浅谈生物工程对现代社会发展的影响

浅谈生物工程对现代社会发展的影响学号：100321503姓名：曾辉摘要：本文侧重生物技术的发展对社会发展的正负两个方面的影响。主要强 调生物技术的应用促进社会经济的发展，同时也说明在其发展过程中存在的问题 以及对社会经济造成的负面影响。在促进经济发展发面，以现代生物技术在农业 生产上的应用为例，说明其对社会经济的积极影响。而另一方面，本文从基因工 程产品安全性以及人们对此的态度来说现代生物技术对社会经济的负面影响。关键词：生物工程技术，社会经济，发展。引言：当今世界，科学技术发展突飞猛进，新兴学科、交叉学科不断涌现， 科技进步对经济社会的影响作用日益广泛和深刻。伴随着信息科技革命方兴未艾 的浪潮，生命科学和生物技术的发展也正在展现出未可限量的前景。越来越多的 人们已经预见到，一个生命科学的新纪元即将来临，并将对科技发展、社会进步 和经济增长产生极其重要而深远的影响。本文从农业的角度说明基因工程、细胞 工程、酶工程等的发展与应用对社会经济发展的影响，旨在阐述应用现状，推测 其发展趋势，为生物技术开发应用投资带来参考。1生物技术简介1.1基因工程1.1.1基因工程的概念20世纪70年代末80年代初，人们发现土壤根癌农杆菌 (Agrobacteriumtumefaciens)侵染植物细胞后能将其 Ti 质粒 (Tumor-inducingplasmid,Ti-plas-mid)上的一段 DNA(T-DNA)插入到被侵染细 胞的基因组，并能稳定地遗传给后代，植物的遗传转化技术随之得到发展,为植物 基因工程的发展创造了条件基因工程的应用。简单来说，所谓基因工程是指在体 外将核酸分子插入病毒、质粒或其他载体分子，构成遗传物质的新组合并使之掺 入到原先没有这类分子的寄主细胞内，而能持续稳定地繁殖的技术。1.1.2基因工程的优点基因工程最大的优点就是克服了远缘杂交不可亲和的问题。因此在医疗、农 业、食品工业以及林业方面都有很好的应用及发展前景。1.2细胞工程1.2.1细胞工程的概念细胞工程(cell engineering)是应用细胞生物学和分子生物学方法，借助 工程学的试验方法或技术，在细胞水平上研究改造生物遗传特性和生物学特性， 以获得特定的细胞、细胞产品或新生物体的有关理论和技术方法的学科。根据研 究对象不同，细胞工程可分为动物细胞工程和植物细胞工程。（1）植物细胞工程：主要包括三个方面的内容，细胞培养技术、组织、器 官培养技术以及原生质融合培养技术。（2）、动物细胞工程：包含以下几个方面，细胞培养技术、细胞融合技术、 胚胎工程技术和克隆技术。1.2.2细胞工程的优点首先，可以通过细胞培养或者组织培养得到大量的动物细胞或者植物植株。 其次，可以通过细胞杂交得到单克隆抗体，从而可以生产特异性极强的抗体或者 其他细胞分泌物。此外，还可以同其他生物技术结合，完成新品种的培育，或者 动物克隆。1.3酶工程1.3.1酶工程的概念简而言之，酶工程就是将酶或者微生物细胞，动植物细胞，细胞器等在一定 的生物反应装置中，利用酶所具有的生物催化功能，借助工程手段将相应的原料 转化成有用物质并应用于社会生活的一门科学技术。它包括酶制剂的制备，酶的 固定化，酶的修饰与改造及酶反应器等方面内容。1.4微生物工程利用生物特性和发酵理论，通过现代化的工程技术手段，进行工业化规模生 产，使受培养的微生物或动植物细胞积累所需产品的一门技术学。