摘要：基因技术的研究和应用已扩展到医学、产业经济、农业、及环境生物学等多个领域，有着广阔的开发应用前景。随着基因工程和克隆技术的研究成果的不断创新，生殖生物学、生物分类学、遗传学、生态学、进化论及营养生物学等生物学领域将面临理论革新，同时将极大发展生物技术学、生物法学、生命伦理学、基因育种学、生物信息学等新兴学科。
    关键词：基因技术；基因工程；克隆；人类基因组计划；生物技术革命
    二十世纪未期以来，伴随“人类基因组”计划的研究和发展，克隆技术和基因技术的研究与应用正在促成一场生物技术的革命，同时改变着人类的生产、生活乃至生存的观念和方式。基因技术的研究和应用，将从多角度、多层次促进生命科学向着综合化、微观层次及与人类生存相关领域发展。《走向21世纪的生物学---未来生物学（1991--2020年）预测》中提出：“未来生物学发展的大趋势是对生命现象的研究不断深入和扩大，向宏观和微观、最基本的和最复杂的两极发展”。 由于人类基因组计划研究的顺利进展，在人类基因的测序和研发过程中引发了基因技术的重大革新和革命，从而把现代生命科学推向一个崭新的阶段。从某种意义上说，未来生物学面临一个理论上的大综合大开发时期，将对传统生物学领域产生一次空前的革命。
                       一、生物学的技术与应用领域将十分广泛
    （一）现代生物学的研究与应用已扩展到诸多学科领域，主要是：
　   1 医学领域 
    随着高科技成果不断转化为生产力，基因工程药物、单克隆诊断试剂、转基因动物、器官移植、基因诊断与基因治疗，已在治疗疾病和维护人类健康等医学领域发挥着巨大作用。主要是：
    基因制药 过去和现在发现新药物作用靶位和受体是非常昂贵和漫长的，科学家只是依赖试错法来实现其药物研究和开发的目标。人类基因组计划完成后,可以直接根据基因组研究成果确定靶位和受体，设计药物。这将大大缩短药物研制时间和大大降低药物研制费用，使药物的开发研究过渡到基因制药阶段。目前已有500个基因用于药物开发，到人类基因组计划完成时，这一数目将增加6到20倍，达到3000－10000个[1]。医药生物技术已创造出了30多个重要的治疗药物，在治疗癌症、多发性硬化症、贫血、发育不良、糖尿病、肝炎、心力衰竭、血友病、囊性纤维变性和一些罕见的遗传性疾病中取得了良好效果。我国已有18种基因工程药物和疫苗投放市场，并有几十种新产品处于不同的研制阶段。重要的生物工程药物有：干扰素、白细胞介素一2、人生长激素、人胰岛素、凝血因子9、人促红细胞生长素、重组人DNA酶、巨细胞粒细胞集落刺激因子和乙型肝炎疫苗等。 
    基因诊断 基因诊断主要运用于：一是通过检测特定基因或相关疾病基因的存在以判断和评估某种疾病在某一个体上的发生风险，并设法预防这种疾病的发生；二是通过基因诊断促使个性化药物的诞生；三是通过基因诊断更精确地判断某些传染性疾病或肿瘤、艾滋病等疾病的存在，以利于临床医生尽早确定病因，从而在它们造成危害之前就将其根治[1]。并且，基因诊断技术还将应用于婚前检查、亲子鉴定等方面。我国可用基因诊断的疾病主要是一些遗传性疾病，如苯丙酮尿症、血友病及地中海贫血等。基因诊断将对未来疾病诊断、未来医疗服务模式乃至医疗保险、社会伦理等产生很大影响。
基因治疗 基因治疗被称为人类医疗史上的第四次革命，它是一种通过向人本细胞基因组转换损坏了的基因或引入正常的基因从而达到治疗疾病目的的方法。基因治疗被认为是治疗遗传病唯一方法，如把第9凝血因子置入患者体内可以治疗血友病，把胰岛素置入糖尿病患者的体细胞可以治疗糖尿病等。遗传学表明，人类有6500种遗传性疾病是由单个基因缺陷引起的，而通过置入相关基因将使人类的许多不治之症得以克服。
