全 文 ：我国生物技术的研究进展
孙国凤
(中国农业科学院农业信息研究所,北京 100081)
20世纪 70年代以来,由于 DNA 重组和转基因
技术等一系列现代生物技术的建立,生物技术已成
为当今世界发展最快、最活跃的高新技术领域之一。
目前,生物技术已在农业、医药、轻工、食品、环保、海
洋和能源等方面得到应用,并在医药、农业等领域取
得重大突破,其成果的转化和利用对上述行业的技
术更新和产品换代发挥着越来越重要的作用, 医药
生物技术的新型产业正在形成。世界各国尤其是发
达国家纷纷把生物技术作为 21 世纪的关键技术给
予高度重视和支持,以增强本国的实力和国际竞争
力。现就我国生物技术的发展趋势综述如下。
1 我国生物技术领域取得的主要进展
我国 863计划生物技术领域从 1986 年开始实
施至今,在农医领域飞速发展,取得了举世瞩目的成
就,推动了农业经济和卫生保健事业的发展。近 20
年来, 863计划生物领域主要有两系法杂交稻研究
与开发、转基因植物和其他生物技术育种、农业微生
物工程、动物生物技术、农业生物技术新技术和新方
法、基因工程疫苗、基因工程多肽药物、抗体工程技
术、恶性肿瘤等疾病的基因治疗技术、医药生物技术
新技术新方法、蛋白质工程和植物基因图谱等 10多
个研究项目,共设研究课题 100多个。近年来,不仅
在研究与开发方法取得了很多重大和突破性进展;
而且通过 863计划的实施, 生物技术已在很大程度
上得到普及,一些基层的农业和医药研究单位及医
院已掌握了生物技术的方法和手段并在实践中加以
应用。我国目前的生物技术在研究水平和开发水平
上虽与发达国家相比仍有一定差距,但在亚洲地区
已名列前茅,在发展中国家中处于领先地位, 并已对
我国经济和社会的发展产生影响。
2 农业生物技术的重要进展
2. 1 两系法杂交水稻研究与开发
两系法水稻杂交优势利用是我国首创, 近年来
取得了举世瞩目的成就。培育光、温敏不育系和广
亲和系 40多个,其中 N5088s、7001s、培矮 64s、安湘
s、W9451s、1103s、3418s、8902s、测 64s、GD3-s、KS-
15s等 10多个实用型不育系已通过鉴定; 共选育出
30多个两系法杂交稻新组合, 其中培两优特青、70
优 9号、鄂粳杂 1号、70优 4号、华粳杂 1号和培两
优 288等 6个高产、优质的两系品种间和亚种间组
合已通过品种审定;两系法杂交稻新组合已在湖南、
湖北、安徽、广东等省大面积试种示范, 累计种植面
积已达 400万亩以上, 在相同条件下,一般要比同熟
期的三系杂交水稻增产 10%左右。
2. 2 基因工程抗虫棉研究取得重大突破
我国学者不仅人工合成了苏云金芽孢杆菌 Bt
杀虫蛋白 CryIA、Cry lA( c)及 Cr yIB基因,还分离和
克隆了豇豆胰蛋白酶抑制剂( CpT I)、大豆胰蛋白酶
抑制剂、慈菇蛋白酶抑制剂、水稻胱氨酸蛋白酶抑制
剂、豌豆外源凝集素等不同类型的抗虫基因。在此
基础上,构建了多种单价基因( Bt 或 CpT I)和双价
基因的高效表达载体, 通过土壤杆菌介导法等转基
因方法成功地突破了棉花遗传转化的瓶颈,使我国
转基因抗虫棉花不仅局限于国外报道成功的柯字棉
品种,而且适用于我国长江流域、华北棉区和新疆棉
区的主栽品种,并获得转基因抗虫棉花优良株系 10
多个,其对棉铃虫的杀虫率高达 80%以上。我国转
基因抗虫棉花的研究从基因合成、载体构建、转基因
方法到优良株系的选育和大田应用均由我国科学家
独立完成,整套技术已申请国家专利。该项研究已
达到国际同类研究的先进水平, 我国已成为继美国
之后第 2个具有转基因抗虫棉花的国家。
2. 3 抗病小麦生物技术育种全面创新
通过常规育种与生物技术相结合, 将中间偃麦
草和其衍生物无芒中 4 及 T AF46育成的 L1(高抗
生物技术通报
# 国际交流# BIOTECHNOLOGY BULLETIN 2005年第 6期
黄矮病)转移到普通小麦, 获得了一批易位系, 从中
选育出一批高抗黄矮病、农艺性状优良、兼抗白粉病
的普通小麦新品系, 这在国际上还未有先例, 抗病品
系在田间表现完全免疫。此项研究获 1995年国家
科技发明二等奖。抗赤霉病、高产、稳产小麦新品系
895004等已进入试种示范阶段, 1995年试种示范近
万亩,该品系可望大规模推广。
我国科学家将簇毛麦中的抗白粉病基因导入
