培養目标
培養掌握生物技術及應用專業必需的基礎理論知識和基本技能，從事生物技術産品開發應用、檢驗分析、技術監督、生産管理等工作的高級技術應用性專門人才。
學科設置
主幹學科
生物學，化學
主要課程
微生物學、細胞生物學、遺傳學、動物學、植物學、生态學、行為學、植物生理學、動物生理學、生物進化、生物化學、分子生物學、基因工程、細胞工程、微生物工程、生化工程、生物工程下遊技術、發酵工程設備等。
主要實踐性教學環節：包括教學實習、生産實習和畢業論文（設計等，一般安排10-20周。
修業年限
四年
授予學位
理學學士
就業前景
畢業生主要就業領域為生物技術方面的應用技術開發領域、食品加工、醫藥工業、環境保護、生物化工等領域；有關科研院所和大專院校的實驗工作、食用菌工廠、花卉苗木公司及在應用生物技術、食品發酵、植物與細胞組織培養等領域。
發展曆程
近些年來，以基因工程、細胞工程、酶工程、發酵工程為代表的現代生物技術發展迅猛，并日益影響和改變着人們的生産和生活方式。所謂生物技術（Biotechnology）是指“用活的生物體（或生物體的物質）來改進産品、改良植物和動物，或為特殊用途而培養微生物的技術”。生物工程則是生物技術的統稱，是指運用生物化學、分子生物學、微生物學、遺傳學等原理與生化工程相結合，來改造或重新創造設計細胞的遺傳物質、培育出新品種，以工業規模利用現有生物體系，以生物化學過程來制造工業産品。
簡言之，就是将活的生物體、生命體系或生命過程産業化的過程。生物工程包括基因工程、細胞工程、酶工程、發酵工程、生物電子工程、生物反應器、滅菌技術以及新興的蛋白質工程等，其中，基因工程是現代生物工程的核心。基因工程（或稱遺傳工程、基因重組技術）就是将不同生物的基因在體外剪切組合，并和載體（質粒、噬菌體、病毒）的DNA連接，然後轉入微生物或細胞内，進行克隆，并使轉入的基因在細胞或微生物内表達，産生所需要的蛋白質。
目前，有60%以上的生物技術成果集中應用于醫藥産業，用以開發特色新藥或對傳統醫藥進行改良，由此引起了醫藥産業的重大變革，生物制藥也得以迅速發展。生物制藥就是把生物工程技術應用到藥物制造領域的過程，其中最為主要的是基因工程方法。即利用克隆技術和組織培養技術，對DNA進行切割、插入、連接和重組，從而獲得生物醫藥制品。
生物藥品是以微生物、寄生蟲、動物毒素、生物組織為起始材料，采用生物學工藝或分離純化技術制備，并以生物學技術和分析技術控制中間産物和成品質量而制成的生物活化制劑，包括菌苗、疫苗、毒素、類毒素、血清、血液制品、免疫制劑、細胞因子、抗原、單克隆抗體及基因工程産品（DNA重組産品、體外診斷試劑）等。目前，人類已研制開發并進入臨床應用階段的生物藥品，根據其用途不同可分為三大類：基因工程藥物、生物疫苗和生物診斷試劑。這些産品在診斷、預防、控制乃至消滅傳染病，保護人類健康中，發揮着越來越重要的作用。
生物技術與信息技術的關系
生物技術（Biotechnology）是以生命科學為基礎，利用生物（或生物組織、細胞及其他組成部分）的特性和功能，設計、構建具有預期性能的新物質或新品系，以及與工程原理相結合，加工生産産品或提供服務的綜合性技術。信息技術（information science）是研究信息的獲取、傳輸和處理的技術，由計算機技術、通信技術、微電子技術結合而成，即是利用計算機進行信息處理，利用現代電子通信技術從事信息采集、存儲、加工、利用以及相關産品制造、技術開發、信息服務的新學科。信息技術和生物技術都是高新技術，二者在新經濟中并非此消彼長的關系，而是相輔相成，共同推進21世紀經濟的快速發展。
1.生物技術的發展需要信息技術支撐
（1）信息技術為生物技術的發展提供強有力的計算工具。在現代生物技術發展過程中，計算機與高性能的計算技術發揮了巨大的推動作用。在賽萊拉基因研究公司、英國Sanger
中心、美國懷特海德研究院、美國國家衛生研究院和中國科學院遺傳所人類基因組中心聯合繪制的人類基因組草圖的發布中，美國多家研究機構特别強調正是信息技術廠商提供的高性能計算技術使這一切成為可能。同樣，在被稱為“生命科學阿波羅登月計劃”的人類基因草圖的誕生過程中，康柏公司的Alpha服務器也為研究人員提供了出色的計算動力。
業界分析人士稱，在這場激烈的基因解碼競賽背後隐含的是一場超級計算能力的競賽，同時，這次競賽有助于大衆對超級計算機的超強能力形成普遍認知。在此之前，這些造價至少在數百萬美元以上可以超高速運轉的機器一直默默無聞，他們被用于控制核反應堆、預報天氣或是與世界級國際象棋大師同台對弈。如今，人們越來越清醒地認識到，超級計算機在創造新品種的藥物、治愈疾病以及最終使我們能夠修複人類基因缺陷等方面是至關重要的，高性能計算可以為人類作出更大的貢獻。
賽萊拉公司執行總裁在接受《今日美國》的采訪時說：“将人類基因密碼以線型方式組合起來，這還是人類有史以來的第一次。”賽萊拉公司要将32億個堿基對按照正确順序加以排列，在曾經嘗試過的大規模計算中，這次挑戰是最為嚴峻的一次。為了完成這次曆史性課題所需的數量極為龐大的數據處理工作，賽萊拉公司動用了700台互聯的Alpha64位處理器，運算能力達到每秒1.3萬億次浮點運算。
同時，賽萊拉公司還采用了康柏的Storage Works系統，用以完成對一個空間為50TB且以每年IOTB速度增長的數據庫管理工作。康柏電腦公司董事會主席曾在一次演講上說道：“如今，我們很難将生物技術的進步與高性能計算領域的發展割裂開來。實際上，許多一流的科學家都相信，高性能計算是生物和醫藥的未來。今後，越來越多的具有強大功能的計算機和軟件将會被用來搜集、存儲、分析、模拟和發布信息。
