【课件】生物工程概论精品版
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生物工程课件PPT
图解法确定
02
基本操作模型
酶催化反应的反应时间
01
酶催化反应的反应时间
（1）BSTR的均相酶促反应的反应时间
= 0
计算BSTR反应时间的通式
若酶反应为单底物无抑制反应，且动力学关系符合M-M方程，可得
= 1 −
= 0 න
−
=
01
基本操作模型
反应时间为
假定： =0时, = , = 0;
= 时, = , =
= − න
令底物转化率为 ：
=
有
−
=
=1−
/
0 −
/ 0 − − 0
=
/ + / 0 − − 0
03
细胞反应的反应时间
积分得到：
= න
/
0
+ / 0 − − 1
/ 0 − − 0
故它是在封闭系统进行的过程；反应器中底物浓度、产物浓度以及细胞浓度均随反
应进行的时间而变化。
1. 非稳态过程
2. 所有物料具有相同的停留时间和反应时间
3. 随着反应的进行，反应器的效率将降低
01
基本操作模型
对分批搅拌反应器，可对整个反应器做反应组分（底物或产物）的物料衡算为：
反应组分的转化速率
= -反应组分的积累速率
1 −
当 ≫ 时，即反应呈零级反应特征时
∙ = = −
从图中可以看出，当 / 值较小时，近似为一级反应，
生物工程概论
生物工程概论●生物学工程、生物技术工程学、生物工程学(包括生物系统工程学)，是生物学(以及其它学科，例如物理、化学、数学、计算机等)概念和方法的应用，目的是解决生命科学自身发展过程中的现实问题，或者是解决生命科学应用过程中的现实问题。
生物工程学采用工程学自身所特有的分析和合成方法学，以及工程学长期以来所坚持的对解决方案的经济性和实用性准则。
●传统的工程学运用物理和数学来分析、设计并且制造无生命的工具、结构、过程，而生物工程则主要运用迅速发展的分子生物学的知识来研究、促进生命活体的应用。
●生物工程与生物医学工程之间的不同是不明确的，所以现在很多大学将生物工程与生物医学工程这一术语交替使用。
生物医学工程专门将生物或者其他科学技术应用到医学的创新上，然而生物工程主要应用生物技术——不一定应用在医学上。
生物工程与生物医学工程不一定都包含其他一个，因为用于医学需求的非生物产品和非医学需求的生物产品是存在的。
●因此，生物工程是一门建立在以生物科学为基础的学科。
就正如化学工程，电气工程和机械工程这些学科一样相应地建立在化学，电学和电磁学，和经典力学。
●生物工程可以从纯生物学和经典工程学的根源分化出来。
生物工程的研究经常是依循简化论方法来展开的。
它在尽可能小的规模里评估一个系统，所以通常会使用到一种工具——功能基因组学。
使用经典设计视角的工程方法，可以从组件的概念建立新的设备,方法和技术。
生物工程和谐地利用两种方法，依靠简化论方法来区分，了解和合成那些会被组合从而产生新东西的基本单位。
此外，因为是一门工程学科，生物工程不仅是一门基础科学，而且关系到科学知识的实际应用，以此用一钟有经济效益的方法来解决现实生活的问题。
●生物工程师是用生物学原理和工程工具去创造可用的，有形的和有显著经济效益的产品的科学人才。
生物工程运用的事一系列的学科知识和专业技术如质量和传热,动力学,生物催化剂、生物力学、生物信息学、分离和纯化过程, 生物反应器设计、表面科学、流体力学、热力学、高分子科学。
生物工程的一般技术精品PPT课件
培养基 等液体的灭菌
一般的 高压蒸汽灭菌
血清 56度水浴灭活30min
敏感成分 如iaa 细菌过滤器除菌
细胞培养及无菌操作需要的设备
无菌操作室 更衣间-------缓冲间--------操作间
超净工作台
消毒灭菌设备
培养箱
振荡器
写在最后
经常不断地学习,你就什么都知道。你知道得越多,你就越有力量 Study Constantly, And You Will Know Everything. The More
受真菌污染的危害
收到真菌污染后，培养液一般不浑浊，但在培养液中可见 白色或黄色的小点或小球，在显微镜下观察这些点，可见 丝状、管状或树枝状的菌丝密集交错而成。培养液中的真 菌会利用培养基中的养分迅速成长，因而使培养细胞的生 长变慢，最终因缺乏营养与毒害作用而死亡。
三、其他污染因素
支原体 病毒 非同种细胞
4、操作时不要说话，打喷嚏等；
5、每次操作时要注意注意酒精灯火焰上灼烧接种针、手术 刀等。注意移液器的吸头是一次性的 ，每次必须更换。 不小心接触手或其他物品时，应丢弃。
6、每次操作结束时都要将接种针等在火焰上灼烧。清洁操 作台并用消毒水泡纱布擦净台面。
7、细胞培养所用物品必须清洗、消毒彻底，溶液必须高压 灭菌或过滤除菌。吴俊物品必须保存在无菌包内或灭菌容 器中，不可暴露在空气中。无菌与有菌分开放置。无菌包 一旦打开即不能视为绝对无菌，尽早使用。凡已经取出的 无菌物品虽未使用也不可在放回无菌容器内。
You Know, The More Powerful You Will Be
谢谢你的到来
学习并没有结束，希望大家继续努力
Learning Is Not Over. I Hope You Will Continue To Work Hard
《生物工程》课件
酶的稳定性
酶在一定的条件下可以保持 稳定，但在某些条件下可能 会失活。
酶工程的基本技术
