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生物技术的应用领域十分广泛,随处可见其身影,医药、食品以及农业等行业可以说是生物技术应用最多的领域。
目前,生物技术在医疗中的一个重要应用是生物传感器。生物传感器是通过生物固定技术,将具有识别功能的生物个体,如抗原、抗体、蛋白等固定到一个换能器上,将此设备放入待测环境中,具有识别能力的生物个体和其对应的识别物接触时,会发生化学反应,这时换能器开始工作,能将反应的结果转化为电信号或者是光信号,从而让使用者直观地看到其检测结果,达到检测的目的。生物传感器经常在医疗方面进行体液中各种成分的指标检测,从而对病人的身体状况分析提供一个可靠的数据支撑。
生物传感器的功能分析
感受功能 |
提取出动植物发挥感知作用的生物材料,包括:生物组织、微生物、细胞器、酶、抗体、抗原、核酸、DNA等。 |
观察功能 |
将生物材料感受的持续、有规律的信息转换为人们可以理解的信息。 |
反应功能 |
将信息通过光学、压电、电化学、温度、电磁等方式展示给人们,为人们的决策提供依据。 |
除了医疗方面的应用,生物技术在制药方面也有重大应用,特别是分子生物技术,与传统的化学合成法制药相比,分子生物技术制出的药有更好的疗效以及更小的副作用。通过分子生物技术对蛋白质进行改造,能提高其稳定性,强化医疗效果,并使其对人类身体的伤害减到最小。
常用的分子生物学技术
技术名称 |
技术简介 |
PCR单链构象多态性分析 |
近年来在基因突变检测中运用最广泛的技术之一。主要优点是简易且面感性较高。但是该技术不能确定突变的部位和性质。 |
变性梯度凝胶电泳 |
变性梯度凝胶电泳利用由碱基序列所决定的DNA片段溶解度或变性度的差异,达到分离野生型与突变型DNA片段的目的,该手段分辨率达一个碱基。 |
双链构象多态性分析 |
双链构象多态分析是利用荧光光标记引物,通过PCR扩增出相关的研究片段作为荧光标记参照DNA分子。 |
变性-高压液相色谱分析 |
变性-高压液相色谱是利用DNA构成改变检测基因突变和遗传多态性的方法之一,其可以检测单核苷酸多态和可遗传的突变。 |
特异性等位基因扩增 |
等位基因特异性扩增法是基于PCR技术的一种单核苷酸突变检测法,是分析已知碱基替代或微小片段缺失和插入型突变的常规技术。 |
化学裂解错配碱基法 |
化学裂解错配碱基法原理是末端标记的DNA片段暴露于可以识别并修饰异源双链中错配碱基的化学试剂中,被修饰的位点随机可悲杂氮环乙烷等化学物质裂解。 |
据中金企信国际咨询公布的《2020-2026年中国生物传感器市场运营格局及投资潜力研究预测报告》统计数据显示:随着人口老龄化加剧及国内医保普及,生物技术药品市场空间将进一步扩展。据卫计委数据,2017年,全国卫生总费用个人卫生支出14874.8亿元,占28.8%。其中,中国老年人群医疗费用支出是年轻人的3倍,占总医疗费用的30%-35%,尤以慢性病用药为主。心血管疾病、肿瘤、阿尔茨海默症、帕金森症、骨质疏松、骨关节炎等老年慢性病具有高发病率、高致死致残率、需长期控制且难以完全治愈的特点,对于生物技术药品具有很强的依赖性。
生物技术在食品中的应用:食品工业在全国经济中占有重大比例,特别是近几十年来,食品工业飞速发展,其产业结构也随着技术的发展发生了翻天覆地的变化。人们对食品的需求随着社会的发展变得越来越严格,更加关注食品的营养成分和质量。
生物技术对食品行业的发展起到了至关重要的作用,如酶技术、发酵技术、基因工程技术等。例如,在食品行业中,常常用酶对食物原材料进行处理,用果胶酶对水果进行处理,使其出汁更多,在制作果汁饮料的行业中应用非常广泛。而通过传统榨汁技术得到的果汁量较少,尤其是水分含量不高的水果,想要通过榨汁制得其果汁饮料成本是非常高的。但通过使用果胶酶,可以果胶催化分解,使得果肉变得液化,出汁变得更多。除此之外,通过酶对果蔬的表面进行处理,可以得到口味独特的果蔬加工食品,或去除有些水果中的苦味等。
发酵技术在食品中的应用也很广泛,如酿酒、制作泡菜、腐乳等通过微生物的发酵作用得到其产出物,其中对发酵菌种的选用要格外注意,防止有害菌落的生成从而导致整个食品加工过程失败。
生物技术在农业中的应用:农业是一个国家最基本的产业,其关乎人们生活基本物质的生产,农业的生产要满足广大人口的需求。如今,社会在不停地发展,为了进行生产制造,很多耕地被占用转变为工业用地,还有很多耕地被征用建设基础设施。
社会的发展趋势不可阻挡,所以需要提高农作物的产出,其中生物技术就起到了关键。做到用科技改变生产方式,从而用更少的农业用地产出更多的农作物。
基因工程技术在其中起到了重要作用,通过对农作物细胞基因的修饰来改善其不足,如通过转基因技术,将烟草花叶病毒外壳蛋白的基因转入棉花细胞的基因中,使棉虫吃了棉花的叶子后致死,从而保证了棉花的产出量。
除了抗虫基因,还可以将其他生物对植物生长有利的基因利用转基因技术转入到农作物上,使其生长更加安全,如抗霜冻基因、抗歪倒基因等。在粮食、蔬菜水果方面进行转基因时,要格外注意转基因的安全性,防止其对人类造成伤害。
除了基因工程技术,细胞工程技术在农业中也有大量的应用,通过将具有优良性状的双方细胞融合,能使后代有更好的性状,以满足人类的需求。
产业前景:目前,国内农业人才团队培育、实验室等技术平台建设、成果转化和企业孵化等方面正不断提升水平,初步形成“产学研相结合、育繁推一体化”的现代生物育种产业体系,产业集聚效应日益显现,行业示范带动作用日益增强。特别是在粮、棉、油等主要农作物育种领域取得不少重大突破,产生了显著的社会经济生态效益。
例如,“优薯计划”采用基因组学和合成生物学指导马铃薯产业的“绿色革命”,对马铃薯的育种和繁殖方式进行颠覆性创新,被中国农业科学院列为“重大产出科研选题”之一。而此次公布的在高寒地区推广的“三系杂交粳稻育种技术”,填补了东北地区1亿多亩寒地杂交水稻的空白,技术达到国际领先水平。此外,杂交稻新品种“Y两优900”“深两优5814”等被 农业农村部认定为超级杂交水稻,累计推广面积4640万亩。由此可以看出,未来我国农业生物技术前景较好。