面向二十一世纪的生物工程(上)----广西大学校长、博士唐纪良
2003-7-2 18:11:14 来源： 作者： 字体大小：大 中 小 阅读：333 次
生物工程已经成为整个世界高新技术革命一个非常重要的组成部分。根据统计，到1995年全世界已经有年销售额超过10亿美元的高科技生物制品数10个，预计到本世纪末，生物技术产业的年销售额将会突破1000亿美元。有科学家预测，到2020年将会有40项重大科技问题会被攻破，其中，有24项是生物技术或与生物技术有关，占60%。因此，说21世纪将是生物技术世纪是不夸张的。21世纪的生物工程的基本特征：一是科技一体化；二是攻关集约化；三是成果产业化；四是生态环保化；五是竞争国际化。
一、生物工程在世界的发展
生物工程最根本的目的是在于最大限度地提高土地生产率、资源的利用率、劳动生产率和产品的商品率，实现科技、经济和生态率的统一。现在全世界主要的经济强国都把生物技术确定为21世纪经济和科技发展的关键技术。美国在生物技术研究与开发方面这几十年来一直是取得领先地位。从1992年起，美国接连发表了题为《二十一世纪的生物技术实现诺言》、《二十一生物技术新的方向》等一系列发展战略报告白皮书，指出生物技术在经历了第一次浪潮以后（第一次浪潮就是指医药的技术革命），在继续重视和推动第一次浪潮向纵深发展的技术上迎来了第二次浪潮。包括农业生物技术、环境生物技术、海洋生物技术以及生物制品、生物处理工艺和能源的研究，为此，美国政府提出了除继续重视医药生物技术以外，将在以上领域加大研究与开发力度，并且在税收、经费预算、专利保护等方面制定了一系列的优惠政策，以促进生物技术的全方面研究和发展。欧洲和日本等国也纷纷制定了21世纪生物技术发展战略。专门成立了生物技术委员会，把生物技术作为未来科技发展的重点领域。这就是发达国家对生物技术采取的一些措施。
第三世界国家也不甘示弱，象韩国，早在十多年前就制定了生物技术发展规划，并把生物技术列为未来型高技术产业和出口型产业，计划到本世纪末生物技术产业的产值将占国民生产总值10%；印度甚至还成立了生物技术部来全面协调全国生物技术方面的研究、开发与产业化。我国对生物技术也十分重视，特别是对生物技术的研究开发产业化非常重视，制定了我国高技术研究发展计划即称为“863计划”，这个计划从世界高科技发展趋势及我国的需要与实际出发， 确定了生物技术、航天技术、信息技术、激光技术、自动化技术和新能源技术、新材料技术这七个领域作为我们主攻方向。
1986年11月18日，我国国务院正式发出的《关于高技术研究发展计划纲要的通知》，向全世界宣布了我国面向21世纪的战略性高科技发展计划，但里面还有很多项目是保密的。即“863计划”共七个领域，十五个研究主题，这十五个研究主题里面生物技术占了3个主题，从这里也可以看出，我国对生物技术的重视。
二、农业生物技术
㈠面向21世纪农业生物技术可以干些什么？
我们经常说，民以食为天，人类的知识也是起源于生物学，过去我们老祖宗一开始也打猎，吃的东西慢慢地依靠现代的农业来提供，可以说现在我们吃的东西不管是直接的还是单位的都是来源于农业，但随着世界人口持续快速的增长，现在人口与食物的竞争、竞赛越来越激烈，人们开始意识到我们地球的人口太多了，而且增长的速度也太快了，严重地威胁着我们人类自身的生存和进步，根据统计，在1830年时全世界总人口才10亿人，100年以后，人口翻了一番，达到20亿，到1970年时人口增长到33.5亿，基数大了以后，增长的绝对数就更加大，现在专家们预测到 