一、現(xiàn)代生物技術(shù)
現(xiàn)代生物技術(shù)是以DNA分子技術(shù)為基礎(chǔ)，包括微生物工程、細胞工程、酶工程、基因工程等一系列生物高新技術(shù)的總稱。現(xiàn)代生物技術(shù)在農(nóng)作物改良、醫(yī)藥研究、食品工程、治理污染、環(huán)境生物監(jiān)測等方面發(fā)揮著重要的作用。由于現(xiàn)代生物技術(shù)對解決人類面臨的重大問題如：糧食、健康、環(huán)境和能源等將開辟廣闊的前景，因此越來越為各國政府和企業(yè)界所關(guān)注，與信息、新材料和新能源技術(shù)并列成為影響國計民生的四大科學(xué)技術(shù)支柱，是21世紀高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的先導(dǎo)。
(一)遺傳工程
遺傳工程的研究發(fā)展，為器官移植提供了一個很有前途的新手段——利用動物的器官代替人的器官?？茖W(xué)研究表明人體異種器官移植，豬較為合適。首先豬器官的大小與人的相當，生理上也比較接近;其次豬在無病原體條件下比較容易飼養(yǎng)和容易保證無病的供體;此外豬的繁殖率高，每窩可產(chǎn)十幾只豬崽，存活率也較高。為了保證植入的器官不被排斥，生物學(xué)者正在培養(yǎng)具有人的基因的新型豬，這種豬叫轉(zhuǎn)基因豬。
(二)基因治療
基因治療是21世紀國際生物技術(shù)的又一個熱點?；蛑委熅褪菍⑼庠椿蛲ㄟ^載體導(dǎo)入人體內(nèi)并在體內(nèi)(器官、組織、細胞等)表達，從而達到治病的目的?；蛑委熼_辟了醫(yī)學(xué)預(yù)防和治療的嶄新領(lǐng)域。自從1990年臨床上首次將腺苷酸脫氨酶(ADA)基因?qū)牖颊甙准毎委熯z傳病——重度聯(lián)合免疫缺損病以來，利用基因治療的手段治療囊性纖維化(CF)、血友病，還擴大用于治療腫瘤和艾滋病的臨床試驗已數(shù)以百計，基因治療將引起臨床醫(yī)學(xué)的一場革命，將為治療目前尚無理想治療手段的大部分遺傳病、重要病毒性傳染病(如各型肝炎、艾滋病等)、惡性腫瘤、心腦血管疾病和老年病等開辟了十分廣闊的前景?？梢员容^樂觀地認為，隨著人類基因組計劃的順利實施，隨著“后基因組”時代的即將到來，人類23對染色體大約60億個核苷酸的排列順序被測定，人類基因組所包含的約3萬個基因中與人的重要生命功能和重要疾病相關(guān)的基因?qū)⒉粩啾话l(fā)現(xiàn)，6000多種人類單基因遺傳病和一些嚴重危害人類健康的多基因病(如惡性腫瘤、心血管疾病等)將有可能由此得到預(yù)防、診斷和治療?；蛑委煹难芯繉倪^去的盲目階段進人理性階段?；蛑委熡锌赡茉?1世紀20年代以前，成為臨床醫(yī)學(xué)上常規(guī)的治療手段之一，人類很多目前無法治療的疾病將通過基因治療手段而獲康復(fù)。
(三)農(nóng)業(yè)生物技術(shù)
在農(nóng)業(yè)生物技術(shù)中，轉(zhuǎn)基因動植物的研究與開發(fā)最為突出。1983年轉(zhuǎn)基因植物問世，1986年被批準進入田間試驗，根據(jù)美國農(nóng)業(yè)部動植物檢疫局(APHIS)的數(shù)據(jù)，截止1997年1月31日，美國已批準的轉(zhuǎn)基因植物田間試驗達2584例。近年來，抗除草劑的大豆、抗病毒病的甜椒、抗腐能力強、耐貯性高的番茄、具有高含量必須氨基酸的馬鈴薯等轉(zhuǎn)基因植物開始進入市場，成為農(nóng)業(yè)生物技術(shù)的第一批成果;轉(zhuǎn)基因的瘦肉型豬、高產(chǎn)奶的奶牛和能從奶中提取藥物的轉(zhuǎn)基因羊等也將進入實用化階段。