[摘要]地球生物技术改造（生物改造环境的例子），关于《地球生物技术改造（生物改造环境的例子）》的内容介绍。什么是 地球与生物技术 一、地球生物学（Geobiology）形成背景 Geobiology是伴随着新技术的...
地球生物技术改造（生物改造环境的例子），关于《地球生物技术改造（生物改造环境的例子）》的内容介绍。
什么是 地球与生物技术 一、地球生物学（Geobiology）形成背景 Geobiology是伴随着新技术的发展和一些大型计划如大洋钻探计划（ODP）和人类基因组计划...
什么是 地球与生物技术
一、地球生物学（Geobiology）形成背景
Geobiology是伴随着新技术的发展和一些大型计划如大洋钻探计划（ODP）和人类基因组计划（HGP）等一系列新发现而产生的新领域，人们开始重新审视传统的理论模式，提出新的理论框架，在新的理论框架下，提出了新的单一学科难以解决的科学问题。这要求科学家拓宽思路，从新的视角—既地球科学和生命科学交叉、整合来进行研究。
二、地球生物学（Geobiology）的研究方向
Geobiology运用新技术和新方法，从新的理论、新的视角给一些传统学科注入了生机与活力。Geobiology研究方向包括以下9个方面： 1.生命的起源和演化（Origins and evolution of life）；2.大气圈、水圈和生物圈的演化（Evolution of the atmosphere, hydrosphere and biosphere）；3.地球演化关键转折期沉积岩石记录和生物（The sedimentary rock record and geobiology of critical intervals）；4.古生物学和演化生态学（Paleobiology and evolutionary ecology）；5.环境地微生物学（Environmental microbiology）；6.生物地球化学和全球元素循环（Biogeochemistry and global elemental cycles）；7.微生物－矿物相互作用（Microbe-mineral interactions）；8.生物标志物（Biomarkers）；9.分子生态学和谱系演化（Molecular ecology and phylogenetics）。
三、地球生物学（Geobiology）主要研究领域
（一）地生理学（Geophysiology）
1.生物和大气的相互作用，如由生物活动产生的气体；2.生物水圈和冰圈的相互作用，如海洋营养机制、极端环境、生物矿化作用；3.生物－土壤/沉积物相互作用，如生物侵蚀、深部生物圈、地微生物学等。
（二）生命演化与环境（Evolution of Life and Environment）
1.生物圈的形成，如生命的起源、生物圈的建立
1）实验模拟――聚合物复制、有机化合物分馏、能量来源、代谢演化路径；2）寻找简单的有机复制聚合体；3）从原始的有机溶液向以RNA为基础的生命形式的转变；4）陨石中的证据；光合作用产生氧气引起的大气圈的改变；5）厌氧状态中微生物呼吸所利用和建立的条件；上述过程中的化石记录证据，有机化合物（生物标记物）和同位素的地球化学记录。
2.生物圈的演化，如大气氧的富集、雪球地球的形成、生物环境效应。主要研究由光合作用引起的氧化作用；由碳分馏造成的同位素印迹；晚新元古代冰川作用对早期后生动物辐射的影响；雪球事件；由微生物起始，继而是后生植物的陆生生物；生物建立起适合自身的反馈环。
3.突变事件，如生物绝灭及辐射，极端环境事件。对经典剖面进行高分辨率研究，探索生物演化历史上这些重大事件的起因和结果；以中－美化石记录的优势展示生命演化的五个关键转折时期：新元古代、二叠纪－三叠纪，中生代现代陆地生态系的起源；新生代哺乳动物的演化；更新世气候的变化
（三）全球变化的地球生物学（Geobiology of Global Change）
主要研究全球碳循环、化石燃料；全球变化和生物与环境的相互作用，生物对全球变化的反馈，生物对地表过程（包括大气）的影响，了解地球过程为解释其他星球上可能的生命证据提供科学基础，地生物学用于寻找地外生命。
四、分子水平上的地球生物学
在分子水平上研究地球生物学的意义在于能为宏体生物和地质分析提供补充、对传统的假设提供独立的验证、提供遗传学、生理学和生态学信息、有利于进行定量的高分辨率的研究及富含有大量机制和过程的信息。应用于分子水平地学生物学研究的材料主要来源于1.古代材料：富含有机质的沉积物；特异埋藏的化石；2.现代生物：具有地质意义的现代生物及分子，如分子生物钟、活化石、微生物。研究对象为起结构支撑作用的高分子聚合物、新陈代谢的脂类分子、氨基酸、蛋白质和核酸(DNA和RNA)。研究技术与方法：1.有机地球化学的方法，采用GC-PY, NMR, GC-MS的方法萃取、分离和甄别有机化合物；2.同位素地质学，利用GC-C-IRMS检测单分子有机化合物的同位素；3.分子生物学，利用独立培养的方法对DNA进行萃取、分离和PCR扩增；通过克隆进行分子测序。
通过现代生命科学的技术和手段，我们可以获得遗传学鉴定、系统关系、遗传机制和基因组信息；通过地球科学的方法和手段，可以研究古生物的种类、其生物化学途径及稳定分子和同位素的信息。古DNA研究是联系古代和现代生物的纽带，并提供绝灭生物独一无二的古代生物遗传学信息。古DNA是理解谱系演化和遗传学的关键，既可达到地球科学与生命科学间信息互补。
五、目前该领域科学家共同关注的科学问题
1.不同环境微生物的丰度、分异度和分布；2.微生物和它们的生物化学过程是如何影响生物侵蚀、生物修复、生物矿化及有机分子和同位素信息的保存；3.微生物以什么方式改变着不同圈层的环境化学特性，这些信息如何以分子和同位素的方式保存在地质记录中；4.基因是以什么方式影响着生物合成和代谢途径，在地质历史时期，我们如何检测这种影响；5.这些基因和蛋白质水平的生化功能如何影响地球演化进程、改变环境从而有利于资源富集。
生物技术最近有什么突破性的进展
