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（一）生物工程的发展阶段
生物工程的发展经历了以下七个阶段：
（1）发酵原理的创建：1857年,微生物学奠基人巴斯德提出了“在化学上不同的发酵是由生理上不同的生物所引起的”重要论断,从而为发酵技术的发展提供了坚实的理论基础；
（2）纯种培养技术的发明：1881年,德国细菌学家科赫发明了营养明胶上划线以分离细菌纯种的方法,后经其助手海斯夫人的建议,改用更实用的琼脂来取代明胶,从而有力地推动了纯种分离技术的发展；
（3）酶及其催化功能的发现：1897年,德国化学家布赫纳用磨碎酵母菌的细胞汁对葡萄糖进行酒精发酵获得成功,并由此开创了微生物生物化学和酶学研究的新纪元；
（4）深层通气培养技术的建立：1942年,由于第二次世界大战中救护伤员的迫切需要,推动了青霉素深层液体发酵技术的发展,并导致在发酵工程中具有革命性和普遍意义的生物反应器技术的建立；
（5）体外基因重组技术的问世：1973年,美国斯坦福大学医学院的科恩等人和博耶等人将大肠杆菌中两种不同特性的质粒片段用内切酶和连接酶进行剪切和拼接,获得了第一个重组质粒,然后通过转化技术将它引入大肠杆菌细胞中进行复制,并发现它能表达原先两个亲本质粒的遗传信息,从而开创了遗传工程的新纪元；
（6）固定化酶和固定化细胞技术的出现：日本的千（火田）一郎等于1969年首先将固定化氨基酰化酶应用于DL-氨基酸的拆分工作,1973年,他又进一步用固定化细胞连续生产L-天冬氨酸,开创了固定化酶和固定化细胞工业应用的新局面；
（7）细胞和原生物质体融合技术的建立：1962年,日本的冈田善雄利用仙台病毒的促融作用,首次诱导了艾氏腹水瘤细胞的融合；1974年,高国楠利用PEG（聚乙二醇）完成了植物细胞原生质体融合的实验；1979年,生达利用操作简便、快速和无毒的电脉冲技术完成了植物细胞原生质体的融合.从此,细胞融合技术在动、植物和微生物新种的培育中发挥着日益重要的作用.
（二）迈向二十一世纪的生物工程
生物工程是指以生命科学为基础,利用生物体(或者生物组织、细胞及其组分)的特性和功能,设计构建具有预期性状的新物种或新品系,以及与工程原理相结合进行加工生产,为社会提供商品和服务的一个综合性技术体系.其内容包括：基因工程、细胞工程、酶工程、发酵工程、生物工程和蛋白质工程.这些生物技术将广泛应用于医学、农业、环保、工业及海洋开发等.生物工程是当今世界的重要高科技领域.
1 医学生物技术
基因工程作为医学发展的重要技术,越来越受到人们的关注.基因重组技术研制的核酸或蛋白质类药物,已经应用于临床.同时,许多生物工程新药正准备推向市场,应用于临床,前景十分广阔.自80年代以来,仅日、美两国开发的生物技术新药就达224种,其中日本117种,美国107种.而且,大部分药品是重组DNA药物或重组蛋白质药物.从市场份额来看,在美国,到2003年将有15％药品为生物技术产品.生物技术药物分为两大类：一是用于疾病治疗的药物,另一类是用于疾病的预防.
生物技术在传统药材生产中也将起到重要作用.用于药材生产的植物细胞经过基因重组、接种、诱导、筛选高产优质的细胞系,经过培养及大规模生产,提高中药产量.此外,中草药含有的有效成分绝大部分是次生代谢产物,它们的合成途径非常复杂,往往有几个或几十个酶参与.因而,找出形成特定产物的关键酶,就成为利用基因工程技术生产传统药材有效成分的关键步骤之一.利用酶的特异性表达来生产具有高产量、高纯度、副作用少的有效成分——单体,是传统医药发展的方向.
基因治疗技术的发展,从开始临床试验至今已近10年,其发展速度可谓日新月异,目前有90％的基因治疗临床试验在美国进行.基因治疗在疾病的病种选择上,已从经典的、孟德尔遗传方式为主的单基因隐性疾病扩展到复杂因子决定的疾病,如肿瘤疾病及爱滋病.估计到21世纪初,临床上能广泛应用生物技术治疗这些复杂疾病.
2 农业生物技术
近几年,国际农业生物技术发展之快已引起世界各国政府和科学家的高度重视.农业生物技术领域中尤以转基因动、植物研究开发最为活跃,应用转基因技术将具有特殊经济价值的基因引入动、植物体内,对家畜、家禽及农作物进行品种改良,从而获得高产、优质、抗病虫害的转基因动、植物新品种.如将决定高产基因及决定优质的基因转移到农作物中,可产生既高产又优质的新品种.随着人民生活水平提高,人们的口味及习惯也发生了变化,农作物的产品也在随之改良以适应人们的需要.