未來農(nóng)業(yè)的模式將是：農(nóng)業(yè)工廠化，按人類要求高水平的控制環(huán)境因素，實現(xiàn)規(guī)?；C械化、自動化生產(chǎn)，產(chǎn)生質(zhì)量穩(wěn)定、供應(yīng)穩(wěn)定、價格穩(wěn)定、營養(yǎng)豐富的農(nóng)業(yè)產(chǎn)品;安全的轉(zhuǎn)基因動植物投放市場;具有營養(yǎng)保健、醫(yī)療功效的豬牛羊、蔬菜水果等轉(zhuǎn)基因食品大批走向餐桌。
農(nóng)業(yè)生物技術(shù)的應(yīng)用在我國也取得了豐碩成果，我國用花藥培養(yǎng)、染色體工程等育種技術(shù)培養(yǎng)出水稻、小麥、油菜、橡膠等一批作物新品種、新品系、新種質(zhì)。其中較突出的有京花3號、小偃107號小麥和中花10號水稻等新品種，具有優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)、抗病、抗鹽堿等特性，已經(jīng)在生產(chǎn)中推廣應(yīng)用。我國轉(zhuǎn)基因技術(shù)在家畜及魚類育種上也初見成效，中科院水生生物研究所在世界上率先進行轉(zhuǎn)基因魚的研究，成功地將人生長激素基因、魚生長激素基因?qū)膈庺~，育成的當代轉(zhuǎn)基因魚生長速度比對照組快，并從子代測得生長激素基因的表達，為轉(zhuǎn)基因魚的實用化打下基礎(chǔ)。
(四)海洋生物技術(shù)
隨著海洋生物學(xué)的發(fā)展和海洋生物資源開發(fā)規(guī)模的擴大，海洋生物技術(shù)興起并成為一個新的研究開發(fā)領(lǐng)域。海洋生物技術(shù)的研究范圍廣泛，發(fā)展迅速。其中包括探索、開發(fā)和利用有價值海洋生物，優(yōu)良養(yǎng)殖品種的培育和病害防治，海洋生物天然產(chǎn)物的利用，海洋特殊功能的闡明和利用，海洋生態(tài)系統(tǒng)的闡明和利用，海洋生物利用系統(tǒng)和輔助系統(tǒng)。海水養(yǎng)殖、海洋生物、天然產(chǎn)物開發(fā)和海洋環(huán)境保護的生物技術(shù)是三大研究熱點。海水養(yǎng)殖是提高水產(chǎn)品產(chǎn)量的重要途徑，海水養(yǎng)殖的主要對象是魚類、藻類、對蝦和貝類。美國重點發(fā)展鮭、鱒等魚類的養(yǎng)殖;日本主要養(yǎng)殖的魚類有獅魚、真鯛和香魚等;西歐海水養(yǎng)殖業(yè)較發(fā)達的國家有挪威、意大利和法國：挪威重點發(fā)展網(wǎng)箱養(yǎng)殖，意大利主要發(fā)展鯨及金鯛等魚類，法國主要發(fā)展鱒魚養(yǎng)殖。在海洋生物天然產(chǎn)物的研發(fā)方面，利用海藻生產(chǎn)的褐藻膠、卡拉膠在世界上占有重要地位。繼用海帶制碘和甘露醇之后，又開發(fā)了各種醫(yī)用品，如降血脂藥甘露煙酸酯和抗血栓新藥藻酸雙酯鈉(PSS);利用甲殼素(水溶性的蝦皮，人體可吸收)和甲殼胺已制成864人工皮膚、創(chuàng)傷愈合海綿、做化妝品用的類透明質(zhì)酸(AHA)等新產(chǎn)品。并且從一些軟體動物和腔腸動物中初步篩選到抗血凝、降血壓、防治心血管病、抗病毒病和抗癌的活性物質(zhì)。
