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现代生物学研究进展PPT下载

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2018-01-12 15:30:00
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学校PPT
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现代生物学研究进展PPT

这是一个关于现代生物学研究进展PPT,主要介绍了现代生物技术概述、现代生物技术研究热点与趋势、生物技术与人类健康、生物技术与农林业、生物技术与食品化工、生物技术 与能源、材料与海洋、生物技术与环保及军事、生物安全、生物技术的产业化等内容。现代生物技术研究进展序言 当今世界,我们所处的这个时代,是科学技术飞速发展、知识信息爆炸的知识经济时代,世界各国都在相互竞争,竞争的焦点集中在科学技术上,谁的科技发达,谁的综合国力就强大。 现在世界七大高新技术分别是现代生物技术、航天技术、信息技术、激光技术、自动化技术、新能源技术和新材料技术。 其中生物技术列在首位,生物技术之所以令世界各国如此重视,是因为它是解决人类所面临的诸如食物短缺、人类健康、环境污染和资源匮乏等重大问题上有着不可比拟的优越性,还因为它与理、工、农、医等科技的发展、与伦理道德、法律等社会问题都有着密切的关系。 高新技术的重要特征之一是学科横向渗透,纵向加深,综合交错,发展迅速。所以世界各国争相投巨资发展,确定生物技术为21世纪经济和科技发展的优先领域。 在 20世纪90年代初,“21世纪是生命科学的世纪”还是科学家的预言,仅仅十年的发展,在刚刚进入21世纪,这个预言正在变成现实,欢迎点击下载现代生物学研究进展PPT哦。

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现代生物技术研究进展序言 当今世界,我们所处的这个时代,是科学技术飞速发展、知识信息爆炸的知识经济时代,世界各国都在相互竞争,竞争的焦点集中在科学技术上,谁的科技发达,谁的综合国力就强大。 现在世界七大高新技术分别是现代生物技术、航天技术、信息技术、激光技术、自动化技术、新能源技术和新材料技术。 其中生物技术列在首位,生物技术之所以令世界各国如此重视,是因为它是解决人类所面临的诸如食物短缺、人类健康、环境污染和资源匮乏等重大问题上有着不可比拟的优越性,还因为它与理、工、农、医等科技的发展、与伦理道德、法律等社会问题都有着密切的关系。 高新技术的重要特征之一是学科横向渗透,纵向加深,综合交错,发展迅速。所以世界各国争相投巨资发展,确定生物技术为21世纪经济和科技发展的优先领域。 在 20世纪90年代初,“21世纪是生命科学的世纪”还是科学家的预言,仅仅十年的发展,在刚刚进入21世纪,这个预言正在变成现实。 «圣经»载,上帝在创世纪中创造了果木、动物和人;21世纪人类将成为造物主,因为基因的发现使人类能够改变生命并创造生命,西游记中 孙猴子拔几根猴毛吹出几个小猴子的神话正在变成现实。 生物技术的发展可谓日新月异,如同20世纪五六十年代开始计算机改变从制造业、旅游业、到保险业的每一个行业一样,生物技术也将改变许多行业,影响我们的生活和社会。 转基因食品----- 转基因农作物,抗虫棉、------ 胰岛素、干扰素、疫苗------ 人类说明书------ “ 未来”和 “爱情”一样神秘莫测,奇幻非常,常常成为小说家笔下的主题,当我们的先辈顶着酷热的骄阳,用长满老茧的大手挥动着锄头耕耘农田时,不会想到21世纪基因创造的新世界的模样。专家预测,未来二十年,生化和医学的诺贝尔奖很可能会授予有关基因的成果,比尔 盖茨预言:下一个首富可能是从事生物技术的投资者,------生物经济时代开始了 序言现代生物技术概述现代生物技术研究热点与趋势生物技术与人类健康生物技术与农林业生物技术与食品化工生物技术 与能源、材料与海洋生物技术与环保及军事生物安全生物技术的产业化 1.