生物工程与技术导论

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1、生物工程与技术导论张建丽博士、教授Tel:13522623836Email:zhangjianli@bit.edu.cn李艳菊博士、副教授戴大章博士、副教授高海军博士、副教授北京理工大学生命学院生物工程系授课内容绪论1（张建丽）微生物学基础与微生物工程3（张建丽）生物化学基础与代谢工程2（戴大章）遗传基础与基因工程2（戴大章）细胞基础与细胞培养工程2（李艳菊）酶学基础与酶工程2（戴大章）发酵理论与过程控制工程2（戴大章）生物反应器设计基础与工程2（高海军）生物分离理论与工程2（高海军）污染物的生化可降解性与环境生物工程2（李艳菊）第一章绪论生命学院微生物系统学与资源研究室张建丽教授生物工程和技

2、术微生物工程、代谢工程细胞工程（植物细胞、动物细胞）基因工程蛋白质工程酶工程生物反应工程生物分离工程生物反应器工程生物信息工程微生物工程菌发酵工程基因工程蛋白质或酶蛋白质工程或酶工程动、植物个体或细胞细胞工程优良动、植物品系产品生物分离工程生物反应器工程农学、动物科学专业生物工程和技术生物工程与技术产品与产业醇类产品——酿酒业、生物能源氨基酸——氨基酸工业有机酸——有机酸工业抗生素——抗生素工业维生素酶制剂基因工程蛋白疫苗与药物化工产品——化工产业的改造美国固特异公司生物环保轮胎这项环保研发计划是欧盟“生命-环境计划”的重要组成部分。在该项目中，固特异已经与德国宝马汽车公司进行了合作。开发新

3、型的‘生物’轮胎填充物来代替传统的轮胎填充物。采用再生资源(如玉米淀粉)制成，用改变了基因的大肠杆菌来生成异戊二烯（橡胶基质），从而用这种生物方法来制造绿色环保轮胎。将对环保产生积极影响，并可显著降低轮胎生产过程中的二氧化碳排放量。致力于将车辆行驶中的能量损耗减少到最低程度。将生产出滚动阻力更小、更耐磨、刹车距离更短的轮胎新品。燃料乙醇产能效率高不生成一氧化碳低成本燃料乙醇汽车生产燃料乙醇的原材料淀粉类纤维素类糖类其他玉米木材蔗糖菜花高粱木屑甜高粱葡萄小麦废纸糖蜜香蕉大麦森林残留物甜菜乳酪木薯农业残留物饲料甜菜乳浆土豆固体废物甘蔗硫化废物红薯产品废物葡萄糖化石资源是现代工业和现代文明的物质基础

4、石油、煤炭、天然气不仅提供了基本的能源，而且提供了99%的有机工业原料。2008年进口：1.79亿吨国内：1.89亿吨面临的问题——资源能源短缺石油短缺，我国石油进口依存度不断增加，2008年49.8%3019902000202020302010205020752100年0510152025我国在世界CO2排放中的比例(%)环境问题全球影响化石经济，付出了巨大的环境代价（白色污染和温室效应等）石油VS玉米价格我国具有极为丰富的生物质资源，各类农作物秸杆量每年达7亿多吨。农村每年有2亿多吨作物秸秆露地焚烧，8亿多吨畜禽粪便随意排放，污染农村环境。中国2020年将实现全国50％作物秸秆、40％畜

5、禽粪便/有机废弃物和20％林木废弃物无害化和能源化，达到燃料乙醇和生物柴油和生物基塑料各1200万吨的年生产能力，替代4800万吨或20％的石油进口量。地球上由植物光合作用生产的生物质每年总量达1700亿吨，其能量相当于世界主要燃料消耗量的10倍，而其利用率还不足1%。美国计划2020年使生物质能源和生物质基产品较2000年增加10倍，达到能源总消耗量的25％；到2050年达到能源总消耗量的50％。生物质资源细胞工厂能源材料生物质（Biomass）主要是指可再生或循环的有机物质，包括农作物、树木和其它动植物及其残体等。Wherearethey?Biodieselcruiseboat(Amste

6、rdam,TheNetherlands)Ethanolpoweredcar(Sweden)RoyalNedalcotruckatethanolloadingpoint(TheNetherlands)BiodieselfillingstationBiodiesel-truck-loading(Germany)生物质H2・CH4气化生物炼制示意图新材料转化反应化学品燃料化学原料半纤维素纤维素木质素寡糖葡萄糖工业生物技术原料水解溶解食品非食用成分分离糖平台葡萄糖果糖木糖阿拉伯糖高分子材料平台化合物基础原料成份分离SGC2C3C5C6C4淀粉半纤维素纤维素蛋白质碳水化合物热化学平台合成气生物炼制生物质

7、H2、甲烷混合醇衣康酸乙酰丙酸富马酸丁二酸天冬氨酸苹果酸柠檬酸葡萄糖酸山梨醇乳酸、甘油丙烯酸3-羟基丙酸乙醇、乙烯微生物现代化学工业体系木质素油脂裂解生物燃料C1-C6平台化合物高分子聚合物芳香族化合物细胞工厂C2酸C2醇C2CoAC3酮酸C2醛C2~P转移ADPATP还原NADHNAD+氧化Pi+O2CO2还原NADHNAD+C1酸氧化CO2NADHNAD+转移C3酮酸~PC3酸~P转移裂解H2