现代生物工程学

课程英文名称：ModernBioengineering

课程编号：ZH13501

课程类型：专业核心课

学时：总学时120

学分：6.5

适用对象：生物工程本科专业

先修课程：微生物学、细胞生物学、生物化学、遗传学、化工原理等

课程简介：

《现代生物工程学》是生物工程专业的一门专业核心课程，该课程学术研究面宽、应用领域广、在生物工程专业课程体系中具有极其重要的地位和作用，进一步促进了生物工程专业应用型人才培养方案作用的发挥。

该课程全面、深入地介绍了生物工程的概念、原理、发展方向及众多应用领域，包含了基因工程、细胞工程、发酵工程、蛋白质与酶工程等4大工程的理论内容：

基因工程：主要讲授基因工程基因重组的方法、外源基因导入受体细胞的方法、重组子筛选与鉴定的主要方法等基本原理。培养基因工程中的各种分子操作技术的能力。培养学生掌握基因工程技术在微生物、动物、植物的应用。

细胞工程：主要讲授植物组织与细胞培养、动物细胞与组织培养、细胞融合等基本原理。培养单克隆抗体、胚胎工程、干细胞工程、细胞拆合与细胞重组克隆技术和转基因生物与生物反应器等理论和实验技能。

蛋白质与酶工程：主要讲授蛋白质折叠技术、蛋白质的定向改造技术、酶的生产、纯化、固定化技术、酶分子结构的修饰和改造等基本原理；培养学生在蛋白质与酶定向改造、酶的生产、纯化等方面应用的理论和实验技能。

发酵工程：主要讲授微生物及其培养、发酵机制、发酵动力学及发酵设备等基本原理；培养学生发酵工程基本操作和产物的提取与精制、发酵工程生产举例、清洁生产与发酵工业污水处理等实践技能。

一、教学目标及任务

该课程是在生物化学、遗传学、生物统计学、微生物育种、生化工程、细胞生物学、微生物学等多门课程相互交叉、相互渗透的基础上，综合应用了上述各门课程的理论知识和实践技术，逐步形成和发展起来的，一门具有独特专业视角和逻辑结构的应用性综合课程，很好地将专业基础课程和专业方向课程有机衔接在一起，为生物工程专业的学生扎实了专业基础，加深了专业认识，拓宽了专业视野。

通过该课程教学过程，使同学们能够了解目前我国生物工程专业的发展现状与发展态势、生物工程中4大工程的理论知识体系、常用的研究方法和手段：基因工程的基本原理、基本流程、常规技术和基因工程在工农业及医学中的应用，掌握本课程的基本概念、基本原理、基本操作技术和主要应用；掌握细胞工程设计的基本概念和基本原理；较系统地掌握植物和动物细胞培养的基本技术以及细胞工程在科研和生产实际中的应用和研究动态；掌握蛋白质工程的基本程序，了解蛋白质结构预测的基本思路，掌握酶工程的基本思路，了解酶的应用、酶反应器的设计；掌握微生物产品生产的基本理论，能进行发酵的工艺设计和解决产品生产过程中出现的主要问题，并为从事生物新产品和工艺的研究与开发打好应用的理论基础。

二、学时分配

第一部分基因工程（30学时）

第一章

绪论

3

第二章

基因工程的载体和工具酶

9

第三章

基因工程的常规技术

12

第四章

基因在大肠杆菌酵母中的高效表达

第五章

转基因植物

第六章

转基因动物

2

第七章

基因治疗

1

第二部分细胞工程（30学时）

细胞工程实验室的组成及无菌操作技术

植物细胞工程的基本原理

植物离体无性繁殖和脱毒技术

植物细胞培养及次生物质的生产

植物原生质体培养和体细胞杂交

植物花粉、花药及单倍体育种

第八章

植物胚胎培养

第九章

种质资源的离体保存

第十章

动物细胞培养技术

4

第十一章

动物细胞融合及杂交技术

第十二章

动物胚胎工程

第十三章

动物干细胞技术

第三部分蛋白质与酶工程（30学时）

蛋白质结构基础

蛋白质分子设计

蛋白质的修饰和表达

天然和重组蛋白质结构测定

蛋白质工程的应用

酶学基础

酶的化学修饰

酶的固定化

酶的人工模拟

生物催化与手性技术

酶基因工程

核酶

第十四章

酶的发酵生产

第十五章

酶的应用

第四部分发酵工程（30学时）

工业微生物菌种和菌种的扩大培养

培养基及其制备

灭菌和空气的净化

发酵机制及调节

5

微生物发酵动力学

发酵过程控制

工业发酵的染菌及其防治

发酵生产实例

三、教学内容及教学要求

第一章绪论（3学时）

教学重点：遗传工程、基因工程的概念；基因工程理论上的三大发现和技术上的三大发现；基因工程的基本步骤；基因工程的意义。

教学难点：基因工程的概念；基因工程的基本步骤；基因工程的基本原理。

教学要求：掌握基因工程技术的基本概念、基本原理以及基本过程，了解基因工程的发展历史以及研究意义，主要是基因工程的诞生和成熟；掌握基因的现代概念，并理解基因与基因工程之间的关系。

