13專(zhuān)題講座2微生物資源的開(kāi)發(fā)利用

1、微生物資源的開(kāi)發(fā)和利用微生物資源的開(kāi)發(fā)和利用生物資源開(kāi)發(fā)利用生物資源開(kāi)發(fā)利用n自從有了人類(lèi)，天天與動(dòng)植物打交道，利用動(dòng)植物作自從有了人類(lèi)，天天與動(dòng)植物打交道，利用動(dòng)植物作為人類(lèi)食物的主要來(lái)源；為人類(lèi)食物的主要來(lái)源；n現(xiàn)代工業(yè)、農(nóng)業(yè)更是大規(guī)模開(kāi)發(fā)利用動(dòng)植物為人類(lèi)服現(xiàn)代工業(yè)、農(nóng)業(yè)更是大規(guī)模開(kāi)發(fā)利用動(dòng)植物為人類(lèi)服務(wù)；務(wù)；n由于過(guò)度或不合理開(kāi)發(fā)，環(huán)境惡化，沙漠化加劇，動(dòng)由于過(guò)度或不合理開(kāi)發(fā)，環(huán)境惡化，沙漠化加劇，動(dòng)植物資源急劇減少，造成了長(zhǎng)期的、甚至是難以彌補(bǔ)植物資源急劇減少，造成了長(zhǎng)期的、甚至是難以彌補(bǔ)的損失；的損失；n地球上動(dòng)植物資源急劇減少已成為一個(gè)國(guó)際化問(wèn)題；地球上動(dòng)植物資源急劇減少已成為一個(gè)

2、國(guó)際化問(wèn)題；n我們只有一個(gè)地球，我們只有一個(gè)地球，“生物多樣性公約生物多樣性公約”就是全世界近就是全世界近200個(gè)簽字國(guó)保護(hù)生物多樣性最高意志的體現(xiàn)，由此個(gè)簽字國(guó)保護(hù)生物多樣性最高意志的體現(xiàn)，由此許多國(guó)家都把可持續(xù)性發(fā)展戰(zhàn)略作為基本國(guó)策。許多國(guó)家都把可持續(xù)性發(fā)展戰(zhàn)略作為基本國(guó)策。生物資源開(kāi)發(fā)利用生物資源開(kāi)發(fā)利用n放線菌放線菌生物資源開(kāi)發(fā)利用生物資源開(kāi)發(fā)利用n霉菌霉菌生物生物科學(xué)科學(xué)n如何產(chǎn)如何產(chǎn)業(yè)化？業(yè)化？n如何產(chǎn)如何產(chǎn)業(yè)化？業(yè)化？生物生物科學(xué)科學(xué)生物科學(xué)與產(chǎn)業(yè)化生物科學(xué)與產(chǎn)業(yè)化*生物生物科學(xué)科學(xué)信息信息科學(xué)科學(xué)制藥學(xué)制藥學(xué)電子電子技術(shù)技術(shù)化學(xué)化學(xué)農(nóng)業(yè)農(nóng)業(yè)材料科學(xué)材料科學(xué)與工程與工程高分子高分

3、子分子設(shè)計(jì)分子設(shè)計(jì)醫(yī)學(xué)醫(yī)學(xué)環(huán)境環(huán)境保護(hù)保護(hù)采礦采礦制藥學(xué)制藥學(xué)基因組的應(yīng)用基因組的應(yīng)用藥物設(shè)計(jì)藥物設(shè)計(jì)信息信息科學(xué)科學(xué)n生物信生物信息學(xué)息學(xué) Bioinformatics環(huán)境環(huán)境保護(hù)保護(hù)n生物修復(fù)nBioremediation清除核污染和重金屬污染清除核污染和重金屬污染油污染的清除油污染的清除醫(yī)學(xué)醫(yī)學(xué)n干細(xì)胞分化干細(xì)胞分化農(nóng)業(yè)農(nóng)業(yè)n植物基因植物基因工程技術(shù)工程技術(shù)電子工業(yè)電子工業(yè)與生物工程？與生物工程？n后基因組工作后基因組工作：功能：功能基因的尋找基因的尋找生物芯生物芯片技術(shù)片技術(shù)n高效藥物篩選高效藥物篩選生物生物芯片技術(shù)芯片技術(shù)n生物芯片技術(shù)及其應(yīng)生物芯片技術(shù)及其應(yīng)用系統(tǒng)的建立！用系統(tǒng)的建