信息技術還有助于加強生物技術領域的各種數據庫管理、信息傳遞、檢索和資源共享等。另一個僅次于基因排序器、在生物技術領域引起關注的硬件是基因芯片，它的研制也非常依賴于信息技術。在顯微鏡載片或矽片等基片上把基因片段排列、固定，這就是基因芯片。把這個芯片上的基因片段和檢體的基因片段放到基因芯片讀出器（也是一種破譯裝置）上，就能迅速比較和破譯檢體信息。基因排序器是從零入手破譯檢體的遺傳信息的裝置，而基因芯片和其讀出器則是與已經有的遺傳信息相對照破譯信息的裝置。在這個領域，美國的企業比較有名，但日本企業也在同美國企業合作的同時，積極參與這個領域的開發。
（2）生物技術發展需要特定軟件技術的支持。生物技術及其産業的發展對于生物技術類軟件的需求将進一步增加，軟件技術将成為支撐生物技術及其産業發展的關鍵力量之一。在生物技術各領域中均需要相應的專業軟件來支撐：1）各類生物技術數據庫的構建需要性能優良、更新換代迅速的軟件技術；2核酸低級結構分析、引物設計、質粒繪圖、序列分析、蛋白質低級結構分析、生化反應模拟等等也需要相應的軟件及其技術支撐；3）加強生物安全管理與生物信息安全管理也離不開軟件及其技術發展的支持。
2.生物技術為信息技術發展開辟了新的道路
（1）生物技術推動超級計算機産業的發展。随着人類基因組計劃各項任務的完成，有關核酸、蛋白質的序列和結構數據呈指數增長。面對如此巨大而複雜的數據，隻有運用計算機進行數據管理、控制誤差、加速分析過程，使得人類最終能夠從中受益。然而要完成這些過程，并非一般的計算機力所能及，而需要具有超級計算能力的計算機。因此，生物技術的發展将對信息技術提出更高的需求，從而推動信息産業的發展。
比較有說服力的例子是，2002年11月22日出版的《自然》雜志上，以色列科學家宣布研制出一種由dna分子和酶分子構成的微型“生物計算機”，一萬億個這樣的計算機僅一滴水那樣大，運算速度達到每秒10億次，準确率為99.8%。當然像所有的新技術一樣，有的科學家表示懷疑。他們認為，這種試管裡的計算機存在緻命的缺陷，因為生化反應本身存在一定的随機性，這種運算的結果可能不完全精确；而且，參與運算的dna分子之間的不能像傳統計算機一樣通信，隻能“各自為戰”，不足以處理一些大型計算。
歐美各國及日本相繼成立了生物信息數據中心，美國有國家生物技術信息中心（ncbi）、英國有歐洲生物信息研究所（ebi）、日本有70餘家制藥、生物及高技術公司組成的“生物産業信息化共同體”等。而戈德曼-薩克斯财團2001年的一份報告顯示，美國國際商用機器公司（ibm）、sun、康伯和摩托羅拉等公司每家已至少與生物技術公司和調研公司達成12項合作意向，共有140多項合作協議，合作内容涉及到各種技術領域，包括基因芯片，用計算機模拟藥效等。
（2）生物技術将從根本上突破計算機的物理極限。目前使用的計算機是以矽芯片為基礎，由于受到物理空間的限制、面臨耗能和散熱等問題，将不可避免地遭遇發展極限，要取得大的突破，需要依賴于新材料的革新。2000年美國加利福尼亞大學洛杉矶分校的科學家根據生物大分子在不同狀态下可産生有和無信息的特性，研制出分子開關（molecular switches）。2001年世界首台可自動運行的DNA計算機問世，并被評為當年世界十大科技進展。2002年，DNA計算機研究領域的先驅阿德勒曼教授利用簡單的DNA計算機，在實驗中為一個有24個變量、100萬種可能結果的數學難題找到了答案，DNA計算機的研制邁出了重要一步。
信息産業和生物産業無疑都是高科技的産物，在生命科學的研究中，始終不能缺少計算機的工作，如果到基因組測序的研究所去看一看，大量的以超級計算機為基礎的測序儀，會使你誤以為到了一家信息技術公司。生物産業因計算機的加盟而提速，信息技術産業也因生命科學的需要而得以發展、獲利。運用數學、計算機科學和生物學的各種工具，來闡明和理解大量基因組研究獲得數據中所包含的生物學意義，生物學和信息學交叉、結合，從而形成了一個新的學科。
生物信息學或信息生物學，它的進步所帶來的效益是不可估量的。美國已經出現了大批基于生物信息學的公司，希冀在基因工程藥物、生物芯片、代謝工程等領域掘出财富，生物信息學工業潛力巨大。可以說，生物科技（生物技術）與信息科技（信息技術）的融合，才是世界經濟市場的未來。
在深圳舉行的第三屆中國國際高新技術成果交易會高新技術論壇上，中國工程院副院長侯雲德院士指出，應該把生物技術産業定位為僅次于信息産業的重點産業。他說，信息和生物技術是關系到我國新世紀經濟發展和國家命運的關鍵技術，并将成為我國創新産業的經濟增長點。
生物技術及應用專業
很多人認為，2000年是生物技術産業投資年。人類基因測序的完成和公布，是科學史上的又一個裡程碑，它令很多投資者為之神魂颠倒。2000年美國的生物技術産業股票市場新增300億美元，這一數值大大超過前5年該産業股市投資的總和，生物技術的股票與其它科技行業股票異常高漲。很多迹象表明，生物技術産業雖然曆史不到30年，但正步入成熟期。
美國經濟處于衰退中的2001年，生物技術産業仍吸收了150億美元的投資，這是該産業曆史上第二大的投資年。投資者認為，生物技術公司，特别是那些專攻新藥的生物技術公司和其合作的制藥公司，在未來的5年中，将推出數百種一類新藥。生物技術在基因科學、蛋白質學、生物信息學、計算機輔助藥物設計、DNA生物芯片和藥物基因學等領域中的突破，使對疾病的攻克進入分子水平。很多投資者認為，用生物技術方法開發新藥将得到回報。