现代生物技术概述 1.1生物技术的基本概念 生物技术(biotechnology)有时也称生物工程(bioengineering), 生物技术最初的含义是指利用生物将原材料转变为产品。生物技术包括传统生物技术和现代生物技术。传统生物技术是指旧有的制酱、醋、酒、奶酪、酸奶及有机酸的传统工艺。现代生物技术是指以现代生命科学为基础(分子生物学、细胞生物学),结合先进的工程技术手段利用生物体及其亚细胞结构和分子,研究、设计和制造新产品,或预期性地改变生物的特性乃至创造新的物种或品种,使人们得到所期望的品质的技术。 1.2生物技术的基本内容(几大领域): 基因工程:用“剪刀+糨糊”创造新物种的工程。 细胞工程:微观水平的嫁接技术 酶工程:让工厂高效、安静、美丽如画的工程。 发酵工程:把微生物或细胞造就成无数微型工厂,将神话变为现实的桥梁。 蛋白质工程: 巧夺天工的技术。 1.2.1基因工程:基因工程是利用DNA重组技术在体外通过人工“剪切”和“拼接”等方法,对生物的基因进行改造和重新组合,然后导入受体细胞,进行无性繁殖,使重组基因在受体细胞内表达,产生人类需要的基因产物,达到定向地改变生物遗传特性或创造新物种的 目的。 1.2.1.1基因工程的原理: 理论上的三大发现 技术上的三大发明 理论上的三大发现:发现了生物的遗传物质是DNA 发现了 DNA分子的双螺旋结构和半保留复制机理发现了遗传信息的传递方式技术上的三大发明:限制性核酸内切酶和DNA连接酶基因工程的载体逆转录酶的发现 1.2.1.2基因工程的过程; A.从生物有机体的基因组中,分离出带目的基因的DNA片段。 B.将带目的基因的外源DNA片段,连接到能自我复制的载体分子上,形成重组DNA分子。 C.将重组DNA分子转移到适当的受体细胞内。 D.筛选获得了重组DNA的受体细胞,克隆。 E.克隆基因的表达,产生出人类所需要的物质(见图)。 1.2.1.3基因工程的应用: 转基因工程药物和基因治疗 转基因植物 转基因动物 1.2.2细胞工程:微观水平的嫁接技术 指在细胞水平上改造遗传结构,从而培养出具有新性状的生物个体或细胞群体,主要包括细胞培养、细胞融合、细胞重组。 1.2.2.1原理及操作: 细胞是构成生命有机体的基本单位, 包含有生命的全部遗传信息DNA。植物细胞具有全能性,经过培养能够发育成一个完整的植株。细胞工程的基本操作主要有以下三方面: 无菌操作技术、细胞培养技术和细胞融合技术。 1.2.2.2细胞(组织)培养:指将动物、植物或微生物的细胞或组织经无菌处理后置于人工培养几基上,使细胞增殖,进而按需要今年培养的技术。 植物细胞培养 动物细胞培养 1.2.2.3细胞融合: 指在一定的条件下2个或多个细胞融合为一个细胞的过程,又叫细胞杂交。常用的促融因子有聚乙二醇、灭活的仙台病毒等。植物细胞融合见图2-4,动物细胞融合图2-5。 1.2.2.4 细胞重组;指在体外条件下,运用一定的实验技术从活细胞中分离出各种细胞的结构或组成部件,再把它们在不同的细胞之间重新进行装配,成为具有生物活性的细胞,主要有核移植、叶绿体移植、核糖体重建和线粒体装配等技术。如多莉的产生既是核移植(见图)。 1.2.2.5杂交瘤技术(单克隆抗体):是指将抗体产生细胞与具有无限增殖能力骨髓细胞 相融合,通过有限稀释法及克隆化,使杂交瘤细胞成为纯一的单克隆细胞系,由于这种抗体是针对一个抗原决定族的抗体,又是单一的淋巴细胞克隆产生的,故又称为单克隆抗体。见图2-5。 1.2.3酶工程: 酶工程是利用酶的催化作用进行物质转化的技术,是将酶学理论与化工技术结合而形成的新技术,也就是利用离体酶或直接利用微生物细胞、动植物细胞、细胞器的特定功能,借助工程学手段来为人们提供产品一门科学。 1.2.3.1酶工程包括的内容: (1)各类酶的开发和生产 (2)酶的分离、纯化、及鉴定技术 (3)酶的固定化技术 (4)多酶反应器的研制和应用 (5)酶结构改造修饰 1.2.3.2 酶工程原理和基本过程 菌种 → 扩大培养→ 发酵→ 发酵酶液 →酶的提取 → 酶成品 原料→ 前处理→ 杀菌→ 酶反应器 ← ↓ 反应液→ 产品提取→ 产品酶制剂制备:细胞破碎→ 溶剂抽提 →离心分离 →浓缩和干燥酶的固定化: 指酶经物理或化学方法处理,使酶变成不易随水流失即运动受到限制,而又能发挥催化作用的酶制剂。