2现代生物技术对农业经济发展的影响2.1育种研究方面不断加深，许多优良育种基因被发现，开发出大量优良 转基因品种据1994年统计，获得第一株转基因植物到现在，已有140多种植物,包括烟 草、胡萝卜、水稻、玉米、稞麦、棉花、拟南芥、杨树等相继被转化。内容涉及 到植物的抗病、抗虫、抗除草剂、抗逆和作物的高产优质、果蔬贮藏、谷物和其 他作物的固氮能力、药物生产及环境美化等方面。自1981年第一个杀虫晶体蛋 白基因被克隆和测序以来，至今已有近180个不同的Bt杀虫晶体蛋白基因被克 隆和测序，并被广泛应用于水稻抗虫改良方面的研究。Btcry1Ah通过农杆菌介 导法成功导入了甜高粱品种1。此外，一种通过转DdICE1基因提高菊花抗逆性的方法，通过转化外源DdICE1 转录因子并正常转录表达，及在逆境下诱导下游一系列抗逆基因的表达从而提高 切花菊的抗逆性，为利用基因工程技术选育菊花抗逆品种提供新颖而实用的方法, 将有效推动菊花生物技术育种进程2。提高农作物品种的抗病虫害能力，既可减少农作物的产量损失，又可降低防 治用农药的费用，降低农业生产成本，提高效益。而通过作物基因工程，可获得抗 病虫害的基因工程作物,增强农作物抗病虫害能力。在育种研究领域，不只是研究作物的抗性，还对一些特殊具有很高应用价 值的酶基因进行研究，研究范围不断扩大。从如何提高作物的抗性、产量到提高 产物中的营养物质含量。一项“花生二酰甘油酰基转移酶DGAT2及其编码基因与应用”的研究得出： 从花生中克隆到了 DGAT2基因的全长序列，命名为 AhDGAT2(Arachis?hypogaea?DGAT)。并在不同花生品种中获得8个DGAT2的同源 基因，分别命名为 AhDGAT2a，AhDGAT2b，AhDGAT2c，AhDGATT2d，AhDGAT2e， AhDGAT2f，AhDGAT2g和AhDGAT2h。上述基因在其编码蛋白的N-端有个别氨基酸 的差异，而其C-端完全相同。该基因可用于油料作物转基因育种，提高油料作 物的油份含量3。2.2研究成果在农业上的应用范围更广现代生物技术的发展最先应用于农业，而且应用范围不广，限于一些主要粮 食作物的育种上。而随着时间的推移，基因工程、细胞工程等不仅在育种上有应 用，而且逐渐应用到农业生产的各个环节上。从育种单方面发展到有机肥、害虫 防治以及除草等各个发面。在施肥方面，有研究表明，合理使用有机肥简化农业生产过程以及提高土壤 中肥力。该研究通过16年32茬稻一麦水旱轮作后，发现表土层(0 5cm) 土壤 微生物生物量碳、氮比常规耕翻的土壤长分别增加了 25. 4%和45. 4%，而微 生物生物量磷无明显变化规律。综合发现0 5cm 土层，微生物生物量碳、磷为： 猪粪+化肥秸秆+化肥绿肥+化肥不施肥。微生物生物量氮则为：猪粪+ 化肥绿肥+化肥秸杆+化肥不施肥。有先关研究表明，土壤微生物生物量 碳、氮与土壤有机碳、土壤全氮和土壤碱解氮之间均呈极显著的正相关，说明其 与土壤关系密切，所以可将微生物生物量氮、磷作为评价土壤肥力性状的生物学 指标。即说明，合理使用有机肥可以增加土壤肥力，有利于作物生长囹。在害虫防治方面，基因工程着力开发抗虫植株，并取得很好效果。例如抗虫 棉花等。此外，利用微生物工程可以生产防治害虫的抗生素等药物。我国以井岗 霉素、BT杀虫蛋白和阿维菌素为主的各类微生物农药施用面积虽然仅占病虫害 防治总面积的10 %15 % ,1997年我国化学农药的实际产量约35万吨,生物农 药若能替代其中10 %20 %施用量，产生的经济效益和环境效益将是十分可观的 6。所以在这方面的应用可产生很好的效益。