第1章 前言(1)

现代生命科学研究表明，基因、蛋白质和细胞构成生命基础，由此起始，出现了微生物、植物和动物等生命体。微生物中的病毒，只含有基因和蛋白质两个生命基础要素，有的像朊病毒，甚至仅由蛋白质构成。除病毒以外的其他微生物，如细菌、酵母菌、霉菌、藻类等，与植物和动物一样，都同时含有基因、蛋白质和细胞三个生命基础要素。微生物除蕈类真菌外，它与动植物的显著差别是，个体微小，通常无法用肉眼来观察。植物和动物，虽然都含有三个生命基础要素，但是，两者之间的基因、蛋白质和细胞却存在着很大差异。就细胞来说，动物细胞缺少植物细胞中的细胞壁，也不含叶绿体，而且囊状液泡也不像植物细胞那样明显。这使得动物不能像植物那样，可以把无机物合成为有机物，它只能通过吃下有机物，用以维持和延续自己的生命。21世纪以来，生命现象，特别是生命体及其生态状况，引起众多专家和学者的关注，他们从不同领域、不同角度，以及不同方法来研究生命体问题，从而使这方面的研究成果，在世界科技成果总量中占有很大比重，由此产生了丰富多彩的创新信息。本书把国外21世纪以来生命科学的研究成果作为考察对象，集中分析微生物、植物和动物等生命体方面的创新成果，在充分占有原始资料的基础上，抽绎出典型材料，精心设计成研究生命体领域创新信息的思维脉络和框架结构。本书由三章内容组成：

第一章 微生物领域研究的新进展

1.国外在原核生物研究方面的新成果

（1）细菌生理及功能研究，揭示出幽门螺旋杆菌生理机制、痢疾杆菌生理机制、百日咳杆菌生理机制和金黄色葡萄球菌生理机制，破解了肠道菌群的生理现象、人体细菌生理现象和海洋细菌等生理现象，还发现了纳米比亚珍珠硫细菌、抗辐射菌、屎肠球菌等细菌具有的特殊功能。

（2）细菌种类研究，培育出降血压乳酸菌种、可部分替代抗生素的新益生菌，开发出首个可用的人造细菌菌株；发现含有新限制酶的细菌突变种、炭疽杆菌的新变种，以及一种生存在极端环境中的新型古生菌；还发现了一些有利于环境保护的新细菌。

（3）细菌开发利用方面的研究，利用细菌清除工业废水、汞、铀和卤代化合物等污染物质，利用细菌制造氢气、寻找海底石油，以及把一氧化碳变成燃料丙烷等来推进能源开发，利用细菌研制青蒿素、防病健康食品、杀虫剂、抗菌药物、减肥药物、单糖和乳酸等生物医用产品，同时，还利用开展各种实验活动。

（4）细菌致病及防治研究，揭开炭疽杆菌和白色念珠菌的致病机理，破解金黄色葡萄球菌、结核杆菌和绿脓杆菌的耐药机理。同时，发现人体拥有抵抗艰难梭菌的天然机制，研制对付A型链球菌、炭疽杆菌、李斯特菌、金黄色葡萄球菌和脑膜炎奈瑟菌等细菌的新疫苗，并开发出一系列抗菌灭菌新物质、检测细菌新技术，以及灭菌消毒新方法和新设备。

（5）蓝藻研究，从藻青菌基因组分析生物体光合作用的起源，发现微藻与巨型细菌可交换多个基因，发现单细胞藻类毒素的致病机制，发现高浓度二氧化碳影响海洋蓝藻的长期适应性。同时，培育出营养丰富的新型螺旋藻，开发有毒蓝藻暴发早期预警技术，利用转基因蓝藻可制造化学燃料。

（6）其他原核生物研究，开发钩端螺旋体的快速检测法；创造出人类历史上首个实验室合成支原体，并成功制造出人体生殖支原体；发现孕妇有衣原体性病将大幅度提高孩子患白血病概率，开发出沙眼衣原体的无细胞培养体系。

2.国外在真核微生物研究方面的新成果

（1）真菌研究，发现真菌及所有食用菌类均会发光，发现地衣真菌具有丰富的多样性，揭示出真菌分布和多样性的全球模式。利用真菌降解塑料，研制出抗真菌疫苗，由土壤真菌研制出新药物。

（2）酵母菌研究，培育出耐盐碱酿酒酵母菌，从葡萄和木瓜中提取出新酵母菌，发现可生产石油、可用于乳酸品加工，以及能“永葆青春”的新酵母菌。发现酵母基因组中存在的新基因，并用高清三维图片等新技术推进酵母菌基因和细胞的研究。发现酵母菌可凭人类基因生存，还发现酵母菌在食品和卫生等方面的多种新用途。

（3）霉菌、食用菌与黏菌研究，发现霉菌中可提取治疗脊髓损伤和药用生物碱的物质，完成黑曲霉基因组测序计划；发现蘑菇中有益心脏的膳食纤维，发现灵芝对治疗艾滋病有辅助作用，发现某些食用菌重金属含量高；发现黏菌有可能成为一种新的制药资源。