方法有:载体结合法、交联法、包埋法,见图酶反应器:以酶为催化剂进行反应所需要的设备称之为酶反应器固定化酶的性质: 所以酶工厂是让工厂高效、安静、美丽如画的工程。 1.2.4发酵工程: 利用微生物的生长与代谢活动,通过现代化工程技术手段进行工业规模的生产各种有用物质的工程技术,由于它以培养微生物为主,所以又称微生物工程。现代发酵技术指在传统发酵的基础上,结合了现代DNA重组、细胞工程分子修饰和改造等新技术。(把微生物或细胞造就成无数微型工厂,将神话变为现实的桥梁。) 1.2.4.1 发酵工程的内容:(1)菌种的选育(2)发酵条件的优化与控制(3)反应器的设计(4)产物的分离、提取与精致 1.2.4.2发酵类型:5种类型 (1)微生物菌体发酵(2)微生物酶发酵(3)微生物代谢产物发酵(4)微生物的转化发酵(5)生物过程细胞的发酵 1.2.4.3发酵的一般过程 (见图) 1.2.4.4发酵工程的应用 1.3生物技术涉及的学科及应用 学科众多,应用广泛(见图)。 8.现代生物技术研究热点与趋势 8.1现代生物技术发展趋势在经历了第一次生物技术浪潮后,迎来了第二次浪潮,重点发展以下领域:农业生物技术、环境生物技术、海洋生物技术、生物制造和生物处理工艺及能源研究。研究热点: 基因组学技术,生物信息学,基因克隆、重组、表达技术,动物体细胞克隆技术、生物芯片技术。 8.2基因组学技术是指对某个生物体的所有基因进行基因作图,包括遗传图、物理图、转录本图、核苷酸序列分析、基因定位和功能分析的一门学科。具体研究内容为结构基因组学、比较基因组学、功能基因组学(蛋白质组学)。 8.2.1人类基因组计划(Human Genome Project,HGP) 其全称是“人类基因组作图和测序计划”,此计划是以美国为主,通过国际合作,在15年(1990-2005)内有美国政府投资30亿美元,完成人基因组23对染色体上约10万个基因的作图,和DNA全长的测序,并进一步研究生物和医学上有重要意义的基因的结构和功能。 8.2.2基因组学的应用基因诊断基因治疗新药开发农业育种 8.3生物芯片技术定义:生物芯片的概念源于计算机芯片。是指包被在固相载体如硅片、玻璃、塑料和尼龙膜上的DNA微阵列、寡核苷酸微阵列和蛋白质微阵列。 8.4 胚胎干细胞: 胚胎干细胞是在人类胚胎发育早期形态囊胚(受精后约5-7天)中未分化的细胞。囊胚含有约140个细胞,外表是一层扁平细胞,称滋养层,可发育成胚胎的支持组织如胎盘等。中心的腔称囊胚腔,腔内一侧的细胞群,称内细胞群,这些未分化的细胞可进一步分裂、分化,发育成个体。内细胞群在形成内、中、外三个胚层时开始分化。每个胚层将分别分化形成人体的各种组织和器官。如外胚层将分化为皮肤、眼睛和神经系统等,中胚层将形成骨骼、血液和肌肉等,内胚层将分化为肝、肺和肠等。由于内细胞群可以发育成完整的个体,因而这些细胞被认为具有全能性。在培养皿中培养的内细胞群,我们称之为胚胎干细胞。  干细胞的用途很广,涉及医学多个领域。干细胞及其相关生物技术的迅速发展得益于对干细胞上述功能的认识。目前科学家已能在体外鉴别、分离纯化、扩增和培养人体胚胎干细胞、原始胚胎干细胞以及多种组织干细胞,并以干细胞为种子培育成功一些组织器官。干细胞及其衍生组织器官的临床广泛应用必将导致一次医学革命,产生一种全新的治疗技术,即再造正常的甚至年轻的组织器官。这种再造组织器官的新医疗技术将使任何人能用上自己或他人的干细胞和干细胞衍生的新组织器官,来替代病变或衰老的组织器官。假如在年老时能使用上自己或他人婴幼儿或青年时期采集保存的干细胞及其衍生组织,那么人类长期追求的长生不老的幻想就有可能成为现实。 9.