01
酶的分离与纯化
通过物理、化学或生物的方法将 酶从原料中分离出来，并进行纯
化，得到高纯度的酶。
03
酶的修饰
通过化学或基因工程技术对酶进 行修饰，以提高其稳定性、改变 其催化特性或降低生产成本。
02
酶的固定化
将游离酶或细胞固定在一定载体 上，使其保持活性并可重复使用
总结词
细胞工程的应用包括制备单克隆抗体、干细胞治疗、 转基因动物和植物的培育等。
详细描述
制备单克隆抗体是细胞工程的重要应用之一，通过杂 交瘤技术将免疫细胞与肿瘤细胞融合，制备出能够产 生单一抗体的杂交瘤细胞。干细胞治疗是利用干细胞 的分化能力，将干细胞移植到病变组织中，以修复和 替代受损的细胞和组织。转基因动物和植物的培育是 通过基因转移技术，将外源基因导入动物或植物的受 精卵中，培育出具有新性状的转基因动物或植物。
资源环境问题
生物工程在生产过程中可能产生环境 污染和资源浪费问题。
如何应对生物工程的挑战
加强伦理道德规范
制定严格的伦理道德规范，确保生物工程技 术的合理应用。
加强技术监管
建立完善的技术监管体系，防止技术误用或 滥用。
完善知识产权制度
制定合理的知识产权制度，保护创新成果， 促进技术转移转化。
推动可持续发展
04
CATALOGUE
酶工程
酶工程的定义与原理
酶工程的定义
酶工程是利用酶的催化性质 ，通过生物技术手段将原料 转化为有用物质的一门技术 。
酶工程的基本原理
酶是一种具有高效催化能力 的蛋白质，能够在温和的条 件下催化化学反应，具有高 度的专一性和选择性。
生物医学工程概论(ppt)
主讲教师 季忠 季忠 季忠 罗小刚 廖彦剑 侯长军 罗洪艳 吴小鹰 刘洪英 陈骥
神经工程技术及与康复治疗
侯文生
物理治疗技术及其在临床医学中的应用 田学隆
医疗信息技术与产业
钟代笛
心力-心音关系方法及其在心脏储备无创 郭兴明 检测中的应用研究
微流控芯片技术
杨军
考试要求
1. 闭卷 2. 以前三周学习内容为主
生物医学工程概论 (ppt)
（优选）生物医学工程概论
周次 上课时间
1
2月21日星期二5、6节
2
2月28日星期二5、6节
3
3月6日星期二5、6节
4
3月13日星期二5、6节
5
3月20日星期二5、6节
6
3月27日星期二5、6节
7
4月3日星期二5、6节
8
4月10日星期二5、6节
9
4月17日星期二5、6节
1963年，美国物理学家cormack—图像重 建数学理论应用于放射医学研究
• 1972年，英国豪斯菲尔德工程师在美国科学家 马克研究的基础上发明了X射线计算机断层扫描 仪（ Computed Tomography，CT ）。1979年 ，豪斯菲尔德和马克获得诺贝尔生理学和医学 奖。
• 1973年，美国科学家劳特布尔和英国科学家曼 斯菲尔德研制出临床实用的磁共振成像仪（ Magnetic Resonance Imaging ,MRI）。同期上市 的医疗器械（仪器）还有：心脏起搏器，高频 电刀，激光刀，X线刀，超声刀，电子直线加速 器等。
• 新近研制开发—电阻抗断层（Electronical Impedance Tomography,EIT)
生物医学工程作为一门新兴的边缘学科， 数十年来得到了巨大的发展，当代几乎所 有的高新技术都被他所吸收和利用，并形
选三第五章生物工程.ppt
O、N、P、S等元素，都不断进行着从无机环境到生物群落 ， 又从生物群落到无机环境的循环过程。 抓住要点： 这里的“物质”指组成生物体的化学元素 ； 这里的“循环”是指生在物群落和无机环境间 往返出现； 循环的范围是生物圈 ，物质循环具有全球性特点。因此， 物质循环又叫生物地球化学循环。
2020/11/5
西北地区年降雨量450nm，只适宜种植灌木和 草的地区，却被硬性规定种植属于乔木的杨树， “杨家将”因为不适应长成了“小老头“防护林变 成了残败的”灰色长城“
2020/11/5
P111资料分析问题讨论 从协调与平衡原理出发，想一想，在我国西北地区进
行防护林建设时，应选择哪些特征的树种？如果在该地区 发展畜牧养殖业，你认为应该注意什么问题？
2020/11/5
2020/11/5
2020/11/5
2020/11/5
2020/11/5
• 干裂的土地，赤红的荒 山，意味着不断恶化的 ，幼生苗态的环上境方是蔚蓝的 地球，地球似乎化作一 滴甘露，滋润着大地； 幼苗又可寓意为 工程，虽生然态柔弱，却顽 强地支撑着地球；地球 和幼苗组合和谐，象征 着希望。
生态工程的概念
理论基础？生态学和系统学 技术手段？通过系统设计、调控和技术组装 操作过程？对已被破坏的生态环境进行修复、重建，
对造成环境污染和破坏的传统生产方式 进行改善，并提高生态系统的生产力。 最终目的？促进人类社会和自然环境的和谐发展。
2020/11/5
温故知新
1、生态系统的功能:物质循环 、能量流动 和信息传递。 2、生态系统的物质循环：在生态系统中组，成生物体 的C、H、
2020/11/5
阅读
科技探索之路 生态工程的兴起
思考：从以往的历史看，经济发展和环境污染有
2020/11/5
西北地区年降雨量450nm，只适宜种植灌木和 草的地区，却被硬性规定种植属于乔木的杨树， “杨家将”因为不适应长成了“小老头“防护林变 成了残败的”灰色长城“
2020/11/5
P111资料分析问题讨论 从协调与平衡原理出发，想一想，在我国西北地区进