根據美國生物技術産業組織（BIO）的統計，1982—2000年間，大約有120個生物藥進入市場；2001年有300個新藥正在進行最後階段的臨床試驗。根據過去的經驗，到2007年，美國食品與藥物管理局（FDA）大約要批準其中的240個新藥進入市場，從而使市場上的生物技術藥翻2倍。大多數生物技術新藥是用于治療心髒病、癌症、糖尿病和傳染病的一類新藥。
生物技術的顯着應用不僅在健康行業，生物技術在其它産業中的研發投入也十分突出。依靠生物技術，農業上用更少的土地生産更多的健康食品；制造業可以減少環境污染、節省能耗；工業可以利用再生資源生産原料，以保護環境。
生物技術産業的成熟除了體現在産品開發方面外，另一個主要标志是行業的現金儲量。2000年由于生物技術産業在社會上籌集了大量資本，大多數生物技術企業在2001年的資金情況很好。根據Ernst & Young’s2001年生物技術報告，美國上市的340家生物技術公司中，超過半數的公司現金儲量可維持三年以上的運行，這為該行業今後的快速發展奠定了良好基礎。
生物技術産業成熟的另一個标志是合并化。資金雄厚的生物技術企業，如基因公司，正在兼并其它輔助性技術公司，從而形成綜合性的生物制藥公司，能夠開發、生産和銷售自己的産品。這種兼并活動，不僅增加企業的産品種類和收入，同時也有助于提高整個行業的競争力。
生物技術産業是新經濟的主要推動力。盡管最近生物技術産業的股值也縮水很大，但其過去所得多于現在所失。在過去的一年中，納斯達克生物技術指數下降了20%，但與前三年相比，該指數的增長仍接近100%。在目前的熊市狀态下，該指數的表現優于納斯達克綜合指數和道瓊工業指數。很多分析家認為，2002年生物和醫藥股将表現平平但健康發展，在今後的12至24個月中，生物股将再次起飛，新的生物技術産品将開始進入市場。
美國很多州政府支持生物技術産業的發展，陸續推出了不少經濟發展計劃以吸引生物技術企業。例如，密西根州是美國十大生物技術州之一，州政府承諾要在生物技術産業領域進入全美前5名，拟投入10億美元，建成密西根生命科學走廊。目前該走廊已有300多家生物公司。
從基因到藥
在21世紀的第一年，科學家們完成了人類基因的測序。這一成就對生物技術産業發展影響将是難以估量的。在探索人類基因的奧秘過程，發現一些新的藥物，成為生物技術關注的熱點。
2001年5月，FDA批準諾華公司開發的Gleevec上市，這是一種治療慢性白血病的良藥。這是依據癌細胞活動機理而設計開發的第一種抗癌新藥。傳統抗癌藥在治療過程中，同時會影響到正常細胞，對病人産生很大的副作用，而Gleevec僅殺滅基因變異的癌細胞。最新研究表明，Gleevec對血液癌症和腫瘤都有效，它可能成為一種廣譜的抗癌新藥。
治療癌症的另外一類生物技術藥是單克隆抗體。這類抗體的目标是與癌細胞有關一些特定分子。自1980年以來，單克隆抗體魔術般的效果引起衆多醫藥公司的關注。經過十多年的研究，單克隆抗體作為抗癌新藥初步得以實現。目前，很多藥廠正在開發單克隆抗體，其應用從抗癌擴展到其它疾病治療方面，到2000年，FDA批準了9個單克隆抗體，另外60多個産品正在進行臨床試驗。
在抗癌方面，單克隆抗體的作用如同人體自身免疫系統，但大多數情況下，人體自身免疫系統不會将癌細胞作為有害細胞而進行阻止，使癌細胞在體内繁殖，危害人體生命。
單克隆抗體的作用是瞄準癌細胞，将癌細胞消滅或啟動體内免疫系統對癌細胞進行攻擊。單克隆抗體也可成為一種“聰明炸彈”，攜帶放射性或化學介質，選擇癌細胞進行攻擊。
1997年FDA批準第一個單克隆抗體Rituxin，用于治療非何傑金氏淋巴癌，1998年另一種單克隆抗體Herceptin上市，用于治療乳腺癌。
Herceptin由美國基因技術公司研制，該公司成立于1976年，是最早成立的生物制藥公司。美國基因技術公司是全球十大生物技術公司之一，有十個基于蛋白質的生物醫藥産品上市，正在開發的産品有20多個，主要是癌症、心血管和免疫系統疾病的治療藥。該公司有從業人員5000多人。人類基因公司成立于1992年，是生物技術産業領域首家開發人類基因的公司。該公司首先研究探索人類基因與疾病的關系，目标是發現與疾病有關的基因，開發相關的治療藥物。該公司現有8個産品正在進行臨床試驗。
其它的生物醫藥産品有基因治療法、幹細胞和疫苗等。随着人們對人體生物學認識的進一步深入，藥物發現變得更加複雜。生物技術和制藥業不得不依靠更先進、複雜的工具來開發新藥。曆史上，Agilent一直是醫藥測試設備的主要生産廠，該公司與世界十大制藥公司有着十分密切的商業往來。今天，Agilent也能提供新的科學儀器，用于疾病診斷和新藥研究。
農業生物技術
生物技術在農業中的應用是基于對植物、動物基因學和蛋白質學的認識。很多專家認為隻有依靠生物技術，發展中國家才能戰勝饑餓，全球因人口增長而産生的食品短缺才有望得以緩解。
通過利用動植物中的特定基因，可以實現用更少的土地種植更多的作物，同時減少農藥的使用。利用生物技術，可以在惡劣的氣候環境下生産作物。利用生物技術，還可以改善食品的營養和口感等。
美國的St. Louis是全球農業生物技術發展最快的地區。該地區被認為是生物産業帶，着名的農業生物技術公司孟山都即在該地區。