4、立！電子技術(shù)和微加工技電子技術(shù)和微加工技術(shù)術(shù)蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)組計(jì)劃組計(jì)劃n蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)組計(jì)劃組計(jì)劃與電子與電子工業(yè)和工業(yè)和精密儀精密儀器的關(guān)器的關(guān)系系生物采礦生物采礦貧貧銅礦和貧鈾礦銅礦和貧鈾礦微生物是一類(lèi)天然資源微生物是一類(lèi)天然資源的公眾意識(shí)遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒(méi)有建立的公眾意識(shí)遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒(méi)有建立n第一，自從有了第一，自從有了人類(lèi)，事實(shí)上天人類(lèi)，事實(shí)上天天與微生物打交天與微生物打交道，但人類(lèi)發(fā)現(xiàn)道，但人類(lèi)發(fā)現(xiàn)微生物卻很晚。微生物卻很晚。微生物學(xué)“老祖宗”：巴斯德微生物是一類(lèi)天然資源微生物是一類(lèi)天然資源的公眾意識(shí)遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒(méi)有建立的公眾意識(shí)遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒(méi)有建立n微生物微生物“無(wú)處不在無(wú)處不在”人體皮膚細(xì)菌微生物是一類(lèi)天然資源微生物是

5、一類(lèi)天然資源的公眾意識(shí)遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒(méi)有建立的公眾意識(shí)遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒(méi)有建立n微生物微生物“無(wú)處不在無(wú)處不在”牙齒上的細(xì)菌微生物是一類(lèi)天然資源微生物是一類(lèi)天然資源的公眾意識(shí)遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒(méi)有建立的公眾意識(shí)遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒(méi)有建立n第二，人類(lèi)最初發(fā)現(xiàn)的第二，人類(lèi)最初發(fā)現(xiàn)的微生物還都是引起疾病微生物還都是引起疾病的病原微生物，人類(lèi)將的病原微生物，人類(lèi)將微生物作為微生物作為“敵人敵人”。傷寒桿菌、梅毒螺旋體、肺炎球菌微生物是一類(lèi)天然資源微生物是一類(lèi)天然資源的公眾意識(shí)遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒(méi)有建立的公眾意識(shí)遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒(méi)有建立n第二，人類(lèi)最初發(fā)第二，人類(lèi)最初發(fā)現(xiàn)的微生物還都是現(xiàn)的微生物還都是引起疾病的病原微引起疾病的病原微生物，人類(lèi)將微生生物，人類(lèi)將微生物作為物作為“

6、敵人敵人”。肝炎病毒微生物是一類(lèi)天然資源微生物是一類(lèi)天然資源的公眾意識(shí)遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒(méi)有建立的公眾意識(shí)遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒(méi)有建立n第二，人類(lèi)最初發(fā)第二，人類(lèi)最初發(fā)現(xiàn)的微生物還都是現(xiàn)的微生物還都是引起疾病的病原微引起疾病的病原微生物，人類(lèi)將微生生物，人類(lèi)將微生物作為物作為“敵人敵人”。破傷風(fēng)桿菌微生物是一類(lèi)天然資源微生物是一類(lèi)天然資源的公眾意識(shí)遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒(méi)有建立的公眾意識(shí)遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒(méi)有建立n第二，人類(lèi)最初發(fā)現(xiàn)第二，人類(lèi)最初發(fā)現(xiàn)的微生物還都是引起的微生物還都是引起疾病的病原微生物，疾病的病原微生物，人類(lèi)將微生物作為人類(lèi)將微生物作為“敵人敵人”。冠狀感冒病毒微生物是一類(lèi)天然資源微生物是一類(lèi)天然資源的公眾意識(shí)遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒(méi)有建立的公眾意識(shí)遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒(méi)