行防护林建设时，应选择哪些特征的树种？如果在该地区 发展畜牧养殖业，你认为应该注意什么问题？
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• 干裂的土地，赤红的荒 山，意味着不断恶化的 ，幼生苗态的环上境方是蔚蓝的 地球，地球似乎化作一 滴甘露，滋润着大地； 幼苗又可寓意为 工程，虽生然态柔弱，却顽 强地支撑着地球；地球 和幼苗组合和谐，象征 着希望。
生态工程的概念
理论基础？生态学和系统学 技术手段？通过系统设计、调控和技术组装 操作过程？对已被破坏的生态环境进行修复、重建，
对造成环境污染和破坏的传统生产方式 进行改善，并提高生态系统的生产力。 最终目的？促进人类社会和自然环境的和谐发展。
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温故知新
1、生态系统的功能:物质循环 、能量流动 和信息传递。 2、生态系统的物质循环：在生态系统中组，成生物体 的C、H、
2020/11/5
阅读
科技探索之路 生态工程的兴起
思考：从以往的历史看，经济发展和环境污染有
《生物工程》PPT课件
该技术的基本原理是植物细胞的全能性。珊已得到 广泛的应用。如繁殖名贵优良的农作物品种，培养脱毒 苗等。
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17
细胞工程的应用
• ３、试管婴儿
是指将精子和卵子从人体内取出来，在人工 提供的生活条件下（通常是试管内）进行受精， 并让其发育到一定的阶段形成早期胚胎，再将其 移植到“代理母亲”的子宫内继续发育，直至诞 生。
完整版课件ppt
23
细胞工程应用例1、多莉羊答案3
⑶白色、多莉羊的全部核 基因来自白色绵羊。
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24
细胞工程应用例1、多莉羊答案4
⑷全能性
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25
细胞工程应用例1、多莉羊答案5
⑸保护濒危物种，繁育优育 品种，医学上克隆器官等。
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26
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27
9
•酶工程的内容
酶的生产、提取和分离纯化
制成酶制剂 直接利用
制成固定化 酶后利用
酶制剂生产
用于治疗疾病 用于加工和生产
一些产品 用于化验诊断和
水质监控 用于生物工程其
他分支领域
酶制剂的应用
应用
糖尿试纸 酶传感器
葡萄糖氧化酶，过氧化氢酶， 无色化合物
固定化酶膜，变化器
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10
发酵和发酵工程的概念
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13
微生物的生长
调整期：体积增大，合成微生物所需要的各 种酶、ATP
及细胞组成成分（初级代谢产物）
对数期：细胞数目以等比数列的形式增加，
获得菌种
稳定期：微生物数量最多，获得次级代谢产
物的时期
衰亡期：细胞出现畸形，多种形态，开始裂
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17
细胞工程的应用
• ３、试管婴儿
是指将精子和卵子从人体内取出来，在人工 提供的生活条件下（通常是试管内）进行受精， 并让其发育到一定的阶段形成早期胚胎，再将其 移植到“代理母亲”的子宫内继续发育，直至诞 生。
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23
细胞工程应用例1、多莉羊答案3
⑶白色、多莉羊的全部核 基因来自白色绵羊。
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24
细胞工程应用例1、多莉羊答案4
⑷全能性
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细胞工程应用例1、多莉羊答案5
⑸保护濒危物种，繁育优育 品种，医学上克隆器官等。
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27
9
•酶工程的内容
酶的生产、提取和分离纯化
制成酶制剂 直接利用
制成固定化 酶后利用
酶制剂生产
用于治疗疾病 用于加工和生产
一些产品 用于化验诊断和
水质监控 用于生物工程其
他分支领域
酶制剂的应用
应用
糖尿试纸 酶传感器
葡萄糖氧化酶，过氧化氢酶， 无色化合物
固定化酶膜，变化器
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10
发酵和发酵工程的概念
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13
微生物的生长
调整期：体积增大，合成微生物所需要的各 种酶、ATP
及细胞组成成分（初级代谢产物）