n20世纪是生物科学发展史上最为辉煌的时代，特别是20世纪50年代以来，随着数理科学的广泛而深刻地渗人到生物科学领域以及一些先进的仪器设备和研究技术的问世，生物科学已进入从分子水平研究生命活动过程及其规律以及生命体与环境相互作用规律的生命科学的新时代。由于应用先进技术，生命科学在微观和宏观两方面都取得了丰硕的成果：特别是生命科学的理论成就为自然科学的发展作出了巨大的贡献。遗传物质DNA双螺旋结构的阐明被认为是20世纪自然科学的重大突破之一。由于生命科学的进步向数学、物理学、化学以及技术科学提出了许多新问题、新概念和新的研究领域，生命科学已成为ZI世纪的主流科学之一。，“人类基因组计划”的实施和深入发展，将有可能从更深层次上了解人体生长、发育、正常生理活动以及各种疾病的病因和发病机理，并为医学提供防治策略、途径和方法。“水稻基因组计划”的顺利开展，对ZI世纪农业的发展，解决粮食问题，将产生巨大的影响。当今人类面临的人口、食品、健康、环境、资源等重大问题都同生命科学有密切关系。由此看出，科学的目的在于认识世界，技术的目的在于利用、改造和保护自然，造福人类。生命科学要为人类造福转化为生产力，必然与技术相结合，才能在生产上发挥巨大作用。于是在20世纪70年代，随着生命科学理论的不断发展，与丁程技术相结合，开辟了生物技术（也叫生物工程）新领域。例如，通过基因重组技术，PCR技术、DNA和蛋白质序列分析技术、分子杂交技术、细胞和组织培养技术、细胞融合技术、核移植技术，等等，促进了基因工程、蛋白质工程、细胞工程、发酵工程、酶工程、染铯体工程、组织工程、胚胎工程等生物工程的诞生与发展，已在工业、农业、医疗卫生和环境保护等方面得到了广泛应用，并取得了突破性进展 从当今世界生物技术的发展来看，研究成果层出不穷、日新月异，其产业化的势头强劲，国际间的竞争日趋激烈。在 20世纪 70年代，生命科学领域取得了两项对人类生活和经济活动具有深刻影响的技术突破：一个是重组DNA技术，另一个是淋巴细胞杂交瘤技术。这两项革命性技术的出现，带动了生物技术的迅猛发展，初步形成了一个全新的现代生物技术群及新兴产业。所谓现代生物技术，是指人们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，使之获得人们所期望的品质 它是一门以应用为主的综合性技术体系。在 20世纪 90年代，克隆羊多莉的诞生，体细胞克隆技术的重大突破，以及DNA扩增PCR技术的问世又进一步推动了生物技术革命性的发展。生物技术革命是20世纪末科技领域的重大事件，是蒸汽机和电能应用以来世界近代史上的又一个里程碑，也是世界新技术革命的重要组成部分。现代生物技术已经成为人类认识和改造自然界，克服自身所面临的人口膨胀、粮食短缺、环境污染、疾病危害。能源和资源匾乏、生态平衡破坏及生物物种消亡等一系列重大问题的可靠手段和工具。我国在ZI世纪也将面临着人日、资源和环境等一系列问题的严重挑战。加强生物技术的发展，有利于解决粮食等涉及国家经济安全的重大问题；有利于改善广大群众的健康状况，提高生活质量；有利于促进那些高污染、高耗能的传统产业改造和产业升级；有利于带动有效需求，产生新的经济增长点。发展生物技术将是对世纪我国实施可持续发展战略的重要手段，必将带动和促进国民经济的快速发展。正如信息技术支持着今天蓬勃发展的经济一样，生物技术也将成为经济发展的重要推动力。现代生物技术研究和产业将会成为21世纪重要的高 人类活动对生物的影响 自从人类出现在地球上，生物就经受着人类活动的影响，并且这种影响在不断地扩大和加深。迄今为止，已经很难在地球上找到一块未经人类影响的生物地段。人类活动对生物的影响有直接的，也有间接的。直接的影响，通常表现为移植、增加某些动物、植物种，或减少、消灭某些动物、植物种；间接的影响，通常表现在人类对自然环境的改变上。二者都会在不同程度上改变生物群落的本来面貌。 直接影响 n类为了食用动物、植物，开垦土地，栽培作物，往往破坏大片的森林或草原。地球上现有森林面积大约为28亿公顷，仅占世界陆地面积的1/5，而在几百年前，森林面积则不少于72亿公顷。人类活动对动物群的直接影响，主要表现为捕杀。过度地猎杀动物，造成动物种类、数量不断减少，致使动物种群濒临灭绝。美洲野牛、大麝牛、欧洲野牛等已到绝种的边缘。澳大利亚的有袋类、单孔类其数量已十分有限，我国的高鼻羚羊也面临危机。无脊椎动物，情况比较复杂，一些有害的种类，至今未能消灭，而一些有益的种类，如某些经济软体动物、甲壳动物，近年也近乎灭绝。人类活动直接影响表现的另一方面，是增加、移植某些动物、植物种群。人类直接把栽培植物从一处迁移到另一处，建造栽培植物群落，如农田、果园、菜园、各种人工林等。通过引种、培育，创造了大量品种，并且扩大了植物分布区。人类在改变原始植被时，常常为外来的有害植物的扩散铺平道路。自然界有一类所谓“伴人植物”，如加拿大飞蓬，大约1644年由美洲输入法国公园，现在它不但成为整个欧洲顽强的杂草，而且在我国也到处可见。欧、亚洲常见的杂草灰菜、车前草、猪毛菜等伴人植物，在北美洲的分布也极为普遍。人们为了风土驯化某些动物，或者为了与有害动物作斗争，常常从外地引进一些当地原来没有的动物。原产于南美洲的海狸鼠和原产于北美洲的浣熊，都被带到北欧定居。为了与毒蛇作斗争，人们把印度獴引入安的列斯群岛。1840年输入澳大利亚16只英国穴兔，跑到野外后急剧地繁殖起来，并造成严重的灾害。这些情况，都在不同程度上改变了原来动物群的状况。 间接影响 要表现在人类对自然环境的改变和环境污染方面。人类自觉或不自觉的活动，有时会破坏植被，使地面、山坡变成荒山秃岭，以致改变了气候、土壤，造成水土流失，引起荒漠化。巴尔干半岛上的山地，原来生长着大片森林，由于从罗马帝国时代就开始砍伐、放牧，至今几乎成为一片荒地。公元4世纪以前，美国东部约有170万平方公里的大片森林，西部是无垠的大草原。到18世纪，由于人类的经济活动，东部森林几乎被砍光（现仅存7.6万平方公里），中西部被开垦为农田，其他地区也由于过度放牧，自然植被遭到严重破坏。我国黄河中游的黄土高原，历史上是一片茂密的森林草原。从13世纪起，经过几百年封建王朝掠夺式的开发，使森林面积大大缩减，丰茂的草原毁坏殆尽，该地区成了一片荒山秃岭，水土流失十分严重。再要恢复黄土高原的森林草原面貌，目前已十分困难。我国东北长白山二道白河屯附近，1962年是一片原始的针阔混交林，当时仅有居民100多户、500多人口。18年以后，那里已成为一个拥有5万多人口的村镇和林业工区。1980年在18公里长的统计线上，对附近森林和4种不同生境的鸟类进行对比调查（与1962年比）表明，人类开发活动，使附近林区的鸟类种类、数量明显减少。人类开发后的地区，鸟类常见种减少，优势种增加，即鸟类的个体数相对集中在少数几个种类上，并且与森林有联系的鸟类灰脚柳莺、黄腰柳莺、白腹蓝鶲、四声杜鹃等明显减少；与居民点有联系的鸟类麻雀、燕子等明显增加。人类活动对动物、植物的间接影响，还表现在环境污染方面。煤烟中二氧化硫与硫化氢的含量达0.5～5％，对植物有很大危害。二氧化硫进入植物的叶肉组织，与酶中的铁素结合，破坏叶绿素，引起组织脱水，使叶出现褐铯斑，甚至脱落。1％浓度的二氧化硫可使菠菜在3小时内发生严重伤害。某些工厂放出的氯和氯化氢，氟和氟化氢，其毒性比二氧化硫还大，植物中毒后，叶片变成枯黄而致死。土壤和水源污染后，有的作物、果树因此发育不良，甚至成片死亡。污染物进入产品中，直接危害人体健康。早在50年代初期，鸟类学家就注意到有些鸟类鹰、鹗、隼、鹈鹕等数量不知何故愈来愈少。后来发现是DDT干扰了鸟类的生殖过程，它使雌鸟的内分泌失调，以致缺乏钙质，难以形容. 意义 人类活动，无论是直接的或是间接的，都给予生物以巨大的影响。随着人口的增长，尤其是由于人类活动造成的环境污染和环境破坏，对动物和植物来说，是一种大规模的毁灭性灾难。现在愈来愈多的国家都大力提倡保护环境，建立自然保护区，以保存和繁荣珍稀动物、植物种及其生存环境。