2000年时全世界的人口将会超过60亿，到2040年时世界的人口将会超过134亿，到2075年时将会达到265亿，在目前这样一个增长速度的情况下，我们的人口增长速率将会是这样的一个趋势，然而地球只有一个，地球上土地的自然增长率几乎等于零，现在大家知道有个温室效应，每年海水在以几个厘米的高度上升，会淹没掉很多土地，这样下去，100年以后全世界的人均将只会占有几分地，那么我们赖以生存，赖以给我们提供食品的土地将会越来越少，我国是世界第一大人口国家，预计到2000年时我国人口总数将会达到13亿，到2010年可能会超过14亿，2050 年时将达到顶峰15-16亿，这个增长速度是在我国实行计划生育基本国策之后控制人口得力的情况下得到的，否则远远不是这个数了，而我们人均耕地面积已经从1980年的1.5亩减少到1995年的1.2亩，到2010年将进一步减少到1 亩左右， 今后我国每年的食物总供给与总需求的缺口大致如下：粮食每年会缺2200万至2500万吨，植物油将缺1800万至2400万吨，食糖将会缺170万至200万吨，肉类将缺200万至250万吨，禽蛋类将缺80万至100万吨，水产品将缺50万至100万吨，为了保证我们人民基本生活水平能逐渐越来越好，能够满足我们全国对粮食的需求，从现在开始到2015年我国粮食总产量每5年必须要增加1000亿斤，所以前段时间炒得火热，美国有个叫布郎的人写了一本书《谁来养活中国人》，就是根据我们人口与粮食的问题而提出这样一个问题，这当然有他的其他用心，但从另外一个侧面说明我们确实是一个人口大国，耕地面积少，粮食始终是我们的重要问题， 现在我们面临着这样一个人口爆炸的挑战，怎么办？我们一方面必须加强计划生育，控制人口的高速增长，我记得我在英国时候我导师的小孩在上小学8年级，他的课本里有中国人口发展的曲线图，在家中跟他聊天他非常理解中国的计划生育，不象美国借这个来攻击我们， 他觉得中国人口问题不单是中国的事情，也会影响到世界，我说中国计划生育不单为中国做好事，而且为全世界做好事，如果中国人口有3亿人没饭吃，到你欧洲来，欧洲也受不了，所以我们还是要坚持计划生育这个基本国策；另一方面，我们也要主动地发展科学技术，提高粮食的产量，提高土地的生产率，那么我们生物技术能做怎么样的贡献？能做多大的贡献？我想这点是我们非常关心的。
1.高产、优质、抗病虫、抗逆的农作物育种，生物技术将有助于培育高产优质、抗病虫、抗逆的农作物新品种，现在我想把我们国家在目前国际上研究的现状以及发展趋势作一个简单的介绍。
⑴杂种优势利用。我们对杂交稻是比较熟悉的，我们现在种的三系稻比原来我们种的常规稻产量是提高了很多，从“八五”开始通过“863”的攻关，现在已经育成了两系杂交稻，比三系少了一系，两系杂交稻的好处在于它可以比三系更容易利用杂种优势，可以比三系杂交稻在产量上能提高10％－15％左右，我们知道，人类非常忌讳近亲结婚，会有许多问题，那么在植物方面，远源杂交越远它的优质就越明显，植物也象动物一样，隔得太远花粉传不过去受不了精形成不了种子，这就得解决里面关键的问题，我们的杂交稻就是从这个角度去利用杂种优势，现在两系杂交稻我们广西也在研究，自治区农科院一直承担“863”课题，从今年整个“863”两系试种、中试和推广示范情况看，已经有了十几个组合，表现非常好，不管是产量和米质都非常好，达到国家二级优质米以上，前不久还在海南开了现场会，已经进入了中试、试验推广和开发阶段，97年共推广种了428万亩，今年预计早晚稻加起来达660万亩，到2000年预计推广到5000万亩，那么大家可以算一算，平均每亩增10-15％，那么我们推广5000万亩可增产多少。