对数期：细胞数目以等比数列的形式增加，
获得菌种
稳定期：微生物数量最多，获得次级代谢产
物的时期
衰亡期：细胞出现畸形，多种形态，开始裂
《生物工程概论》课件
基因治疗
通过将正常基因导入病变细胞，纠正 或补偿缺陷基因，达到治疗疾病的目 的。
04
酶工程
酶工程的定义与原理
总结词
酶工程是利用酶的催化作用，通过生物技术的手段进行大规模生产有用物质的一 门技术。其原理是酶具有高效、专一和条件温和的催化特性。
详细描述
酶工程是生物工程的一个重要分支，主要利用酶的催化作用，通过生物技术的手 段进行大规模生产有用物质的一门技术。酶工程的基本原理是利用酶的催化特性 ，在温和的条件下高效地催化化学反应，从而生产出所需的产品。
需求，设计合理的酶反应器，实现大规模生产。
酶工程的应用实例
总结词
酶工程在医药、食品、化工、环保等领域有着广泛的 应用，如利用固定化酶技术生产药物、利用酶反应器 生产食品添加剂等。
详细描述
酶工程在医药、食品、化工、环保等领域有着广泛的 应用。在医药领域，可以利用固定化酶技术生产药物 ，如胰岛素、干扰素等；在食品领域，可以利用酶反 应器生产食品添加剂，如味精、柠檬酸等；在化工领 域，可以利用酶工程技术生产化学原料和产品，如丙 烯酰胺、丙烯酸等；在环保领域，可以利用酶工程技 术处理废水、废气等污染物，实现环保和可持续发展 。
基因工程的主要技术
01
02
03
基因克隆技术
通过限制性内切酶和DNA 连接酶等工具，将外源基 因插入到载体DNA中，形 成重组DNA分子。
基因表达技术
通过调控基因转录和翻译 过程，使外源基因在受体 细胞中高效表达，产生所 需的蛋白质或代谢产物。
基因修饰技术
通过基因敲除、基因定点 诱变等技术手段，实现对 生物遗传信息的精确修饰 和改造。
酶工程的主要技术
总结词
酶工程的主要技术包括酶的固定化技术、酶的分子改造技术和酶反应器的设计技术等。
生物工程-课件
微生物
工程菌
发酵工程基因工程酶 Nhomakorabea酶工程
产品
动植物个体或细胞
细胞工程
优良动植物品种 生物工程主要领域之间相互关系示意图
2。生物工程的特点 生物工程，是20世纪70年代初开始兴起的一门新兴的综合性应用学科 。
[高效性和经济性]： 基因工程应用举例 与医药卫生 （1）生产基因工程药品 ①优点：高质量、 低成本 ②举例：胰岛素、干扰素、乙肝疫苗等60多种 与环境保护 （1）用于环境监测：用DNA探针可检测饮水中病毒的含量 ①方 法：使用一个特定的DNA片段制成探针，与被检测的病毒DNA杂交，从而 把病毒检测出来。 ②特点：快速、灵敏 基因治疗 ①含义：把健康的外源基因导入有基因缺陷的细胞中，达到治疗疾 病的目的。 ②举例：半乳糖血症（病因、研究成果） ③发展前景：许多遗 传病及疑难病症将被人类征服。 细胞工程作为科学研究的一种手段，已经渗入到生物工程的各个方面，成为 必不可少的配套技术。在农林、园艺和医学等领域中，细胞工程正在为人类 做出巨大的贡献。利用细胞工程技术进行作物育种，是迄今人类受益最多的 一个方面。我国在这一领域已达到世界先进水平，以花药单倍体育种途径， 培育出的水稻品种或品系有近百个，小麦有30个左右。其中河南省农科院培 育的小麦新品种，具有抗倒伏、抗锈病、抗白粉病等优良性状。 [清洁和低耗]
现在，则是在以前的基础上对这个基因进行改良或者创造新的基因来完善或加 强生物的某些功能。
总之，有进步性的特点。 1）更加注重实际应用，实际生产决定研究方向，更多的人把精力放在了优良 技术的创造。 2）操作先进化，以往的生物技术往往以酶工程和发酵工程为代 表，获得的都是一些蛋白或者微生物产物，如青霉素的获得。但是现在更加注 重基因工程和细胞工程，从微观去创新。 3）理论基础的多样化，现在学生物 技术，不是掌握微生物学、动物学就可以了，还要有更多的如生化、分子生物 学的基础才行。
生物工程概论
生物工程发展的趋势
• 目前三个平台：DNA重组、细胞培养和DNA芯片 • 未来将会形成的几个新的平台 1.基因组平台 2.生物芯片 3.干细胞生物学 4.生物信息学 5.神经科学
第一章
enzyme engineering
§1-1酶工程原理和方法
1、酶是由生物体产生的具有催化剂活 性的蛋白质 。 2、本身就是一段RNA，不需要额外的 蛋白酶就可以对自身进行剪切。
发酵工程
• 发酵工程(fermentation engineering)是指利用包 括工程微生物在内的某些微生物或动、植物细胞 及其特定功能，通过现代工程技术手段 ( 主要是 发酵罐或生物反应器的自动化、高效化、功能多 样化、大型化 ) 生产各种特定的有用物质；或者 把微生物直接用于某些工业化生产的一种技术。 由于发酵多与微生物密切联系在一起，所以又有 微生物工程或微生物发酵工程之称。。
1.2 生物工程的种类 • 基因工程 • 细胞工程 • 发酵工程 • 酶工程 • 蛋白质工程 应用：农业、环境、食品、医药等多个方面
基因工程
• 也叫基因操作、遗传工程或重组DNA技术，是20世纪70年代以后兴 起的一门新技术。 • 基因工程(gene engineering) 是指在基因水平上的操作井改变生物 遗传特性的 技术。即按照人们的需要，用类似工程设计的方法将不 同来源的基因(DNA 分子)在体外构建成杂种DNA分子，然后导入受 体细胞，并在受体细胞内复 制、转录和表达的操作，也称DNA重 组技术。因此，由该技术构建的且具有 新遗传性状的生物称为基因 工程生物或转基因生物。