生物技术与人类社会发展的关系？
克隆羊多莉的诞生、计算机“深蓝”战胜国际象棋世界冠军卡斯帕罗夫使生物技术、人工智能的发展受到世人的关注。本文将要讨论的是生物技术、人工智能与人类生存发展的关系。
使人类社会在宇宙中生存．发展下去应是人类奋斗的第一目的，这一目的是人工智能．生物技术如何发展的第一“动力“。要增加人类在宇宙中生存下去的概率就必须不断提高人类认识改造自然的能力，而要提高这种能力最关键的就是人类智力的提高，增加人类智力有最基本的两种方法，1．提高个人的智力。2．通过提高人工智能实体(比如智能计算机）的智力水平而使人类分析．处理问题的能力提高。‘1’方法又可分为生物技术履行人脑来提高个人的智力。
人脑是生命长期进化的产物，在进化过程中人脑的组成“材料“受到了种种限制（比如，人脑必须含有水．DNA．蛋白质等物质）而且记忆的基本单位的功能也受到了遗传的限制，因而必然限制了人脑的功能，人脑的智力水平也就受到了限制（如运算速度．记忆能力等受到的限制）不管人工智能实体的思维能力能否超过人脑，至少通过生物技术改造过的人脑是完全可能的。
如果人工智能实体的智力能超过生物技术改造过的人脑,我们便应全力发展人工智能并限制生物技术对人的改造。这是因为一方面制造人工智能实体并不是人，它们享受的权力极有限，易被人类控制，而且我们可从法律上规定在制造人工智能实体时必须使人工智能实体存在的第一目的就是为了人类生存，因而从理论上说只要方法得当，人工智能不会对人类的生存造成威胁。由于制造人工智能实体所需“材料”和制造环境的选择余地,比生物技术改造人脑受到的限制小（比如：用软件编写记忆的基本功能单位时，由于它们之间的联系及它们的功能可根据需要任意编写，且能方便的修改它们，而人脑的基本记忆单位则受到种种限制，因而从理论上说编写的智能软件其功能可超过人）因而人工智能实体的智力水平应最终能超过生物技术改造过的人脑。
在人工智能实体的影响下，对人类来说比较理想的未来社会应是，1、任何有独立意志的人工智能实体，其存在的第一目的是为了人类生存的更好。2、人工智能实体的智力水平已大大超过人，在生产领域,人的各种能力都已被效率更高且成本低廉的机器及人工智能实体代替，人对生产力发展的贡献已可匆略不计，因而人类已无必要从事生产劳动，进行生产劳动只是个人的兴趣或爱好而已。3、在不影响人类生存的情况下人类的各种欲望将能得到最大限度的满足。
在人工智能实体的智力超过人之前，人工智能的发展会经过那几个阶段呢？发展人工智能人类应注意那些问题呢？
根据计算机的特点我认为1、人工智能实体将首先在精确思维能力上超过人，然后在模糊思维能力上超过人。2、由于创造力是个性化的产物，较高的创造力不是复制及经验的吸收所能产生的，它需要通过个性化的学习来获得，而个性化的学习不是短时间内所能完成的，因而人工智能实体在创造力上全面超过人将需要较长的时间。一旦人工智能实体的创造力超过人其智力水平也就能远远超过人。
发展人工智能必须注意以下几个问题。
1、应使人工智能实体生存的第一目的是为了人类的生存与发展，否则人工智能实体就将威胁到人类的生存。
2、要使人工智能的研究迅速发展必需大量的人力、物力、财力，而在市场经济条件下，发展人工智能如不能带来利润是没有人愿意投资的。只有让人工智能实体参与生产、研究才能产生利润。而人工智能实体参与生产研究必然会挤占人的工作岗位（使人工智能实体完全代替人从事生产研究是我们的最终目的），从而加重失业危机，可能给社会带来不稳定因素，不利于社会和人工智能的发展，因而有必要在不影响人工智能发展的前提下根据人工智能、生产力、生产关系、道德、文化的发展状况适当限制人工智能进入某些领域。在不影响人工智能发展的前提下应禁止人工智能进入那些即使人工智能进入对人类的生存能力也无多大影响的领域，如：文化、体育市场。
3、为了尽可能减轻人工智能的发展对社会稳定及科技发展的负影响，我们应完善社会保障体制，在培养人才时亦应注重创造力的培养。
在世界经济越来越一体化的情况下，为应付以上挑战促进即能影响人类未来又能影响人的眼前利益的人工智能的发展，必须全人类的共同努力。
最后让我们预测一下人工智能及人工智能影响下人类社会的发展历程。
1、十年内人类将编写出能学习、思维的软件，并能迅速提高其智力水平，其顺序是从需要精确思维的行业到需要模糊思维的行业，从低创造力的行业到高创造力的行业。
2、为了缓解社会矛盾，各国政府得从有人工智能参与生产的商品中适当收税以补贴失业人员，同时限制人工智能实体进入文化、体育等行业，禁止人工智能实体拥有感情。并对违反这些规定的个人或组织、国家进行严厉处罚。
3、各国政府将对人工智能的发展进行监控，并从法律上规定任何具有独立意志的人工智能实体其存在的第一目的和行为动力应是为了人类的生存与发展，否则应禁止其具有独立思考行为能力。
4、当廉价的人工智能实体在智力上超过人后，人类参不参加生产对生产力的影响可能已不大，按劳分配将失去其意义，这时人类将根据当时的资源状况、科技水平、生产、消费情况采取新的分配方式。
有关生物的先进技术！！！！！！！急！！！！！！！！
1、人类基因组计划
(1)人类基因组计划的目标
人类基因组计划是一项国际性的研究计划。它的目标是通过以美国为主的全球性的国际合作，在大约15年的时间里完成人类24条染铯体的基因组作图和DNA全长序列分析，进行基因的鉴定和功能分析。由美、英、日、德、法、中六国参与的国际人类基因组计划是人类文明史上最伟大的科学创举之一。其核心内容是测定人基因组的全部DNA序列，从而获得人类全面认识自我最重要的生物学信息。我国于1999年9月1日正式加入该计划，承担了1 %人类基因组（约三千万个碱基）的测序任务。
(2)人类基因组的研究内容
A.建立遗传图谱
遗传图谱 (genetic map)，又称连锁图(linkage map)，是指基因或DNA标志在染铯体上的相对位置与遗传距离。遗传距离通常由基因或DNA片断在染铯体交换过程中分离的频率厘摩(cM)来表示。1厘摩表示每次减数分裂的重组频率为1%。厘摩值越高表明两点之间距离越远，厘摩值越低表示两点间距离越近。
B.建立物理图谱
物理图谱 (physical map)是指DNA序列上两点的实际距离，通常由DNA的限制酶片段或克隆的DNA片段有序排列而成。物理图谱反应的是DNA序列上两点之间的实际距离，而遗传图谱则反应这两点之间的连锁关系。在DNA交换频繁的区域，两个物理位置相距很近的基因或DNA片段可能具有较大的遗传距离，而两个物理位置相距很远的基因或DNA片段则可能因该部位在遗传过程中很少发生交换而具有很近的遗传距离。