此外，现代农业中结合转基因作物与除草剂的使用。使用的除草剂能够除掉 除了所种植植物以外的杂草。1971年，美国D.D.贝尔德等发现草甘膦的性质， 并由孟山都公司开发生产。1997年，南通飞天化学实业有限公司对草甘膦作进步改善，开发出草甘膦直接溶解于水的产品。自此，草甘膦广范用于农业除草。草甘膦是一种内吸传导型慢性广谱灭生性除草剂，通过抑制物体内烯醇丙酮基莽 草素磷酸合成酶，从而使莽草素向苯丙氨酸、酷氨酸及色氨酸的转化受抑制，使 蛋白质的合成受到干扰导致植物死亡。草甘膦是通过茎叶吸收后传导到植物各部 位的，可防除单子叶和双子叶、一年生和多年生、草本和灌木等40多科的植物。 除了草甘膦外，很多除草剂陆续被开发出来。1978年开发出了毗氟禾草灵，1978 年的甲磺隆，1987年的双草醚等。除草剂同抗除草剂转基因作物共同应用能取 得很好效果。最近除草剂研究及应用呈现出一下特点：（1）选择性高、作用机理独特的特点。针对杂草和农作物之间代谢机理的 差异，开发各种酶抑制剂。例如乙酰辅酶A羧化酶一只鸡、原卟啉原氧化酶抑制 剂、乙酰乳酸合成酶抑制剂、咪唑甘油磷酸酯脱水酶抑制剂等。（2）安全性高，利于轮作。如利用外消旋除草剂的单一旋光活性。芳氧丙 酸类除草剂是国际上最早实现工业化生产的一大类旋光性除草剂。具有高效、低 毒、品种多，适用作物广，对使用作物安全，无残毒，与环境生态相容等特点， 并且这类除草剂可以利用成盐拆分法进行制备7。（3）抗除草剂转基因药物已推广使用。玉米、大豆、油菜、棉花、甜菜、 水稻和烟草等已开发出相应的抗草甘膦、草铵膦除草剂的转基因品种。现代生物工程技术从农业生产的各个环节上改进，致力于提高作物的产量、 质量以及降低农业生产所带来的污染。这种经济环保的农业生产方式将得到不断 发展，也将会促进农业以及相关产业的经济发展。当然，除了在生产的环节上体现了现代生物技术在农业应用范围上的扩大之 外，还体现在农业的生产对象上。例如除了粮食作物，许多经济作物已经利用基 因工程改良品种，并作大面积推广。1988年，果树的基因转化研究首先在核桃 上获得了转基因植株，此后又陆续在苹果、梨、欧洲李、草莓、桃、葡萄、树莓、 樱桃、柑桔、香蕉、橄榄、番木瓜、猕猴桃等多种果树上获得了转基因植株8-11。 在蜂业的生产上，使用发酵工程可以加工蜂蜜酒以及蜂蜜加水果而制成的蜂蜜果 酒。利用仿生酶化工程可以克服花粉易变质的问题。12 酶工程在一些茶叶功能 成分的合成与修饰方面得到了较多研究，如茶黄素的合成、茶氨酸的合成、儿茶 素类的分子修饰等。利用果胶酶、纤维素酶、胰蛋白酶等，对茶叶进行水解，破 坏茶叶的组织结构，使内含物更容易向外释放的方法辅助提取茶叶内含物13。2.3现代生物技术在农业上的应用规模逐渐扩大一种新技术的产生，随着应用方面发展的不断成熟，根据市场的需求，其规 模也会不断扩大。2.3.1有些面向农业种子开发研究等的大公司出现在全球范围内，已经出现了很多知名生物公司出现。这些公司主要经营种子 和农药等业务。前几年评出的全球十大种子公司，而这些公司都在世界500强企 业内。杜邦（Dupout），美国农化巨头，在世界500强排第47位，主要从事农业、 医药等领域的生物技术产品研制和开发。2000年种子销售额为19.38亿美元， 主要种子业务是玉米种子，约占全球杂交玉米种子市场的43%，其他种子业务有 大豆、小麦、高粱、向日葵、紫花苜蓿等。孟山都（Momsanto），美国农化公司， 1998年兼并美国嘉吉公司国际种子业务，成为世界第二大种子公司，2000年种 子销售额为16亿美元。