1996年，我國政府已將海洋生物技術(shù)列入863計劃，主要方向是大規(guī)模發(fā)展海水養(yǎng)殖。并已初見成效。海水養(yǎng)殖總產(chǎn)量、海藻、貝類等產(chǎn)量均居世界首位，對蝦產(chǎn)量也曾一度居世界首位;裙帶菜無性繁殖系、三倍體扇貝和牡蠣的培育，都已列入國家“攀登計劃”，正在組織實施;山東省海藻養(yǎng)殖和海藻化工已成為世界上該領(lǐng)域第一大產(chǎn)地。此外我國在世界上首次研究成功了海帶的單倍體育種技術(shù)、紫菜的體細胞育苗技術(shù)、對蝦的三倍體與四倍體育苗技術(shù)、對蝦精莢移植技術(shù)等;在海水魚、貝類的三倍體育苗技術(shù)和魚類性別控制技術(shù)的研究方面也取得了重大進展。
(五)環(huán)境生物技術(shù)
環(huán)境生物技術(shù)是21世紀國際生物技術(shù)的又一熱點領(lǐng)域。人類賴以生存的環(huán)境，由于人類活動自身造成的各種污染(包括工業(yè)廢水、廢氣、各種廢棄物、有毒化學(xué)物質(zhì)、聲、光、電磁和放射性物質(zhì)等)對環(huán)境生態(tài)的破壞，已成為威脅人民健康、制約經(jīng)濟發(fā)展的嚴重問題。治理環(huán)境污染，改善人類生活環(huán)境的質(zhì)量已經(jīng)成為人類共同努力的長期任務(wù)。生物技術(shù)在環(huán)境治理上發(fā)揮著不可替代的作用。環(huán)境生物技術(shù)不是一個新概念，過去用微生物處理工業(yè)廢水就屬于這一類研究。美國更把環(huán)境生物技術(shù)作為21世紀生物技術(shù)6個主要研究領(lǐng)域之一，美國培育的基因工程“超級菌”，幾小時就可降解自然菌種需1年才能降解的水上浮油;日本將嗜油酸單孢桿菌的耐汞基因轉(zhuǎn)入腐臭單孢桿菌，使該菌株既能有效處理環(huán)境汞污染，又能將汞回收利用。
我國政府也十分重視環(huán)境保護，把它提高到可持續(xù)發(fā)展的基本國策的高度。考慮我國目前治理環(huán)境污染的迫切問題：如煤燃燒造成空氣污染;工業(yè)廢水污染水源和農(nóng)田;不可降解塑料造成的白色污染;化學(xué)農(nóng)藥殘毒對人和禽畜的危害等問題。21世紀我國環(huán)境生物技術(shù)的重點在于：用工程微生物處理原煤脫硫的工業(yè)化工藝;無污染、能大量生產(chǎn)的生物能源的開拓性研究;高效、多抗轉(zhuǎn)基因微生物農(nóng)藥的研制;生物來源的可降解的透明膜材料等。
二、信息技術(shù)
計算機技術(shù)與現(xiàn)代通信技術(shù)一起構(gòu)成了信息技術(shù)的核心內(nèi)容。信息技術(shù)主要是指利用電子計算機和現(xiàn)代通信手段實現(xiàn)獲取信息、傳遞信息、存儲信息、處理信息、顯示信息、分配信息等的相關(guān)技術(shù)。現(xiàn)代信息技術(shù)是以電子技術(shù)，尤其是微電子技術(shù)為基礎(chǔ)，以計算機技術(shù)(信息處理技術(shù))為核心，以通信技術(shù)(信息傳遞技術(shù))為支柱，以信息技術(shù)應(yīng)用為目的的科學(xué)技術(shù)群。包括信息獲取技術(shù)、信息處理技術(shù)、信息傳遞技術(shù)、信息控制技術(shù)、信息存儲技術(shù)等內(nèi)容。具體來講，信息技術(shù)主要包括以下幾方面：
1.感測與識別技術(shù)。它的作用是擴展人獲取信息的感覺器官功能。它包括信息識別、信息提取、信息檢測等技術(shù)。這類技術(shù)的總稱是“傳感技術(shù)”。它幾乎可以擴展人類所有感覺器官的傳感功能。傳感技術(shù)、測量技術(shù)與通信技術(shù)相結(jié)合而產(chǎn)生的遙感技術(shù)，更使人感知信息的能力得到進一步的加強。