C.DNA序列测定
人类基因组计划最终将测定出人类基因组的全部序列。这种序列测定不同于以往那种只对其一个特定的感兴趣的区域进行DNA序列分析的工作。它要求一种更高效的规模测序，并将测出的每一个DNA片段按其染铯体位置进行准确的排列。从而得到人类基因组DNA序列碱基排列的全貌。
D.基因的确定和分析
确定每一个基因，研究它的结构、特性和功能是人类基因组计划的又一个重要内容。通
过对人类基因组全部DNA序列的测定，可以利用计算机找出分布在DNA两条互补链上所有可能编码蛋白质的基因。
(3)中国的人类基因组研究
我国已建成了一批实力较强的国家级生命科学重点实验室，组建了北京、上海人类基因组研究中心。有了研究人类基因组的条件和基础，并引进和建立了一批基因组研究中的新技术。中国的HGP在多民族基因保存、基因组多样性的比较研究方面取得了令人满意的成果，同时在白血病、食管癌、肝癌、鼻咽癌等易感基因研究方面也取得了较大进展。中国是世界上人口最多的国家，有56个民族和极为丰富的病种资源，并且由于长期的社会封闭，在一些地区形成了极为难得的族群和遗传隔离群，一些多世代、多个体的大家系具有典型的遗传性状，这些都是克隆相关基因的宝贵材料。但是，由于我国的HGP研究工作起步较晚、底子薄、资金投入不足，缺乏一支稳定的、高素质的青年生力军，我国的HGP研究工作与国外近年来的惊人发展速度相比，差距还很大，并且有进一步加大的危险。如果我们在这场基因争夺战中不能坚守住自己的阵地，那么在21世纪的竞争中我们又将处于被动地位：我们不能自由地应用基因诊断和基因治疗的权力，我们不能自由地进行生物药物的生产和开发，我们也不能自由地推动其他基因相关产业的发展。
2、中国杂交水稻基因组计划简介
水稻是世界上最重要的粮食作物之一，是半数世界人口赖以生存的主要食物，也是有7000年种植水稻历史的中国经济、文化、传统和历史的一个重要组成部分。年总产值达千亿人民币以上的大米是关系到我国国计民生的最主要的粮食。袁隆平院士的杂交水稻在我国水稻育种和东南亚各国有着广泛的影响。"中国杂交水稻基因组计划" 这个项目着眼于中国粮食的主要物种籼稻和以籼稻为遗传背景的杂交水稻，它在农业上的意义可与人类基因组计划在人类健康中的意义相媲美。
通过对水稻全基因组序列分析，可以获得大量与水稻育性、丰产、优质、抗病、耐逆、成熟期等有关的遗传信息和功能基因；可以促进水稻的品种改良，培育更好的优质高产新品种；还有助于了解小麦、玉米等其它重要农作物基因组中的相关基因，从而带动整个粮食作物的基础与应用研究；还可以专利的方式，将优良的种质资源转化为信息资源进行保护，以利于农业的可持续发展。
众所周知袁隆平院士是我国水稻雄性不育系的最主要的发明和奠基人，有水稻之父和绿铯革命先驱的全球美誉。选择这一水稻株作为切入点进行测序分析在政治、科学和经济上都有着积极的意义。开展超级杂交稻基因组的研究，在产业上，是密切联系生产实践的；在科学上，是对国际水稻基因组研究的补充与发展；在国家任务上，将促进和帮助我国正在进行的水稻四号染铯体基因组序列图的完成。
处于世界领先地位的我国杂交水稻是我国粮食安全和农业可持续发展的重要资源之一。袁隆平院士等人培育的超级杂交稻更是中国的骄傲和国宝。开展杂交稻的分子遗传机理研究是生产实践提出的问题，也是使水稻高产高质的必由之路。通过对超级杂交稻基因组的测序，解开其遗传秘密；以信息化带动水稻的应用研究和产业发展；申请相应的专利保护，为可持续发展打好基础。并将我国这一学科推至国际前沿。
中国杂交水稻基因组计划就是以水稻基因组测序为基础，以水稻比较基因组、功能基因组等领域的研究为核心，重点开展具有我国自主知识产权的重要功能基因发掘和应用。项目测定的是袁隆平院士培育的超级杂交稻两优培九的二个亲本培矮64S和9311的基因组全序列框架图。培矮64S是光温敏核不育的品种，它的基因组兼具籼稻、粳稻和瓜畦稻的成分，在杂交稻中作母本；9311是的典型籼稻品种，作父本。
水稻的基因组序列与人类基因组序列一样，是研究水稻的遗传变异、发育与进化的基础。特别是作为农作物，是培育高产、优质、美味的优良品种的基础。它的意义是不言而喻的，正因为如此， 国际上已有三个"水稻基因组计划"：
①1992年开始，1997年正式形成的"国际水稻基因组协作组，现已公布 200 Mb 的BAC 克隆的数据，及一条染铯体的全序列；
②2000 年4月，孟山都 （Monsanto）公司公布水稻的"工作框架图"；
③2001年2月，另一公司 Syngenta 也宣布完成水稻的"工作框架图"。
而我国的杂交水稻"工作框架图"将对全球的水稻研究与育种提供信息，并将推动水稻基因组及其他农作物基因组的研究。开展杂交稻及其籼稻亲本基因组的研究，既能针对我国杂交稻生产的实际，也能弥补国际水稻基因组计划的不足。
2001年9月我们完成了具有国际领先水平的中国杂交水稻（籼稻）基因组"工作框架图"和数据库，并将公布数据，供全球免费共享。
根据组装和数据分析结果，中国杂交水稻基因组"工作框架图"和数据库，具有国际领先地位，标志着我中心的科研从追随世界级课题（1%项目）到自主进行世界级大课题研究的跨越。
3、体细胞克隆技术
克隆, 是英文CLone的音译, 意思是无性繁殖。它是由一个细胞或一个分子经复制扩增而变成一群相同细胞或分子的生物学过程和特征。个体水平的克隆在植物繁殖中司空见惯, 农业广泛应用的扦插嫁接产生的后裔都是无性系的, 利用植物细胞在细胞水平上克隆生产林木花卉,水果疏菜也很平常。但通过拼接基因, 使之复制和表达, 在分子水平上克隆, 就要复杂和困难得多。
50年代曾有科学家用蝌蚪小肠上的皮细胞核, 移植到未去核的非洲爪蟾细胞上, 证明了已经分化了的体细胞核的全能性。但在哺乳动物身上, 这项技术从未成功。
80年代,人们转而用胚胎细胞克隆哺乳动物, 它是先将一个早期胚胎细胞的卵裂球分离，使之成为具有多个相同遗传基因的卵细胞，这样从一个品种繁殖出遗传基因一模一样的仔畜。1986年，英国科学家利用胚胎细胞克隆出一只绵羊。从80年代中期起，我国科学家用胚胎细胞相继克隆成功小鼠、山羊、兔、猪和牛。就在英国的克隆羊旋风般搅动世界舆论之时, 美国科学家宣布去年成功地利用胚胎细胞克隆出两只人类的近亲：猴子。
但这所有的辉煌都无法和英国科学家利用体细胞克隆出的这只绵羊相提并论。