7、有建立n第三，微生物的形體極小，代謝類(lèi)型極第三，微生物的形體極小，代謝類(lèi)型極其多樣化，生長(zhǎng)繁殖速度驚人，在最適其多樣化，生長(zhǎng)繁殖速度驚人，在最適條件下，有的微生物條件下，有的微生物20分鐘就能繁殖一分鐘就能繁殖一代；在動(dòng)植物不可能生長(zhǎng)的地方都有微代；在動(dòng)植物不可能生長(zhǎng)的地方都有微生物分布和生長(zhǎng)。生物分布和生長(zhǎng)。微生物是一類(lèi)天然資源微生物是一類(lèi)天然資源的公眾意識(shí)遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒(méi)有建立的公眾意識(shí)遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒(méi)有建立n第四，作為一類(lèi)生物資源，微生物既能第四，作為一類(lèi)生物資源，微生物既能提供極為多樣化的產(chǎn)品，又可適合在人提供極為多樣化的產(chǎn)品，又可適合在人工控制條件下進(jìn)行大規(guī)模生產(chǎn)，而不受工控制條件下進(jìn)行大規(guī)模生產(chǎn)，而不

8、受氣候等因素的影響。氣候等因素的影響。微生物是一類(lèi)天然資源微生物是一類(lèi)天然資源的公眾意識(shí)遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒(méi)有建立的公眾意識(shí)遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒(méi)有建立n第五，微生物的變異性大。比較高等動(dòng)物植物第五，微生物的變異性大。比較高等動(dòng)物植物而言，微生物的變異性要大的多，為人類(lèi)改造而言，微生物的變異性要大的多，為人類(lèi)改造他們提供了更大的可能性。從分子生物學(xué)觀點(diǎn)他們提供了更大的可能性。從分子生物學(xué)觀點(diǎn)來(lái)看，微生物的基因組較小，調(diào)控系統(tǒng)相對(duì)簡(jiǎn)來(lái)看，微生物的基因組較小，調(diào)控系統(tǒng)相對(duì)簡(jiǎn)單，進(jìn)行基因操作比動(dòng)植物要容易得多。單，進(jìn)行基因操作比動(dòng)植物要容易得多。n例如，人們最初找到青霉素時(shí)，其產(chǎn)率不到例如，人們最初找到青霉素時(shí)，其產(chǎn)率不到0.0

9、1%，經(jīng)過(guò)人們改造，今天達(dá)到了，經(jīng)過(guò)人們改造，今天達(dá)到了5%以上，以上，產(chǎn)率提高了產(chǎn)率提高了500多倍。多倍。青霉素的發(fā)明是人類(lèi)的標(biāo)志性的偉大青霉素的發(fā)明是人類(lèi)的標(biāo)志性的偉大成果成果n英國(guó)生物學(xué)家弗萊明英國(guó)生物學(xué)家弗萊明微生物是一類(lèi)天然資源微生物是一類(lèi)天然資源的公眾意識(shí)遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒(méi)有建立的公眾意識(shí)遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒(méi)有建立n第六，微生物種源豐富，未知者眾多。動(dòng)植物第六，微生物種源豐富，未知者眾多。動(dòng)植物有珍稀、瀕危之說(shuō)，而微生物無(wú)珍稀瀕危之說(shuō)。有珍稀、瀕危之說(shuō)，而微生物無(wú)珍稀瀕危之說(shuō)。n目前，很難用多少屬、多少種、目前，很難用多少屬、多少種、“特有種特有種”、“蘊(yùn)藏量蘊(yùn)藏量”來(lái)估價(jià)微生物的資源量。來(lái)估價(jià)微生物的資