第一节基因工程的发展简史

1.什么是基因工程

2.基因工程的开端

3.基因工程的发展

第二节基因工程的研究意义和应用

1.基因工程在工业领域的应用

2.基因工程在农业领域的应用

3.基因工程在医药领域的应用

第三节基因工程课程与其他课程之间的关系

第四节基因工程对人类将产生的影响

本章习题要点：简述基因工程的发展史

第二章基因工程的载体和工具酶（9学时）

教学要求：1、通过本章的学习，熟悉基因工程中所使用的各种工具酶，并能在实际操作中运用它们。2、熟悉基因工程中常用的各种载体，了解它们的特点并能在实际操作中运用它们。掌握作为载体的必备条件。了解载体的构建过程和基本方法。

第一节载体

1.质粒载体

2.噬菌体载体

3.其他载体

第二节工具酶

1.限制性内切核酸酶

2.DNA聚合酶和Klenow大片段

3.DNA连接酶

4.碱性磷酸酶

5.末端脱氧核苷酸转移酶

本章习题要点：

1．什么是细菌的限制—修饰系统(restriction-modificationsystem，R-Msystem)

2．细菌的限制—修饰系统有什么意义

3．说明限制性内切核酸酶的命名原则要点。

4．作为基因克隆的载体必须具备那些特性？

第三章基因工程的常规技术（12学时）

教学重点：电泳、PCR、杂交、测序的基本原理和操作步骤。

教学难点：PCR的应用；DNA与蛋白质的相互作用。

教学要求：掌握基因的分子克隆等基本技术的概念，以及重组体的概念和其鉴定方法，了解其方法的基本原理和基本操作步骤，最主要的是基因的分子克隆技术。

第一节凝胶电泳技术

1.琼脂糖凝胶电泳的原理

2.琼脂糖凝胶电泳的影响因素

第二节杂交技术

1.探针与探针标记

2.Southern杂交

3.Northern杂交

4.Western杂交

5.菌落（嗜菌斑）原位杂交

第三节PCR技术

1.PCR技术的基本成分

2.PCR技术的原理和过程

3.荧光定量PCR

第四节生物芯片

1.DNA芯片

2.蛋白质芯片

第五节基因文库构建

1.基因组文库构建

2.cDNA文库的构建

第六节酵母双杂交系统

1.酵母双杂交系统的基本原理

2.酵母双杂交系统的应用

3.酵母双杂交系统存在的问题

第七节DNA测序

1.Sanger双脱氧链终止法

2.Maxam-Gilbert化学修饰法

1、何谓PCR引物？试述其设计原则。

2、蛋白质的包含体形式表达时，折叠复性方法应具备哪些特点？

第四章基因在大肠杆菌、酵母的高效表达（3学时）

教学重点：大肠杆菌基因表达载体构建的基因元件及常见大肠杆菌基因表达系统，基因融合的策略及其优点

教学难点：外源基因在大肠杆菌中表达的基本条件、常用表达载体及提高表达的措施。

基本要求：掌握外源基因表达条件及影响表达的因素，大肠杆菌基因表达系统；了解基因表达产物的检测方法；掌握表达载体、融合基因、融合蛋白的概念；掌握大肠杆菌基因表达载体构建的基本元件；掌握功能启动子分离的方法。