这只非凡的绵羊被它的创造者以人们喜爱的英国乡村歌手多莉命名。它的身世的确旷古未有。它有三个母亲, 却没有一个父亲。它的胚胎发育和诞生的过程, 全部受到罗林研究所威尔莫特小组的操纵。他们先用药物促使母羊A排卵, 然后将这只未受精卵的全部染铯体吸空, 使之成为一个具有活性但无遗传物质的“卵空壳”, 接着他们从母羊B——一只6龄绵羊的乳腺中取出一个普通细胞, 通过电流刺激作用, 使乳腺细胞的细胞核与“卵空壳”结合成一个含有新的遗传物质的卵细胞, 这个卵细胞在试管中发育成胚胎后, 再将其植入母羊C的子宫。1996年7月, 多莉在科学们忐忑等待的心情中降临世间。令人振奋的是, 迄今这个憨态可掬的“娇小姐”一切正常。三只母羊对它都有生养之恩, 但只有母羊B, 那只为它提供了细胞核的6龄绵羊, 才是她的真正“生母”。多莉继承了它的全部DNA遗传基因, 换句话说, 多莉是母羊B百分之百的复制品。
多莉的诞生, 为生物工程技术在本世纪行将结束的时候, 打上了一个华丽的休止符, 也为21世纪众目瞩望、一致看好的这项技术起了个嘹亮的高音。克隆技术一旦成熟, 就意味着哺乳动物的任何一个体细胞,都可以是克隆的供体材料。据测算, 一个成年人体大约有400亿万个细胞。以此为参照, 试想想, 一小块皮肉, 就包蕴多少细胞吧。这简直取之不尽, 用之不竭。而克隆的最大优势在于能百分之百复制亲本的所有性状。因此克隆技术为解决目前在基础医学、医药和畜牧业生产等领域棘手的难题,为保护地球生物的多样性, 开辟了一条独特的路径。
很多吞噬人类健康的顽疾之所以久攻不克, 是因为它只露出一幅狰狞的面目, 而隐匿了神秘的身世。科学家们设想, 把体细胞中可能与疾病有关“嫌疑”基因, 导入实验动物基因中, 然后克隆出一批转基因的实验动物。由于人与动物的疾病发生机理有很多相似之处, 如果导入的嫌疑基因在动物身上发病, 就证明那一基因是肇事元凶, 反之就嫌疑排除。这样人类就可以找到一把斩断病魔恶爪的利剑。
若从血液中提取的蛋白药物, 成本高, 价格昂贵, 而且有些血液制品中可能隐匿有令人闻之铯变爱滋病、乙肝等病毒, 这使人们在使用这些药物时疑虑重重, 甚至草木皆兵。如果大量克隆具有特殊药用价值的基因动物, 就可以利用这种动物的血液和乳汁, 生产具有特殊效用的蛋白药物。“借花献佛”, 既提高效率, 又可高枕无忧。
若要培养一个优良畜种, 需要数代杂交选种, 而且变异和退化时常威胁品质的稳定, 致使研究人员数年辛劳前功尽弃, 付诸东流。利用体细胞克隆技术, 这一世纪难题就迎刃而解。比如用一头高产奶牛作供体, 就可以克隆出十头、百头、千头、万头……同样高产的奶牛。当然, 这得保证饲养条件与供体大致相同。“又要马儿好, 又要马儿不吃草”，在那儿都是行不通的。
还有每年，都有些物种成为我们这个星球永远的过客。大熊猫、金丝猴……濒危物种低沉的呜咽和孤单的身影,时时牵动了世界的神经。克隆技术无疑为珍稀动物儿孙绕膝, 子繁嗣盛带来了福音, 也为人类保护地球的生物多样性提供了技术的可能。
克隆技术的诱人前景现今还只显露出峥嵘的一角。目前同种动物的体细胞克隆的重复性实验还有待完善, 应用也非一朝一夕。今后不同种动物的克隆将是更大胆、更重要的一个研究方向。比如把羊的体细胞核与牛的卵细胞杂合, 再把这个重构胚胎植入马的子宫孕育。但这些都有大量悬而未决的理论和技术问题等待科学家们去探索。
但同时我们可以看到：象许多科学技术一样, 克隆技术也是一把双刃剑。因为从理论上看, 既然哺乳类的绵羊可以克隆, 克隆人也不会大的障碍。人们想象, 现在克隆羊已经姗姗走来, 克隆人离我们还会远么?
克隆人的出现可能将对人类社会的政治、宗教、法律、伦理道德提出挑战, 将给现在人类社会的生活方式、家庭结构、婚恋方式带来不可预料的冲击, 因此世界各国都宣布克隆人为不受欢迎的人, 并为克隆人研究设置了一个个不得逾越的雷区。
美国总统克林顿宣布, 联邦政府禁止用政府经费克隆人, 并下令组成一个专门小组, 审查克隆技术的突破给伦理带来的影响。
梵蒂冈的《罗马观察家》呼吁:“人类有权以人类的方式出生, 而不是在实验室。任何一种反人类的方式都是令人难以接受的。”
中国卫生部长陈敏章宣布，中国对克隆人研究不赞成、不参与、不资助、也不接受外来科学家从事这方面研究。
法国卫生国务秘书表示:“克隆人不可取”, 法国农业研究所声明:“坚决反对任何克隆人体的技术。”
值得我们欣慰和骄傲的是, 面对克隆, 人类表现得比以往任何时候都富有成熟理性和远见。如果克隆技术真是上帝放在人类面前的又一只潘多拉魔盒, 那么人类将满怀自信地伸出两手,一只手叫智慧或灵性, 它让克隆技术为我所用, 造福世界, 另一只手叫理性, 它将控制和防止克隆技术走向反面。
4、基因治疗：
随着人类遗传学的发展，研究人员认识到，人类最基本的遗传单位是染铯体上的基因，基因是“制造”和“操纵”人类机体的蓝图，它指挥着细胞合成人类生命的基础——蛋白质。但是，当基因发生变化时，其编码的蛋白质不能履行自己正常的功能，这种情况下可能会出现疾病。近10多年来，作为纠正存在缺陷的基因的一种技术，基因疗法在许多国家特别是西方发达国家中成为研究和试验的热点。
经过多年的研究，研究人员寻找到了多种纠正缺陷基因的方法，其中最普遍的方法是将正常的基因插入基因组非特定的位置以取代有缺陷（也称为失效或致病）的基因。在这种方法中，研究人员通常会利用被称作传病媒介的载体将正常或治疗基因递送到病人的目标细胞中。目前，最常见的传病媒介是已被人为改变携带了人体正常DNA的病毒。病毒在漫长的进化过程中，形成了一套独特的方式将自己的基因递送到人体细胞中，致使人体发病。研究人员试图除去病毒基因组中导致人体患病的基因，并加入治疗基因，然后利用病毒递送基因的特殊能力医治人类疾病。
当病毒性传病媒介在抵达目标细胞（如肝或肺细胞）后，它便将携带的治疗人类基因的遗传物质“卸下”留在目标细胞中。在治疗基因给出的遗传指令下，细胞开始产生具有相应功能的蛋白质，从而恢复目标细胞的正常功能。通常，用于基因疗法传病媒介的病毒类型包括：逆转录病毒、腺病毒、腺相关病毒（AAV）和疱疹单式病毒。不同的病毒在人体中攻击的目标各不相同，因此它们在作为传病媒介时，携带的治疗基因和目标细胞也不尽相同。
当然，除利用传病媒介递送治疗基因治疗疾病的方法外，还有其他几种非病毒递送基因的方法供研究人员选择。其中最简单的方法是直接向目标细胞“注入”治疗性DNA，然而这种方法应用范围十分有限，原因是它只适用于少数人体组织，却需要大量的DNA。现在，研究人员在实验将一条人造染铯体或者称第47条染铯体注入目标细胞中，这条人造染铯体将与人体细胞中的23对（46条）染铯体并存，不影响它们的工作或引起它们发生突变，同时也不会受人体免疫系统攻击。研究人员希望能将人造染铯体作为一个大的传病媒介，携带大量的遗传密码。这种方法目前存在的问题是，将如此之大的分子递送到目标细胞的核内十分困难。
尽管基因疗法从理论上讲具有很强的可行性，但在实践中却遇到了不少的困难。美国首例基因疗法临床试验开始于1990年，至今没有取得明显的效果。1999年，18岁的杰斯•格尔辛格接受试验性基因疗法治疗鸟氨酸转羧酶缺乏症时，在治疗的第4天由于多器官停止工作而去世。据认为，用作传病媒介的腺病毒引起人体免疫系统强烈反应是导致杰斯死亡的原因。