生物技术的产业化 9.1国外生物技术产业发展概况 9.1.1基本特点:(1)现代生物技术产品销售额增长迅速(2)新医药是现代生物技术的主体产品(3)农业领域将掀起生物技术几2产业发展的第二个浪潮 9.1.2发展模式 9.2国内生物技术产业发展概况 9.2.1 现状 9.2.2存在的问题 9.2.3发展战略 实施“立足创新、集成应用、需求导向、重点突破”的发展战略。 2.生物技术与人类健康 2.1人类基因组计划(Human Genome Project,HGP) 其全称是“人类基因组作图和测序计划”,次计划是以美国为主,通过国际合作,在15年(1990-2005)内有美国政府投资30亿镁元,完成人基因组23对染色体上约10万个基因的作图,和DNA全长2的测序,并进一步研究生物和医学上有重要意义的基因的结构和功能。 2.2.2HGP进展 2.1.2我国参与的HGP计划 2.1.3 HGP对人类社会的影响 2.1.4基因资源的保护 2.2爱滋病及其防御(1)什么是爱滋病 艾滋病的全称为获得性免疫缺陷综合症(AIDS) ,是一种由逆转录病毒引起的人体免疫防御系 统方面的疫病。人体处于正常状态时,体内免疫 系统对机体起着良好的“防御"作用,抵抗各种病原体的袭击。一但受艾滋病病毒感染之后,人体的这种良好防御系统便会受到破坏,防御功能减退,因而这时病原体及微生物得以乘机经血行及破损伤口长驱直入。此外,身体中一些不正常的细胞,例如癌细胞,也同样乘机迅速生长、大量繁殖起来,发展成各类癌瘤。也褪撬担??滩〔∪酥饕?硐治?庖呦统受到严重损伤,机体抵抗力下降,以至诱发严重感染和一些少见的癌瘤。一旦艾滋病病毒侵害了人体,即造成T4淋巴细胞的破坏,使机体丧失了抵抗疾病的能力,病人容易患各种罕见的疾病。如:卡波氏肉瘤、卡氏肺囊虫肺炎等。 (2)爱滋病的传播途径: 艾滋病病毒主要存在于感染者的血液、精液、阴道分泌物、乳汁等体液中,所以通过性接触、血液和母婴三种途径传播。绝大多数感染者要 经过5-10年时间才发展成病人,一般在发病后的2-3年内死亡。 与艾滋病人及艾滋病病毒感染者的日常生活和工作接触(如握手、 拥抱、共同进餐、共用工具、办公用具等)不会感染艾滋病,艾滋病不会 经马桶圈、电话机、餐饮具、卧具、游泳池或公共浴室等公共设施传播,也不会经咳嗽打喷嚏、蚊虫呆咬等途径途径传播。艾滋病是一种病死率极高的严重传染病。目前还没有治愈的药物和方法,但可预防。(3)爱滋病疫苗 爱滋病有望通过疫苗方法防治 2.3生物技术与疫苗 2.3.1免疫原理及疫苗的发展 2.3.2病毒疫苗 2.3.3细菌疫苗 2.3.4寄生虫疫苗 2.3.5避孕疫苗 2.4生物技术制药 2.41利用发酵工程制药 2.4.2基因工程药物 2.4.3细胞工程制药 2.5基因治疗疾病 2.6生物技术与疾病诊断 3.生物技术与农林业 3.1植物生物技术 3.1.1植物育种 将:组织(原生质替)培养、细胞融合、基因工程等生物技术用于植物远缘杂交育种,培育优质品种。 改进农产品的品质,提高作物采后贮藏能力,改变花卉色泽和形状。 3.1.2植物的抗逆性研究 (1)抗除草剂作物 (2)抗昆虫作物 (3)抗真菌作物 (4)抗病毒作物 3.1.3生物农药及生物控制 生物控制是指运用微生物等去控制害虫和疾病,类似以昆虫的天敌达到控制昆虫的目的。生物控制最成功的例子是苏云金芽孢杆菌的运用,它能产生毒蛋白特异地杀死鳞翅目昆虫。生物农药是指对病菌和害虫有抑制作用,而对植物有促进生长作用的微生物。 3.1.4植物再生(快繁)、人造种子 利用组织培养将植物组织培养成有生根发芽的胚状体,然后再用一种聚合物包裹作为人造种皮,制成像小鱼肝油一样的人造种子。 3.1.5生物固氮 研究固氮机制; 使非豆科植物固氮;固氮的植物基因工程。 3.2动物生物技术 3.2.1转基因动物:将外源基因导入动物的基因组并获得表达,由此产生的动物称为转基因动物。转基因技术利用基因重组,打破动物的种间隔离,实现了动物种间遗传物质的交换,为动物性状的改良或新性状的获得提供了新方法。转基因猪、牛、羊、鸡和鱼 3.2.2 动物胚胎工程:是指对哺乳动物的排卵、受精、胚胎早期发育等繁殖过程进行人工操作的现代生物技术。提高良种繁殖率、改善生产性状。 