一、現(xiàn)代生物技術
現(xiàn)代生物技術是以DNA分子技術為基礎，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的總稱。現(xiàn)代生物技術在農(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)界所關注，與信息、新材料和新能源技術并列成為影響國計民生的四大科學技術支柱，是21世紀高新技術產(chǎn)業(yè)的先導。
(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世紀國際生物技術的又一個熱點?；蛑委熅褪菍⑼庠椿蛲ㄟ^載體導入人體內(nèi)并在體內(nèi)(器官、組織、細胞等)表達，從而達到治病的目的。基因治療開辟了醫(yī)學預防和治療的嶄新領域。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?，治療遺傳病——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。
(三)農(nóng)業(yè)生物技術
在農(nóng)業(yè)生物技術中，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)?；?、機械化、自動化生產(chǎn)，產(chǎn)生質(zhì)量穩(wěn)定、供應穩(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)生物技術的應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)中推廣應用。我國轉(zhuǎn)基因技術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。
(四)海洋生物技術
隨著海洋生物學的發(fā)展和海洋生物資源開發(fā)規(guī)模的擴大，海洋生物技術興起并成為一個新的研究開發(fā)領域。海洋生物技術的研究范圍廣泛，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、紫菜的體細胞育苗技術、對蝦的三倍體與四倍體育苗技術、對蝦精莢移植技術等;在海水魚、貝類的三倍體育苗技術和魚類性別控制技術的研究方面也取得了重大進展。
(五)環(huán)境生物技術
環(huán)境生物技術是21世紀國際生物技術的又一熱點領域。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。生物技術在環(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)境生物技術作為21世紀生物技術6個主要研究領域之一，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?？紤]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
計算機技術與現(xiàn)代通信技術一起構(gòu)成了信息技術的核心內(nèi)容。信息技術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、分配信息等的相關技術。現(xiàn)代信息技術是以電子技術，尤其是微電子技術為基礎，以計算機技術(信息處理技術)為核心，以通信技術(信息傳遞技術)為支柱，以信息技術應用為目的的科學技術群。包括信息獲取技術、信息處理技術、信息傳遞技術、信息控制技術、信息存儲技術等內(nèi)容。具體來講，信息技術主要包括以下幾方面：
1.感測與識別技術。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。這類技術的總稱是“傳感技術”。它幾乎可以擴展人類所有感覺器官的傳感功能。傳感技術、測量技術與通信技術相結(jié)合而產(chǎn)生的遙感技術，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。它的主要功能是實現(xiàn)信息快速、可靠、安全的轉(zhuǎn)移。各種通信技術都屬于這個范疇。廣播技術也是一種傳遞信息的技術。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的一種。
3.信息處理與再生技術。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。是信息過程的最后環(huán)節(jié)。它包括控制技術、顯示技術等。
由上可見，傳感技術、通信技術、計算機技術和控制技術是信息技術的四大基本技術，其中現(xiàn)代計算機技術和通信技術是信息技術的兩大支柱。
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)材料基礎上發(fā)展而成，傳統(tǒng)材料經(jīng)過組成、結(jié)構(gòu)、設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的基礎和先導，應用范圍極其廣泛，它同信息技術、生物技術一起成為21世紀最重要和最具發(fā)展?jié)摿Φ念I域。同傳統(tǒng)材料一樣，新材料可以從結(jié)構(gòu)組成、功能和應用領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，一般按應用領域和當今的研究熱點把新材料分為以下的主要領域：電子信息材料、新能源材料、納米材料、先進復合材料、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)材料和超導材料的新能源材料，特別是超導材料80年代中期以來有突破性進展；高性能結(jié)構(gòu)復合材料，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，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域的主攻方向。陶瓷材料在電、熱、光、化學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功能高分子材料。對于這一嶄新的領域，目前已為發(fā)達國家所普遍重視。先進的復合材料有結(jié)構(gòu)復合材料和功能復合材料兩類。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、激光印刷、激光影視、激光儀器等工業(yè)均呈方興未艾之勢。
超導材料在導電時，電阻等于零，對于尖端高科技的開發(fā)具有重大意義。運用激光技術可以增產(chǎn)糧食、改良果樹品種，在生物學領域大有作為。用不了多少年，在電子、通訊、航天、醫(yī)療等領域?qū)⒊霈F(xiàn)許多應用超導技術的新產(chǎn)品，如廉價的超導輸電線、超導儲電裝置、高效率的超導磁流體發(fā)電機、超導電動機、超導磁懸浮列車等。此外，還出現(xiàn)了按照需要設計和制作的新材料。
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。