基因疗法研究遭受的最为严重的打击是今年1月份法国又一例以失败而告终的基因疗法试验。一名患X染铯体相关严重综合免疫缺乏疾病（X－SCID，俗称“泡泡婴儿综合症”）的男孩在接受基因疗法试验后，出现了同白血病类似的疾病。而在2002年8月，就曾有一名患同样疾病的男孩在接受试验性基因疗法后出现了相同的情况。在第二例试验失败后，为慎重起见，美国食品和药物管理局（FDA）立即采取措施，暂时中断了在美国所有利用逆转录病毒作为传病媒介在血液干细胞内进行基因治疗的试验。
2003年2月底，美国食品和药物管理局下属的BRMAC委员会召开会议，讨论是否能在有相应安全保障的前提下，允许对威胁人类生命的疾病进行一些逆转录病毒基因疗法试验，但是食品和药物管理局尚没有对此给予答复。目前，美国基因疗法仍然处于试验阶段，食品和药物管理局没有批准任何人类基因疗法的产品上市。
研究人员发现，有不少因素影响了基因疗法治疗遗传疾病的效果，其中包括基因疗法自然生命短、人体免疫系统反应强烈、病毒传病媒介存在的问题和多基因疾病。具体来说，治疗性DNA不易“融入”基因组以及许多细胞的快速分裂这两方面的问题，导致基因疗法无法取得长久的治疗效果，病人不得不多次接受治疗；人体免疫系统对“入侵者”的强烈反应影响了基因疗法的有效性，同时免疫系统产生的免疫反应导致病人重复接受基因疗法的难度加大；病毒传病媒介会给病人带来潜在的危害，如毒性、免疫及炎症反应。此外，人们担心传病媒介在进入人体后也许会重新恢复致病的活力；对单基因变异引起的疾病来说，基因疗法是最有效的方法。但是实际上，人体许多疾病是由多基因变异引起的，因此单基因疗法难以奏效。
虽然基因疗法离临床应用还有相当长的距离，但是基因疗法的研究最近在某些方面仍取得了令人倍受鼓舞的进展。今年3月20日《新科学家》杂志报道，美国加州大学的研究小组成功地利用“涂”有PEG（聚乙烯乙二醇）高分子层的微脂粒（或脂质体），将治疗基因递送到人体大脑中。这是一项重大的突破和成就，因为过去的研究表明，病毒传病媒介“身体”过大，无法跨过“血－脑屏障”。新的研究成果将有望治疗帕金森病。又如，《新科学家》在3月13日还报道，有研究人员表示，由于细胞能利用双链核糖核酸短片（siRNA）致使特殊序列的RNA出现退化或降级，如果设计一个siRNA同有缺陷基因的RNA副本相匹配，那么有缺陷的基因将不能产生异常的蛋白质。日前，伦敦哈默史密斯医院的科学家在英国《自然医学》杂志的网络版上报告说，他们使用注射核糖核酸（RNA）的方法治疗患有杜氏肌营养不良症的实验鼠，获得初步成功，效果可持续3个月之久。
也许有一天，研究人员坚定的信念和不懈的努力能够将基因疗法用于人类疾病的预防和治疗，让那些携带缺陷基因生活在随时出现病症阴影下的人们从痛苦中彻底解放出来。
5、转基因生物
（1）转基因作物
在美国首都华盛顿新会议中心召开的“生物技术工业组织”年会上，生物技术工业组织主席菲尔德鲍姆宣称：“截至2002年年底，全世界已有16个国家种植了8.7亿亩生物技术作物。美国、阿根廷、加拿大和中国是种植转基因作物最多的4个国家。仅在美国就有55种生物技术作物获准商业化，目前最多的转基因作物是大豆（3个品种）、棉花（6个品种）、玉米（13个品种）和油菜籽（11个品种）。”
来自美国47个州及全世界50多个国家的1.5万名企业家和科学家参加了这届为期3天的年会。讨论的题目十分广泛，从生物科学及其管理到生物伦理学和国土安全。分会场的内容包括生物防御、全球生物技术买卖、药物发现和开发、资金筹集以及知识产权保护等。
参加本届年会的人数大大超过往年，这是因为美国最近生物技术股价直线上升，今年纳斯达克生物技术股指上升了近50％。生物技术研究也取得了很大的进展，美国食品与药物管理局还批准几种新药上市。菲尔德鲍姆说：“人们已知生物技术和信息技术正发生重大结合，但现在，已出现生物技术与其他技术，特别是同纳米技术相结合的趋势，产生了新的、高度计算机化的‘干实验室’。”
所谓“干实验室”就是指在实验室中，不采用诸如溶剂、溶液等化学物质，而大量使用计算机和其它电子技术进行试验。这是生物实验室的一个重大变化，使人们能在实验室中比过去多进行几千次试验。从会议的小组讨论中记者看到，工业上使用生物技术已十分普遍，用生物技术可以制造塑料、燃料、纸张和洗涤剂，从而对环境产生较小的影响。
在2003年6月22日中午举行的生物技术和发展中国家会议上，组织者特地为记者提供了“生物技术午餐”。从主菜到点心和水果，每种食品都是经过生物技术改造后的产品。第一道开胃菜就是生物技术改造的西红柿和木瓜，记者品尝了这种黄铯的西红柿后，感到除了有点酸以外，与普通西红柿没什么两样。转基因木瓜能抗一种木瓜病，该病曾使美夏威夷州木瓜业损失了1700万美元。主食是米饭烤虾，外加洋李和花生米。转基因稻米富含铁元素和维生素A，经过生物技术改造的洋李可防洋李皮疹病毒，而虾和花生米食用后不会患虾过敏和花生过敏症，因为科学家已利用生物技术将过敏源彻底消除了。
（2）杨树和白桦开始变脸 俄研制出转基因树木
俄罗斯科学院西伯利亚植物生理学和生物化学研究所利用基因工程的方法成功地研制出转基因杨树。而沃罗涅日森林遗传和育种科研所则克隆出优质的卡累利白桦树。研究人员通过试验发现，转基因树和克隆树在保障木材质量的情况下，还具有生长速度快、抗虫害等优点。
20世纪基因工程在医药、食品和农业生产中已得到广泛运用，但利用基因工程改善树木和森林质量的研究起步较晚。最近几年来，科学家开始关注转基因树和克隆树的研究。
俄西伯利亚植物生理学和生物化学研究所的科研人员发现，玉米基因ugt能控制植物生长素酶的合成，若能提高树木中植物生长素的含量，树木的生长速度将加快。科研人员将ugt基因植入山杨、白杨和雪松中，获得了转基因的山杨、白杨和雪松。经多年试验证明，含ugt玉米基因的山杨、白杨和雪松的生长速度已大大增加。
沃罗涅日森林遗传和育种科研所的科研人员选择了最有价值的卡累利白桦树进行克隆研究。他们从最漂亮的花纹木质白桦树的茎中提取细胞和愈伤组织，再从愈伤组织中培育白桦树，成功地获得了克隆白桦树。试验证明，克隆白桦树的生长速度更快：3年到4年树干内就出现花纹木质的标志———节或者棱，5年到8年树干内全部变成漂亮的花纹。而用传统的方法种植的卡累利白桦树，出现花纹木质标志通常需要10年到12年。
对此，也有一些俄科学家认为，和其他转基因产品一样，目前还缺乏对转基因树木结构和性能的完整认识。快速生长的树木能使土壤提前衰竭，转基因树木的花粉可能引起森林种群自然结构的改变，从而破坏森林生态系统。因此，对转基因树木的研究还需要长期观察。
（3）美培育的烟草“长出”狂犬病病毒抗体
美国科学家首次培育出一种转基因烟草作物，它能含有针对狂犬病病毒的抗体。新成果表明，转基因作物有望成为狂犬病病毒抗体的廉价“生产车间”。