普通小麦后, 获得了一批小麦 ) 簇毛麦 6AL/ 6VS
易位系,对国内现有的白粉病小种均表现免疫。经
国内外 50多个单位鉴定,并被国际命名为 Pm21的
小麦抗白粉病新基因已公认为一种不同于现有抗
源、属目前抗谱最广、抗病性最好的基因, 现已将新
基因转育到长江流域推广的小麦主栽品种中, 一大
批抗病的新品系正在参加省级区试。小麦抗白粉病
Pm21基因的发现和定位及转育达到国际先进水
平。另外, 我国小麦抗黄矮病转基因研究被评为
1995年全国十大科技成果。
2. 4 农业重组微生物应用效果突出、增产明显
我国自行分离的粪产碱菌是继国际上肺炎克氏
杆菌和巴西固氮螺菌之后又一类具有重要研究和应
用价值的联合固氮菌, 对其分子遗传学研究及水稻
耐氨工程菌的构建及大田应用均已达到国际先进水
平。已构建的 10多株水稻联合固氮工程菌, 累计应
用面积达 200 万亩以上, 应用工程菌可节约化肥
1/ 5, 平均每亩增产 5% ~ 12. 5%。以提高共生固氮
效率和竞争结瘤能力为目标, 在高效共生固氮工程
菌构建和大田应用方面取得了较快进展, 现已构建
了一批大豆与花生共生固氮工程菌株, 其固氮效率
与结瘤能力均较自然菌株有不同程度的提高, 累计
试种面积已达 400万亩, 平均每亩增产 10%左右。
2. 5 转抗菌肽基因的抗青枯病马铃薯率先成功
通过计算机模拟和抗菌肽构效关系的分析, 设
计合成 ShivaA、CecropinB、WHD等抗菌肽基因, 并
导入了我国 7个马铃薯主栽品种(系)获得 1 043个
转基因株系,从中筛选出 4个株系,比起始品种的抗
青枯病性能提高 21% ~ 70%以上,其相对病情指数
分别比起始品种米拉降低 21% ~ 40%、41%~ 70%
及 70%以上。抗青枯病转基因马铃薯株系的选育
成功是我国继抗 TMV、CMV 病毒转基因烟草成功
后,在农作物转基因方面的重大突破, 1996年该项
研究已获农业部科技进步一等奖。
2. 6 / 试管0牛的研究与开发开始实用化
我国许多科研单位已掌握全套/试管0牛培育技
术,目前已培育成功近百头/试管0牛,其技术水平已
达到国际先进水平;这项技术已进入中试开发, 它使
我国能够利用屠宰场废弃的牛卵巢分离大量未成熟
的卵细胞,并在试管中发育成熟、受精, 从而培育成
可供移植的胚胎和试管牛,这对我国良种牛(乳、肉
牛)的品种改良和工业化生产具有重要意义。
2. 7 动物转基因技术某些方面达到国际先进水平
已获得生长激素转基因猪的第 2、3、4代共 215
头和初步建立生产转基因猪的技术体系, 转基因猪
核心群的生产水平比非转基因猪提高 20%, 生产效
率达 5%, 达到国际先进水平。利用动物生物反应
器技术获得 40头乳腺特异表达外源基因的转基因
羊,首批转基因羊乳汁中分泌生长激素的含量已达
每升 400毫克。获得快速生长转基因鱼约 1 000多
尾,经组合传代已生产出 n~ F5 代转基因鱼约 10
万尾。转基因鱼一般比对照鱼群生长增量快 20%,
节约饲料 10% ,该项成果已进入中试开发。
3 医药生物技术的主要进展
3. 1 肝炎防治研究取得突破性进展
我国研制的哺乳动物细胞基因工程乙肝疫苗于
1992年获国家批准投放市场, 1993年获国家科学技
术进步一等奖,乙肝疫苗正在为控制我国乙肝的流
行发挥出决定性的作用, 也将对肝炎严重流行的其
他第三世界国家作出贡献。目前, 已先后有 4个国
家联系基因工程乙肝疫苗的技术转让事宜。我国研
制的治疗慢性活动性乙肝的创新性一类新药 ) 重组
人 alb型基因工程干扰素也于 1992年投放市场,它
作为国内推广的针对病原的乙肝治疗药物将给乙肝
患者带来福音, 1993年获国家科技进步一等奖。
3. 2 其他基因工程疫苗同步参与国际竞争
除基因工程乙肝疫苗已投放市场外, 其他多种
基因工程疫苗国家已经批准进入临床试验。带有
Pres区的新型重组乙肝疫苗和口服重组腺病毒乙
肝疫苗已完成实验室研究即将进入临床试验; rBS-
WC 霍乱菌苗已获准进行临床试验, 免疫 300例,随
访一年,效果良好;福氏、宋内氏双价痢疾菌苗正在
92 生物技术通报 Biotechnology Bullet in 2005年第 6期
进行二期临床试验; 重组日本血吸虫疫苗、疟疾疫
苗、流行性出血热疫苗和避孕疫苗也取得重要进展,