生物工程定义的充实
• 1917：利用生物将原材料转化为产品
• 1982：应用自然科学及工程学的原理，依靠微生物、 动物、植物作为反应器，将物料进行加工以提供产 品来为社会服务的技术
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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，华东理工，江南大学，农业大学，
生物工程概论
张彦婷 郑州大学生命科学学院 zhangyt@
课程简介
• 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：
第一章~第三章 非核心 讲授
第四章~第八章 核心 讲授
第九章~第十四章 非核心 讲授+学生参与
• 考试方式： 平时成绩：30% 期末（论文）：70%
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。
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
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 Protein engineering
标志着分子生 物学的形成
成熟期（分子生物学水平研究阶段1953年~至今）
美国生物学家沃森（Watson ）和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。
Watson和Crick （分子生物学奠基人） 20世纪70年代
生物工程概论
生物工程
生物 科学
工程学
生物工程
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。
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)
生物工程的五大体系
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，
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。
生物工程的五大体系 生物燃料
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。
对现有500t/a秸秆乙醇 中式生产线技术改造
我国汉代酿酒作坊（上图）
公元前2300年，埃及人 酿造啤酒 （左图）
初步发展（1676-1861年）
列文虎克发明显微镜
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。
奠定阶段（1861-1897年）
杰 出 贡 献
“工业微生物学之父” “生物工程之父”
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。
生物工程的五大体系
生物肥料
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；
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；
生物肥料提供氮素， 转化难溶磷钾，促 进作物生长；
化肥肥效易下降且会造 成大量氮、磷污染地下水。
发展期（1897年-1953年）
Buchner
（生物化学奠基人）
1897年
Fleming 1928年
无细胞酵母菌 “酒化酶”推翻 巴斯德胚种学说
生物工程发 展的里程碑： 进入生化水 平研究阶段
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
Avery
1944年
肺炎球菌转化实 验，确定DNA是 遗传物质
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……
罗伯特·科赫
• 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——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……
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
第一章 绪论
生物工程的发展简史 生物工程的内容
朦胧阶段（9000年前-1676年）
有考古证据证明在公元7000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
江南大学，等
发酵工程
现代啤酒的发酵生产工艺
生物工程的五大体系
纯培养厌氧分批 补料发酵技术
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；
生物工程的五大体系
生物高分子材料生产
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；
• 生物工程则侧重于利用工程学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
