在飼料工業(yè)中作用非凡  酶在紡織工業(yè)中結(jié)碩果  酶在制革中的應(yīng)用  化學(xué)工業(yè)的新伙伴  環(huán)境保護(hù)的得力衛(wèi)士  傭之不竭的生物能第四章  基因工程應(yīng)用  基因療法  基因療法展望  染色體異常與遺傳病  基因工程藥物人工胰島素  基因工程藥物——干擾素  癌癥的基因療法  治療癌癥有新招  動(dòng)物乳腺反應(yīng)器  世界首例轉(zhuǎn)基因動(dòng)物  器官移植的希望——轉(zhuǎn)基因動(dòng)物  水稻基因組序列草圖  中國(guó)轉(zhuǎn)基因抗蟲棉產(chǎn)業(yè)化  走向全球的轉(zhuǎn)基因大豆  可做生物反應(yīng)器的轉(zhuǎn)基因母雞  轉(zhuǎn)基因西紅柿  中國(guó)轉(zhuǎn)基因魚  克隆羊多莉  轉(zhuǎn)基因羊與克隆羊的區(qū)別  植物生物反應(yīng)器  轉(zhuǎn)基因花卉讓世界更艷麗  美化生活的轉(zhuǎn)基因觀賞魚  發(fā)展中的DNA生物計(jì)算機(jī)  喝糖水可調(diào)控老鼠顏色  基因指紋用于破案  克隆史前猛犸象  基因工程“再現(xiàn)恐龍”  生命DIY——組裝設(shè)計(jì)生命  基因經(jīng)濟(jì)向我們走來(lái)第五章  生物工程安全與社會(huì)倫理  威力巨大的基因武器  轉(zhuǎn)基因食品爭(zhēng)議  中國(guó)轉(zhuǎn)基因食品問題  轉(zhuǎn)基因抗蟲棉的安全性  基因污染——環(huán)保新概念  基因庫(kù)在保護(hù)珍稀動(dòng)植物中的意義  保護(hù)基因資源刻不容緩  克隆技術(shù)的是與非  克隆人問題思索  基因是一把雙刃劍  基因不能決定一切