第一节基因的表达系统与表达策略

1.基因的表达系统

2.根据表达蛋白用途选择基因的表达策略

第二节基因在大肠杆菌中的高效表达

1.基于T7噬菌体RNA聚合酶/启动子的大肠杆菌表达系统

2.蛋白质的融合表达

3.蛋白质的分泌型表达

4.蛋白质的包含体形式表达与蛋白质复性

5.重组大肠杆菌的高密度培养

第三节基因在酵母中的高效表达

1.酵母表达系统概述

2.甲醇酵母表达系统

3.组织纤溶酶原激活剂在甲醇酵母中的表达

1、目的基因在大肠杆菌中表达时，为什么常用融合表达的方法？哪些蛋白或多肽可以用做担体序列？各有什么特点？

第五章转基因植物（3学时）

教学重点：掌握植物基因工程研究常用的基因；转基因植物的概念，植物基因转移的方法。

教学难点：植物基因转移的途径，转基因植物的研究现状。

教学要求：掌握转基因植物的概念，植物基因转移的方法与途径;了解植物基因转移的操作过程;了解植物基因工程研究常用的基因。

第一节植物的转基因技术

1.植物细胞培养技术

2.植物转基因技术的基本路线

3.转基因的受体系统

4.外源基因导入植物的方法

第二节转基因植物的筛选与检测

1.报告基因

2.分子生物学检测方法

第三节改进转基因的技术

1.转基因植物中外源基因的沉默

2.提高外源基因表达水平的策略

第四节农作物基因工程

1.抗虫转基因植物

2.抗病毒作物

3.抗细菌和真菌作物

4.抗除草剂转基因作物

5.抗非生物胁迫作物

第五节生物反应器

第六节转基因植物的安全性

1.标记基因的安全性

2.转基因植物安全性评价与争论的问题

1、什么是Ti质粒载体，其介导的转基因植物的原理如何？

第六章转基因动物（2学时）

教学重点：反转录病毒载体的特点和应用。

教学难点：哺乳动物基因转移的方法与途径；转基因技术的应用和发展。

教学要求：掌握反转录病毒载体的特点和应用;了解其他常用的病毒载体的特点和应用;掌握哺乳动物基因转移的方法与途径;了解转基因技术的应用和发展。

第一节动物转基因技术

1.显微注射法

2.逆转录病毒法

3.胚胎干细胞法

4.精子载体法

5.体细胞核移植法

6.受体介导法

第二节提高转基因效率的策略

第三节转基因动物的应用

1.转基因动物在基因功能等生命科学基础研究中的应用

2.转基因技术在动物育种中的应用

3.转基因动物在医药科学研究中的应用

第四节转基因动物研究存在的问题及展望

1、请列举几个转基因动物的方法

第七章基因治疗（1学时）

教学重点：基因治疗的基本程序

教学难点：基因治疗的基本程序

教学要求：了解基因治疗的概念、基本程序、现状与展望和一些重要疾病、肿瘤的基因治疗等。

第一节基因治疗的概念与发展

1.基因治疗的概念与策略

2.基因治疗的基本程序

3.基因治疗的现状与展望

第二节基因治疗的载体

1.病毒载体

2.非病毒载体

3.载体与基因治疗中的靶向性问题

第三节重要疾病的基因治疗

1.遗传病的基因治疗

2.肿瘤的基因治疗

3.病毒病的基因治疗

1、评述基因治疗的前景

第一章绪论（2学时）

教学重点：1．生物工程主要内涵2．细胞工程概念、研究范畴及应用

教学难点：细胞工程概念、研究范畴及应用

教学要求：了解细胞工程的应用；理解细胞工程与其它生物工程的关系；掌握细胞工程的概念、研究范畴，

1．生物工程概述

2．细胞工程概念、研究范畴及应用

3．细胞工程与其它生物工程的关系

习题要点：

1.什么是细胞工程，其研究内容包括哪些？

2.简述细胞工程的应用范围？

第二章细胞工程实验室的组成及无菌操作（2学时）

教学重点：1．无菌操作技术2．培养基的成分3.外植体的选择及处理技术

教学难点：无菌操作技术及外植体的选择及处理技术

教学要求：了解细胞工程实验室的组成；理解灭菌等消毒技术；掌握培养基的组成、外植体的选择及无菌操作技术，

第一节细胞工程实验室的组成及设备

第二节无菌操作技术

1.洗涤技术

2.灭菌与消毒

3.无菌操作技术

4.外植体的选择与处理技术

第三节培养基成分

1.灭菌与消毒的区别？

2.动植物细胞培养基的成分？

第三章植物细胞工程的基本原理（3学时）

教学重点：1．细胞全能性2．植物器官发生方式及其影响因素

教学难点：细胞全能性及植物器官发生方式

教学要求：掌握什么是细胞全能性、植物器官的发生方式及其影响因素

第一节植物细胞全能性

1．细胞全能性的概念

2．离体培养中细胞的脱分化

3．细胞分化

第二节植物器官发生

1．外植体培养中器官发生的方式

2．影响器官分化的因素

1.什么是细胞全能性、脱分化、再分化及植物离体器官发生？