10、源量。n全世界現(xiàn)已知的微生物種類(lèi)不到實(shí)有數(shù)的全世界現(xiàn)已知的微生物種類(lèi)不到實(shí)有數(shù)的2，相對(duì)而言，已知的高等動(dòng)植物所占的比例要大相對(duì)而言，已知的高等動(dòng)植物所占的比例要大得多。得多。微生物是一類(lèi)天然資源微生物是一類(lèi)天然資源的公眾意識(shí)遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒(méi)有建立的公眾意識(shí)遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒(méi)有建立n第七，對(duì)微生物資源的研究與開(kāi)發(fā)比動(dòng)第七，對(duì)微生物資源的研究與開(kāi)發(fā)比動(dòng)植物晚許多，但已取得了極其輝煌的成植物晚許多，但已取得了極其輝煌的成就。就。n微生物是種類(lèi)繁多的可再生資源，是最微生物是種類(lèi)繁多的可再生資源，是最豐富的遺傳基因庫(kù)。對(duì)微生物資源的開(kāi)豐富的遺傳基因庫(kù)。對(duì)微生物資源的開(kāi)發(fā)，不存在發(fā)，不存在“過(guò)度過(guò)度”問(wèn)題，也不會(huì)因開(kāi)問(wèn)題，也

11、不會(huì)因開(kāi)發(fā)造成原產(chǎn)地微生物資源減少或絕滅的發(fā)造成原產(chǎn)地微生物資源減少或絕滅的問(wèn)題。問(wèn)題。微生物是一類(lèi)天然資源微生物是一類(lèi)天然資源的公眾意識(shí)遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒(méi)有建立的公眾意識(shí)遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒(méi)有建立n生物資源的三大資源，即動(dòng)物、植生物資源的三大資源，即動(dòng)物、植物、微生物，其中微生物是一類(lèi)與物、微生物，其中微生物是一類(lèi)與動(dòng)植物資源不同、生產(chǎn)性能優(yōu)越、動(dòng)植物資源不同、生產(chǎn)性能優(yōu)越、開(kāi)發(fā)前景廣闊的生物資源。開(kāi)發(fā)前景廣闊的生物資源。微生物網(wǎng)構(gòu)成整個(gè)食物鏈的基礎(chǔ)微生物網(wǎng)構(gòu)成整個(gè)食物鏈的基礎(chǔ) n 很多海洋學(xué)家目前確信，整個(gè)食物鏈?zhǔn)墙⒃谖⑿『芏嗪Ｑ髮W(xué)家目前確信，整個(gè)食物鏈?zhǔn)墙⒃谖⑿〉膯渭?xì)胞細(xì)菌和小海藻基礎(chǔ)之上，細(xì)菌和小海藻又受小

12、的單細(xì)胞細(xì)菌和小海藻基礎(chǔ)之上，細(xì)菌和小海藻又受小病毒的侵襲。這些病毒因?yàn)樘?，以前未曾探測(cè)到，但病毒的侵襲。這些病毒因?yàn)樘?，以前未曾探測(cè)到，但幾百萬(wàn)年以來(lái)一直是海洋生態(tài)系統(tǒng)中的一部分，已知對(duì)幾百萬(wàn)年以來(lái)一直是海洋生態(tài)系統(tǒng)中的一部分，已知對(duì)人類(lèi)健康不構(gòu)成任何威脅。人類(lèi)健康不構(gòu)成任何威脅。 微生物網(wǎng)構(gòu)成整個(gè)食物鏈的基礎(chǔ)微生物網(wǎng)構(gòu)成整個(gè)食物鏈的基礎(chǔ)n 有關(guān)海洋食物鏈的傳統(tǒng)理論認(rèn)為，海洋中的小動(dòng)物有關(guān)海洋食物鏈的傳統(tǒng)理論認(rèn)為，海洋中的小動(dòng)物吃海藻為生，這些小動(dòng)物又作為較大海洋動(dòng)物的食物。吃海藻為生，這些小動(dòng)物又作為較大海洋動(dòng)物的食物。這種理論沒(méi)有考慮到占?jí)旱苟鄶?shù)的由病毒、細(xì)菌、海藻這種理論沒(méi)有考慮到

