生物技术定义

生物技术是指利用生物学来创造新事物——生物体、过程和产品——以提高社会和人类健康水平。自驯养动植物的引入和发酵的发现以来，生物技术（或简称生物技术）就一直是人类文化的一部分。

早期生物技术的应用产生了面包和疫苗等产品。然而，在过去的一个世纪里，该领域已经取得了长足的发展，其方式干预了生物体的遗传构成和生物分子功能。

生物技术史

至少在 6000 年前，农业革命就标志着生物技术的开端。这一早期阶段的特点是利用自然形态的生物体或改变其遗传构成的选择性育种。

大约在同一时间，人们发现了如何利用发酵作为生物过程来制作奶酪、面包和葡萄酒。选择性育种也被用来开始改造驯养动植物的遗传物质。

选择性育种涉及使具有理想性状的亲本交配，以便在后代中表达或消除某些遗传性状。经过选择性育种的物种会随着时间的推移而改变，变得与其野生祖先不同。例如，在农业革命期间，小麦被故意种植，使其在收获时不会像野生小麦那样掉落到地上。与它们的狼祖先相比，狗经过精心培育，性情更加温顺。

然而，像选择性育种这样的生物技术技术可能需要很长时间才能在物种中显示出变化。直到 19 世纪，当科学家格雷戈尔·孟德尔揭示了遗传和基因组学的基本原理时，生物技术才局限于这些耗时、劳动密集型的农业技术。

生物技术的类型

1. 医学生物技术

医学生物技术是指利用活细胞和其他细胞元素来改善人类健康。其主要目的是找到治疗疾病的方法，以及预防和根除疾病。

这项科学涉及使用这些方法来研究保护人类健康、理解感染以及了解人类细胞生物学的新方法或改进方法。

通过这个过程，使用药物和其他化学品来治疗疾病。它始于观察动物、植物和细菌细胞，以了解它们在基本层面上是如何运作的。

它严重依赖于 DNA（脱氧核糖核酸）的研究，以弄清楚如何改变细胞的遗传构成并促进产生人类可能认为有用的有益特征，例如胰岛素的生产。

新药物和治疗方法经常由该领域激发。

2. 农业生物技术

农业生物技术侧重于创造基因改造的植物，以提高农业产量或在植物在有环境压力（如天气和病虫害）的地区生长时为其增加有益性状。

在某些情况下，该方法涉及识别一种性状，找到产生该性状的基因，然后将该基因转移到另一种植物中，以赋予其所需的性状，使其更健壮或能够产生比以前更高的产量。

3. 工业生物技术

商业发酵是工业生物技术的一部分，它是生物技术在商业上的应用。现代分子生物学方法被用来提高生产力，并尽量减少工业过程（如纸浆、化学品和纺织品制造）带来的许多负面环境影响。

它涉及使用微生物（如细胞）或细胞的一部分（如酶）来制造商品，这些商品可能用于食品和饲料、化学品、洗涤剂、纸浆、纺织品、生物燃料和沼气等行业。

在过去十年中，转基因生物（GMO）的创造取得了巨大进步，这扩大了工业生物技术的应用范围和财务可行性。

此外，它一直在努力减少温室气体排放，摆脱以石油化工为基础的经济，并利用可再生原材料生产各种化学品和燃料。

4. 环境生物技术

环境生物技术是废水处理和污染控制中的一种工具，它可以比传统方法更有效地清理各种废物，同时也减少我们对陆基处理方法的依赖。

所有生物都需要养分来生存，因此会产生废物。然而，不同的生物需要不同种类的养分。有些细菌也以废弃物的化学元素为生。

生物技术分支的颜色分类

1. 黄金生物技术 - 计算生物学，也称为黄金生物技术或生物信息学，可以被描述为“概念化生物学”，即使用计算方法来处理生物学问题。这使得生物数据的快速组织和分析成为可能。

2. 红色生物技术 - 红色生物技术（生物制药）主要关注医药和兽药产品。它可以帮助开发新的药物、再生疗法、疫苗、抗生素、分子诊断工具和基因工程方法，通过基因改造来治疗疾病。