2.外植体离体培养中器官发生的方式其影响因素有哪些？

第四章植物离体无性繁殖和脱毒技术（3学时）

教学重点：植物离体快繁及脱毒技术

教学难点：1．植物离体快繁的程序2．脱毒的方法及效果的检测

教学要求：掌握植物离体快繁及脱毒技术程序，并了解它们的应用领域和研究前景

第一节植物离体快繁

2．离体快繁的应用领域

3．离体快繁的程序

4．离体快繁的应注意的问题

第二节植物脱毒技术

1．脱毒概况

2．脱毒方法及原理

3．脱毒效果的检测

1.什么是植物离体快速繁殖及其程序？

2.茎尖脱毒的原理及其技术流程。

3.植物脱毒效果检测的方法有哪些？

第五章植物细胞培养及次生物质的生产（3学时）

教学重点：植物单细胞培养及细胞大规模培养的方法

教学难点：植物单细胞培养及细胞大规模培养的方法

教学要求：掌握单细胞培养及细胞大规模培养的方法主要方法，并了解这些方法的应用范围

第一节植物单细胞培养

1．植物细胞培养定义及获取

2．植物单细胞培养方法

第二节植物细胞大规模培养及次生物质的生产

1．概述及次生物质的生产

2．提高次生代谢产物的途径

1.什么是平板培养、看护培养及其技术要点。

2.简述通过细胞培养生产次生物质生产的过程。

第六章植物原生质体培养及体细胞杂交（3学时）

教学重点：植物原生质体的制备、培养及体细胞杂交

教学难点：植物原生质体的培养及融合

教学要求：了解原生质体融合在植物育种中的地位；掌握原生质体的制备及培养方法，原生质体融合的方法

1．原生质体及其特点

2．原生质体的制备

3．原生质体的培养

4．植物体细胞杂交

第七章植物花粉、花药培养及单倍体育种（2学时）

教学重点：花药、花粉培养的程序

教学难点：花药、花粉培养的方法

教学要求：了解单倍体育种的地位；理解单倍体育种的特点；掌握花药和花粉培养的方法及技术流程

1.花药培养

2.花粉培养

1.什么是花粉培养、花药培养及其技术流程。

2.简述花粉和花药培养在育种上的应用？

第八章植物胚胎培养（2学时）

教学重点：植物幼胚培养

教学难点：植物幼胚培养方法及所需条件

教学要求：了解其它几种植物胚胎培养及其用途；掌握植物幼胚培养的程序及应用

1．植物胚培养

2．胚乳培养

3．胚珠和子房培养

4．植物离体授粉

1.什么是植物胚胎培养，分为哪几种？各自的使用范围？

第九章种质资源的离体保存（2学时）

教学重点：离体常温限制生长保存、低温保存和超低温保存的方法

教学难点：超低温保存的程序

教学要求：了解其它几种种质资源离体保存的方法；重点掌握超低温保存的程序

2．离体常温限制生长保存、低温保存和超低温保存的方法

3．提高冷冻后细胞或组织存活率的方法

1.什么是种质资源的离体保存、超低温保存及超低温保存技术的过程

第十章动物细胞培养技术（4学时）

教学重点：动物细胞培养的一般过程、基本方法和大规模培养技术

教学难点：动物细胞大规模培养技术

教学要求：了解动物细胞大规模培养的应用现状及前景；重点掌握动物细胞培养的一般过程和基本方法，掌握几种动物细胞大规模培养的方法

第一节动物细胞培养的基础

1．体外培养动物细胞的特点

2．动物细胞体外培养的形态

第二节动物细胞培养的基本方法

1．动物细胞培养的一般过程

2．动物细胞培养的基本方法

3．细胞大规模培养技术

1.动物细胞体外培养的形态和特点？

2.什么是原代培养和传代培养及其方法？

3.动物细胞大规模培养贴壁培养和悬浮培养的主要方式有哪些，其特点是什么？

第十一章动物细胞融合及杂交技术（3学时）

教学重点：动物细胞融合的方法和单克隆抗体的生产的过程

教学难点：单克隆抗体的生产过程

教学要求：了解动物细胞培养与其它生物制品的关系；重点掌握动物细胞融合常用的方法及以单克隆抗体生产为例生产流程

1.动物细胞融合技术

2.杂交瘤技术与单克隆抗体的生产

本章习题要点：动物细胞融合的方法及原理、单克隆抗体的生产过程

第十二章动物胚胎工程（4学时）

教学重点：动物胚胎移植技术，胚胎冷冻保存技术和体外受精

教学难点：动物胚胎移植流程和冷冻保存技术

教学要求：了解胚胎工程在动物繁育中的作用；掌握胚胎的获得、保存及移植等系列过程

1.动物胚胎移植

2.动物胚胎保存技术

3.体外受精

1.什么是胚胎工程、胚胎移植、超数排卵、胚胎分割和胚胎嵌合等

2.胚胎移植的过程和胚胎冷冻保存技术？

第十三章动物干细胞技术（3学时）

教学重点：干细胞及其分类

教学难点：干细胞的分类及其培养

教学要求：了解干细胞应用及未来前景；重点掌握什么是干细胞及其分类