与国际在同一水平上竞争。
3. 3 基因工程多肽药物积极跟踪、开始创新
我国已有包括外用人基因工程 A1b型干扰素、
注射用人基因工程 AIb 型干扰素、注射用基因工程
02a型干扰素、基因工程白细胞介素-2及人基因工
程 Y 型干扰素等生物技术药物获国家批准投放市
场,其中人基因工程 A1b型干扰素系国际首创, 1993
年 a获国家科技进步一等奖。上述药物可用于治疗
慢性活动性乙型肝炎、丙型肝炎、毛细胞性白血病、
性疣、肾癌等恶性肿瘤、带状疱疹、类风湿性关节炎、
慢性宫颈炎、疱疹性角膜炎等多种严重的常见病。
另有 10 多种高技术产品进入中试开发阶段, 如
GM-CSF、G-CSF、IL-3、A2b 型干扰素、新型 TNF、
红细胞生成素、胰岛素、尿激酶原、抗 T 细胞免疫毒
素和 tPA 等。
3. 4 基因治疗技术先进、前景广阔
我国 B型血友病的基因治疗取得重大突破, 治
疗方案已通过国家新药评审。从 1991 年起先后对
4例 B型血友病患者进行了基因治疗的 I期临床试
验, 取得了安全、有效的结果, 达到国际先进水平。
我国首例遗传病基因治疗的成功,无疑可作为我国
进一步深入开展基因治疗的借鉴。用 T K 基因和
CD基因治疗脑瘤等也取得突破性进展, T K 基因治
疗方案已通过国家药审进入临床试验。
3. 5 抗体工程进入临床试验
抗 T 细胞免疫毒素经卫生部药政司批准进行
临床试验。通过清除供体骨髓中的 T 细胞进行异
基因骨髓移植, 初步结果表明能降低GVHD的发生
率和程度。肝癌单克隆抗体也已于 1995年 4月经
新药审评办通过,进行肝癌病人放免显像诊断,显像
率达 90. 6% ,肿瘤定位的最小直径为 0. 5cm ; 在此
基础上进行了导向治疗, 初步结果表明有 69%的疗
效,胎甲球下降 51%~ 100% , 这是我国批准的第一
个用于肿瘤病人体内导向治疗的单抗放射药物。
4 展望
世界主要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, 各国在生物技术产
业方面的竞争非常激烈。美国在生物技术研发方面
一直处于领先地位, 但欧洲和日本等发达国家对其
霸主地位提出了挑战。为此,美国加紧研究未来生
物技术发展对策, 美国国家科学和技术委员会从
1992年起接连发表了题为5二十一世纪生物技术6、
5二十一世纪生物技术:实现诺言6和5二十一世纪生
物技术:新的方向6等发展战略报告和蓝皮书,指出
生物技术在经历了第一次浪潮(医药和健康)后, 在
继续重视和推动第一次浪潮向纵深发展的基础上,
迎来了第二次浪潮, 包括: 农业生物技术; 环境生物
技术;生物制造和生物处理工艺及能源研究;海洋生
物技术研究。为此, 美国政府提出除继续重视医药
生物技术外,将在农业、环保等其他产业方面加大研
究与开发力度,并在税收、经费预算、专利保护期等
方面制定了大量特殊优惠政策, 以促进生物技术的
研究和发展。欧洲和日本等国也纷纷制定 21世纪
生物技术发展战略。日本虽然起步较晚, 但发展迅
速,不仅引起西欧诸国的恐慌,也造成美国的严重不
安,担心重蹈微电子产业的覆辙,即基础研究始于美
国,而产业开发受益的却是日本。欧盟为协调和促
进各成员国生物技术的研究和发展, 从整体上与美、
日等发达国家进行抗衡与竞争, 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。许多第三世界国家也不示弱,韩国早在 10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性产业,到 20世纪末生物
技术产业的产值占国民总产值的 10%。印度甚至
成立了生物技术部来全面组织协调生物技术的研发
和产业化。可以预料, 作为 21 世纪高新技术的核
心,生物技术必将在最终解决人类所面临的粮食、健
康和生存环境等重大问题上发挥独特的、重要的作
用。
生物技术对我国国民经济和社会发展的影响会
愈来愈大,特别是对农业和医药行业。/两高一优0
农业的发展和提高我国人民的健康保障水平要依靠
科学技术, 其中最活跃和最有前景的是生物技术。
毫无疑问,现代生物技术不仅将为农业生产带来新
的绿色革命和飞跃发展,而且将为解决我国人民 21
世纪的食衣住行和健康保障等问题发挥重大作用。
932005年第 6期 孙国凤:我国生物技术的研究进展