生物技術用于育種是一種快捷、有效的育種方法。通過引入特定的基因，以改變動植物的品質。例如，科學家在西紅柿中植入抗成熟的基因，可以延長西紅柿的貨架期。在植物中引入對人體無害的抗蟲基因，可以防止病蟲害，減少農藥的使用，在水稻中介入産生維生素A的基因，可以提高稻米的營養價值。
生物技術在農業中的另一個可能的應用是生産食用疫苗，利用水果、蔬菜生産抗肝炎、霍亂等傳染病的疫苗。克隆技術用于動物，可以保留高品質動物的高産性能。
市場上的農業生物技術産品主要是轉基因的大豆、玉米、油菜、棉花等。轉基因植物以其優異的品質很快被農戶接受。2001年，世界上轉基因植物的種植面積達5300萬公頃，比2000年增加19%。
工業與環境生物技術
生物技術應用于工業制造和環境管理，是為了推動工業的可持續發展，1998年，經濟合作與發展組織認為生物技術将對工業的持續發展起着十分關鍵的作用，鼓勵其成員國支持工業和環境生物技術的研究。
微生物被認為是天然的化學工廠。它們正取代工業催化劑而用于化學品的制造。例如，酶制劑能取代洗滌劑中的磷和皮革鞣制過程中的硫化物。在造紙過程中，酶制劑可以減少氯化物在紙漿漂白過程中的用量。微生物在工業生産過程中的應用，使工業生産變得清潔、高效，具有可持續性。
酶也可以作為生物催化劑将生物質轉化為能源、乙醇等。更誘人的是，通過生物酶，玉米稭稈可以轉化為可降解的塑料，用于食品包裝等。
基因學和蛋白質學在工業生物技術中的應用，不僅僅在于發現微生物酶的特性，而且可以通過目标的變異，使微生物産生各種用途的新型酶制劑。
科學家預測10至20年後，生物技術在工業中的應用将與其在人類健康中的應用變得同等重要。
生物技術的其它應用
目前生物技術除主要在人類健康、農業、工業與環境中應用外，在其它領域也有一些應用。
現在開發畜牧醫用産品的生物公司越來越多，美國每年用于動物健康的産品市場約40億美元，美國農業部批準的動物用生物制品約100種，主要是防止動物傳染病和常見病的疫苗和治療藥。
生物技術也應用于珍稀野生動物的保護，通過DNA識别來鑒别動物的種類，跟蹤其活動地域等。
海洋生物技術的應用使受過度捕撈而瀕臨滅絕的海洋生物的生存得到發展。同時又給人類從豐富的海洋生物資源彙總發現新藥提供了途徑。例如海螺中的一種毒素是有效的止痛藥，海綿可以用作抗感染等。
生物技術應用于太空發展，可以為宇航員構建長期太空探險所需的生命支持環境。另外，生物技術也用于人類考古和犯罪調查，通過DNA分析可以研究人類種群的進化史。DNA技術應用于犯罪案件調查可以幫助執法人員确認罪犯。
生物反恐
美國9·11恐怖事件和随後的炭疽菌案件，使大部分美國人感到，今後的生物恐怖事件可能發生，對生物恐怖事件的防衛必須予以重視。
過去，幾家美國生物技術公司曾與官方合作，提出生物武器的防衛戰略，但大多數試驗僅是模拟。在9·11事件以前，美國衛生部用于生物防恐的研究經費為5000萬美元。但9·11事件以後，該預算大大增加。今年6月通過的一項生物反恐法案，撥款45億美元用于美國本土安全部的生物反恐。專家們預測，生物反恐将成為國防的新領域，美國将利用生物技術防衛各種可能的生物恐怖襲擊。生物反恐将與公共健康系統、傳統國防工業、生物技術和制藥業緊密關聯。
9·11事件後，美國迅速開發了針對炭疽和天花的疫苗。大約有24家美國生物技術公司正參與其它疫苗和藥品研究與開發，美國政府拟支付6.4億美元用于存積有關的疾病疫苗，以防止各種可能的生物恐怖事件。例如，新型抗菌素和抗病毒處理劑正在研制，以用于對付已是抗病性的病原體。一家公司正在研究利用單克隆抗體清除血液中的毒素。其它研制中的産品包括專用酶制劑，用于修複被有意污染的環境、快速大氣監測儀、傳染物診斷試劑、新的藥物運送系統等。
生物技術應用
傳統生物技術的應用
現代生物技術的應用
包括：
顯微鏡技術玻片标本制作與染色技術同位素标記示蹤技術無土栽培技術作物育種技術顯微鏡技術光電顯微鏡技術電子顯微鏡技術
應用：細胞（顯微水平、亞顯微水平）玻片标本制作與染色技術
應用：用于細胞結構與功能研究同位素标記示蹤技術*
應用：研究細胞内或生物體内化學物質的有關問題，如某物質存在部位、移動途徑、物質摻如情況等。
實例：有絲分裂過程中的DNA複制光合作用中的物質變化動植物細胞中的物質運輸激素在生物體内分布與運輸動物胚胎層發育分化遺傳物質發現的研究無土栽培技術
利用溶液培養法的原理，把植物體生長發育過程中所需要的各種礦質元素，按照一定的比例配制成營養液，并利用這種營養液來栽培植物的技術。
報考“生物技術”專業
生物技術是一個新興專業，目前生物技術産業在中國還屬于起步階段，雖然目前國内冒出許多生物技術公司，但是大部分具有規模小，技術含量低的特點，甚至部分隻是挂名生物技術而已。因為生物技術具有前期投入大，風險大的特點，按照中國國情，短時間内，中國無法形成大規模的生物産業集團，就生物技術專業而言，該專業未來前景不錯，基于這一原因，目前國内各大高校紛紛開設生物技術專業，但是他們并沒有考慮目前的實際情況。
生物技術作為一門高新技術學科，必須經過長期培養才能在實際應用中顯示出一定的效果，因此除非一開始你就打算投身于這一行業并一直讀碩讀博，你才會有很大的發展空間。同時因為生物技術投入過大，國家經費有限，國家重點發展某幾個院校，因此國内各高校水平差距極大，要謹慎選擇。
生物技術的現代技術
現代生物技術一般包括基因工程、細胞工程、酶工程、發酵工程和蛋白質工程。
基因工程
基因工程是指在基因水平上，按照人類的需要進行設計，然後按設計方案創建出具有某種新的性狀的生物新品系，并能使之穩定地遺傳給後代。基因工程采用與工程設計十分類似的方法，明顯地既具有理學的特點，同時也具有工程學的特點。