3.2.3 乳腺生物反应器——“活体制药”工厂:生产珍贵医药产品,如转基因牛生产人乳铁蛋白、转基因羊生产血清蛋白和抗血凝乳酶等。 3.2.4其它生物反应器:除了乳汁之外,转基因动物的其他蛋白质产品同样也可以生产药物蛋白,如血液制品、鸡蛋制品。 3.3新型医疗农业 3.3.1食用疫苗:水果蔬菜疫苗如能生产降压素的“西红柿”用于预防高血压;“工程马铃薯”生产口服流感疫苗,‘香蕉疫苗“大有发展之势。 3.3.2开发有药用价值的植物资源:许多药用植物有待开发 3.3.3转基因植物开发新型医药产品:将一些生产成本高,原料来源受限制的药品通过转基因植物生产,如葡糖脑苷脂酶。 3.3.4动物反应器生产医药产品:利用它生产人体医用蛋白,如转基因牛生产EPO、乳请蛋白。 4.生物技术与食品 4.1微生物工程在食品工业中的应用 4.1.1利用微生物发酵作用生产各种食品人类利用微生物的发酵作用制造食品的历史悠久,产品种类繁多,(1)各类调味品:如酱油、醋、味精、豆腐乳等。 (2)酒类产品:如白酒、啤酒、葡萄酒等。 (3)各类焙烤食品:如面包等。(4)各种发酵饮料:如酸奶等。(5)发酵香肠、酸泡菜等。 经发酵作用后,食品的色、香、味发生变化,更富有营养。 4.1.2 利用微生物的代谢产物作为食品添加剂或生产原料主要包括以下添加剂(1)酸味剂:柠檬酸、醋酸、乳酸、葡萄糖酸等。(2)增稠剂 :黄原胶(3)调味剂:谷氨酸钠(味精)(4)色素:红曲色素、核黄素、(5)抗菌素:乳酸链球菌素。 4.1.3生产单细胞蛋白:什么是单细胞蛋白?指利用富含蛋白质的藻类、微生物进行大规模培养,并从中提炼出的蛋白质。 4.1.4各种食用菌:如香菇、金针菇等 4.2酶工程在食品工业中的应用 4.2.1酶在食品原料加工中的应用(1)淀粉类食品加工中如生产麦芽糖、葡萄糖、饴糖、低聚糖、高果糖浆等用的淀粉酶。(2)利用凝乳酶生产奶酪,目前已通过酵母发酵获得凝乳酶。(3)果胶酶在果汁生产中的应用大大提高了出汁率。 4.2.2 酶制剂用于改善食品质量:蛋白酶嫩化肉、果胶酶澄清果汁等。 4.2.3酶在食品保鲜和贮藏中的作用:(1)葡萄糖氧化酶的保鲜作用。(2)溶菌酶的保鲜作用 4.3基因工程在食品工业中的应用 4.3.1利用基因工程技术改良食品加工的原料; (1) 利用基因工程技术重组牛和猪生长素基因,提高牛奶的产量,生产瘦肉型猪。(2)植物原料的改良(3)转基因番茄(4)糖料 4.3.2利用基因工程菌生产食品原辅料 4.3.3改良微生物菌种性能 4.4细胞工程在食品工业中的应用 4.4.1 动物细胞培养生产保健品 4.4.2植物细胞培养生产原辅料 4.5生物技术与食品检测 5.生物技术与能源、材料和环保 5.1生物技术与能源能源分可再生能源和不可再生能源不可再生能源:化石原料即煤、天然气和石油可再生能源:太阳能、风能、地热能、生物能和水电能。 5.1.1微生物与石油开采油气田中的气态烃可借扩散方式抵达地面,地表土中存在能利用气态烃的微生物如磺弧菌属和梭状芽孢杆菌属的许多种类,这些菌在土壤中的含量与底土中的烃存在对应的关系,所以可作为勘探地下油气田的指示菌,是一项行之有效的辅助性生物技术。 (1)微生物二次采油利用微生物能在油层中发酵并产生大量的酸性物质以及氢气、二氧化碳、甲烷等气体的特点,增加地层压力,酸性物质可溶于原油中,降低原油的粘度,提高采油率。(2)微生物三次采油主要是利用分子生物学技术,来构建能大量产生二氧化碳和甲烷等气体的基因工程菌,把这些工程菌连同他们所需的培养基一起注入到油层中,增加气压,降低原油粘度从而提高采油量。 5.1.2 未来的石油替代物—乙醇酵母菌利用含糖物质经发酵作用生产乙醇存在问题:生产乙醇所需原料均是农产品的精料,与人类生存粮食供需产生矛盾。如能发明能高效利用纤维素生产乙醇的技术,则乙醇替代石油是完全有可能的 5.1.3植物石油能产“石油”的灌木树油料作物藻类产油微生物发酵产生甲烷 5.1.4未来的新能源——氢能目前发现了许多光合微生物和非光合微生物能产氢。 叶绿体膜及氢化酶等组分混合反应产氢示意图 产氢的途径:大量培养藻类行光合作用放氢,大量培养光合细菌产氢,通过遗传工程技术提高生物产氢的能力,细胞固定化技术连续产氢。