农作物病虫害是造成农业产量下降的主要原因之一.目前防治农作物病虫害的常规方法是喷施化学农药,但农药的使用既费钱又污染环境及农产品.因而,利用转基因技术把抗病、抗虫基因导入农作物中,使之可避免或减少病虫害.到21世纪初,将有更多的优良农作物新品种推广应用.
转基因动、植物技术的应用不仅会为人类解决吃饭问题,也会对医药事业产生影响.利用转基因动、植物作为生物反应器是21世纪发展的趋势.如将某些药用蛋白质基因转移到奶牛中,其乳汁就含有该蛋白质,这不但成本低,而且产量高.用动、植物作为生物反应器生产的重要物质有：α—栝楼素、血管紧张肽转化酶抑制剂、抗体、细菌和病毒的抗原、脑菲肽、表皮生长因子、促红细胞生成素、人生长激素、人血清蛋白、干扰素及水蛭素等.将人的基因转移到猪中,猪不仅能生产人体白蛋白,而且其器官可供人类的器官移植.随着生物技术的飞速发展,越来越多的医药物质或新药通过生物反应器制造和生产.
3 海洋生物技术
据美国国家海洋及大气局(NOAA)估计,全球海产品的捕捞极限在1.0～1.5亿吨之间.近年来,由于全世界的捕捞活动急剧上升,捕捞量已达极限.因此,海洋养殖业利用生物技术提高产量已具有重要意义,将决定生产周期短的基因转移到生产周期长的鱼、虾中,得到生产周期短的鱼、虾新品种,这样,年产量会大大提高.又将鱼生长激素基因及抗冻蛋白基因转移到鱼中,培育出的新品系不仅生长快,且抗病能力强.生物技术的应用不但促进了海养殖业,也对保护海洋生物起到积极作用.
海洋生物种类繁多,它们的生活环境与陆地生物不同,海洋生物都处在高盐、低温和高压环境中,生存条件十分恶劣,因此,海洋生物有很强的再生能力、防御能力和认识能力,这些独特的功能与它们体内的成分有关,这些成分具有抗癌、抗病毒、抗衰老作用.如从海鞘中提取的海鞘素β(Didemnimβ)具有抑制白血病细胞生长、治疗白血病的作用,从兰绿藻中分离到的糖脂具有抗HIV－1作用.目前,已发现的海洋天然产物和生物活性物质已有数千种.随着对海洋生物进一步研究,更多有用的物质将被发现.至此,利用生物技术提取及制造这物质用于人类,已是21世纪的重要课题.
4 环境保护生物技术
环境污染将破坏人类赖以生存的生态环境,对人类的健康及生命构成威胁.在高度工业化的今天,其生产排放的废弃物及人类生活中的垃圾共同构成了主要污染源,这些污染物对大气、水域、土地的侵袭,破坏了地球的生态环境.如何处理这些工业废物及生活垃圾,就成了环保的重要课题,现代科学发挥生物技术特别是微生物技术的优势,有计划、有针对性地对不同类型废弃物进行有效治理,按利用→回收→再生产→再利用,不断循环使之资源化,变废为宝,实践证明是可行的.用特定微生物分解污染环境的石油物,用生物技术手段构建含有“自杀基因”的微生物,不仅能分解环境中的有害物质如甲苯、二甲苯等,而且当其完成自己的使命后,“自杀基因”就使微生物自我毁灭,这种有用的微生物不会对人类及环境再次造成危害.另一方面,人类对能源、资源的利用也要合理化,无污染地利用.这样,到21世纪,我们生活的环境将变得更好.
海洋也是人类赖以生存的地方,保护海洋是为了更好地利用海洋资源.随着沿海地区经济发展,海洋污染日益严重.因此,应用生物工程手段将能富集重金属和降解海洋石油的基因工程菌和基因工程藻类构建及培养出来,应用于海洋保护.另外,海养殖业中遇到的病虫害,也需利用生物工程手段预防、治疗,这样,不但提高海产品产量,也防止病原微生物传入人体,对人类的健康构成威胁.
5 其它方面的生物技术
生物技术的应用日益深广,不但对医学、农业造成影响,也对工业生产产生影响,生物冶金技术、生物信息工程的出现充分说明了这一点.预计,到21世纪,生物工程的发展,生物技术的应用将渗透到各领域各行各业.各种动态表明,世界生物技术将迎来一个快速发展的新时代.