主要种子业务是棉花、大豆、玉米种子。先正达（Syngenta）， 1999年瑞士诺华公司与Anglo-Swedish AstraZeneca分别合并他们的农化业务 而创建的新公司，是世界第三大种子公司，2000年种子销售额为9.58亿美元， 主要种子业务为蔬菜种子。2.4现代生物技术在农业经济发展中的问题2.4.1农产品的安全不确定性影响人们对这些转基因等农产品的消费这个问题目前主要体现在转基因作物的安全不确定性上。人们对转基因作物 的消费存在很多顾虑，因此会导致农业经济发展受到来自市场消费的影响。在历 史上，曾发生多起转基因安全事件。例如巴西坚果事件。为了使大豆蛋白含有 人类必需氨基酸的甲硫氨酸，于是科学家将含有这种必需氨基酸的巴西坚果的相 应蛋白基因转到大豆中，但是这种蛋白引起了部分人的过敏反应。这一事件表明 了一点，人们有可能将一些能造成食物过敏的基因转移到农作物中去。这也体现 了转基因技术应用的不成熟。2.4.2转基因作物造成“基因污染”遗传学上的“基因漂散”同样发生在转基因作物中。自然界中生物通过有性 繁殖使染色体重组而产生基因交换，同样基因工程作物也通过有性繁殖的过程将 基因扩散到其他同类作物上。基因漂散的结果可能是使某些野生物种从转因中获 得新的性状，如耐寒、抗病、速长等，具有更强的生命力并打破自然界的生态平 衡。于1995年，加拿大首次商业化种植了通过基因工程改造的转基因油菜。但 在种植后的几年里，其农田便出现了对多种除草剂具有耐抗性的野草化的油菜植 株，即超级杂草。这些转基因油菜中一些油菜籽在收获时掉落，留在了泥土中， 第二年它们又重新萌发。如果在一片田地上之后种下去的物种不是同一个物种， 那么生长出来的的油菜就变成了一种不受欢迎的野菜，而且这种能够同时抵御三 种除草剂的超级杂草不但很难铲除，而且还会通过交叉传粉等方式，污染同类物 种，使种质资源遭到破坏。“超级杂草”的出现会影响农业生产，而且更严重的 是导致生态平衡遭到破坏。所以，在看到现代生物技术带来的巨大的经济效益的 同时，也要注意到可能造成的危害。3总结本文以现代生物技术对农业生产的影响来讨论了其对社会经济的影响。总 的来说，现代生物技术的发展促进了现代农业经济的发展。据当前的发展趋势来 看，现代生物技术在农业上的应用不断加深，范围和规模不断扩大，能有效地促 进农业经济的发展以及相关产业的发展，对社会经济的影响是深刻的。但是在发 展过程中也带来许多令人担忧的问题。这些问题将直接影响到现代生物技术在社 会经济发展中的应用。参考文献I 朱莉，郎志宏等.农杆菌介导甜高粱转BtcrylAh的研究。中国农业科学 2011,44(10):1989-1996.陈发棣;陈琳;陈素梅;陈煜;房伟民;刘兆磊;杨赛娇。一种通过转DdICE1基因 提高切花菊抗逆性的方法 中国专利局专利号CN102174567A3 毕玉平;彭振英;王龙龙;纪鸿飞;李兰;陈高;单雷.花生二酰甘油酰基转移酶 DGAT2及其编码基因与应用中国专利局专利号CN102220355A4 徐阳春，沈其荣等。长期免耕与施用有机肥对土壤微生物生物量碳、氮、磷的影响土壤学报2002年第1期5 赵晓齐，鲁如坤有机肥对土壤磷素吸附的影响土壤学报1991年01期6 范 玲。微生物农药研究进展及产业发展对策。中国生物工程杂志 第22卷 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