13、占?jí)旱苟鄶?shù)的由病毒、細(xì)菌、海藻和原生動(dòng)物組成的海洋生物量的作用。和原生動(dòng)物組成的海洋生物量的作用。 微生物網(wǎng)構(gòu)成整個(gè)食物鏈的基礎(chǔ)微生物網(wǎng)構(gòu)成整個(gè)食物鏈的基礎(chǔ)n 科學(xué)家們不再認(rèn)為存科學(xué)家們不再認(rèn)為存在簡(jiǎn)單的、直線的生物鏈，在簡(jiǎn)單的、直線的生物鏈，而是有一個(gè)復(fù)雜的實(shí)際上不而是有一個(gè)復(fù)雜的實(shí)際上不可見(jiàn)的微生物網(wǎng)，構(gòu)成整個(gè)可見(jiàn)的微生物網(wǎng)，構(gòu)成整個(gè)食物鏈的基礎(chǔ)。食物鏈的基礎(chǔ)。 固氮根瘤菌微生物與能源開(kāi)發(fā)微生物與能源開(kāi)發(fā) n 通過(guò)微生物發(fā)酵可以產(chǎn)生一些能夠作為能源的東西。通過(guò)微生物發(fā)酵可以產(chǎn)生一些能夠作為能源的東西。比如說(shuō)，浸泡在水中的糧食如糯米，會(huì)發(fā)出酒糟味，這比如說(shuō)，浸泡在水中的糧食如糯米，會(huì)發(fā)出酒糟

14、味，這是因?yàn)樵跓o(wú)氧條件下，厭氣微生物酶發(fā)揮作用，將糧食是因?yàn)樵跓o(wú)氧條件下，厭氣微生物酶發(fā)揮作用，將糧食中的碳水化合物分解為乙醇，也就是酒精。南方人喜歡中的碳水化合物分解為乙醇，也就是酒精。南方人喜歡吃的糯米酒糟，就是利用無(wú)氧發(fā)酵制成的美味食品。酒吃的糯米酒糟，就是利用無(wú)氧發(fā)酵制成的美味食品。酒精不僅是重要的工業(yè)原料，而且可以作為燃料替代品，精不僅是重要的工業(yè)原料，而且可以作為燃料替代品，解決能源不足的矛盾。解決能源不足的矛盾。微生物與能源開(kāi)發(fā)微生物與能源開(kāi)發(fā)n 傳統(tǒng)的發(fā)酵酒精生產(chǎn)是以玉米等糧食作為原料的，傳統(tǒng)的發(fā)酵酒精生產(chǎn)是以玉米等糧食作為原料的，這無(wú)疑會(huì)使這項(xiàng)生產(chǎn)受到限制。于是人們熱衷于尋找

15、廉這無(wú)疑會(huì)使這項(xiàng)生產(chǎn)受到限制。于是人們熱衷于尋找廉價(jià)的替代原料，過(guò)去，像農(nóng)作物秸稈、雜草、樹(shù)葉、果價(jià)的替代原料，過(guò)去，像農(nóng)作物秸稈、雜草、樹(shù)葉、果殼、蔗渣等一向被視為廢棄物?，F(xiàn)在這些殼、蔗渣等一向被視為廢棄物?，F(xiàn)在這些“小人物小人物”將將被派上大用場(chǎng)。為什么這么說(shuō)呢？被派上大用場(chǎng)。為什么這么說(shuō)呢？微生物與能源開(kāi)發(fā)微生物與能源開(kāi)發(fā)n 我們知道，纖維素是葡萄糖分子聚合而成的多聚糖，我們知道，纖維素是葡萄糖分子聚合而成的多聚糖，如果能想辦法把這些大分子降解的話，酒精、葡萄糖等如果能想辦法把這些大分子降解的話，酒精、葡萄糖等有用的大分子將被源源不斷地生產(chǎn)出來(lái)。這無(wú)疑是變廢有用的大分子將被源源不斷地生產(chǎn)

16、出來(lái)。這無(wú)疑是變廢為寶的好途徑。由于這條途徑的誘人前景，世界上的許為寶的好途徑。由于這條途徑的誘人前景，世界上的許多國(guó)家都在加緊進(jìn)行這方面的研究開(kāi)發(fā)工作，期待著有多國(guó)家都在加緊進(jìn)行這方面的研究開(kāi)發(fā)工作，期待著有一天，一天，“綠色石油綠色石油”發(fā)酵酒精會(huì)源源不斷地生產(chǎn)出發(fā)酵酒精會(huì)源源不斷地生產(chǎn)出來(lái)。來(lái)。微生物與能源開(kāi)發(fā)微生物與能源開(kāi)發(fā)n 在這方面，科學(xué)家們對(duì)發(fā)酵微生物，比如酵母菌寄予在這方面，科學(xué)家們對(duì)發(fā)酵微生物，比如酵母菌寄予很大的希望。目前雖然還不能利用酵母菌一步實(shí)現(xiàn)從纖很大的希望。目前雖然還不能利用酵母菌一步實(shí)現(xiàn)從纖維素發(fā)酵酒精的過(guò)程，但科學(xué)家們正在構(gòu)建這方面的維素發(fā)酵酒精的過(guò)程，但科學(xué)家