章節(jié)摘錄

　　第一章　細(xì)胞工程應(yīng)用　　植物組織培養(yǎng)與微繁殖技術(shù)　　植物組織培養(yǎng)是在人工培養(yǎng)基上離體培養(yǎng)植物的器官組織或細(xì)胞和原生質(zhì)體并使其生長(zhǎng)、增殖、分化以及再生植株的技術(shù)?！　?901年美國(guó)科學(xué)家摩爾根第一次提出了生物細(xì)胞獨(dú)立發(fā)育的全能性。胡蘿卜細(xì)胞在含椰子乳的液體培養(yǎng)基中長(zhǎng)成胚狀體和小植株的實(shí)驗(yàn)，首次用實(shí)驗(yàn)證明了植物細(xì)胞的全能性?！　≈参锝M織培養(yǎng)的基本過(guò)程包括以下幾個(gè)步驟：從健康植株的特定部位或組織選擇用于組織培養(yǎng)的材料；用一定的化學(xué)藥劑如次氯酸鈉等對(duì)培養(yǎng)物表面消毒，建立無(wú)菌培養(yǎng)體系；形成愈傷組織和器官，培養(yǎng)物在培養(yǎng)基上形成疏松的愈傷組織，由愈傷組織分化出芽，并可誘導(dǎo)形成根的小植株?！　≈参镂⒎敝常焖俜敝常┘夹g(shù)，是組織培養(yǎng)在生產(chǎn)上應(yīng)用最廣泛、最成功的一個(gè)領(lǐng)域。其主要特點(diǎn)是繁殖速度快，通常一年內(nèi)可以繁殖數(shù)以萬(wàn)計(jì)的種苗，特別對(duì)于名貴品種、稀優(yōu)種質(zhì)、優(yōu)良單株或新育成品種的繁殖推廣具有重要的意義。這種技術(shù)具有以下幾個(gè)顯著的特點(diǎn)：只有少量的植物材料就能在試管中建立起可反復(fù)增殖的系統(tǒng)，可節(jié)省母株甚至于不損壞母株；由于繁殖系數(shù)高和在試管中增殖的胚狀體、芽和植株的小型化，可大大節(jié)省時(shí)間和空間，有利于進(jìn)行高度集約化的工廠化生產(chǎn)，并且不受季節(jié)、氣候、自然災(zāi)害等因素的影響；微繁殖過(guò)程是在無(wú)菌條件下的容器中完成，不受病蟲害的侵染，結(jié)合使用去病毒技術(shù)可大量繁殖無(wú)病原體的植物；微繁殖產(chǎn)生的試管苗可遠(yuǎn)距離的運(yùn)輸，在國(guó)內(nèi)外交流中極為安全和方便。　　最早使用細(xì)胞組織培養(yǎng)方法進(jìn)行微繁殖的是植物學(xué)家莫里爾，20世紀(jì)60年代他用莖頂組織培養(yǎng)大量繁殖蘭花獲得成功。蘭花成熟的種子中大多數(shù)胚不能成活，種子不能發(fā)芽，但通過(guò)原球莖組織培養(yǎng)，能使蘭花的繁殖系數(shù)大為提高，從而形成了20世紀(jì)60年代風(fēng)靡全球的“蘭花工業(yè)”。目前，國(guó)際上已投入無(wú)菌苗生產(chǎn)的植物有蘭花、菊花、百合及馬鈴薯、草莓、甘蔗、大蒜等。歐洲的幾個(gè)水果生產(chǎn)國(guó)也已普遍采用了快速繁殖的無(wú)病毒樹苗，不僅提高了產(chǎn)量，也提高了果實(shí)品質(zhì)，延長(zhǎng)了結(jié)果年齡?！　』ㄋ幣囵B(yǎng)　　花藥培養(yǎng)是指在人工配制的培養(yǎng)基上，離體培養(yǎng)植物花藥，誘導(dǎo)其中的花粉進(jìn)行細(xì)胞分裂，形成愈傷組織或胚狀體，最后發(fā)育成為植株的方法?；ㄋ幨侵参锷系钠鞴?，因此花藥培養(yǎng)應(yīng)屬器官培養(yǎng)。而花粉是細(xì)胞，花粉培養(yǎng)屬于細(xì)胞培養(yǎng)。但由于花藥培養(yǎng)的分化植株起源于花藥中未成熟的花粉，因此花藥培養(yǎng)有時(shí)也稱為花粉培養(yǎng)，植物的生殖器官有雄蕊和雌蕊，雄蕊里有花絲和花藥，花藥里有花粉母細(xì)胞?；ǚ勰讣?xì)胞是二倍體，通過(guò)減數(shù)分裂，形成4個(gè)單倍體細(xì)胞組成的四分體，四分體可以釋放出單核的單倍體細(xì)胞，叫做小孢子。小孢子第一次有絲分裂后，形成一個(gè)大細(xì)胞和一個(gè)小細(xì)胞，大細(xì)胞是營(yíng)養(yǎng)細(xì)胞，小細(xì)胞是雄配子。雄配子再分裂一次形成兩個(gè)雄配子，即花粉。由于花粉是小孢子母細(xì)胞經(jīng)減數(shù)分裂后形成的，是單倍體，由它發(fā)育成的植株也是單倍體。單倍體植物的主要特征是其細(xì)胞中的染色體數(shù)只有正常二倍體植物的一半，每一同源染色體只有一個(gè)成員，因而每一等位基因也只有一個(gè)成員，不會(huì)有顯性性狀掩蓋隱性性狀，所以其“表現(xiàn)型”可以直接反應(yīng)其“基因型”。利用這一特點(diǎn)，在雜交育種中可以提高選擇效率，避免誤選和漏選。對(duì)單倍體植物進(jìn)行染色體加倍后可獲得同質(zhì)結(jié)合的“純合系”，使得到的雜種后代不再分離，從而可縮短育種年限，加快育種速度。　　花藥培養(yǎng)技術(shù)于20世紀(jì)60年代獲得成功。1964年兩位印度科學(xué)家采用毛葉曼陀羅的花藥首次培育出了單倍體植株。1968年科學(xué)家們又研究水稻花藥培養(yǎng)，產(chǎn)生了水稻花粉植株，使快速培養(yǎng)農(nóng)作物的設(shè)想變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。目前，應(yīng)用這項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)獲得了數(shù)百種植物的單倍體植株。主要農(nóng)作物（棉花除外）的花藥培養(yǎng)都已獲得成功。水稻、小麥、玉米、煙草等作物都已利用花藥培養(yǎng)技術(shù)育成了新品種。將單倍體用作誘變育種材料或用作基因轉(zhuǎn)移的受體，同樣也收到了提高選擇效率和加快獲得純合系速度的效果。中國(guó)首先把花藥培養(yǎng)技術(shù)用于改良水稻品種。目前用花藥培養(yǎng)已培育出小麥、粳稻、秈稻、煙草、玉米、楊樹、三葉橡膠樹等多種經(jīng)濟(jì)作物?！　　?/pre>








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