目前，在两系的基础上，正在向超高产方向进行攻关，水稻的超高产这个概念，首先是日本人提出来的，日本人早在1980 年时就已经提出了培育超高产水稻的计划，他们到现在为止一直没有解决，超高产是个什么概念呢？现代育种专家一直地认为，在水稻的整个生育期，因为水稻不同品种(早稻、中稻、晚稻)，生育期也不一样，按生育期来算，有130天、140天、150天，每一天一公顷的水稻能产稻为100公斤，那么这个品种可叫做超高产水稻品种。菲律宾有个国际水稻所，在1989年也提出了要培育超高产水稻的计划，而且他们预计在2005年的时候能攻克这个难关，曾经一家报社误报菲律宾已经研究出超高产水稻，其实不准，我国是在96年提出的培育超高产水稻计划，今年江苏农科院种了三亩多两系亚种尖杂交的组合，产量每亩达1700斤，这个组合非常接近超高产的水平，袁隆平先生估计到2000年能够实现超高产水稻目标，也就是我们有可能在全世界领先突破培育超高产水稻难关，这是杂种优势的利用，这里仅举水稻的例子，实际上美国在玉米方面的利用是非常厉害的，他们早就突破了这个难关了。
⑵转基因高产农作物。我们可以利用转基因来培育高产农作物，作物的产量除了平时我们所熟悉的与水肥、光温、管理有关外，实际上最本质的还是自身的一些特点，用遗传学的话来说是它的基因，就是决定它现状的一些基本因子，是一种遗传物质，可以传给后代的，是由它的一些基因来控制的，那么，现在科学家们正在寻找这些基因，寻找与产量有关的基因，比如说农作物种子颗粒的大小，也是由一些基因来编码的，这些颗粒的充实度、饱满度也是由这些基因来控制的，以及水稻的穗的大小也是由基因来控制的，现在从生物技术领域研究正在克隆这些基因，就是去鉴定和把它拿到，一旦把这些有关的基因拿到后就可以把它重组，重组可以使得它表达十分厉害，使之起更大的作用，再把这些基因放回到现在这些品种上去，原来穗子小的现在变大了，米很小一粒的也变得更大一些，通过生物技术将来可以达到这样的一个目标，通过转基因的办法来培育高产的农作物品种。
⑶转基因优质农作物。通过转基因的办法还可以培育优质的农作物品种，我们不单关心产量而且关心它的品质，从现在的两系法的水稻品种已经在米质上有所突破了，达到二级以上的优质米，这些品质实际上也是由许多基因控制，我们可以通过把这些基因鉴定、克隆出来，然后根据需要把这些基因搞到作物里面去，将来培养的农作物我们想要它的蛋白质达到多少就能够达到多少，这也是生物技术可以做的事情。比如说，番茄，过去很容易发软，大面积种植它的收割也非常麻烦，现在可以通过基因工程的办法使番茄不变软，改变它里面的基因，不管种多久都不变软，甚至可做到长多久都不成熟，在卖之前再处理一下它就成熟了，现在这样的番茄在美国已经上市；大豆里面有一种豆腥味，我国种植面积1.2亿亩，但出口老是出问题，就是品质问题，豆腥味就是里面的一种酶引起的，叫脂肪氧化酶，我们现在正找这个基因，包括我国“863计划”里，如果找到这个基因，把这个基因去掉，就没有豆腥味了，另外大豆里还有一个酶，一个因子，叫蛋白酶，也是一些基因合成的，这种酶在大豆里含量高之后（6%），人吃下去后不消化，营养利用不了，现在我们也在找这个基因并把它去掉。目前我国在这方面的研究算是领先的，这两个基因都已找到了，而且正在做前期工作，把它组装，然后把这两个基因同时去掉，培养出的大豆品质就高，在两年左右的时间这个品种就会出来，至少可以出小面积示种示范的品种。象现在我们的棉，北方的棉花特别多，棉子里面有一种毒素，这个毒素人不能利用，动物也不能利用，棉子里面不但含有大量蛋白质，还含有许多油，如果把这种毒素去掉的话，棉子可以炸油，残渣可以作饲料，现在已经可以把毒素去掉，已经有了不含毒素的棉花品种，棉子将来就大有用场。