1.干细胞的定义

2.干细胞分类及培养

3.干细胞的研究应用

1.什么是干细胞及其类型有哪些

2.干细胞培养的方法及其应用前景。

教学重点：蛋白质工程的概念

教学难点：蛋白质工程的分类，蛋白质工程基本程序

教学要求：了解蛋白质工程的概念，重点掌握蛋白质工程的研究现状

1.蛋白质工程与酶工程的定义

2.蛋白质工程与酶工程的发展简史

3.蛋白质工程与酶工程的研究概况及发展前景

1.什么事蛋白质工程？

2.蛋白质工程的基本程序？

第二章蛋白质结构基础（2学时）

教学重点：蛋白质结构的主要类型

教学难点：蛋白质折叠的概念

教学要求：掌握蛋白质的结构基础，重点蛋白质结构的形成

1.蛋白质结构的基本组件

2.蛋白质结构的组成和主要类型

3.蛋白质结构的形成——多肽链的生物合成与折叠

1.蛋白质结构有哪些类型？

2.蛋白质折叠的概念？

第三章蛋白质分子设计（2学时）

教学重点：天然蛋白质的分子设计

教学难点：全新蛋白质的分子设计

教学要求：掌握蛋白质分子设计的基本原理，了解其设计方法与发展现状

1.基于天然蛋白质结构的分子设计

2.全新蛋白质设计

3.计算蛋白质设计

1.天然蛋白质的分子设计有哪些途径？

2.蛋白质分子设计的基本思路？

第四章蛋白质的修饰和表达（2学时）

教学重点：蛋白质修饰的方法

教学难点：改造蛋白质的分子生物学途径

教学要求：掌握蛋白质修饰和表达的基本原理与途径，了解蛋白质改造的分子生物学途径

1.蛋白质修饰和化学途径

2.蛋白质改造的分子生物学途径

3.重组蛋白质的表达

1.蛋白质修饰的方法有哪些？

2.改造蛋白质的生物学途径有哪些？

第五章天然和重组蛋白质结构测定（2学时）

教学重点：X射线晶体结构分析

教学难点：蛋白质结构预测

教学要求：掌握蛋白质结构测定的原理与方法，了解蛋白质结构预测

1.X射线晶体结构分析

2.核磁共振波谱的溶液结构解析

3.蛋白质结构预测

1.X射线晶体分析的基本程序？

2.蛋白质结构预测的基本方法有哪些？

第六章蛋白质工程的应用（2学时）

教学重点：蛋白质工程在医药中的应用

教学难点：抗体的人源化

教学要求：了解蛋白质工程在医药及其他领域中的应用，掌握抗体人源化的基本思路

1.医用抗体的蛋白质工程

2.组织纤维蛋白溶酶原激活因子的蛋白质工程

3.基于蛋白质结构的小分子药物设计

1.抗体人源化的基本思路

第七章酶学基础（2学时）

教学重点：酶的催化机制

教学难点：酶促反应动力学

教学要求：掌握酶学基础知识，了解酶的催化机制与酶促反应动力学

1.酶的基本概念与活力测定

2.酶的分类、组成、结构特点和作用机制

3.酶的催化机制

4.酶促反应动力学

5.酶的分离纯化

1.酶促反应的基本模式有哪些？

2.酶的分类有哪些

第八章酶的化学修饰（2学时）

教学重点：酶化学修饰的方法

教学难点：修饰酶的基本性质

教学要求：了解酶化学修饰的基本原理，掌握化学修饰的原理与方法

1.化学修饰的目的与原理

2.酶化学修饰过程中的有关内容

3.化学修饰的方法

4.酶分子修饰的应用实例

5.修饰酶的性质特性

1.酶化学修饰的方法有哪些？

2.修饰酶的基本特性有哪些？

第九章酶的固定化（2学时）

教学重点：酶固定化的方法

教学难点：固定化酶的性质

教学要求：掌握固定化酶的方法，了解固定化酶的性质及其应用

第一节固定化中应用的载体

第二节酶固定化的方法

第三节固定化酶的性质

第四节细胞的固定化

第五节固定化酶反应动力学

1.酶固定化的方法？

2.酶固定化后的性质有哪些变化？

第十章酶的人工模拟（2学时）

教学重点：抗体酶的概念

教学难点：模拟酶的理论基础

教学要求：掌握抗体酶、印迹酶的基本概念，了解模拟酶的应用

1.模拟酶的理论基础和策略

2.模拟酶的分类

3.抗体酶

4.印迹酶

5.模拟酶研究进展

1.抗体酶的基本概念

2.模拟酶有哪些应用？

第十一章生物催化与手性技术（2学时）

教学重点：非水相生物催化

教学难点：微生物转化

教学要求：理解生物催化与手性技术的基本概念，掌握酶在非水相介质中的作用机理

1.非水介质中酶学基础

2.微生物转化

3.非水相生物催化

4.生物催化的手性合成

1.微生物转化的概念？

2.生物催化在非水相介质中的应用

第十二章酶基因工程（2学时）

教学重点：酶分子的定向进化

教学难点：酶基因克隆策略

教学要求：掌握酶在基因工程中的重要作用，了解酶分子的定向进化

1.基因工程工具酶

2.酶基因克隆

3.酶基因克隆的研究实例

4.酶分子的定向进化