生物學家在了解遺傳密碼是RNA轉錄表達以後，還想從分子的水平去幹預生物的遺傳。1973年，美國斯坦福大學的科恩教授，把兩種質粒上不同的抗藥基因"裁剪"下來，"拼接"在同一個質粒中。當這種雜合質粒進入大腸杆菌後，這種大腸杆菌就能抵抗兩種藥物，且其後代都具有雙重抗菌性，科恩的重組實驗拉開了基因工程的大幕。
DNA重組技術是基因工程的核心技術。重組，顧名思義，就是重新組合，即利用供體生物的遺傳物質，或人工合成的基因，經過體外切割後與适當的載體連接起來，形成重組DNA分子，然後将重組DNA分子導入到受體細胞或受體生物構建轉基因生物，該種生物就可以按人類事先設計好的藍圖表現出另外一種生物的某種性狀。
1、DNA重組技術的物質基礎
（1）目的基因
基因工程是一種有預期目的的創造性工作，它的原料就是目的基因。所謂目的基因，是指通過人工方法獲得的符合設計者要求的DNA片段，在适當條件下，目的基因将會以蛋白質的形式表達，從而實現設計者改造生物性狀的目标。
（2）載體
目的基因一般都不能直接進入另一種生物細胞，它需要與特定的載體結合，才能安全地進入到受體細胞中。目前常用的載體有質粒、噬菌體和病毒。
質粒是在大多數細菌和某些真核生物的細胞中發現的一種環狀DNA分子，它位于細胞質中。許多質粒含有在某種環境下可能是必不可少的基因。圖4-25是不同構型的質粒。
噬菌體是專門感染細菌的一類病毒，由蛋白質外殼和中心的核酸組成。在感染細菌時，噬菌體把DNA注入到細菌裡，以此DNA為模闆，複制DNA分子，并合成蛋白質，最後組裝成新的噬菌體。當細菌死亡破裂後，大量的噬菌體被釋放出來，去感染下一個目标。圖4-26，噬菌體侵染細菌的過程。
質粒、噬菌體和病毒的相似之處在于，它們都能把自己的DNA分子注入到宿主細胞中并保持DNA分子的完整，因而，它們成為運載目的基因的合适載體。因此，基因工程中的載體實質上是一些特殊的DNA分子。
（3）工具酶
基因工程需要有一套工具，以便從生物體中分離目的基因，然後選擇适合的載體，将目的基因與載體連接起來。DNA分子很小，其直徑隻有20埃（10-10米），基因工程實際上是一種“超級顯微工程”，對DNA的切割、縫合與轉運，必須有特殊的工具。
1968年，科學家第一次從大腸杆菌中提取出了限制性内切酶。限制性内切酶最大的特點是專一性強，能夠在DNA上識别特定的核苷酸序列，并在特定切點上切割DNA分子。70年代以來，人們已經分離提取了400多種限制性内切酶。有了它，人們就可以随心所欲地進行DNA分子長鍊切割了。表4-3是一些限制性内切酶的識别位點
1976年，5個實驗室的科學家幾乎同時發現并提取出一種酶，作DNA連接酶。從此，DNA連接酶就成了“粘合”基因的“分子粘合劑”。
1、DNA重組技術的一般操作步驟
一個典型的DNA重組包括五個步驟：
（1）目的基因的獲取
目前，獲取目的基因的方法主要有三種：反向轉錄法、從細胞基因組直接分離法和人工合成法。
反向轉錄法是利用mRNA反轉錄獲得目的基因的方法。現在用這種方法人們已先後合成了家兔、鴨和人的珠蛋白基因、羽毛角蛋白基因等。
從細胞基因組中直接分離目的基因常用"鳥槍法"，因為這種方法猶如用散彈打鳥，所以又稱"散彈槍法"。用"鳥槍法"分離目的基因，具有簡單、方便和經濟等優點。許多病毒和原核生物、一些真核生物的基因，都用這種方法獲得了成功的分離。
化學合成目的基因是20世紀70年代以來發展起來的一項新技術。應用化學合成法，可在短時間内合成目的基因。科學家們已相繼合成了人的生長激素釋放抑制素、胰島素、幹擾素等蛋白質的編碼基因。
（2）DNA分子的體外重組
體外重組是把載體與目的基因進行連接。例如，以質粒作為載體時，首先要選擇出合适的限制性内切酶，對目的基因和載體進行切割，再以DNA連接酶使切口兩端的脫氧核苷酸連接，于是目的基因被鑲嵌進質粒DNA，重組形成了一個新的環狀DNA分子（雜種DNA分子）（圖4-27）。
（3）DNA重組體的導入
把目的基因裝在載體上後，就需要把它引入到受體細胞中。導入的方式有多種，主要包括轉化、轉導、顯微注射、微粒轟擊和電擊穿孔等方式。轉化和轉導主要适用于細菌一類的原核生物細胞和酵母這樣的低等真核生物細胞，其他方式主要應用于高等動植物的細胞。
（4）受體細胞的篩選
由于DNA重組體的轉化成功率不是太高，因而，需要在衆多的細胞中把成功轉入DNA重組體的細胞挑選出來。應事先找到特定的标志，證明導入是否成功。
例如，我們常用抗生素來證明證明導入的成功。（圖4-28）
（5）基因表達
目的基因在成功導入受體細胞後，它所攜帶的遺傳信息必須要通過合成新的蛋白質才能表現出來，從而改變受體細胞的遺傳性狀。目的基因在受體細胞中要表達，需要滿足一些條件。例如，目的基因是利用受體細胞的核糖體來合成蛋白質，因此目的基因上必須含有能啟動受體細胞核糖體工作的功能片段。
這五個步驟代表了基因工程的一般操作流程。（圖4-29）
人們掌握基因工程技術的時間并不長，但已經獲得了許多具有實際應用價值的成果，基因工程作為現代生物技術的核心，将在社會生産和實踐中發揮越來越重要的作用。
（三）細胞工程
關于細胞工程的定義和範圍還沒有一個統一的說法，一般認為，細胞工程是根據細胞生物學和分子生物學原理，采用細胞培養技術，在細胞水平進行的遺傳操作。細胞工程大體可分染色體工程、細胞質工程和細胞融合工程。
1、細胞培養技術