（4）真核藻类研究，发现外来影响可改变团藻繁殖方式，发现褐藻合成酚类化合物的机制；利用海藻制成贺卡专用纸浆、海藻酒，以及万能型超级原材料。同时，利用海藻开发新能源产品和生物医用产品。

（5）原生动物研究，发现四膜虫可大幅消除食物中胆固醇，并发现它在生物技术领域的新用途；证实阿米巴虫能吃掉活肠道细胞，研究防治阿米巴虫污染的新措施；研制预防杜氏利什曼原虫寄生虫病疫苗，揭示枯氏锥虫制剂的抗癌机理。

3.国外在非细胞型微生物研究方面的新成果

（1）病毒种类研究，发现一种能杀死癌细胞的无害病毒，发现有望帮助治愈乙肝的转基因病毒，并发现多种巨型病毒；还发现多种能使人和动物患病的新病毒，以及病毒特异核糖核酸片段和病毒新变异毒株。

（2）埃博拉病毒研究，探明埃博拉病毒感染细胞、让免疫系统“瘫痪”的致病机理，发现埃博拉病毒感染的关键蛋白质；发明快速、高效检测埃博拉病毒的新技术和新方法；开发出治疗埃博拉病毒的新药物。

（3）流感病毒研究，发现甲型流感病毒细胞内复制机制，发现流感病毒的分子结构细节，研制出甲型H1N1病毒三维模型、流感病毒预测模型，以及流感A病毒外壳模型；发现咳嗽往往包含大量流感病毒，发现海洋哺乳动物能感染甲流病毒；发明禽流感病毒快速检测法。

（4）古病毒研究，大胆假设远古病毒参与了人类进化；从3万年冻土中复活长达1.5微米的大病毒，从700年前粪便中复活病毒，还将复活封存3万年的史前巨型病毒。

（5）其他病毒研究，发现腺病毒的传播机理，揭开天花病毒的生化机制秘密；估计中东呼吸系统综合征冠状病毒暂不会大范围流行，找到新型冠状病毒从骆驼传染给人的直接证据；获得呼吸道合胞病毒三维图像。

（6）病毒抗体及病毒利用和防治研究，开发出预防西尼罗热等新疫苗，发现能阻断非典病毒、治疗亨德拉病毒和登革热病毒的新抗体。首次批准把病毒用作食品添加剂，把病毒改造成只杀死癌细胞的“安全卫士”，通过培育溶瘤细胞病毒来治疗癌症。研究检测病毒的新技术，研究防治病毒感染的新方法、新设备和新药物。

第二章 植物领域研究的新进展

1.国外在植物生理与生态方面研究的新成果

（1）植物基因研究，发现控制植物茎干生长的基因，发现控制植物叶片生长的基因，发现决定和影响植物开花的基因。同时，创建植物基因组学研究平台，发现基因优势是植物显性遗传的原因，还从南极草中发现抗冻基因等。

（2）植物光合作用研究，发现植物合成能量过程能够促进光合反应，发现植物体内光合作用“单位”的立体结构，发现热带雨林中树木越高光合作用能力越强，发现调控植物光合作用的新“开关”，发现二氧化碳浓度增加会强化植物光合作用。同时，推进人工光合作用技术的开发，并编制出植物光合作用的蛋白质目录。

（3）植物生理研究，发现植物能通过装病躲避虫害进攻，发现阻碍植物生长素合成的抑制剂，发现植物能为授粉者提供食物奖励的授粉新方式，发现植物体内存在“信息通道”，发现蕨类植物通过合作决定性别比例，发现叶绿素能帮助植物加强自我防御，发现变异植物具有更强大的抗毒能力。揭开海洋植物生长、农作物增产和猪笼草“捕虫袋”的生理机制。发明观察植物生理现象的新技术，设计含有木质素植物可崩解的细胞壁。

（4）古今植物体研究，成功培育出远古植物的植株，从蕨类化石分析该类植物体的演化状况，确认发现白垩纪植物化石。同时，发现一棵携带有万年前遗传物质的云杉，发现罕见的巨型食肉猪笼草植株。

（5）热带雨林研究，研究表明热带雨林难以改变全球气候变暖的趋势；认为亚马孙森林正走向生物物理紊乱状态，认为亚马孙森林一半树种可能会“灭绝”；发现热带森林损失远超联合国预期，发现热带雨林多样性生态系统面临严重退化。

（6）植物生态研究，发现空间联结良好的植物有利于抵抗疾病，发现砍伐湿地森林会让世界变得更潮湿，发现把非洲草原转为耕地将会得不偿失，发现月球引力或许能掌控地上植物的运动。发现生物多样性减少会导致植物分解速度放慢，发现生物多样性是生态系统稳定的关键。此外，还研究了植物生态与气候的关系，以及恢复和维护多样性植物生态的措施。