1.酶分子的定向进化方法有哪些？

2.什么叫DNA改组，他的基本程序是什么？

第十三章核酶（2学时）

教学重点：核酶的分类

教学难点：功能性核酶的体外选择

教学要求：掌握核酶的概念及其分类，了解核酶的应用

1.核酶的发现与分类

2.功能性核酶的体外选择

3.脱氧核酶

4.核酶的应用

1.核酶有哪些类型？

2.核酶在生物学中有哪些应用？

第十四章酶的发酵生产（2学时）

教学重点：植物细胞培养生产酶

教学难点：酶发酵动力学

教学要求：掌握酶的发酵生产过程与方法，了解酶发酵动力学

1.酶的生产方式

2.动物细胞培养生产酶

3.植物细胞培养生产酶

4.微生物发酵生产酶

5.酶发酵动力学

1.酶的生产方式有哪些？

2.酶促反应动力学的基本特性有哪些？

第十五章酶的应用（2学时）

教学重点：酶在环境保护领域中的应用

教学难点：酶在发酵工业中的应用

1.酶在发酵工业中的应用

2.酶在医药领域中的应用

3.酶在分析检测反面的应用

4.酶在环境保护领域中的应用

5.酶在基础理论研究领域中的应用

6.酶在其他领域中的应用

1.酶在环境保护中有哪些应用？

2.酶在生物医药领域中有哪些应用

教学重点：发酵工程的概念,发酵工程的发展简史,主要发酵类型，发酵工程的主要研究内容

教学难点：发酵工程的概念和主要的发酵类型，发酵工程的主要研究内容

教学要求：了解发酵工程应用范围和主要研究内容，掌握发酵工程的定义和特点及主要发酵产品类型，掌握发酵工程的发展历史。

1.发酵工程的概念、特点和产品类型

2.发酵工程的发展简史

3.发酵工程与生物工程的关系

4.发酵工程常见的发酵类型和应用

5.我国发酵工程产业现状与未来

6.发酵工程的主要研究内容

1.微生物发酵工业产品类型可以分为哪几大类？

2.简述发酵工程的发展历史和代表性的产品。

第二章工业微生物菌种和菌种的扩大培养（4学时）

教学难点：种子制备的过程，诱变育种的步骤。

教学要求：了解发酵工业上常用的微生物，了解杂交育种、原生质体融合和DNA重组技术的一般步骤和优缺点，了解基因工程菌稳定性问题和解决策略，理解种子扩大培养的目的，理解发酵工业对菌种的要求及工业微生物的培养类型，掌握菌种选育基本方法，微生物的保藏方法，防止菌种衰退的措施，种子的制备过程，影响种子质量的因素和控制措施。

第一节工业微生物菌种

1.发酵工业中常见的微生物种类

2.微生物工业对菌种的要求

3.工业微生物菌种的选育

4.微生物菌种的衰退和防止菌种衰退的措施

5.菌种的保藏及其注意事项

第二节微生物菌种的扩大培养

1.种子的制备过程

2.影响种子质量的因素及其控制措施

1.简要说明诱变育种的步骤和诱变育种应注意哪些问题。

2.工业生产中使用的微生物菌种常会发生衰退，为防止菌种衰退可采取的的措施有哪些。

3.简述种子扩大培养的一般过程。

4.影响种子质量的因素有哪些？如何控制种子质量？

5.列举几种工业微生物的保藏方法

第三章培养基及其制备（3学时）

教学重点：工业发酵培养基的要求，发酵培养基的成分，培养基各组分的作用，淀粉水解糖的制备，糖蜜的前处理。

教学难点：发酵培养基的成分、培养基的设计流程，淀粉水解糖的制备。

教学要求：理解发酵营养基质的组成和种类，淀粉水解糖的制备，掌握工业发酵培养基的要求，培养基各组分的作用，培养基的设计流程和糖蜜的前处理方法。

第一节发酵培养基

1.工业发酵培养基的要求

2.培养基的分类

1.碳源

2.氮源

3.无机盐及微量元素

4.水

5.生长因子、前体、产物促进剂和抑制剂

第三节培养基的设计与优化

1.营养基质成分选择的原则

2.培养基设计的步骤

4.原料转换及意义

第三节淀粉水解糖的制备

1.淀粉水解糖的制备方法

2.淀粉酸水解理论基础

第四节糖蜜的前处理

1.糖蜜前处理的方法

2.谷氨酸发酵的糖蜜预处理

1.名词解释：DE值，生理酸性物质，生理碱性物质，淀粉的糊化，淀粉的老化

2.糖蜜干物质浓度很大，糖分高，胶体物质与灰分多，产酸细菌多，因此发酵前必须进行预处

3.简述糖蜜发酵前预处理的方法。

4.简述淀粉水解糖的几种制备方法及各自特点。

5.简述培养基的配制原则和配制时应注意的问题。

第四章灭菌和空气的净化（3学时）

第一节湿热灭菌法

1.湿热灭菌的原理和“对数残留定律”

2.影响培养基湿热灭菌的因素

3.分批灭菌和连续灭菌比较

4.培养基与设备、管道灭菌条件

第二节空气的净化

1.空气净化的方法

2.空气净化的流程

3.空气过滤除菌的原理

4.空气过滤除菌的介质和“对数穿透定律”