加拿大建成了每天产液态氢10吨的工厂,德国建立了藻类农场产氢。 5.2生物技术与材料 5.2.1各种高级生物材料(1)从(海藻)海草中索取高级生物材料。海藻等生物表面长期累积的沉积物,像骨骼一样坚硬的组织结构,具有多空形态,可用于研制假牙、、骨骼材料等。(2)优异吸水性生物材料:由一种肥大产碱杆菌分泌的一种物质具有强大的吸水力,可吸自身重量的1000-3500倍的水,吸水速度快,保水性能好,可用来改良土壤和蓄水抗旱、改造沙漠。 (3)海洋贻贝能分泌出强力粘胶,黏附在礁石上,那怕是巨浪冲刷,照样黏附在礁石上,目前正在进行基因工程分离此基因。(4)比空气轻的生物材料:从海藻中提取一种琼脂,用水溶解,加入有机溶剂和凝固剂,干燥后可制得固态混合材料,其密度只有空气的十分之一,能在空气中漂浮。可替代泡沫塑料。 5.2.2生物建筑材料研制弹性混凝土,适应地震的需求 5.2.3发展可降解塑料产碱杆菌、固氮菌、假单孢菌球衣菌但都可产生聚羟基丁酸酯,它是一种可被生物降解的塑料,降解后可补充土壤中的养分。 5.2.4“生物之钢”、“生物陶瓷”等 5.3生物技术与环保 5.3.1大气污染的生物治理微细藻类生物具有清除空气中的NO、 CO2的能力,通过光合作用减少二者含量。黑曲霉可有效清除空气的重金属污染,可吸附捕获这些金属离子,某些植物也有吸附金属的能力。 5.3.2污水处理稳定塘法、人工湿地系统等 污水 ↓ 格删 ↓ 潜流湿地三个并联(种植芦苇和大米草) ↓ 潜流湿地两个并联(种植芦苇) ↓ 稳定塘三个并联 ↓ 潜流湿地 ↓ 出水图 深圳白泥坑人工湿地简单示意图 5.3.3石油污染物的微生物治理 5.3.4微生物采矿 5.3.5固体垃圾的治理。 6.生物技术与军事、海洋生物技术的发展不仅导致了生命科学领域发生了深刻的变化,同时也给雨水领域的对抗手段带来了新的 发展机遇,武器装备正在出现革命性的高新技术,其中新兴的军事生物技术势头甚猛,不少军事观察家认为,在未来战场上,生物武器将是一支重要的威慑力量,甚至比原子弹更可怕。 6.1生物技术与军事 6.1.1生物技术与军事战剂生物战剂:是指在军事行动中用以杀伤人蓄和农作物的致病微生物、毒素和其它生物活性物质的统称。如生物战剂制成的炸弹也称生物武器。生物战剂的种类:(1)细菌生物战剂:如炭疽芽孢杆菌、鼠疫病菌(耶尔森氏菌)、肉毒杆菌、伤寒杆菌、结核杆菌等。(2)病毒类生物战剂:如黄热病毒、委内瑞拉马脑炎病毒、天花病毒、埃博拉病毒等。 (3)立克次氏体类、衣原体类生物战剂为原核生物,广泛寄生于人、动物体内,如流行性斑疹、鹦鹉热衣原体等。(4)真菌类生物战剂;如粗球孢子菌、荚膜组织胞浆菌等。可引起全身病变。多数真菌可导致农作物发生病害。(5)毒素类生物战剂:由动物、植物和微生物产生的有毒化系物质,可以通过生物技术制造毒力更强的毒素战剂,也把这种战剂称为生物-化学战剂。 生物战剂的研究进展     基因武器:是指运用遗传工程技术,在一些致病菌或病毒中,接入能对抗普通疫苗或药物的基因,产生具有显著抗药性的致病菌,或者在一些本来不会致病的微生物体内,接入致病菌,制造出新的生物制剂。人类不同种群的遗传基因是不一样的,基因武器可以根据人类的基因特征选择某一种群体作为杀伤对象。因此科学家们也称这种“只对敌方具有残酷杀伤力,儿对己方毫无影响的”武器为“种族武器”。 美国Sigma 公司和美国陆军传染病研究所共同努力已成功地把响尾蛇的蛇毒基因转移到流感病毒中。俄罗斯也成功地将炭疽杆菌的致病基因重组到一种具有致病性的大肠杆菌基因链上,制成一种新的基因武器。 动物武器: 不远的将来,人类可用生物工程技术,创造一些“智商”高、体力强、动作敏捷、繁殖快、饲养简单的动物,去充当动物兵。随着基因技术的发展,杂交出一些令人瞠目结舌的“怪物”是完全有可能的。生物战剂的施放方式和侵染途径:有三种类型:污染水源和食物 布洒生物战剂气溶胶 散布媒介昆虫 6.1.2检测生物战剂的生物技术(1)生物传感器的应用:把生物活性物质如受体、酶、细胞等与信息转化电子装置结合成生物传感器,不但能准确识别各种生化战剂,而且探测速度快,判断准确,与计算机配合可及时提出最佳防护和治疗方案。