3. 白色生物技术 - 工业生物技术是白色生物技术建模的基础，旨在创造在能源效率、污染减少和资源利用方面优于传统工艺和产品的工艺和产品。

4. 黄色生物技术 - “黄色生物技术”一词指的是生物技术在食品生产中的应用，例如葡萄酒、奶酪和啤酒的发酵。

5. 灰色生物技术 - 灰色生物技术指的是环境应用，旨在通过利用微生物和植物来维持生物多样性，并消除污染物或毒素，以分离和处理各种化合物，如重金属和碳氢化合物。

6. 绿色生物技术 - 绿色生物技术高度侧重于农业，包括开发具有农业价值的新植物品种以及生物农药和生物肥料。

这个分支的生物技术仅依赖于转基因技术，即基因改造，其中将一个或多个附加基因注入目标生物体的 DNA 中。附加基因可能来自同一物种或不同物种。

7. 蓝色生物技术 - 蓝色生物技术基于利用海洋资源来生产产品和应用，在潜在巨大的行业领域中利用这种生物技术获利。

8. 紫色生物技术 - 紫色生物技术涉及生物技术的法律、道德和哲学问题。

9. 黑色生物技术 - 黑色生物技术与生物恐怖主义、生物武器和生物战有关，它使用病原体和毒药来杀死农作物、家畜和人类。

生物技术的应用

生物技术在科学、健康和其他行业都有多种用途。以下是生物技术的前五种用途：

1. 农业生物技术

食品加工是必要的，用于将原材料转化为可食用且能长时间保持新鲜的加工食品。

• 种植无病害植物
  通过多种生物技术方法，可以种植无病毒或其他疾病的植物。传统的清除细菌的方法，如使用化学农药，已被证明成本高昂且对土壤和地下水有害。
• 基因工程
  基因工程植物是指经过新的基因改造（nGM）的生物体，有时也称为转基因生物（GMO）。这些作物是使用重组 DNA（rDNA）技术在该方法中开发的。转基因嫁接、农杆菌转化、单倍体诱导、RNA 介导的 DNA 甲基化和基因组编辑是可能用于这项技术的一些例子。植物的基因改造受国家生物安全框架管辖。转基因作物有很多例子，如大豆、玉米等。
• 微繁殖
  这种体外方法在高光照强度、营养受控和温度受控的条件下进行营养生长。该方法有助于培育无病植物、大规模再生植物以及濒危植物的生长。例如，香蕉的生产经常使用微繁殖方法。
• 转基因方法
  这种基因组编辑方法用于创造无病植物。为了获得无病的变异，通过编辑掉一个基因或将新基因引入原始染色体 DNA 来创建转基因植物。例如，已使用转基因技术生产水稻和甘蔗。
• 体细胞变异
  利用体细胞变异技术，尤其通过愈伤组织的再生，可以在植物中诱导表型或基因型的多样性。体外细胞培养物用于培育植物，这些植物随后被称为“体细胞”。可以通过体细胞变异来创造抗病品种。例如，合成生物学经常用于开发马铃薯、烟草和甘蔗等作物。
• 转录组学
  转录组测序使得植物基因组研究成为可能。为了培育像玉米、烟草等作物，使其对胁迫和微生物具有抵抗力，转录组学利用转录组测序技术。
• 植物强化
  强化是指提高作物的营养能力，这对于治疗营养不良非常有益。例如，“protato”是一种基因工程强化的马铃薯作物，其蛋白质含量比普通马铃薯作物高。
• 酶与农业
  生物技术被用于增强酶促过程，以提高产量并降低成本。通过生物技术产生的酶包括：
  • 酿造、蒸馏和烘焙都需要α-淀酰酶。
  • 生产蛋黄酱使用过氧化氢酶。
  • 脂肪和油由脂肪酶加工。
  • 蛋白酶用于面包、鱼、肉、蔬菜、乳制品、淀粉和酿造。
  • 淀粉中使用α-葡聚糖转移酶。
  • 奶酪中使用凝乳酶。

2. 生物技术在食品加工中的应用

通过生物技术方法加工食品可以获得许多好处，包括：

• 延长食品保质期
• 更美味的食物
• 在保持食物质量的同时尽量减少损失。
• 转基因作物减少了对农药、土壤侵蚀和污染的需求。
• 生物技术可以减少环境污染。
• 它可以提高食品的营养价值。
• 它可以改善食物的味道，并将不可食用的食物成分转化为可口的食物。
• 它可以减少食物损失，提高粮食安全。
• 生物技术可以使用生物传感器识别作物疾病的早期迹象。

3. 生物技术的医学应用

在医学生物技术中，利用生物体来改善疾病的诊断和治疗。由于生物技术工具，医务人员可以提供准确的诊断、罕见病的专业治疗和有效的疾病管理。例如：

• 组织转染是一种基因转移技术，有助于修复和治疗各种人体组织。
• 高度发达的生物技术技术 CRISPR 用于基因编辑和改造。如今，它被用于检测病毒和细菌的遗传物质。
• 重组 DNA 技术，生物技术的一个分支，允许在体外进行基因改造。它经常用于生产糖尿病患者的胰岛素。