5.影响过滤除菌的因素和提高过滤除菌效率的措施

2.简述影响培养基湿热灭菌的因素。

3.工业生产中采用高温瞬时灭菌的依据。

4.比较分批灭菌与连续灭菌的优缺点。

5.设计一空气净化流程并对其进行分析。

6.简述空气过滤除菌原理。

7.简述影响空气过滤除菌的因素，思考如何提高过滤除菌的效率。

第五章发酵机制及调节（5学时）

教学重点：糖酵解途径调节机制、巴斯德效应、同型乳酸发酵与异型乳酸发酵、酵母菌发酵法制备甘油的理论依据、柠檬酸和谷氨酸发酵机制与代谢调控。

教学难点：厌氧发酵产物积累机制，柠檬酸、谷氨酸和抗生素发酵机制与代谢调控，提高初级代谢产物产量和次级代谢产物产量的方法。

教学要求：理解EMP途径特点，掌握糖发酵产物积累机制、柠檬酸和谷氨酸发酵机制、提高初级代谢产物产量和次级代谢产物产量的方法。

第一节厌氧发酵产物积累机制与调节

1.糖酵解途径的特点及调节机制

2.酵母菌的酒精发酵

3.细菌酒精发酵

4.同型乳酸发酵

5.异型乳酸发酵

6.酵母菌发酵法制备甘油

7.其他厌氧代谢产物的发酵

第二节柠檬酸发酵机制与代谢调控

1.柠檬酸生物合成途径

2.糖酵解和丙酮酸代谢的调节

3.三羧酸循环的调节

4.乙醛酸循环和醋酸发酵柠檬酸

第三节谷氨酸发酵机制与代谢调控

1.三羧酸循环、乙醛酸循环和CO2固定

2.细胞膜通透性控制

3.谷氨酸菌种选育模型

第四节抗生素的生物合成机制与代谢调节

1.次级代谢与初级代谢的关系

2.抗生素的生物合成途径

3.抗生素的代谢调节机制

第五节代谢产物的过量生产

1.提高初级代谢产物产量的方法

2.提高次级代谢产物产量的方法

1.名词解释：巴斯德效应,初级代谢产物、次级代谢产物

2.比较酵母菌酒精发酵和细菌酒精发酵的异同。

3.同型乳酸发酵与异型乳酸发酵的区别。

4.工业上用酵母菌发酵法制备甘油的理论依据。

5.简述糖酵解途径的调节机制。

6.下列哪些产物不属于以EMP途径为基础的微生物厌氧发酵产品（）

A.甘油B.乳酸C.柠檬酸D.乙醇E.谷氨酸F.己酸

7.简述工业发酵法生产柠檬酸中，实现柠檬酸大量积累的生化机制（请结合葡萄糖代谢途径进行说明）。

8.许多微生物可以利用乙醇和醋酸、烃类发酵生产柠檬酸，是因为这些微生物体内存在（）代谢途径。

9.简述工业发酵法生产谷氨酸中，实现谷氨酸大量积累的生化机制（请结合葡萄糖代谢途径进行说明）。

10.简述提高初级代谢产物产量和次级代谢产物产量的方法。

第六章微生物发酵动力学（4学时）

教学要求：了解微生物反应模式和发酵的方法，理解解分批培养、补料分批培养和连续培养的概念及特点；掌握分批培养过程的基本动力学方程和分批发酵中细胞生长与产物形成的动力学。

第一节发酵过程反应的描述

1.菌体生长速率和比生长速率

2.基质消耗速率和基质比消耗速率

3.产物生成速率、产物比生成速率

4.呼吸商、菌体得率

第二节分批发酵动力学

1.典型微生物的生长曲线

2.微生物分批培养的动力学方程（Monod方程）

3.分批培养中基质的消耗和产物的生成

4.Gaden对发酵的三分类与Pirt方程

5.分批发酵中生产率的计算

第三节连续发酵动力学

1.连续发酵的优缺点及其应用

2.细胞的物料衡算

3.单级连续发酵学

4.连续发酵与分批发酵生产周期的比较及其应用

第四节补料分批发酵动力学

1.补料分批发酵的理论基础

2.补料分批发酵的类型

3.补料分批发酵动力学

4.补料分批发酵的优点及其应用

5.透析培养

6.基因工程菌分批发酵动力学

1.比生长速率、基质比消耗速率、产物比生成速率的区别。

3.微生物细胞生长与产物的形成的关系动力学模式有哪几种，各自的特点？

4.简述分批发酵、补料分批发酵、连续发酵的定义和特点。

5.简述补料分批发酵的应用范围。

第七章发酵过程控制（5学时）

教学重点：常见发酵过程参数（温度、pH、溶氧、泡沫等）对发酵的影响及控制方法。

教学难点：通气和搅拌，呼吸商，补料的判断和依据。

教学要求：了解发酵过程的参数检测的研究概况，理解发酵过程中的代谢变化参数，理解温度、pH、溶氧、泡沫、二氧化碳和呼吸商等参数对发酵的影响，掌握发酵过程中温度、pH、溶氧、泡沫等参数的控制方法。