17、們正在構(gòu)建這方面的“工程菌工程菌”，并取得了可喜的成績(jī)，估計(jì)在不久的將來(lái)，并取得了可喜的成績(jī)，估計(jì)在不久的將來(lái)會(huì)取得突破性的進(jìn)展。會(huì)取得突破性的進(jìn)展。微生物與能源開(kāi)發(fā)微生物與能源開(kāi)發(fā)n 我們中的許多人大概都聽(tīng)說(shuō)過(guò)沼氣吧。它的學(xué)名是甲我們中的許多人大概都聽(tīng)說(shuō)過(guò)沼氣吧。它的學(xué)名是甲烷，同酒精一樣，也是可燃燒的氣體，并可由農(nóng)作物廢烷，同酒精一樣，也是可燃燒的氣體，并可由農(nóng)作物廢棄物等發(fā)酵產(chǎn)生。在我國(guó)廣大農(nóng)村，建起了數(shù)以萬(wàn)計(jì)的棄物等發(fā)酵產(chǎn)生。在我國(guó)廣大農(nóng)村，建起了數(shù)以萬(wàn)計(jì)的小型沼氣發(fā)酵池，充分利用人畜糞便、農(nóng)作物秸稈、雜小型沼氣發(fā)酵池，充分利用人畜糞便、農(nóng)作物秸稈、雜草、樹(shù)葉等有機(jī)垃圾生產(chǎn)沼氣，既可解

18、決農(nóng)村用能源，草、樹(shù)葉等有機(jī)垃圾生產(chǎn)沼氣，既可解決農(nóng)村用能源，又能改善生態(tài)環(huán)境、培肥莊稼又能改善生態(tài)環(huán)境、培肥莊稼 、確實(shí)是一舉多得的好事。、確實(shí)是一舉多得的好事。在西方一些國(guó)家，則建起了大型沼氣發(fā)酵廠，大量從廢在西方一些國(guó)家，則建起了大型沼氣發(fā)酵廠，大量從廢棄物中回收沼氣這種廉價(jià)的可再生能源。棄物中回收沼氣這種廉價(jià)的可再生能源。微生物與能源開(kāi)發(fā)微生物與能源開(kāi)發(fā)n 除了發(fā)酵生產(chǎn)酒精和沼氣之外，科學(xué)家們除了發(fā)酵生產(chǎn)酒精和沼氣之外，科學(xué)家們還發(fā)現(xiàn)了能幫助人類(lèi)采集石油的微生物，能還發(fā)現(xiàn)了能幫助人類(lèi)采集石油的微生物，能夠產(chǎn)氫的微生物等等，它們都將會(huì)在新能源夠產(chǎn)氫的微生物等等，它們都將會(huì)在新能源的開(kāi)發(fā)上

19、大顯身手。的開(kāi)發(fā)上大顯身手。 微生物與能源開(kāi)發(fā)n石油和天然氣的燃燒會(huì)產(chǎn)生煙、酸雨和全球溫室效應(yīng)，而石油和天然氣的燃燒會(huì)產(chǎn)生煙、酸雨和全球溫室效應(yīng)，而氫氣燃燒只產(chǎn)生水。但氫氣發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)環(huán)境的影響并不像想氫氣燃燒只產(chǎn)生水。但氫氣發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)環(huán)境的影響并不像想象的那么好?，F(xiàn)在的氫氣發(fā)動(dòng)機(jī)的泄漏導(dǎo)致象的那么好?，F(xiàn)在的氫氣發(fā)動(dòng)機(jī)的泄漏導(dǎo)致10以上的氫以上的氫氣未經(jīng)燃燒就漏到大氣中去。根據(jù)加州理工學(xué)院的研究人氣未經(jīng)燃燒就漏到大氣中去。根據(jù)加州理工學(xué)院的研究人員的計(jì)算，如果使用氫氣燃料電池代替所有的石油和天然員的計(jì)算，如果使用氫氣燃料電池代替所有的石油和天然氣技術(shù)，人類(lèi)向空氣中釋放的氫氣是目前的氣技術(shù)，人類(lèi)向空氣

