生物工程概论.ppt
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1、生物工程概论,张彦婷 郑州大学生命科学学院 ,教材:生物工程概论,陶兴无主编,化学工业出版社 课时安排:48学时,16周 教学大纲: 考试方式: 平时成绩:30% 期末(论文):70%,课程简介,生物工程,生物工程,生物 科学,生物工程是运用现代生物科学的理论与方法,按照人类的需要改造和设计生物的结构和功能,以便更经济、更有效、更大规模地生产人类所需要的物质和产品的技术。,工程学,生物工程概论,生物技术与生物工程 Biotechnology and Bioengineering 生物技术侧重于利用生物学方法解决生物体本身的问题(更类似于生命科学研究-基础生物学研究) 生物工程则侧重于利用工程学
2、方法解决生物学问题(更强调突出的应用属性-生物学和工程学等理论技术的结合加以应用),生物工程概论,生物工程与人类的生活,食物短缺,疾病危险,能源危机,资源枯竭,环境污染,人类面临 的问题,生物工程概论,生物工程 的特点,高效益,高智力,高投入,高竞争,高风险,高势能,可带来高额利润,具有创造性和突破性,前期研究和开发需要 大量的资金投入,时效性竞争非常激烈,激烈的竞争带来高风险,对社会各方面影响极大,生物工程的内容,第一章 绪论,生物工程的发展简史 生物工程的内容,我国汉代酿酒作坊(上图),公元前2300年,埃及人酿造啤酒 (左图),朦胧阶段(9000年前-1676年),有考古证据证明在公元7
3、000年前,我们的祖先就开始 酿酒作为饮品。,其他以微生物发酵为基础的生产,如发酵乳制品(包括乳酪、酸奶等)和各种东方食品如酱油、印尼豆酵饼等同样有着古老的渊源,初步发展(1676-1861年),Edward Jenner 首创接种牛痘 预防天花,是免疫学发展的 代表,但当时解释不了其机制。,列文虎克发明显微镜,奠定阶段(1861-1897年),“工业微生物学之父” “生物工程之父”,杰出贡献,彻底否定了“自然发生学说”;,证实细菌能利用糖和铵合成蛋白质;,证实了发酵是由细菌引起的;,在免疫学上提出预防接种;,提出巴氏消毒法等等,世界上第一次发明了细菌照相法; 第一次发现证明了炭疽热的病原细菌
4、炭疽杆菌; 第一次提出纯培养技术并设计多种培养基; 第一次发明了蒸汽杀菌法 提出 科赫法则 等等,罗伯特科赫,发展期(1897年-1953年),Buchner (生物化学奠基人),Fleming,1897年,1928年,1944年,无细胞酵母菌“酒化酶”推翻巴斯德胚种学说,发现青霉素对细菌的抑制作用,青霉素发现推动微生物工业化培养技术猛进,肺炎球菌转化实验,确定DNA是遗传物质 标志着分子生物学的形成,生物工程发 展的里程碑: 进入生化水 平研究阶段,Avery,成熟期(分子生物学水平研究阶段1953年至今),Watson和Crick (分子生物学奠基人),美国生物学家沃森(Watson )和
5、英国晶体结构分析家克里克(Crick )合作,提出DNA结构的双螺旋模型,并在1962年与英国学者维尔金斯(Wilkins M.H.F.)共获诺贝尔生理学或医学奖。,基因工程 的发展,工程菌的构建更促进了生物工程发展,推动生命科学的发展促进许多重大理论问题的突破,人类基因组计划,20世纪70年代,第一章 绪论,生物工程的发展简史 生物工程的内容,生物工程的五大体系,基因工程(遗传工程)Genetic engineering 细胞工程 Cell engineering 酶工程 Enzyme engineering 发酵工程(微生物工程)Fermentation engineering 蛋白质工程
6、 Protein engineering,生物工程的内容,发 酵 工 程 Fermentation engineering,定义 是工程学与微生物学的结合;利用微生物的特性,通过现代化工程技术,生产有用物质或直接将其应用于工业化生产的一门技术. 包括菌种选育、菌种生产、代谢产物发酵和分离以及微生物机能的利用等. 代表机构:中科院微生物所&过控所,华东理工,华南理工,江南大学,等,生物工程的五大体系,发酵工程,现代啤酒的发酵生产工艺,分批补料发酵生产乳酸, 使得乳酸的发酵水平达 200g/L,光学纯度达97.4% 可满足聚乳酸的生产需要;,纯培养厌氧分批 补料发酵技术,生物工程的五大体系,生物高
7、分子材料生产,建成一条我国第一, 世界第二的年产5000t 绿色可降解环保型聚 乳酸树脂工业示范线, 收率达到理论收率的 90%,分子量大于10 万。,绿色可降解环保型聚 乳酸树脂具有环境友 好型的优势,并能够 胜任大部分合成塑料;,生物工程的五大体系,对现有500t/a秸秆乙醇 中式生产线技术改造,生物法生产大宗化学用品具有很强的潜力和很大的利润,更具有经济环保的优良性质。,目前生物法生产乙烯新增产值5.76亿,新增利润7654万元乙烯的生物炼制技术的成熟促使一系列大宗化学用品的生物法的发展。,生物燃料,生物工程的五大体系,我国是世界上肥料消费量第一的大国,化肥对我国粮食的贡献占50%以上;
8、,我国肥料资源十分匮乏, 例如:再过20年中高品 位磷矿开采殆尽;,化肥肥效易下降且会造 成大量氮、磷污染地下水。,生物肥料提供氮素, 转化难溶磷钾,促 进作物生长;,生物肥料环境友好。,生物肥料关键技术突破: 生物肥料高效菌种资源库的不断充实; 突破秸秆快速腐熟技术; 高密度发酵工业; 生物肥料高效载体研究的突破。,生物肥料,生物工程的五大体系,细胞工程 cell engineering,定义 将一种生物细胞中携带全套遗传信息的基因或染色体全部转入另一种生物细胞,从而改变细胞的遗传性,改造生物的性状和功能。 它包括细胞融合、细胞器移植、染色体工程、细胞和组培技术等.,代表:中科院,农科院,华
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