2.信息傳遞技術(shù)。它的主要功能是實現(xiàn)信息快速、可靠、安全的轉(zhuǎn)移。各種通信技術(shù)都屬于這個范疇。廣播技術(shù)也是一種傳遞信息的技術(shù)。由于存儲、記錄可以看成是從“現(xiàn)在”向“未來”或從“過去”向“現(xiàn)在”傳遞信息的一種活動，因而也可將它看作是信息傳遞技術(shù)的一種。
3.信息處理與再生技術(shù)。信息處理包括對信息的編碼、壓縮、加密等。在對信息進行處理的基礎(chǔ)上，還可形成一些新的更深層次的決策信息，這稱為信息的“再生”。信息的處理與再生都有賴于現(xiàn)代電子計算機的超凡功能。
4.信息施用技術(shù)。是信息過程的最后環(huán)節(jié)。它包括控制技術(shù)、顯示技術(shù)等。
由上可見，傳感技術(shù)、通信技術(shù)、計算機技術(shù)和控制技術(shù)是信息技術(shù)的四大基本技術(shù)，其中現(xiàn)代計算機技術(shù)和通信技術(shù)是信息技術(shù)的兩大支柱。
三、新材料
新材料是指那些新出現(xiàn)或已在發(fā)展中的、具有傳統(tǒng)材料所不具備的優(yōu)異性能和特殊功能的材料。新材料與傳統(tǒng)材料之間并沒有截然的分界，新材料在傳統(tǒng)材料基礎(chǔ)上發(fā)展而成，傳統(tǒng)材料經(jīng)過組成、結(jié)構(gòu)、設(shè)計和工藝上的改進從而提高材料性能或出現(xiàn)新的性能都可發(fā)展成為新材料。
新材料作為高新技術(shù)的基礎(chǔ)和先導(dǎo)，應(yīng)用范圍極其廣泛，它同信息技術(shù)、生物技術(shù)一起成為21世紀最重要和最具發(fā)展?jié)摿Φ念I(lǐng)域。同傳統(tǒng)材料一樣，新材料可以從結(jié)構(gòu)組成、功能和應(yīng)用領(lǐng)域等多種不同角度對其進行分類，不同的分類之間相互交叉和嵌套，目前，一般按應(yīng)用領(lǐng)域和當今的研究熱點把新材料分為以下的主要領(lǐng)域：電子信息材料、新能源材料、納米材料、先進復(fù)合材料、先進陶瓷材料、生態(tài)環(huán)境材料、新型功能材料(含高溫超導(dǎo)材料、磁性材料、金剛石薄膜、功能高分子材料等)、生物醫(yī)用材料、高性能結(jié)構(gòu)材料、智能材料、新型建筑及化工新材料等。
在20世紀初，人們所指的建筑材料是木材、水泥和鋼鐵;二戰(zhàn)后出現(xiàn)了新三材，指的是人工合成的塑料、橡膠和纖維，而80年代以來大量高新材料紛紛涌現(xiàn)。高新材料從使用的角度說可分為傳遞、記錄或存儲的信息材料；新高溫結(jié)構(gòu)陶瓷、非晶態(tài)材料和超導(dǎo)材料的新能源材料，特別是超導(dǎo)材料80年代中期以來有突破性進展；高性能結(jié)構(gòu)復(fù)合材料，高性能工程塑料和新型合金材料為主要內(nèi)容的特殊結(jié)構(gòu)材料和新功能材料，如高效能的陶瓷材料、有機氟材料、高功能的黏合劑等。從材料的構(gòu)成來說可以分金屬材料、高分子材料及陶瓷材料三大門類。近些年來，出現(xiàn)了金屬材料、高分子材料、陶瓷材料及復(fù)合材料競相發(fā)展的趨勢。一些新興金屬材料在科技革命的大潮中應(yīng)運而生。傳統(tǒng)鐵、鉛、鋅、鋁等金屬更新品種，與宇航、電子、原子能等高新技術(shù)聯(lián)系密切的金屬材料越來越受到重視。其他新型高性能金屬材料出現(xiàn)了如快速冷凝金屬的非晶體和微晶材料、納米金屬材料、有序金屬間化合物、定向凝固柱晶和單晶合金等。