20、中釋放的氫氣是目前的4至至8倍。氫氣倍。氫氣被氧化成為水，覆蓋在大氣層外面，它引起的冷卻效應(yīng)會(huì)被氧化成為水，覆蓋在大氣層外面，它引起的冷卻效應(yīng)會(huì)增進(jìn)破壞臭氧的化學(xué)反應(yīng)。研究者認(rèn)為阻止氫氣滲漏，破增進(jìn)破壞臭氧的化學(xué)反應(yīng)。研究者認(rèn)為阻止氫氣滲漏，破壞臭氧的含氯氟烴的減少、氫氣被泥土吸收等因素能減少壞臭氧的含氯氟烴的減少、氫氣被泥土吸收等因素能減少臭氧液破壞。他們的報(bào)告發(fā)表于臭氧液破壞。他們的報(bào)告發(fā)表于6月月13日的日的Science上。上。生物催化合成的特點(diǎn)生物催化合成的特點(diǎn)n反應(yīng)條件溫和反應(yīng)條件溫和 (30-40oC，常常壓，水相反壓，水相反應(yīng)應(yīng))n反應(yīng)選擇性高反應(yīng)選擇性高n反應(yīng)產(chǎn)物純度高（包括

21、光學(xué)純）反應(yīng)產(chǎn)物純度高（包括光學(xué)純）n反應(yīng)底物簡(jiǎn)單便宜（一般無(wú)毒、不易燃）反應(yīng)底物簡(jiǎn)單便宜（一般無(wú)毒、不易燃）n反應(yīng)收率主要取決于菌種的性能反應(yīng)收率主要取決于菌種的性能Industrial Microbiology and Fermentation TechnologynIndustrial Microbiology is the discipline that uses microorganisms, usually grown on a large scale, to produce valuable commercial products or carry out important c

22、hemical transformations.nFermentation Technology is the technology to grow cells in a large scale with high efficiency, it also includes product recovery processes.Flowsheet for developing an industrial microbial fermentation processnStrain selection nLaboratory process developmentnPilot Scale upnIn

23、dustrial Scale upnDownstream process developmentnProduct packaging techniquesnOther commercial considerationnExamplesStrain SelectionnPurchase from Culture CollectionsnScreening of nature circumstances nGenetic engineering nMutationsnCell biology techniquesInternational Culture CollectionsDomestical

24、ly, strains can be purchased from: CGMCC orChina General Microbiological Culture Collection Center中國(guó)微生物菌種保藏管理委員會(huì)普通微生物中心，北京中關(guān)村中國(guó)微生物菌種保藏管理委員會(huì)普通微生物中心，北京中關(guān)村Screening of nature circumstancesGenetic EngineeringIncorporation into artificial plasmids of genes from a wide variety of sources has made possible

25、 the transfer of genetic material across virtually any species barrierVarious high value added products have been produced fromthe Genetic engineeringmethodsMutationVia chemicalor physical, and biologicalmeansCell biology techniquesnProtoplast fusion nremoving the cell wall with lytic enzymes in the

26、 presence of osmotic stabilizers.nIn the presence of fusogenic agent such as polyethylene glycol (PEG), protoplasts are induced to fuse and form transient hybrids or diploids.nRegeneration of viable cells from the fused protoplasts.Stages needed for transferring an industrial process from the labora

27、tory to the commercial fermentornShake flash ExperimentsnLab scale fermentor (5-10 L)nPilot scale fermentor (300-3000 L)nCommercial fermentor (10,000-500,000 L)Laboratory process developmentShake Flask ExperimentsOptimization of conditions for cell growth and product formation using shake flask expe