細胞培養技術是細胞工程的基礎技術。所謂細胞培養，就是将生物有機體的某一部分組織取出一小塊，進行培養，使之生長、分裂的技術。細胞培養又叫組織培養。近二十年來細胞生物學的一些重要理論研究的進展，例如細胞全能性的揭示，細胞周期及其調控，癌變機理與細胞衰老的研究，基因表達與調控等，都是與細胞培養技術分不開的。
體外細胞培養中，供給離開整體的動植物細胞所需營養的是培養基，培養基中除了含有豐富的營養物質外，一般還含有刺激細胞生長和發育的一些微量物質。培養基一般有固态和液态兩種，它必須經滅菌處理後才可使用。此外，溫度、光照、振蕩頻率等也都是影響培養的重要條件。
植物細胞與組織培養的基本過程包括如下幾個步驟：
第一步，從健康植株的特定部位或組織，如根、莖、葉、花、果實、花粉等，選擇用于培養的起始材料（外植體）。
第二步，用一定的化學藥劑（最常用的有次氯酸鈉、升汞和酒精等）對外植體表面消毒，建立無菌培養體系。
第三步，形成愈傷組織和器官，由愈傷組織再分化出芽并可進一步誘導形成小植株。
動物細胞培養有兩種方式。一種叫非貼壁培養：也就是細胞在培養過程中不貼壁，條件較為複雜，難度也大一些，但是容易同時獲得大量的培養細胞。這種方法一般用于淋巴細胞、腫瘤細胞和一些轉化細胞的培養。另一種培養方式是貼壁培養：也稱為細胞貼壁，貼壁後的細胞呈單層生長，所以此法又叫單層細胞培養。大多數哺乳動物細胞的培養必須采用這種方法。
動物細胞不能采用離體培養，以人的皮膚細胞培養為例，動物細胞培養的主要步驟如下：
第一步，在無菌條件下，從健康動物體内取出适量組織，剪切成小薄片。
第二步，加入适宜濃度的酶與輔助物質進行消化作用使細胞分散。
第三步，将分散的細胞進行洗滌并純化後，以适宜的濃度加在培養基中，37℃下培養，并适時進行傳代。（圖4-31）
在細胞培養中，我們經常使用一個詞——克隆。克隆一詞是由英文clone音譯而來，指無性繁殖以及由無性繁殖而得到的細胞群體或生物群體。細胞克隆是指細胞的一個無性繁殖系。自然界早已存在天然的克隆，例如，同卵雙胞胎實際上就是一種克隆。
基因工程中，還有稱為分子克隆（molecular cloning）的，是科恩等在1973年提出的。分子克隆發生在DNA分子水平上，是指從一種細胞中把某種基因提取出來作為外源基因，在體外與載體連接，再将其引入另一受體細胞自主複制而得到的DNA分子無性系。
2、細胞核移植技術
由于克隆是無性繁殖，所以同一克隆内所有成員的遺傳構成是完全相同的，這樣有利于忠實地保持原有品種的優良特性。人們開始探索用人工的方法來進行高等動物克隆。哺乳動物克隆的方法主要有胚胎分割和細胞核移植兩種。其中，細胞核移植是發展較晚但富有潛力的一門新技術。
細胞核移植技術屬于細胞質工程。所謂細胞核移植技術，是指用機械的辦法把一個被稱為“供體細胞”的細胞核（含遺傳物質）移入另一個除去了細胞核被稱為“受體”的細胞中，然後這一重組細胞進一步發育、分化。核移植的原理是基于動物細胞的細胞核的全能性。
采用細胞核移植技術克隆動物的設想，最初由一位德國胚胎學家在1938年提出。從1952年起，科學家們首先采用兩栖類動物開展細胞核移植克隆實驗，先後獲得了蝌蚪和成體蛙。1963年，我國童第周教授領導的科研組，以金魚等為材料，研究了魚類胚胎細胞核移植技術，獲得成功。到1995年為止，在主要的哺乳動物中，胚胎細胞核移植都獲得成功，但成體動物已分化細胞的核移植一直未能取得成功。
1996年，英國愛丁堡羅斯林研究所，伊恩·維爾穆特研究小組成功地利用細胞核移植的方法培養出一隻克隆羊——多利，這是世界上首次利用成年哺乳動物的體細胞進行細胞核移植而培養出的克隆動物。圖4-33克隆羊示意圖。
在核移植中，并不是所有的細胞都可以作為核供體。作為供體的細胞有兩種：一種是胚胎細胞，一種是某些體細胞。
研究表明，卵細胞、卵母細胞和受精卵細胞都是合适的受體細胞。
2000年6月，我國西北農林科技大學利用成年山羊體細胞克隆出兩隻“克隆羊”，這表明我國科學家也掌握了哺乳動物體細胞核移植的尖端技術。
核移植的研究，不僅在探明動物細胞核的全能性、細胞核與細胞質關系等重要理論問題方面具有重要的科學價值，而且在畜牧業生産中有着非常重要的經濟價值和應用前景。
3、細胞融合技術
細胞融合技術屬于細胞融合工程。細胞融合技術是一種新的獲得雜交細胞以改變細胞性能的技術，它是指在離體條件下，利用融合誘導劑，把同種或不同物種的體細胞人為地融合，形成雜合細胞的過程。細胞融合術是細胞遺傳學、細胞免疫學、病毒學、腫瘤學等研究的一種重要手段
動物細胞融合的主要步驟是：
第一步，獲取親本細胞。将取樣的組織用胰蛋白酶或機械方法分離細胞，分别進行貼壁培養或懸浮培養。
第二步，誘導融合。把兩種親本細胞置于同一培養液中，進行細胞融合。動物細胞的融合過程一般是：兩個細胞緊密接觸→細胞膜合并→細胞間出現通道或細胞橋→細胞橋數增加擴大通道面積→兩細胞融合為一體。
植物細胞融合的主要步驟是：
第一步，制備親本原生質體。
第二步，誘導融合。
微生物細胞的融合步驟與植物細胞融合基本相同。
從20世紀70年代開始，已經有許多種細胞融合成功，有植物間、動物間、動植物間甚至人體細胞與動植物間的成功融合的新的雜交植物，如“西紅柿馬鈴薯”、“拟南芥油菜”和“蘑菇白菜”等。（圖4-36是利用細胞融合培育雜交植物）從目前的技術水平來看，人們還不能把許多遠緣的細胞融合後培養成雜種個體，尤其是動物細胞難度更大。
（四）酶工程、發酵工程與蛋白質工程
1、酶工程