    基因克隆 60年代生物学家童第周对金鱼、鲫鱼进行细胞核移植开始了我国克隆研究。 1990年5月，西北农业大学畜牧所克隆一只山羊成功之后，胚胎细胞克隆研究取得较快发展。 1999年，中国科学院动物研究所将大熊猫的体细胞植入去核后的兔卵细胞中，成功地培育出了大熊猫的早期胚胎。 利用基因克隆技术不仅可以培育出自然界不可能产生的新物种，而且可以培养带有人体基因的动植物作为“生物反应器”生产基因工程产品，还可制造用于人体脏器移植的器官，使人体能够抑制对异体器官的排斥，从而解决供移植的人体器官来源不足问题。科学研究表明,具有人的基因的转基因猪在人体异种器官移植中有良好的应用前景。 
    基因芯片 基因芯片主要指通过平面微细加工技术在固体芯片表面构建微流体分析单元和系统，以实现对细胞、蛋白质、核酸以及其它生物组的大信息量检测。高密度基因芯片能够在同一时间内分析大量的基因，从而准确破译遗传密码。生物芯片技术最重要的是DNA芯片，已成功地应用于法医学上，进行亲子鉴定、罪犯甄别等，在各种疾病的基因诊断、环境保护及农业育种等方面，都有重要的应用前景。
    2 产业和经济领域
    随着各种生物技术研究成果的问世，一大批与基因技术相关的高新科技产业应运而生，生物技术广阔的产业发展前景和优厚的投资回报被经济领域普遍重视。1998年，生物技术领域的三项巨额投资给人留下了深刻的印象。事实上，包括基因工程、生物制药等在内的许多生物高新技术近来已成为全球不断升温的投资热点。美国生物技术公司中300多家公开上市，其市场资本总额在2000年就达到3308亿美元，已在全国建成五大生物产业基地。
    3 农业领域
    农业生物技术中，转基因动植物的研究与开发最为突出。近年来，抗除草剂的大豆、抗病毒病的甜椒、抗腐能力强、耐贮性高的番茄、具有高含量必须氨基酸的马铃薯等转基因植物开始进入市场，转基因农作物大面积种植，成为农业生物技术的第一批成果；转基因的瘦肉型猪、高产奶的奶牛和能从奶中提取药物的转基因羊等也将进入实用化阶段。在未来10年中，农业生物技术的全球销售额将超过3000亿美元。虽然在今后25年内世界人口将增长40%，但基因技术的采用有望使每公顷的粮食产量增长一至两倍。基因工程改良的作物在提高产量，改善品质，增强植物耐旱、抗寒、抗盐硷，提高植物抗病等方面有显著优势，基因技术在微生物肥料、微生物农药、培育优良品种和改造传统农业等方面有非常广阔的应用前景。 
    4 环境生物学领域
    环境生物技术是21世纪国际生物技术的又一热点领域，生物技术在环境治理上发挥着不可替代的作用。美国更把环境生物技术作为21世纪生物技术6个主要研究领域之一，美国培育的基因工程"超级菌"，几小时就可降解自然菌种需1年才能降解的水上浮油；日本将嗜油酸单孢杆菌的耐汞基因转入腐臭单孢杆菌，使该菌株既能有效处理环境汞污染，又能将汞回收利用。转基因树木是生物工程技术应用一大特点，它为净化大气、保护环境、绿化大地、维持生态平衡，收获高产优质林果与木材等诸多方面所必需。21世纪我国环境生物技术的重点在于：用工程生物处理原煤脱硫的工业化工艺，无污染、能大量生产的生物能源的开拓性研究，高效、多抗转基因微生物农药的研制，生物来源的可降解的透明膜材料等。此外，采用基因新技术在抢救珍稀生物物种，维持生态系统平衡方面也引起普遍关注。
    （二）生物学的研究与手段将更为综合
    生命现象是一个复杂的系统的问题，无论是从构成还是从生命活动方面，生命无疑都是一个从微观到宏观统一在一起的高度复杂的动力学系统[2]。 要研究和揭示其本质并要将研究成果广泛应用，生命科学必将全面进入大科学发展的科学范式。生物技术已不再是单纯的生命科学的研究手段，现代生物学尤其在基因技术的研究与应用中，已广泛涉及到生物学以外的其它学科，如数学、物理学、化学、计算机科学和工程学等多学科领域。同时要运用细胞学、组织学、胚胎学、分子生物学、量子生物学、遗传学及生物物理学、生物化学、生物信息学等各个生物学分支学科，使生命科学研究从单一走向分支，又将从分支走向综合。 例如 以实现遗传、发育和进化理论的大综合并阐明脑高级功能活动原理，将是21世纪初期生物学最大的理论任务。
                        二、传统生物学理论将面临一次全面革新