28、riments:1. pH2. Temperature3. Dissolved oxygen (DO)4. Substrate choice5. Maximal and optimal substrate concentration6. OthersLaboratory Process DevelopmentFermentornAgitationnCooling and heatingnAir inlet and outletnpH controlnNutrient additionnInoculationnViewing portA series of fermentors used for

29、 lab scale process developmentLaboratory process developmentLab scale fermentor ExperimentsnBatch processnFed-batch processnContinuous processnSemi-continuous processFermentation Process: Batch ProcessnAll the nutrients needed for cell growth will only be added once at the beginning of fermentation.

30、Fermentation process:Fed-batch processnDuring the fermentation, additional nutrients will be added in a batch way to promote the cell growth or product formation and to avoid nutrient deficiency.Fermentation process: Continuous processFermentation process: Semi-continuous processnSimilar to continuo

31、us process, with the addition of nutrients and outflow of fermentation broth in a continuous and batch way.Process control and monitoringnProcess parameters to be monitorsSugar consumptionpHTemperatureFermentation time (h)AgitationCell Dry WeightProductComputer softwares have been developed to monit

32、or and change the process on linePilot Scale UpnScale up: The transfer of a process from small-scale laboratory equipment to large-scale commercial equipmentnPilot experimentnTo test the feasibility of the lab scale fermentation process in a semi-industrial scalenPilot fermentors normally have a siz

33、e ranging from 50 L to 10,000 L, depending on the products to be mass produced later.Fermentor sizes for various purposesProblems emerging during the scale upnAs the size of the equipment is increased, the surface-volume ratio changesnLarge fermentor has much more volume for a given surface area, it

34、 is obviously more difficult to mix the big tank than the small flasknIn scale up studies on aerobic fermentations, oxygen rate in the fermentor is best kept constant as the size of the fermentor is increased.nHow to keep DO constant?nIncrease stirring ratenIncrease air pressurenUse pure oxygennIncr

35、ease air inletIndustrial Scale upnTo transfer the pilot scale results into a commercially feasible production setting.nFermentor sizes range from 100 L to 500,000 L, depending on products.Industrial Fermentation SettingDownstream Process DevelopmentChromatographyFilter (press filter)Downstream Proce

36、ss DevelopmentContinuous centrifugesUnit Operations in Downstream SeparationnMicrofiltersnUltrafiltrationnGel chromatographynReverse osmosisnDialysisnElectrodialysisnIon exchangenDistillation/freeze drynSolvent extractionnFoam and bubble fractionationnUltracentrifugationnCentrifugationnLiquid cyclon

37、esnGravity sedimentationSizeDiffusivityIon exchangeVapour temperature, pressureSolubilitySurface activityDensityProcessing fermentation brothFermentationDilute slurryCentrifugationFiltrationSedimentationClarified liquorFiltrationBright liquorConcentrated slurryDewateringDryingDry BiomassCentrifugati

38、on: Continuous centrifugationProduct Packaging TechniquesnSteril Packaging Techniques for Medical Applications and Food PreservationnPyrogen Free and Steril Packaging for Injection PurposenFreeze Dry Packaging for Foods or MedicinesnDewatered Packaging (such as Dry Yeast)nNormal Food Packaging (such

39、 as Na-glutamate)nSalty PackagingnPreservation ChemicalsnOrdinary PackagingOther Commercial ConsiderationStrengths and weaknesses of biotechnological processesnStrengthsnReliance on renewable feedstocksnVersatility with different feedstocksnFood, feed and drug applicationsnFine chemicals to bulk che

40、mical applicationsnLow temperaturenOperation in aqueous medianSeveral reactions achieved in a single fermentation stepnHigh level of automationnStereospecificitynComplex molecules converted and/or producedn“Benign” effluents producednWeaknessesnFeedstocks are oxidized and unsuitable for many applicationsnFeedstock costs fluctuatenSterilization is a major costnProduct often in dilute aqueous solutionsnProduct recovery costlynEquipment costs highnReactions slow leading to poor volumetric productivitynComplicated reaction conditionsnMainly batch operationnHigh cell