生物传感器还可通过测定炸药、火箭推进剂的降解情况来发现敌人库存炸药的数量和位置,成为战场侦察的有效手段,美国国防部于1990年将生物传感器列为国防关键技术,预计2003年制造出机器人生物传感器。 现在研究成功一种光寻址电位传感器,对脑膜炎和鼠疫杆菌进行检测,20分钟内即可检出结果。 (2)生物芯片的应用:用于检测致病微生物 6.1.3生物技术与武器装备: 美国陆军研究发展和工程中心已经从织网蜘蛛中分离出合成蜘蛛丝的基因,从而能够生产蛛丝,还将基因转移到细菌中生产可溶性丝蛋白,经浓缩后可纺成特殊的纤维,其强度可超过钢丝100倍,可用于生产防弹背心、防弹头盔、降落伞绳索和其他高强度轻型装备。利用生物技术提供各种生物材料,如用珊瑚焦和玻璃纤维合成的生物陶瓷是坦克和装甲车的理想防护材料,可提高穿甲能力。 利用某些酶制剂可迅速降解敌方军事设备上的高分子材料,如合成橡胶、天然材料等 在不知不觉中使这些设备逐步失去战斗效能。 6.1.4生物技术与战场救护一、      生物技术可以制造新的疫苗、药物和新的医疗方法,如利用生物技术生产血液代用品,已受到西方国家军方的重视,人造血液可望缓解战场上血浆的供需矛盾。利用生物技术生产高效伤口愈合材料,有望进行大规模生产。美国一些公司与陆军医疗中心正在从事用生物技术合成人工皮肤的研制工作。 通过基因工程的动物生产 器官进行移植。 6.1.5生物战剂的防御措施(1)生产储备预防性疫苗(2)研制有效药物对付生物战剂:如免疫球蛋 白类和抗生素。(3)酶生化洗消剂:利用固定化技术在防化材料上,就可制成自动解毒的生化防护服。(4)发展“万能凝胶”技术:可能成为化学武器和生物武器的 净化剂。 6.1.6非生物武器的生物防治(1)化学战剂的探测和治理—生物探测器的应用。(2)核武器原料的生物富集与核污染的生物防治技术 6.2生物技术与海洋 6.2.1改良海洋生物品种 6.2.2开发海洋生物能源 6.2.3开发海洋生物药物 6.2.4开发海洋生物酶制剂 6.2.5开发海洋生物新材料 6.2.6海洋污染及其生物防治 7.生物安全 生物技术在对人类 生活和社会进步产生全面深刻影响的同时,与火药、核能等许多重大发明一样,在造福人类的同时,也可能带来潜在的负面影响,如果对此缺乏认识,也会造成不良后果。生物安全的定义 广义讲指在一个特定的时空范围内,由于自然或人类活动引起的外来物种迁入,并由此对当地其它物种和生态系统造成改变和危害,人为造成环境的剧烈变化而对生物的多样性产生影响和威胁,在科研、开发、生产和应用中造成对人类健康、生存环境和社会生活有害的影响。 狭义讲生物安全是指现代生物技术的研究、开发、应用以及转基因生物的跨国越境转移可能会对生物多样性、生态环境和人体健康产生潜在的不利影响,特别是各类转基因活生物体释放到环境中可能对生物多样性构成潜在风险与威胁。生物安全的特点: 转基因生物体对人类和环境的影响是长期的,不可预见的,很多影响可能产生滞时效应,不像非生物影响那样随时间饿减小,岁距离而减弱,大量的转基因生物是以特殊的生命形式,以超过自然进化千百倍的速度介入到自然界来,潜在的危险可能会更大。 7.1转基因植物的生物安全 7.1.1在生态方面潜在的危险(1)转基因植物成为杂草的可能性 转基因植物通过传粉进行基因转移,可能将一些抗虫、抗病、抗除草剂或对环境胁迫具有耐性的基因转移给野生近缘种或杂草。如果杂草获得转基因生物体的抗逆性状,将会变成超级杂草,从而严重威胁其他作物的正常生长和生存。杂草的特性:环境适应性强、种子能长期保持活力、营养生长迅速 、植株能持续大量产生种子、种子传播能力强、通常自花授粉、能以某种方式增强竞争力。 (2)转基因植物扩散到释放区外,可能会造成生态入侵。 生态入侵等于引种不当,其造成的爆发性蔓延发生,破坏了当地的物种的生存环境,使受威胁物种濒危或灭绝。引种不当的例子屡见不鲜。 生物“引狼入室”还要引多久? 上海有关部门组织人力在黄浦江上游地区打捞水葫芦。