2.国外在粮食作物方面研究的新成果

（1）粮食作物整体研究，认为全球30%粮食作物产量已达极限，尝试利用卫星数据估测粮食产量。研究能利用盐碱地的粮食作物，通过合理利用水资源来缓解粮食危机，开发更安全健康的功能性粮食。

（2）水稻研究，培育出抗寒水稻、抗洪水稻、节水型水稻、可制茉莉花香糙米的水稻、超级富含铁水稻、可加工成免煮即食大米的水稻、适合糖尿病人的水稻、不吸收重金属镉的水稻。同时，发现水稻籽粒容易脱落基因、稻瘟病病原菌遗传基因、水稻增产基因、抑制镉蓄积的水稻基因、水稻米粒变大基因。运用基因工程使盐碱地水稻高产、提高水稻耐盐性。

（3）麦类作物研究，培育抗盐小麦、高蛋白质小麦、可在盐碱地中维持高产的小麦，以及抗病高产的大麦和小麦。发现能控制小麦开花和大麦开花期的基因，发现小麦抗穗发芽基因，利用野生小麦基因提高营养含量，加强转基因小麦田间试验监管。另外，发现燕麦具有保健功效，发现人类食用燕麦可追溯至旧石器时代。

（4）玉米与高粱研究，开发出能抵抗条纹病毒的玉米、生物质含量高的玉米、维生素强化的玉米，以及抗盐碱性的高产玉米。揭开玉米身世之谜，敲定玉米驯化路线，发现由于数千年来的基因修饰让玉米变得无壳且美味。与此同时，批准“超级高粱”种植试验，还从高粱种子中提取出光致变色材料。

（5）薯类与豆类作物研究，开发出高功能甘薯淀粉；培育出可预防糖尿病马铃薯、含乙肝疫苗马铃薯、能够自动杀虫马铃薯、风味独特且有益健康的彩色马铃薯，以及优质高产马铃薯。培育抗芽腐病大豆，培育出转基因大豆新品种。

3.国外在经济作物方面研究的新成果

（1）园艺作物蔬菜研究，开发营养健康与环境保护双效益的超级蔬菜，开发防治蔬菜软腐病的基因技术，把废弃防空洞改成蔬菜基地，尝试在海底培育蔬菜水果，打造机器人控制的无人蔬菜农场。培育出有药用价值西红柿、抗干旱西红柿、有柠檬和玫瑰香味西红柿，还培育成同时结出西红柿和马铃薯的植物。培育出有药用价值的辣椒，破解大蒜有性繁殖的难题，发现洋葱皮营养成分高。利用芥菜和拟南芥消除环境污染。培育出“超级保健”水芹和更利于钙吸收的胡萝卜，同时，发现嫩竹尖也是保健佳品。

（2）园艺作物花卉研究，延长牵牛花开花时间，破解矮牵牛花蓝色之谜，培育出黄色牵牛花。培育出世界上第一株蓝色玫瑰，发现对玫瑰花香形成至关重要的水解酶。培育出含青蛙基因的转基因杜鹃花，通过基因重组培育出蓝色大丽花。发现观赏植物马齿苋能分解环境荷尔蒙双酚A，发现一种能让花开得更鲜艳的蛋白质。

（3）园艺作物瓜果研究，从西瓜中提取高纯度西红柿红素，开发以南瓜为原料制成的新凝胶；发明测试水果棒曲霉菌的方法，研制出水果和蔬菜的烃类混合物保鲜剂，加紧酸性水果的基因测序和品种改良。同时，推进苹果、葡萄、柑橘、柚子、草莓、木瓜、石榴、李子和椰枣等水果的开发利用。

（4）纤维作物研究，开发“蛛丝”转基因棉花，运用基因技术促使棉籽除去毒性，开发出可食用的转基因棉籽。同时，开发出可避免杀死蚕蛹的抽丝新技术，培育生产人胶原蛋白的转基因蚕，培育成能吐出蛛丝纤维的转基因蚕，并成功地从野蛾茧中抽出长丝。

（5）油料和糖料作物研究，培育出含脂肪酸的转基因亚麻籽等新油料作物，发现油料作物渣滓可吸附重金属离子保生物健康；培育能长到3米高的超级甘蔗，发现使用钼可降低甘蔗种植成本，开发以甘蔗为主要原料的乙醇燃料。

（6）饮料与嗜好作物研究，发现茶叶有防治癌症的功能，有促进脊髓神经元复活、帮助减肥的用途，有预防自身免疫性疾病、老年痴呆症的功效，还有降低艾滋病病毒传染性的作用。找到决定咖啡品质的基因，并研制出以基因测试技术辨析可可豆优劣。发现嗜好作物烟叶能生产抗病毒抗体，能提炼治疗肾病的蛋白质，能制成抗艾滋病药物原料；同时，对吸烟损害身体健康研究有了新发现，戒烟研究也有了新进展。