第一节温度的影响及其控制

1.影响发酵温度的因素

2.发酵最适温度的选择

3.发酵过程中温度的控制

第二节pH的影响及其控制

1.影响发酵pH的因素

2.pH对发酵过程的影响

3.发酵过程中pH的控制

第三节通气和搅拌

1.微生物对氧的需求

2.影响氧溶解和传递的因素

3.溶氧系数的测定

4.提高溶解氧的措施

第四节泡沫的影响及其控制

1.发酵过程中泡沫的产生

2.泡沫对发酵过程的影响

3.泡沫的消除和控制

第五节二氧化碳和呼吸商

1.CO2对菌体的生长有直接作用

2.补糖与排气CO2值变化的关系

3.呼吸商与发酵的关系

4.CO2浓度的控制

第六节发酵终点的判断

1.经济因素

2.产品质量因素

3.特殊因素

第七节发酵过程的参数检测的研究概况

1.发酵过程的参数

2.离线发酵分析

3.在线仪器检测

4.计算机在发酵最优化控制过中应用

1.发酵过程温度升高的原因及对微生物生长和产物合成的影响？温度如何进行管理？

2.生产中为什么要对pH值进行控制？如何进行控制？

3.临界溶氧浓度的概念及意义。供氧与微生物代谢有何关系？如何控制溶解氧？

4.消泡的方法有哪几种？各有何优缺点？

第八章工业发酵的染菌及其防治（2学时）

教学重点：工业生产上检查发酵系统是否污染杂菌的方法,生产过程中杂菌污染的途径及防治方法。

教学难点：染菌分析和染菌的预防措施。

教学要求：了解发酵染菌的异常现象，掌握染菌的分析方法和染菌对发酵的影响，熟练掌握染菌后的挽救、处理方法及染菌的预防措施。

第一节发酵异常现象及染菌分析

1.种子培养和发酵的异常现象

2.染菌隐患的处理

3.发酵染菌的原因

4.染菌原因的分析

5.染菌隐患的处理

第二节染菌对发酵的影响

1.染菌对不同发酵过程的影响

2.染菌的种类和性质对发酵的影响

4.染菌程度对发酵的影响

第三节杂菌污染后的挽救和处理

1.种子培养基染菌的处理

2.发酵前期染菌的处理

3.发酵中后期染菌的处理

4.染菌后对设备的处理

第四节染菌的预防措施

1.强化空气净化过程

2.严格培养原料及设备的灭菌

3.定期检测发酵设备及管道

4.严格培养物的移接

5.预防噬菌体危害

1.发酵异常的原因，工业生产上检查发酵系统是否污染杂菌有哪些方法？

2.生产过程中杂菌污染的途径及防治方法。

3.生产过程中防止噬菌体感染的措施。

本课程采用闭卷考试和平时考察相结合的方式对学生进行考核，试卷成绩占80%，平时成绩占20%。试卷严格考试大纲进行命题，侧重考核学生对基础知识的考核，另外还注重学生利用所学知识综合分析和解决实际问题能力考察；为了发挥好考核的导向作用和效果，还注重对学生平时考核环节，主要通过出勤率、课堂表现进行较为客观的评定。

教材：

[1]贺淹才编著，简明基因工程原理，，科学出版社，2005

[2]杨淑慎主编.，细胞工程.第一版.科学出版社.2009

[3]郭勇主编，酶工程，科学出版社，2008

[4]姚汝华主编，微生学工程工艺原理（第二版）。华南理工大学出版社,2004

主要参考书：

[1]罗立新等编著.细胞工程.广州：华南理工大学出版社.2003

[2]李志勇编著.细胞工程.北京：科学出版社.2003

[3]朱致清编著.植物细胞工程.北京：化学工业出版社.2003

[4]徐永华主编.动物细胞工程，北京：化学工业出版社.2003

[5]曹孜义主编.现代植物组织培养技术.兰州：甘肃科学技术出版社.2003[6]朱四易，殷红编著.植物生物技术.西安：西北大学出版社.1995[7]黄学林，李筱菊编著.高等植物组织离体培养的形态建成及其调控.北京：科学出版社.1995[8]郭勇等编著.植物细胞培养技术与应用.北京：化学工业出版社.2004[9]程宝鸾主编.动物细胞培养技术.广州：华南理工大学出版社.2000[10]陈瑞铭主编.动物组织培养技术及其应用.北京：科学出版社.1998[11]雪涛主编.干细胞生物学.北京：科学出版社.2003

[12]孙树汉主编，基因工程原理与方法，，人民军医出版社，2001

[13]古练权主编，生物化学，高等教育出版社，2000，2005

[14]罗纪胜等主编，生物化学简明教程(第三版),，高等教育出版社，2000

[15]王镜岩等主编，生物化学（第三版），高等教育出版社，2002

[16]费希尔;J.R.P.阿诺德等主编，李艳梅译，生物学中的化学[英]，，科学出版社，2000[17]ReginaldH.Garrett,CharlesM.Grisham,Biochemistry,SecondEdition,高等教育出版社，2002

[18]郭勇，郑穗平著，《酶学》，华南理工大学出版社，2000

[19]罗贵民等主编，《酶工程》，化学工业出版社，2002

[20]陈宁主编《酶工程》，中国轻工业出版社，2005

[21]周晓云主编，《酶学原理与酶工程》，中国轻工业出版社，2005

[22]王大成主编，《蛋白质工程》，化学工业出版社，2003

[23]钱小红，贺福初编著，《蛋白质组学：理论与方法》，科学出版社，2003

[24]刘贤锡主编，《蛋白质工程原理与技术》，山东大学出版社，2002

[33]McNeilB,HarveyL.PracticalFermentationTechnology(1stEdition).JohnWiley&Sons,Ltd.,2008.

[34]VogelHC,TadaroCL.Fermentationandbiochemicalengineeringhandbook:principles,processdesign,andequipment(2ndEdition).NoyesPublications,1997.

[35]StanburyPF,WhitakerA.PrinciplesofFermentationTechnology(1stEdition).PergamonPressLtd,1984.

[36]SmithJE.Biotechnology(5thEdition).CambridgeUniversityPress,2009.

[37]俞俊棠，邬行彦，李友荣，等主编。新编生物工艺学（第一版）。化学工业出版社，2003年。

[38]俞俊棠，邬行彦，谢幸珠，等主编。生物工艺学（第一版）。华东理工大学出版社，1991年。

[39]陈坚，刘立明，堵国成，等主编。发酵过程优化原理与技术（第一版）。化学工业出版社，2009年。

[40]贺小贤主编。生物工艺原理（第一版）。化学工业出版社，2003。