納米相材料具有許多潛在的新用途，它是一門用單個原子和分子建造事物的科學(xué)，其最終目標是實現(xiàn)微型化。一個直徑為3納米的原子團幾乎是英文里一個句點的百萬分之一。例如納米相金屬、納米相陶瓷、納米相固體材料具有許多奇妙的特性，納米相銅強度比普通銅高5倍，納米相陶瓷是摔不碎的。只要控制結(jié)構(gòu)顆粒的大小，就可以制造出強度、顏色和可塑性能滿足用戶各種需要的納米相材料。陶瓷材料具有高強、高硬、耐高溫、抗腐蝕、質(zhì)量輕等優(yōu)點，解決韌性差的致命弱點是這一領(lǐng)域的主攻方向。陶瓷材料在電、熱、光、化學(xué)等方面享有廣泛的優(yōu)勢，因而功能材料具有廣闊的前景。
二戰(zhàn)前后興起的新三材即人工合成塑料、人工合成橡膠和人工合成纖維的發(fā)展。這些高分子加上薄膜、膠黏劑和涂料成為高分子材料中的主要方面。這些高分子合成材料一般都具有質(zhì)輕、比強度大、抗腐蝕、絕熱、電絕緣、來源豐富、制作方便、利于加工和批量生產(chǎn)等優(yōu)點。以合成纖維而論，錦綸(聚酯胺纖維)、滌綸(聚酯纖維)、腈綸(聚丙烯腈纖維)、丙綸(聚丙烯纖維)、維綸(聚乙烯纖維)、氯綸(聚氯乙烯纖維)六大綸合占全部合成纖維的99%，而前三綸占了90%。功能高分子材料包括物理功能高分子材料及化學(xué)功能高分子材料。對于這一嶄新的領(lǐng)域，目前已為發(fā)達國家所普遍重視。先進的復(fù)合材料有結(jié)構(gòu)復(fù)合材料和功能復(fù)合材料兩類。已經(jīng)取得重要成就的如玻璃鋼，即用玻璃纖維增強樹脂，今后高性能樹脂基成為復(fù)合材料的重要方向。電子和光電子材料在戰(zhàn)后的發(fā)展也是突飛猛進的。在電子材料方面，如半導(dǎo)體的進展最引人矚目。紅極一時的硅材料是大規(guī)模集成電路的基石，而砷化鎵材料則在90年代崛起。光電子因1960年美國休斯頓實驗室梅曼發(fā)明紅寶石激光器而引人注目。目前光通信、光計算、激光加工、激光技術(shù)、激光印刷、激光影視、激光儀器等工業(yè)均呈方興未艾之勢。
超導(dǎo)材料在導(dǎo)電時，電阻等于零，對于尖端高科技的開發(fā)具有重大意義。運用激光技術(shù)可以增產(chǎn)糧食、改良果樹品種，在生物學(xué)領(lǐng)域大有作為。用不了多少年，在電子、通訊、航天、醫(yī)療等領(lǐng)域?qū)⒊霈F(xiàn)許多應(yīng)用超導(dǎo)技術(shù)的新產(chǎn)品，如廉價的超導(dǎo)輸電線、超導(dǎo)儲電裝置、高效率的超導(dǎo)磁流體發(fā)電機、超導(dǎo)電動機、超導(dǎo)磁懸浮列車等。此外，還出現(xiàn)了按照需要設(shè)計和制作的新材料。
四、新能源
新能源又稱非常規(guī)能源，是傳統(tǒng)能源之外的各種能源形式，指剛開始開發(fā)利用或正在積極研究、有待推廣的能源，如太陽能、地熱能、風(fēng)能、海洋能、生物質(zhì)能和核聚變能等。聯(lián)合國開發(fā)計劃署(UNDP)把新能源分為以下三大類：大中型水電;新可再生能源，包括小水電、太陽能、風(fēng)能、現(xiàn)代生物質(zhì)能、地熱能、海洋能。新能源的各種形式都是直接或者間接地來自于太陽或地球內(nèi)部發(fā)出所產(chǎn)生的熱能，包括各種可再生能源和核能。相對于傳統(tǒng)能源，新能源普遍具有污染少、儲量大的特點，對于解決當今世界嚴重的環(huán)境污染問題和資源(特別是化石能源)枯竭問題具有重要意義。同時，由于很多新能源分布均勻，對于解決由能源引發(fā)的戰(zhàn)爭也有著重要意義。