托马斯·杰斐逊大学的研究人员说，他们在新型转基因烟草作物中插入了编码人类狂犬病病毒抗体的基因，目前，900英亩的转基因烟草至少能收获1000克狂犬病病毒抗体，大约可生产10万份医疗制剂。研究人员称，经改进后，作物“生产车间”的生产率还能进一步提高。细胞培养实验显示，用转基因烟草获取的抗体能抑制狂犬病病毒，功效与人体天然产生的狂犬病病毒抗体差不多，甚至更强。活体动物实验还表明，转基因烟草产出的抗体能保护仓鼠免受狂犬病病毒感染。
全球每年平均有5万多人死于狂犬病，狂犬病药物和疫苗的市场空间相当大。传统上主要从人和马身上提取狂犬病病毒抗体，但前者成本过高，而从马体内获取的抗体会使人产生严重过敏等副作用。目前，世界范围内狂犬病病毒抗体非常短缺。新型转基因烟草作物研究负责人、托马斯·杰斐逊大学科普罗夫斯基博士认为，与其他方法相比，从转基因作物中获取狂犬病病毒抗体，好处在于更安全、生产成本更低。
（4）反响：
20世纪70年代初，当科学家第一次利用重组基因技术把大肠杆菌的大噬菌体病毒和猿猴的SV40病毒构建成重组基因分子时，人们产生了一种恐惧，用这种方法会不会制造出人类无法控制的超级生物，给人类和自然造成毁灭性的破坏?于是科学家开始关注现代生物技术的安全性问题，即生物安全。
专家们认为，现代生物技术存在着广泛性、潜在性、长期性的危险，可能会出现影响环境中非目标性生物生态结构，改变物种的竞争关系，出现转基因植物杂草化和部分产品的毒性、致病性和过敏性等一系列问题。
如何看待这些潜在的危险呢?中国农业大学教授王国英认为，生物技术的潜在危险应当引起重视，采取预防手段是必要的，但不要夸大生物技术的危害。一些可预见到的潜在[email protected]��象得那么可怕。例如，转基因植物的杂草化问题，现有的大多数栽培作物经人工驯化后，在自然条件下已失去适应性和自然竞争力，其退化为杂草的可能性是微乎其微的。
涉及生物安全检查的另一方面就是基因漂移。转基因作物会不会发生基因漂移，改变非目标生物的生态结构和物种的竞争关系?王国英解释说，基因漂移只能在亲缘关系较近的种属之间进行，
现代生物技术在解决21世纪人类社会面临的重大方面所发挥的重要作用
加入WTO在我国经济生活中是件大事，它既带给我们巨大的发展机遇，也使我们遭遇到巨大的挑战。外贸形势说明：一场旷日持久的、空前惨烈的经济战已经打响。与生物技术密切相关的农业、医药等产业的状况也不容乐观。在这种激烈竞争形势下，中国企业必需学会积极发现并认真构筑自己赖以生存和发展的优势，在这当中打造企业自身的技术优势就具有特别重要的意义。
令人欣慰的是，在新世纪向我们走来的时候，生物技术掀起了它的第三个浪潮。1999年在“Current Opinion in Microbiology”杂志的一篇文章中写到：继医药和农业之后，广泛认为工业生物催化将是生物技术的第三个浪潮。还有，1999年底在美国加利福尼亚召开了一个学术讨论会后出版了一本题为“新生物催化剂：21世纪化学工业的基本工具”的专门性书籍。这些迹象表明：以生物催化为核心内容的工业生物技术在支撑新世纪社会进步与经济发展的技术体系中的地位已经被提到空前的战略高度。笔者认为：正在向我们走来的“生物技术的第三个浪潮”对我国21世纪的经济发展将是个不可多得的机遇。本文将讨论这次技术革命的社会需求、技术内涵、具体实例以及这个新浪潮对产业结构所可能带来的影响。
人类几千年的文明史证明，一次技术革命的出现必然与以下两个因素有密切相关：首先要有对新技术革命的强烈的社会需求；其次是必需拥有充满活力的创新技术。
1 社会需求
恩格斯说过：“社会一旦有技术上的需要，则这种需要就会比10所大学更能把科学推向前进”。当今人类社会面临人口、环境、资源、疾病等多种危机。人类急需从这些危机中摆脱出来，进入一个理想的可持续发展的轨道。在这个过程中，包括生物技术在内的高技术的发展和应用将可能发挥重要作用。
1．1 环境压力
人类的生存环境正在迅速恶化，环境污染已经成为制约人类社会发展的重要因素。
在水环境方面，根据近年我国政府的环境公报的统计数据，我国年废水排放量达416亿吨，其中工业废水排放量和生活污水排放量各半。中国主要河流有机污染普遍，面源污染日益突出，主要湖泊富营养化严重。我国近岸海域海水污染严重，近海环境状况总体较差，海洋环境污染恶化的趋势仍未得到有效控制。作为海洋污染的综合指标之一的赤潮，仅1999年，中国海域共记录到15起。
在大气环境方面，全国废气中二氧化硫排放总量1857万吨、烟尘排放总量1159万吨、工业粉尘排放量1175万吨。中国的大气环境污染仍然以煤烟型为主，主要污染物为总悬浮颗粒物和二氧化硫。少数特大城市属煤烟与汽车尾气污染并重类型。酸雨污染范围大体未变，污染程度居高不下。
在陆地环境方面，全国工业固体废物产生量为7．8亿吨，工业固体废物累计贮存量64亿吨。工业固体废物的堆存占用大量土地，并对空气、地表水和地下水产生二次污染。削减工业固体废物产生量是我国污染物排放总量控制的重要内容之一。有些地区已经形成垃圾围城、蓝天绿水不再的可怕局面。
以上情况说明：我国环境污染的规模已经达到十分严重地步。寻求已污染环境的治理措施，发展防止新的污染发生的技术已经成为社会可持续发展的当务之急。
微生物是自然界基本的循环器，微生物及其酶系可以有效分解纤维素、木质素、脂肪、烷烃、芳香烃、某些人工多聚物等等，因此微生物可以在造纸、石油化工、纺织印染、食品加工、炸药、冶金、杀虫剂、除草剂、洗涤剂、电镀、生活污水等污染环境的治理中发挥巨大作用。例如最成熟的活性污泥废水处理技术就是依靠微生物的作用。毋庸置疑，生物技术是解决环境污染的一种基本工具，它能提供保护环境、恢复环境所必须的许多手段。
近30年来现代生物技术的多数内容已经渗透到环境工程领域中。有应用前景的领域包括废物的高效生物处理技术、污染事故的现场补救、污染场地的现场修复技术、可降解材料的生物合成技术等许多方面。具体环境生物技术内容包括构建高效降解杀虫剂、除草剂、多环芳烃类化合物等污染物的高效基因工程菌和具有抗污染特性的转基因植物，无废物、无污染的“绿铯”生产工艺，高效污水处理生物反应器，废物资源化，PCR技术及其他环境监测技术等。以上内容涉及重组DNA技术、固定化技术、高效反应器技术等单元技术及其技术组合的应用。
环境污染治理产业已经形成了一个巨大的市场，1990年为1900亿美元；2000年为3100亿美元，世界市场平均增长率达5％。但是其中环境生物技术(主要指微生物菌剂和部分环境监控工程)所占市场分额还十分有限。
1．2 资源压力
当今人类社会面临的第二个问题是资源压力。我们应该十分清醒地意识到“一次性能源的末日已经不远”已成为一个无须更多争论的前景。石油剩余储量1400亿吨，而年开采量为32亿吨，计算下来43年告罄!