⑷转基因抗病虫农作物。基因工程在生物技术改良农作物品质方面可以做非常多的事情，还可提高农作物抗病虫能力，现在的农作物现在大概每年由于病虫害的损失占10-20%，严重时可造成颗粒无收，基因工程现在做两方面的事情，一是植物本身有一种抗性基因，很多作物不同品种抗病性是有很大区别的主要是里面的一些基因在起作用，这几年已经从数十种作物里面克隆到了几十个抗性基因，正在向植物里导入这些基因，有了一些转基因植物出来，还有一种抗性类似于人的免疫系统，植物从来没有人说有免疫系统，植物没有这个系统，所以一直认为它没有免疫系统，但这几年的研究发现也有类似于人的免疫系统，现在找到了一些与这个有关的，包括我们广西大学也正研究这个课题（录音带换面），而且不仅对一种病有抗性，对很多种病都有抗性，现在通过这个原理，广西大学已经做了一种工程菌在对付白叶枯这两年的试验中表现出相当的能力，但这个免疫在整个生育期没能保持下去，水稻接种一次后只能一个月左右，将来如果能解决一次接种以后就可以整个生育期保持下去，在抗病虫方面，生物技术也可以做一些事情，而且将来可以做非常多的事情，现在通过转基因的方法把一种毒素基因去掉，这种病毒对昆虫有毒对动物和人没有毒，把它转到棉花里，棉花抗棉蛉虫效果非常明显，而且已经在美国和我国大面积使用，我国是培植抗棉蛉虫转基因棉花的第二个国家，美国是第一个国家，抗玉米主要虫害的转基因玉米品种也已经出来了，按这样的速度发展下去，在21世纪初将有很多作物都可通过基因工程的办法来使得它抗病虫，不用再去施农药。
⑸转基因抗逆农作物。遗传工程生物技术还可在培育抗逆农作物品种上做贡献。我国耕地面积有限，但盐碱、沙漠地方没法种，还有一大片海，如果作物能在这上面生长那效果就十分理想，我们的耕地面积就可大大增大，有没有可能呢？从现在生物技术研究进度看，完全有可能，在沙漠上无非就是解决抗旱的问题，抗旱机制还是由一系列的基因决定的，同样的道理，我们可以从生物技术中提取基因然后把它放到水稻里，至少可以种在旱地，在盐碱地里生长就是要耐盐的程度相当高，那么现在也正在克性这方面的东西，以后我们也完全有可能在海面上种蔬菜，在盐碱地上种水稻，从85年开始我国也正在攻关，已经拿到了接近10个与抗盐、抗旱有关的，现在“863课题”也正在攻关这样的课题。刚才我们讲的这些都是通过基因工程的办法来提高粮食的产量、抗病虫的能力、抗逆的能力，最关键的技术就是要拿到基因。为了解决怎么样拿到基因， 怎么样更容易地拿到基因，美国人想得早，而且财大气粗，也干得早，美国和日本都在搞基因组合计划，现在水稻里那么多基因，要把有用的拿到简直是大海捞针，基因组计划就是把水稻的整个基因都给它搞清楚，然后我们需要哪个就要哪个，现在水稻基因组也正在紧锣密鼓地进行，我们国家也参与了这项研究，有藤国藩（音）院士领头，现在已经鉴定了一大批有用的基因，一旦整个基因组计划完成，那对我们来说怎么样拿和利用这些有用的基因提供他非常大的方便，可以预计在21世纪的上半叶，我们刚才讲的这些设想将成为现实，这是在农作物方面我们21世纪生物技术可以做的事情。