酶工程是指利用酶、細胞或細胞器等具有的特異催化功能，借助生物反應裝置和通過一定的工藝手段生産出人類所需要的産品。它是酶學理論與化工技術相結合而形成的一種新技術。
酶工程，可以分為兩部分。一部分是如何生産酶，一部分是如何應用酶。
酶的生産大緻經曆了四個發展階段。最初從動物内髒中提取酶，随着酶工程的進展，人們利用大量培養微生物來獲取酶，基因基因工程誕生後，通過基因重組來改造産酶的微生物，近些年來，酶工程又出現了一個新的熱門課題，那就是人工合成新酶，也就是人工酶。
酶在使用中也存在着一些缺點。如遇到高溫、強酸、強堿時就會失去活性，成本高，價錢貴。實際應用中酶隻能使用一次等。利用酶的固定化可以解決這些問題，它被稱為是酶工程的中心。
60年代初，科學家發現，許多酶經過固定化以後，活性絲毫未減，穩定性反而有了提高。這一發現是酶的推廣應用的轉折點，也是酶工程發展的轉折點。如今，酶的固定化技術日新月異。它表現在兩方面：
一是固定的方法。目前固定的方法有四大類：吸附法、共價鍵合法、交聯法和包埋法。
二是被固定下來的酶，具有多種酶，能催化一系列的反應。
與自然酶相比，固定化酶和固定化細胞具有明顯的優點：
1.可以做成各種形狀，如顆粒狀、管狀、膜狀，裝在反應槽中，便于取出，便于連續、反複使用。
2.穩定性提高，不易失去活性，使用壽命延長。
3.便于自動化操作，實現用電腦控制的連續生産。
如今已有數十個國家采用固定化酶和固定化細胞進行工業生産，産品包括酒精、啤酒、各種氨基酸、各種有機酸以及藥品等等。
2、發酵工程
現代的發酵工程。又叫微生物工程，指采用現代生物工程技術手段，利用微生物的某些特定的功能，為人類生産有用的産品，或直接把微生物應用于工業生産過程。
發酵是微生物特有的作用，幾千年前就已被人類認識并且用來制造酒、面包等食品。20世紀20年代主要是以酒精發酵、甘油發酵和丙醇發酵等為主。20世紀40年代中期美國抗菌素工業興起，大規模生産青黴素以及日本谷氨酸鹽（味精）發酵成功，大大推動了發酵工業的發展。
20世紀70年代，基因重組技術、細胞融合等生物工程技術的飛速發展，發酵工業進入現代發酵工程的階段。不但生産酒精類飲料、醋酸和面包，而且生産胰島素、幹擾素、生長激素、抗生素和疫苗等多種醫療保健藥物，生産天然殺蟲劑、細菌肥料和微生物除草劑等農用生産資料，在化學工業上生産氨基酸、香料、生物高分子、酶、維生素和單細胞蛋白等。
從廣義上講，發酵工程由三部分組成：上遊工程，發酵工程和下遊工程。其中上遊工程包括優良種株的選育，最适發酵條件（pH、溫度、溶解氧和營養組成）的确定，營養物的準備等。發酵工程主要指在最适發酵條件下，發酵罐中大量培養細胞和生産代謝産物的工藝技術。下遊工程指從發酵液中分離和純化産品的技術。
發酵工程的步驟一般包括：
第一步，菌種的選育。
第二步，培養基的制備和滅菌。
第三步，擴大培養和接種。
第四步，發酵過程。
第五步，分離提純。
發酵工程在醫藥工業、食品工業、農業、冶金工業、環境保護等許多領域得到廣泛應用。
3、蛋白質工程
在現代生物技術中，蛋白質工程是在20世紀80年代初期出現的。蛋白質工程是指在深入了解蛋白質空間結構以及結構與功能的關系，并在掌握基因操作技術的基礎上，用人工合成生産自然界原來沒有的、具有新的結構與功能的、對人類生活有用的蛋白質分子。
蛋白質工程的類型主要有兩種：
一是從頭設計，即完全按照人的意志設計合成蛋白質。從頭設計是蛋白質工程中最有意義也是最困難的操作類型，目前技術尚不成熟，已經合成的蛋白質隻是一些很小的短肽。
二是定位突變與局部修飾，即在已有的蛋白質基礎上，隻進行局部的修飾。這種通過造成一個或幾個堿基定位突變，以達到修飾蛋白質分子結構目的的技術，稱為基因定位突變技術。
蛋白質工程的基本程序是：首先要測定蛋白質中氨基酸的順序，測定和預測蛋白質的空間結構，建立蛋白質的空間結構模型，然後提出對蛋白質的加工和改造的設想，通過基因定位突變和其它方法獲得需要的新蛋白質的基因，進而進行蛋白質合成。（圖4-37）
由于蛋白質工程是在基因工程的基礎上發展起來的，在技術方面有很多同基因工程技術相似的地方，因此蛋白質工程也被稱為第二代基因工程。
蛋白質工程為改造蛋白質的結構和功能找到了新途徑，而且還預示人類能設計和創造自然界不存在的優良蛋白質的可能性，從而具有潛在的巨大社會效益和經濟效益。
生物技術的應用和前景
伴随着生命科學的新突破，現代生物技術已經廣泛地應用于工業、農牧業、醫藥、環保等衆多領域，産生了巨大的經濟和社會效益。
（一）生物技術的應用
1、生物技術在工業方面的應用
食品方面
首先，生物技術被用來提高生産效率，從而提高食品産量。
其次，生物技術可以提高食品質量。例如，以澱粉為原料采用固定化酶（或含酶菌體）生産高果糖漿來代替蔗糖，這是食糖工業的一場革命。
第三，生物技術還用于開拓食品種類。利用生物技術生産單細胞蛋白為解決蛋白質缺乏問題提供了一條可行之路。目前，全世界單細胞蛋白的産量已經超過3000萬噸，質量也有了重大突破，從主要用作飼料發展到走上人們的餐桌。
材料方面
通過生物技術構建新型生物材料，是現代新材料發展的重要途徑之一。
首先，生物技術使一些廢棄的生物材料變廢為寶。例如，利用生物技術可以從蝦、蟹等甲殼類動物的甲殼中獲取甲殼素。甲殼素是制造手術縫合線的極好材料，它柔軟，可加速傷口愈合，還可被人體吸收而免于拆線。
其次，生物技術為大規模生産一些稀缺生物材料提供了可能。例如，蜘蛛絲是一種特殊的蛋白質，其強度大，可塑性高，可用于生産防彈背心、降落傘等用品。利用生物技術可以生産蛛絲蛋白，得到與蜘蛛絲媲美的纖維。