    随着基因技术和克隆技术的深入研究与应用，将产生生命科学理论中一系列新的问题，许多研究成果和理论将对传统生物学理论带来革新和挑战，主要是：
    对生殖生物学的挑战 克隆 技术实质是一种细胞核移植技术，这种非生殖细胞核移植到生殖细胞中产生胚胎的技术，是生殖理论和胚胎学理论的重大发展。它已经彻底打破了传统生殖生物学中无性生殖与有性生殖的界限，形成一种新的生物繁殖方式。关于克隆属于哪一类繁殖方式尚有众多争议，对克隆生物的再生殖力尚有待研究。人们的生殖观念乃至生活方式也将面临严俊考验，生殖生物学理论也将被改写。
    对生物分类学的挑战 由于基因工程是在分子水平上进行操作，最终是为了创造出人们所需要的新品种（物种？），因而它可以突破物种间的遗传障碍，大跨度的超越物种间的不亲和性。比如在基因工程中最常使用的大肠杆菌，它是一种原核生物，但它却能大量表达来自于人类的某些基因（例如各种人的多肽生长因子基因就可用大肠杆菌来生产）。由于类似的转基因生物和基因改造生物大量产生，经过转基因处理，一个物种获得了本身或其变种不可能自然拥有且按人的主观意图和目的设计的由其它动物、植物或微生物基因中转入的基因片段，打破了物种（类）之间的界限。这些“新基因生物”无论在形态、结构、生理生化特性、基因组成乃至性状表达等多方面都将与原有生物物种有本质区别，它们的分类地位将如何确定？按传统生物分类法分类时，将会面临新的矛盾，而重新命名新物种，则有悖于生物分类学原理。因此，如按分子生物分类学方法分类，许多转基因生物、克隆生物将有新的分类地位和分类依据，这将大大改写传统分类学。
    对遗传学理论的挑战 分子生物学及遗传学的经典理论是“中心法则”和遗传学三大定律，它们都是基于对生物遗传信息传递与表达规律的揭示。未来人类基因组计划的完成、后基因组时代的到来和继而发展起来的蛋白质组工程的研究、开发和应用，将打破传统“中心法则”的限定，将出现新的基因表达效应和基因分离、组合、连锁、交换等遗传学规律。基因工程是从遗传物质基础上对原有的生物（常常称之为受体生物）进行改造，经过改造的生物就会按照研究者的意愿获得某些新的基因，从而使该生物获得某些新的遗传性状。每种生物体内或细胞内由于长期适应都处于精巧的调节控制和平衡之中，当用基因工程方法引入一段外源基因片段后，原有的平衡可能被打破，有可能导致细胞内重新建立新的平衡甚或导致生物学功能发生紊乱，改变原有的遗传方式。尤其在多基因遗传和数量遗传理论上将有很大突破，即在自然遗传中加入了人工遗传因素，必将全面改写传统遗传学理论。
    对生物进化论和生态学的挑战 现在生活在地球上的各种生物都是经过长期的生物进化演变而来，它们基本上都能适应当前的生态环境。在长期进化与系统发育中，每个物种都形成了特定的生存方式，物种之间也形成了较为稳定的生物链。一旦由于克隆技术和基因工程技术产生新型生物之后，它们的生物习性将与原来生物大为不同，原有生态平衡将被打破，生物链之间的关系将重新建立，处在生物链不同位置的生物类群将面临新的生存关系，某些生物种类可能面临生存危机，物种的自然选择和生存竞争方式将被打破；另一方面，由于基因技术的深入研究，生命起源和生物进化的许多奥秘将被逐一解开，用基因研究进化论的时代必然会挑战传统进化论观点，有关生物亲源关系、演化历史可能被改写。
    对营养生物学的挑战 由于转基因食品和转基因动植物的大量产生，人们可以按照营养需求简单而直接生产人类食品和动物饲料，各种生物的营养标准也会因此而改变。营养需求、营养标准、营养方式、营养物质种类及其代谢、各种生物之间的营养竞争关系等都将重新确立。同时，有关转基因食品的营养疑问和营养安全问题已经在全球范围引起重视和争论，转基因农作物的研究与推广尤其是转基因粮食作物的种植许多国家农民的反对，人们对转基因食品讳莫如深，因为转基因技术改变了一个物种原有的DNA结构，它与杂交育种有着本质区别。 
                     三、基因技术相关新兴学科将应运而生并得以快速发展
    在基因工程深入研究和广泛应用后，有关基因技术和克隆技术将涉及到自然科学和人文科学的各个领域，许多问题都将随之而来，由此将兴起诸多相关新兴学科并得以长足发展。主要是：