人类面临 的问题
食物短缺 能源危机 资源枯竭 环境污染 疾病危险
生物工程的内容
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
和组培技术等. • 代表：中科院，农科院，华东理工，江南大学，农业大学，
生物工程概论
张彦婷 郑州大学生命科学学院 zhangyt@
课程简介
• 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：
第一章~第三章 非核心 讲授
第四章~第八章 核心 讲授
第九章~第十四章 非核心 讲授+学生参与
• 考试方式： 平时成绩：30% 期末（论文）：70%
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。
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
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 Protein engineering
标志着分子生 物学的形成
成熟期（分子生物学水平研究阶段1953年~至今）
美国生物学家沃森（Watson ）和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。
Watson和Crick （分子生物学奠基人） 20世纪70年代
生物工程概论
生物工程
生物 科学
工程学
生物工程
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。
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)
生物工程的五大体系
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，
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。
生物工程的五大体系 生物燃料
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。
对现有500t/a秸秆乙醇 中式生产线技术改造
我国汉代酿酒作坊（上图）
公元前2300年，埃及人 酿造啤酒 （左图）
初步发展（1676-1861年）
列文虎克发明显微镜
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。
奠定阶段（1861-1897年）
杰 出 贡 献
“工业微生物学之父” “生物工程之父”
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。
生物工程的五大体系
生物肥料
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；
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；
生物肥料提供氮素， 转化难溶磷钾，促 进作物生长；
化肥肥效易下降且会造 成大量氮、磷污染地下水。
发展期（1897年-1953年）
Buchner
（生物化学奠基人）
1897年
Fleming 1928年
无细胞酵母菌 “酒化酶”推翻 巴斯德胚种学说
生物工程发 展的里程碑： 进入生化水 平研究阶段
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
Avery
1944年
肺炎球菌转化实 验，确定DNA是 遗传物质
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……
罗伯特·科赫
• 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——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……
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
第一章 绪论
生物工程的发展简史 生物工程的内容
朦胧阶段（9000年前-1676年）
有考古证据证明在公元7000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
江南大学，等
发酵工程
现代啤酒的发酵生产工艺
生物工程的五大体系
纯培养厌氧分批 补料发酵技术
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；
生物工程的五大体系
生物高分子材料生产
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；
• 生物工程则侧重于利用工程学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
人类面临 的问题
食物短缺 能源危机 资源枯竭 环境污染 疾病危险
生物工程的内容
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