在交通运输能源结构中石油大约占97％，随着石油资源不可避免的枯竭，在过去20年中，无论政府或工业部门都在十分积极地开发交通运输的代替燃料。一个正在成长、但尚存争论的替代燃料是发酵法生产的乙醇。任何农业国家都可以用现行技术生产燃料乙醇，其中美国发酵生产燃料乙醇的原料是玉米葡萄糖，而巴西则是蔗糖。汽车制造商目前生产的汽车都可以用混合有10％或85％燃料酒精(E85)的燃料。巴西用甘蔗年生产120亿升乙醇，以22％比例与汽油混合，或者可用近100％的乙醇。美国用玉米年生产50亿升乙醇，上百个加油站能提供E85号燃油。
目前的问题是需要政府的财政补贴才能维持燃料乙醇的正常生产。令人高兴的是从非食品植物发酵生产燃料乙醇的研究取得可喜进展。通过预处理、酶的应用和发酵工艺的改进，把各种农业下脚料，诸如玉米、稻、麦秸秆、甘蔗废料、废纸等统称为“biomass”的一些物质转化为燃料乙醇。这样一来，有希望进一步降低燃料乙醇的生产成本。历史上酒精的价格曾经从每升1．22降到0．31美元。如果酶法加工和生物量利用技术得以进一步改进，预期到2015年，价格还会降到0．12—0．13美元。乐观地估计，到时候即使没有政府的价格补贴政策，乙醇也可以取代汽油。
现代化工中差不多全部人工高分子聚合物的出发原料都来自石油或煤炭。全球庞大的化学工业对一次性矿业资源的过分依赖，使人类社会所面临的资源短缺形势更加雪上加霜。2002年6月在加拿大多伦多刚刚闭幕的Bi02002国际大会上有一个专题讨论会，来自不同国家的科学家认为：一个全球性的产业革命正在朝着以碳水化合物为基础的经济发展。科学家们已经预测：当今高分子化工的碳氢化合物时代将逐步让位于碳水化合物时代。目前正在开发的多聚乳酸、多聚赖氨酸、多聚羟基丁酸、燃料乙醇以及各种功能寡糖等可视为这个碳水化合物时代来临的前奏。
2 技术平台
上个世纪70年代以来，在生物技术基础性研究工作的带动下已经建立了基因工程、蛋白质工程、代谢工程、组合生物合成、生物催化工程及其他一系列工程体系和技术平台。这是第三个浪潮又一个必要条件。以下本文以发现新酶为例，简述这类技术平台的科学内涵。
对于工业目的，生物催化剂的吸引力不外乎高效率的催化作用及对底物结构严格的选择性。
当然，另一方面，生物催化剂用于工业目的也面临着一些挑战。首先，酶虽然有其令人满意的周转数(turnover numbers)，即单位活性位点在单位时间内可以催化产生较大数量的产物。可是大多数酶的分子量很大，却只有一个唯一的活性位点。这样一来，单位质量的催化剂的催化效率有时候就显得很低。其次，酶一般是不大稳定的，在大多数工业系统中则很难采用这种脆弱的催化剂。最后，现有技术水平尚难保证以工业规模生产出各种物美价廉的生物催化剂。以上三条可概括为酶的可用性、稳定性和可生产性。在考虑把生物催化剂用作工业酶之前，以上三个难点必须加以克服。因此人们急需发现或创造新一代生物催化剂。近年，由于在新技术方面取得了许多新突破，又重新燃起了人们对酶在工业上应用的巨大兴趣。
发现或创造新一代生物催化剂的技术平台包括天然生物多样性的筛选、基因组测序、定向进化、噬菌体展示、理性设计、化学修饰、催化性抗体和核酶等。这里仅就与发现和创造新工业酶密切相关的前四项内容作些介绍和讨论。
2．1 生物多样性
自然界蕴藏着巨大的微生物资源，但是人类至今对极端环境微生物(extremophiles)和未培养微生物(unculturable microorganisms)两个资源宝库涉足不深，所以研究开发潜力极大。
可以预期，人们能从嗜酸、嗜碱、嗜冷、嗜热、嗜盐、嗜压等等极端微生物中获得许多有价值的酶、蛋白质以及其他活性物质。在过去几年中，随着重组酶生产技术的开发，使人们有可能从更广泛的来源获取更廉价的酶。近年在这方面取得的进展在一定程度上得益于极端微生物培养技术的进步，更得益于把极端微生物的基因转移到常用受体微生物宿主能力的提高。如此一来，人们有理由相信：在温和、便宜的生长条件下就可以生产出对极端环境具有耐受性能的生物催化剂来。
另外据知，能够在实验室培养的微生物的种类仅占自然界中微生物总数的不到1％!也就是说，还有99％的不可培养的微生物等待着我们用非常规手段加以研究。作为微生物资源研究和开发领域里的一个重大探索，可以采用最新的分子生物学方法，绕过菌种分离纯化这一步骤，直接在自然界中寻找有开发价值的微生物基因。把来源于未经培养的微生物的DNA克隆到业经培养驯化的宿主生物体中，然后用高通量筛选技术从重组的克隆里筛选为新酶编码的基因。
微生物世界展示给人类如此巨大的机会使我们兴奋不已，一些有识之士指出：未知的微生物世界或许是地球上最大的未开发的自然资源，能充分利用这个微生物资源宝库的国家必将取得发展的先机。
2．2 基因组测序
随着DNA测序能力的提高，对序列的分析能力也得到加强，于是可以发现许多新的基因。通过同已知基因序列进行比较来推断新基因表达产物的基本酶活性。当然目前的技术水平还不足以推断出这些酶性质的许多细节。因此必须表达这些新发现的基因，以确定它们在一个特定的过程中是否确实有用。假定，从一种生物体来源的所有的酶在它的正常生长温度下都有功能，那么来自超级嗜热微生物的DNA序列就能成为寻找在沸点附近仍然有功能的酶的合理起点；同样可以认为，嗜冷微生物的基因则可能成为在零度仍然具有功能的酶的可能来源。
因特网最新资料表明：大约60种微生物的基因组序列已经完成，另外还有近200种微生物基因组预期很快就可以完成。测序工作的努力已经揭示了数万个新基因，主要的是编码酶的一些基因，其中大约三分之一可以被归到“有功能”的家族里，这是一个十分丰富、而且每天都在增加的新工业