    （一）生物技术学
    现代生物学研究已走出传统实验室，实现多学科综合技术研究与开发应用，尤其是基因技术与克隆技术的研究与应用，将极大促进生物技术学的进展。同时，生物技术学不仅将在基因工程、遗传工程、蛋白质工程、酶工程、细胞工程、发酵工程等领域深入研究，而且将扩展到所有自然科学和人文科学各个领域。
    （二）生物法学
    《卡塔赫纳生物安全议定书》)起草于2000年1月，它对转基因产品的进出口进行了明确规定)。主要措施包括帮助各国家和地区建立关于转基因产品流通的法律，分享有关转基因产品的科学数据等。现实表明，基因技术高科技给法学带来严俊挑战，包括对基因资源的合理应用与保护、基因产品的生产、销售、出口与进口、安全防范措施、政策与国际公约、基因技术知识产权保护、基因技术相关产业运作、市场管理等一系列问题，都急切呼吁立法，即生物法学。因此，为了不因基因技术而受制于人，甚至危及国家安全，应在立法和司法实践、行政管理等方面，必须迅速加大我国的基因资源研究和保护的力度。 
    （三）生命伦理学
    1998年初，美国科学家锡德宣布的克隆人计划在国际上掀起了轩然大波，并由此引发了更加激烈、持久的科学伦理争论。创造“多莉”的苏格兰科学家指责锡德计划“完全不合伦理”，并警告说，克隆人不会成为“优等民族”。2002年4月，意大利一位研究者宣称世界上第一个克隆人将在8个月后出生，更加剧了全球范围有关生命伦理的争论。基因技术和克隆技术将引发一系列人文科学方面的问题，有关生育权和生存权问题、人类伦理道德问题、心理问题、卫生保健服务的公平性问题等，都有待生命伦理学解决。
    （四）基因育种学
    动植物育种思想随基因组研究的进展发生了革命性的变化，从表型育种到分子育种的转变。应用已有的基因组知识和数量性状作图基因座（QTL），发现农作物和家畜的性状（包括数量性状）是由少数基因决定的并可根据它们在染色体上的位置和对性状形成的贡献指导育种实践，以达到高效地创造高产、优质和抗逆的新品种的目[3]。分子生物学研究的重点也将从“基因组转到蛋白质组”。在方法学上也需要很大的突破，创造出高效、快速地能同时检测基因组成千上万的基因活动的方法。生物学已进入“后基因组时代”或“功能基因组时代”。目前正在兴起的分子进化发育生物学正是从各种典型生物基因组和发育模式的比较研究来揭示形态发育和进化规律的。未来生物学正在这一新基础上回复到古典生物学的比较、进化的传统，更加重视遗传、发育和进化的综合研究。 
    （五）生物信息学
    随着现代科技的发展，生物技术和信息技术日益融合。人类基因组计划在测序过程中产生的海量数据更是离不开超级计算机，需要利用高性能计算机来“解读”。科学家们积极运用数学、计算机科学和生物学的各种工具，来阐明和理解大量基因组学获得的数据中所包含的生物学意义，一个新兴学科———生物信息学应运而生[4]。随着运算速度超千亿次的曙光3000超级计算机今天正式“落户”杭州华大基因研究中心，“华大基因”的测序能力业已名列世界第六，从而标志着一个完整的世界级基因组信息学中心在我国诞生。 高度密集的信息 ,特别是以计算机开发和应用为主的现代模糊信息学包括文献信息学 ,管理信息学等 ,都应归属于非生命的信息学科学。同时，对基因组结构和遗传语言研究、对脑功能的基因水平上的研究，将极大促进脑信息科学的发展。
    总之，21世纪将是生命科学世纪，基因技术将极大推进现代生物学的发展，将带来生物学领域的一场革命。

参考资料：
[1]基因技术与现代生命科学 http://www.ntem.tj.cn /kjjx/0817_zsz_3.ntm
[2]北京大学生命科学学院编写组《生命科学导论》，高等教育出版社，2000.7
[3]世纪之交生物学发展大趋势 http://www.bioeasa.com/biology /ji—7.htm
[4]陈联伟，生命信息科学的诞生，《生命科学研究进展》电子杂志，15期，2002.4