4. 生物技术基材的生物材料和生物聚合物

由于其生物相容性和安全性，生物聚合物和生物材料在医学和治疗中有许多应用。它们包括：

• 药物输送系统，如胰岛素输送。
• 生产抗生素（如青霉素）和筛选仪器（如 ELISA 测定法，用于检测抗体或抗原）。
• 伤口敷料和粘合剂、皮肤移植、植入物。
• 伤口愈合和组织再生。

5. 生物技术与环境

为了改善环境和地球整体，环境生物技术融合了生物工程和科学理念。考虑一下生物技术方法在改善环境方面的一些好处和用途：

• 生物监测是一种环境监测形式，可以监测土壤、水和空气质量。
• 生物修复是一种减少土壤和水污染的技术。该方法使用植物和真菌等生物剂来减少重金属和毒素的数量。
• 使用细菌和其他生物进行废物管理是生物技术在正确解毒环境方面的另一项应用。
• 生物产品，如蜘蛛丝，可生物降解且不污染环境，可用于建筑和军事领域。

生物技术的优缺点

生物技术的优点

1. 提高农作物的营养价值

随着生物技术的出现，农作物的营养含量在数量和质量上都有所提高。

当农作物通过关键营养素和维生素得到改善时，消费者就能获得急需的营养益处，以实现健康均衡的饮食。

因此，使用生物技术过程生产的食品的营养含量得到了改善。通过食用满足所有营养需求的食物，也有助于治疗农村地区的营养不良儿童。营养强化饮食将使粮食安全组织能够为更多人口提供较少的食物。这是因为他们可以吃更少的食物，但仍然获得适当的营养。

2. 资源保护

生物技术已经延长了我们食物来源的保质期。除了使用冷冻和干燥食品外，它还通过加盐延长了食物的保存时间。

鉴于作物比以前更能抵抗成熟，它们的保质期更长。

3. 基因检测的应用

由于可以轻松地对易感人群和高危人群进行基因筛查，以评估患有遗传性疾病的可能性，因此生物技术使得更有效地识别基因异常成为可能。

为了确定婴儿患先天性残疾的可能性，可以使用母亲或父亲的染色体。

基因筛查会检查染色体、基因或蛋白质以发现这些异常。

4. 增长

由于改进的作物及其在各种季节种植的能力，农民现在可以赚取比以前多得多的钱。由于使用抗病作物，在农药和其他合成化学品上的花费减少了。

农民全年都可以赚钱，并生产出营养丰富、品质优良的作物，从而可以高价出售。由于产量不断提高，数量和质量都有所提高。这使得农民能够通过投资他们正在赚的钱来改善他们的农田。自生物技术引入以来，许多农民和他们的农场得到了振兴，使他们能够继续耕作，甚至提高了他们未来几代人也能够这样做的潜力。

5. 改善粮食安全

生物技术的价值怎么强调都不为过。由于笼罩世界的全球饥饿，让所有人获得适当的营养是极其困难的。

这可能是由于当地粮食短缺，或在一个远离其他食物来源的特定地区无法种植主食作物。

生物技术使粮食更容易获得，使得在以前不可行的条件下种植许多作物成为可能。这对于我们星球上的新兴和欠发达国家来说是一个福音，因为它们现在可以在当地种植和收获作物，从而降低那里的饥饿和营养不良率。

生物技术的缺点

1. 作物枯萎病

失绿症，即叶子失去叶绿素的绿色色调，是枯萎病的一种形式。由于植物无法进行足够的光合作用，这可能导致块茎和叶子枯萎或死亡。枯萎病在作物中的不良出现是使用生物技术的结果。

2. 土壤肥力下降

基因改造的作物会吸收土壤中大量的矿物质和维生素。这种强烈的消耗可能会威胁到土壤的肥力，使得难以充分耕作和收割后续的收成。为了恢复肥力，土壤需要充足的时间；否则，粮食生产可能会受到影响。农民使用肥料，尽管长期来看它们可能非常有害，因为土壤养分流失过多。

3. 一个不确定的领域

当新冠病毒像大流行病一样在全球蔓延时，许多人认为它可能源于基因工程。他们可能是对的！尽管我们在过去几十年里已经学习和发现了许多关于生物技术的东西，但仍有许多问题需要解答。

4. 基因改造

基因可以被改变以产生更好的人类、动物和植物版本的知识，促使人们出于贪婪而更频繁地使用这些技术。即使孩子没有患有任何潜在疾病的危险，生物技术现在也经常被用来以父母选择的表型来改善后代。

5. 费用非常高

生物技术在医学领域非常昂贵，并且可能难以平衡其优缺点。大多数现有的生物技术产品比目前市面上的化学药物贵且不切实际。当这些生物技术进步被大量生产时，价格可能会急剧下降。

结论

总之，生物技术领域非常多样。

通过持续的研究和开发，可以实现许多物种和系统的优良变种。

生物技术有许多用途，包括在农业、医学和其他行业。