（一）生物工程的发展阶段
生物工程的发展经历了以下七个阶段：
（1）发酵原理的创建：1857年,微生物学奠基人巴斯德提出了“在化学上不同的发酵是由生理上不同的生物所引起的”重要论断,从而为发酵技术的发展提供了坚实的理论基础；
（2）纯种培养技术的发明：1881年,德国细菌学家科赫发明了营养明胶上划线以分离细菌纯种的方法,后经其助手海斯夫人的建议,改用更实用的琼脂来取代明胶,从而有力地推动了纯种分离技术的发展；
（3）酶及其催化功能的发现：1897年,德国化学家布赫纳用磨碎酵母菌的细胞汁对葡萄糖进行酒精发酵获得成功,并由此开创了微生物生物化学和酶学研究的新纪元；
（4）深层通气培养技术的建立：1942年,由于第二次世界大战中救护伤员的迫切需要,推动了青霉素深层液体发酵技术的发展,并导致在发酵工程中具有革命性和普遍意义的生物反应器技术的建立；
（5）体外基因重组技术的问世：1973年,美国斯坦福大学医学院的科恩等人和博耶等人将大肠杆菌中两种不同特性的质粒片段用内切酶和连接酶进行剪切和拼接,获得了第一个重组质粒,然后通过转化技术将它引入大肠杆菌细胞中进行复制,并发现它能表达原先两个亲本质粒的遗传信息,从而开创了遗传工程的新纪元；
（6）固定化酶和固定化细胞技术的出现：日本的千（火田）一郎等于1969年首先将固定化氨基酰化酶应用于DL-氨基酸的拆分工作,1973年,他又进一步用固定化细胞连续生产L-天冬氨酸,开创了固定化酶和固定化细胞工业应用的新局面；
（7）细胞和原生物质体融合技术的建立：1962年,日本的冈田善雄利用仙台病毒的促融作用,首次诱导了艾氏腹水瘤细胞的融合；1974年,高国楠利用PEG（聚乙二醇）完成了植物细胞原生质体融合的实验；1979年,生达利用操作简便、快速和无毒的电脉冲技术完成了植物细胞原生质体的融合.从此,细胞融合技术在动、植物和微生物新种的培育中发挥着日益重要的作用.
（二）迈向二十一世纪的生物工程
生物工程是指以生命科学为基础,利用生物体(或者生物组织、细胞及其组分)的特性和功能,设计构建具有预期性状的新物种或新品系,以及与工程原理相结合进行加工生产,为社会提供商品和服务的一个综合性技术体系.其内容包括：基因工程、细胞工程、酶工程、发酵工程、生物工程和蛋白质工程.这些生物技术将广泛应用于医学、农业、环保、工业及海洋开发等.生物工程是当今世界的重要高科技领域.
1 医学生物技术
基因工程作为医学发展的重要技术,越来越受到人们的关注.基因重组技术研制的核酸或蛋白质类药物,已经应用于临床.同时,许多生物工程新药正准备推向市场,应用于临床,前景十分广阔.自80年代以来,仅日、美两国开发的生物技术新药就达224种,其中日本117种,美国107种.而且,大部分药品是重组DNA药物或重组蛋白质药物.从市场份额来看,在美国,到2003年将有15％药品为生物技术产品.生物技术药物分为两大类：一是用于疾病治疗的药物,另一类是用于疾病的预防.
生物技术在传统药材生产中也将起到重要作用.用于药材生产的植物细胞经过基因重组、接种、诱导、筛选高产优质的细胞系,经过培养及大规模生产,提高中药产量.此外,中草药含有的有效成分绝大部分是次生代谢产物,它们的合成途径非常复杂,往往有几个或几十个酶参与.因而,找出形成特定产物的关键酶,就成为利用基因工程技术生产传统药材有效成分的关键步骤之一.利用酶的特异性表达来生产具有高产量、高纯度、副作用少的有效成分——单体,是传统医药发展的方向.
基因治疗技术的发展,从开始临床试验至今已近10年,其发展速度可谓日新月异,目前有90％的基因治疗临床试验在美国进行.基因治疗在疾病的病种选择上,已从经典的、孟德尔遗传方式为主的单基因隐性疾病扩展到复杂因子决定的疾病,如肿瘤疾病及爱滋病.估计到21世纪初,临床上能广泛应用生物技术治疗这些复杂疾病.
2 农业生物技术
近几年,国际农业生物技术发展之快已引起世界各国政府和科学家的高度重视.农业生物技术领域中尤以转基因动、植物研究开发最为活跃,应用转基因技术将具有特殊经济价值的基因引入动、植物体内,对家畜、家禽及农作物进行品种改良,从而获得高产、优质、抗病虫害的转基因动、植物新品种.如将决定高产基因及决定优质的基因转移到农作物中,可产生既高产又优质的新品种.随着人民生活水平提高,人们的口味及习惯也发生了变化,农作物的产品也在随之改良以适应人们的需要.