第三，利用生物技術可開發出新的材料類型。例如，一些微生物能産出可降解的生物塑料，避免了“白色污染”。
能源方面
生物技術一方面能提高不可再生能源的開采率，另一方面能開發更多可再生能源。
首先，生物技術提高了石油開采的效率。
其次，生物技術為新能源的利用開辟了道路。
1、生物技術在農業方面的應用
現代生物技術越來越多地運用于農業中，使農業經濟達到高産、高質、高效的目的。
農作物和花卉生産
生物技術應用于農作物和花卉生産的目标，主要是提高産量、改良品質和獲得抗逆植物。
首先，生物技術既能提高作物産量，還能快速繁殖。
其次，生物技術既能改良作物品質，還能延緩植物的成熟，從而延長了植物食品的保藏期。
第三，生物技術在培育抗逆作物中發揮了重要作用。例如，用基因工程方法培育出的抗蟲害作物，不需施用農藥，既提高了種植的經濟效益，又保護了我們的環境。我國的轉基因抗蟲棉品種，1999年已經推廣200多萬畝，創造了巨大的經濟效益。
畜禽生産
利用生物技術以獲得高産優質的畜禽産品和提高畜禽的抗病能力。
首先，生物技術不僅能加快畜禽的繁殖和生長速度，而且能改良畜禽的品質，提供優質的肉、奶、蛋産品。
其次，生物技術可以培育抗病的畜禽品種，減少飼養業的風險。如利用轉基因的方法，培育抗病動物，可以大大減少牲畜瘟疫的發生，保證牲畜健康，也保證人類健康。
農業新領域
基因工程不僅提高了農牧産品的産量和質量。
利用轉基因植物生産疫苗是目前的一個研究熱點。科研人員希望能用食用植物表達疫苗，人們通過食用這些轉基因植物就能達到接種疫苗的目的。目前已經在轉基因煙草中表達出了乙型肝炎疫苗。
利用轉基因動物生産藥用蛋白同樣是目前的研究熱點。科學家已經培育出多種轉基因動物，它們的乳腺能特異性地表達外源目的基因，因此從它們産的奶中能獲得所需的蛋白質藥物，由于這種轉基因牛或羊吃的是草，擠出的奶中含有珍貴的藥用蛋白，生産成本低，可以獲得巨額的經濟效益。
2、生物技術在醫藥方面的應用
目前，醫藥衛生領域是現代生物技術應用得最廣泛、成績最顯着、發展最迅速、潛力也最大的一個領域。
疾病預防
利用疫苗對人體進行主動免疫是預防傳染性疾病的最有效手段之一。注射或口服疫苗可以激活體内的免疫系統，産生專門針對病原體的特異性抗體。
20世紀70年代以後，人們開始利用基因工程技術來生産疫苗。基因工程疫苗是将病原體的某種蛋白基因重組到細菌或真核細胞内，利用細菌或真核細胞來大量生産病原體的蛋白，把這種蛋白作為疫苗。例如用基因工程制造乙肝疫苗用于乙型肝炎的預防。我國目前生産的基因工程乙肝疫苗，主要采用酵母表達系統産生疫苗。
疾病診斷
生物技術的開發應用，提供了新的診斷技術，特别是單克隆抗體診斷試劑和DNA診斷技術的應用，使許多疾病特别是腫瘤、傳染病在早期就能得到準确診斷。
單克隆抗體以它明顯的優越性得到迅速的發展，全世界研制成功的單克隆抗體有上萬種，主要用于臨床診斷、治療試劑、特異性殺傷腫瘤細胞等。有的單克隆抗體能與放射性同位素、毒素和化學藥品聯結在一起，用于癌症治療，它準确地找到癌變部位，殺死癌細胞，有“生物導彈”、“腫瘤克星”之稱。
DNA診斷技術是利用重組DNA技術，直接從DNA水平作出人類遺傳性疾病、腫瘤、傳染性疾病等多種疾病的診斷。它具有專一性強、靈敏度高、操作簡便等優點。
疾病治療
生物技術在疾病治療方面主要包括提供藥物、基因治療和器官移植等方面。
利用基因工程能大量生産一些來源稀少價格昂貴的藥物，減輕患者的負擔。這些珍貴藥物包括生長抑素、胰島素、幹擾素等等。
基因治療是一種應用基因工程技術和分子遺傳學原理對人類疾病進行治療的新療法。
世界上第一例成功的基因治療是對一位4歲的美國女孩進行的，她由于體内缺乏腺苷脫氨酶而完全喪失免疫功能，治療前隻能在無菌室生活，否則會由于感染而死亡。經治療，這個女孩可進入普通小學上學。截至1997年6月，全世界已批準的臨床基因治療方案有218項，接受基因治療和基因轉移的患者總數已有2557名患者。
1990年，人類基因組計劃在美國正式啟動，2003年4月14日，中美英日法德六國科學家宣布：人類基因組序列圖繪制成功。人類基因組計劃的完成，有助于人類認識許多遺傳疾病以及癌症的緻病機理，将為基因治療提供更多的理論依據。
器官移植技術向異種移植方向發展，即利用現代生物技術，将人的基因轉移到另一個物種上，再将此物種的器官取出來置入人體，代替人的生病的“零件”。另外，還可以利用克隆技術，制造出完全适合于人體的器官，來替代人體“病危”的器官。
3、生物技術在環保方面的應用
污染監測
現代生物技術建立了一類新的快速準确監測與評價環境的有效方法，主要包括利用新的指示生物、利用核酸探針和利用生物傳感器。
人們分别用細菌、原生動物、藻類、高等植物和魚類等作為指示生物，監測它們對環境的反應，便能對環境質量作出評價。
核酸探針技術的出現也為環境監測和評價提供了一條有效途徑。例如，用杆菌的核酸探針監測水環境中的大腸杆菌。
近年來，生物傳感器在環境監測中的應用發展很快。生物傳感器是以微生物、細胞、酶、抗體等具有生物活性的物質作為污染物的識别元件，具有成本低、易制作、使用方便、測定快速等優點。
污染治理
現代生物治理采用純培養的微生物菌株來降解污染物。
例如科學家利用基因工程技術，将一種昆蟲的耐DDT基因轉移到細菌體内，培育一種專門“吃”DDT的細菌，大量培養，放到土壤中，土壤中的DDT就會被“吃”得一幹二淨。