珠江水系告急、太湖水系告急……入秋以来,一种俗称水葫芦的生物疯狂肆虐我国南方江河湖泊,各地水域警报频传。100年前被作为花卉引入中国的水葫芦,如今每年至少投入上亿元巨资打捞。权威人士指出,小小水葫芦,折射出了一个亟需警惕的生态安全大问题。据介绍2002年1至8月,仅上海的水葫芦 约有184万吨,目前已打捞近60万吨,剩下的主要集中在中小河道。整治任务之艰巨由此可见。 生物“引狼入室”还要引多久? (3)对遗传多样性的潜在威胁如发生杂交,并大规模释放,则近缘劣势显现,在多样性和遗传性上造成降低。例如在推广杂交水稻的同时,地方水稻品种很大程度被取代,一些地方品种的基因流失掉了,由于地方品种的一再缩小,它们近亲繁殖,遗传漂变,基因随机固定和丧失,从而使基因多样性枯竭。(4)对物种多样性的潜在 威胁由于转基因座作物的经济效益高,随着这些作物的的推广,原有的品种会逐渐消失,最终将可能出现人工物种取代天然物种的现象。自然界的多样性将会受到严重破坏,由此可能会改变自然界的营养循环,同时也就改变了自然界的生物链。 (5)抗虫转基因作物使害虫产生抗性,扩大了害虫的寄主范围。(6)抗病毒转基因作物与其它病毒交流,产生新病毒,病毒加剧。(7)转基因作物作为食品、饲料及添加剂对人类、动物存在的毒理安全性。 7.2转基因动物及其产品的安全性 7.2.1转基因动物的安全性在传代过程中,可能会发生染色体交换、易位而引起基因结构变化,出现难以预料的后果。 7.2.2转基因产品的临床安全性如动物疫苗,有些灭活疫苗因内毒素或过敏原可以导致靶动物的过敏反应,甚至死亡,大多数减度活疫苗在动物身上都存在不同程度的毒力问题。 7.3转基因食品的安全问题目前,人们对转基因食品的担忧可归为以下三类:(1.)食品中加入新基因无意对消费者健康造成威胁(2)转基因作物的新基因给食物链其他环节早晨无意的不良后果。(3)人为构建的转基因作物对自然界生物多样性的影响。 7.4医药生物技术及其产品的生物安全包括基因工程药物和基因治疗如细胞因子、激素、酶类、人用单克隆抗体、疫苗等。 这些药物对人体健康的副作用及代谢的影响,还需要进行进一步的研究观察。基因治疗存在转入的基因发生突变而导致不良后果,以及转入基因的表达水平对机体的影响。 7.5转基因研究过程中存在的危险性重组DNA实验中操作的物质主要是病毒、细菌等微生物有致病性,存在以下危害:感染操作者、操作者将重组的DNA带到实验室外造成社会性污染。 7.6生物安全评价 7.6.1生物安全评价的主要内容受体生物的安全等级基因操作对受体生物安全性的影响遗传工程体的安全等级遗传工程产品的安全等级基因工程工作安全性的综合评价和建议 7.6.2生物安全评价的程序和方法 7.7生物技术引起社会伦理、道德等问题 千百年来,人类一直`遵循着有性繁殖方式,而克隆这种“实验室里人为操纵制造生命”方式,确实让多数人难以接受,尤其宗教界,“抛弃了上帝,拆离了亚当与夏娃”的克隆,绝对是对上帝的最大不尊敬,是不道德的 ,于教理、于伦理都是说不过去的。 动物保护组织的强大压力 由于生物技术会引发基因“客串”从而素食主义者感到自己的人权被现代生物技术 侵犯了。并产生“人吃人”的现象。 7.8造成地区政治、经济不平衡发达国家的经济实力技术水平远远在发展中国家之上,生物技术在各行各业中的应用导致新的垄断,加剧贫富两极分化。 7.9国家安全问题 7.10人类基因组研究可能带来的隐患:(1)个人遗传信息有可能落入他人之手,给就业、选职、生活带来麻烦。(2)根据基因工程制作“标准人”有可能抹杀人类社会在种族、肤色、智商等方面的多样性。(3)基因研究成果可能被少数别有用心的人利用,以基因理论宣扬“种族优越论”,诋毁其它民族,甚至借口发动侵略战争,推行种族灭绝政策。(4)利用基因研究成果制造基因武器,根据某一民族的基因特点,研制专门对付他们的基因细菌或病毒,(5)基因知识是否被滥用,制造具有超常智能或体能的“超人”,或被一小撮富人垄断为专利,为他们自己服务。

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