农作物病虫害是造成农业产量下降的主要原因之一.目前防治农作物病虫害的常规方法是喷施化学农药,但农药的使用既费钱又污染环境及农产品.因而,利用转基因技术把抗病、抗虫基因导入农作物中,使之可避免或减少病虫害.到21世纪初,将有更多的优良农作物新品种推广应用.
转基因动、植物技术的应用不仅会为人类解决吃饭问题,也会对医药事业产生影响.利用转基因动、植物作为生物反应器是21世纪发展的趋势.如将某些药用蛋白质基因转移到奶牛中,其乳汁就含有该蛋白质,这不但成本低,而且产量高.用动、植物作为生物反应器生产的重要物质有：α—栝楼素、血管紧张肽转化酶抑制剂、抗体、细菌和病毒的抗原、脑菲肽、表皮生长因子、促红细胞生成素、人生长激素、人血清蛋白、干扰素及水蛭素等.将人的基因转移到猪中,猪不仅能生产人体白蛋白,而且其器官可供人类的器官移植.随着生物技术的飞速发展,越来越多的医药物质或新药通过生物反应器制造和生产.
3 海洋生物技术
据美国国家海洋及大气局(NOAA)估计,全球海产品的捕捞极限在1.0～1.5亿吨之间.近年来,由于全世界的捕捞活动急剧上升,捕捞量已达极限.因此,海洋养殖业利用生物技术提高产量已具有重要意义,将决定生产周期短的基因转移到生产周期长的鱼、虾中,得到生产周期短的鱼、虾新品种,这样,年产量会大大提高.又将鱼生长激素基因及抗冻蛋白基因转移到鱼中,培育出的新品系不仅生长快,且抗病能力强.生物技术的应用不但促进了海养殖业,也对保护海洋生物起到积极作用.
海洋生物种类繁多,它们的生活环境与陆地生物不同,海洋生物都处在高盐、低温和高压环境中,生存条件十分恶劣,因此,海洋生物有很强的再生能力、防御能力和认识能力,这些独特的功能与它们体内的成分有关,这些成分具有抗癌、抗病毒、抗衰老作用.如从海鞘中提取的海鞘素β(Didemnimβ)具有抑制白血病细胞生长、治疗白血病的作用,从兰绿藻中分离到的糖脂具有抗HIV－1作用.目前,已发现的海洋天然产物和生物活性物质已有数千种.随着对海洋生物进一步研究,更多有用的物质将被发现.至此,利用生物技术提取及制造这物质用于人类,已是21世纪的重要课题.
4 环境保护生物技术
环境污染将破坏人类赖以生存的生态环境,对人类的健康及生命构成威胁.在高度工业化的今天,其生产排放的废弃物及人类生活中的垃圾共同构成了主要污染源,这些污染物对大气、水域、土地的侵袭,破坏了地球的生态环境.如何处理这些工业废物及生活垃圾,就成了环保的重要课题,现代科学发挥生物技术特别是微生物技术的优势,有计划、有针对性地对不同类型废弃物进行有效治理,按利用→回收→再生产→再利用,不断循环使之资源化,变废为宝,实践证明是可行的.用特定微生物分解污染环境的石油物,用生物技术手段构建含有“自杀基因”的微生物,不仅能分解环境中的有害物质如甲苯、二甲苯等,而且当其完成自己的使命后,“自杀基因”就使微生物自我毁灭,这种有用的微生物不会对人类及环境再次造成危害.另一方面,人类对能源、资源的利用也要合理化,无污染地利用.这样,到21世纪,我们生活的环境将变得更好.
海洋也是人类赖以生存的地方,保护海洋是为了更好地利用海洋资源.随着沿海地区经济发展,海洋污染日益严重.因此,应用生物工程手段将能富集重金属和降解海洋石油的基因工程菌和基因工程藻类构建及培养出来,应用于海洋保护.另外,海养殖业中遇到的病虫害,也需利用生物工程手段预防、治疗,这样,不但提高海产品产量,也防止病原微生物传入人体,对人类的健康构成威胁.
5 其它方面的生物技术
生物技术的应用日益深广,不但对医学、农业造成影响,也对工业生产产生影响,生物冶金技术、生物信息工程的出现充分说明了这一点.预计,到21世纪,生物工程的发展,生物技术的应用将渗透到各领域各行各业.各种动态表明,世界生物技术将迎来一个快速发展的新时代.