工业发酵的被动性和人的主观能动作用无锡讲稿.ppt
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1、工业发酵的被动性和人的主观能动作用无锡第一页,讲稿共三十九页哦02-11-82 定位:人与微生物都是地球上的居民定位:人与微生物都是地球上的居民 人人在在发发酵酵工工业业生生产产中中处处于于被被动动的的地地位位。微微生生物物的的生生存存利利益益与与人人类类的的经经济济利利益益,也也就就是是微微生生物物的的生生命命活活动动规规律律和和人人的的主主观观意意志志,既既是是对对立立的的,又又是是统统一一的的;发发酵酵工工程程领领域域的的科科学学家家和和工工程程师师的的工工作作就就在在于于努努力力促促使使对对立立向向统统一一的的转转化化。为为解解决决这这个个难难题题,作作者者提提出出了了“微微生生物物生
2、生物物机机器器”的的创创新新思思路路和和发发酵酵工工程程的的生生物物学理论的框架。学理论的框架。第二页,讲稿共三十九页哦02-11-83 工业发酵领域的挑战性的问题工业发酵领域的挑战性的问题 在在发发酵酵工工业业生生产产中中,人人的的意意愿愿要要通通过过微微生生物物的的生生命命活活动动来来实实现现,在在这这个个意意义义上上,人人在在发发酵酵工工业业生生产产中中处处于于被被动动的的地地位位。在在发发酵酵工工业业生生产产中中如如何何发发挥挥人人的的主主观观能能动动作作用用,这这对对于于工工业业微微生生物物学学家家和和发发酵酵工工程程师师来来说说,始始终终是是一一个个挑挑战战性性的问题。的问题。第三
3、页,讲稿共三十九页哦02-11-84历史地看待微生物的进化和发展历史地看待微生物的进化和发展 在在微微生生物物进进化化的的历历史史长长河河中中,运运动动变变化化中中的的微微生生物物经经受受了了环环境境的的种种种种考考验验,经经过过生生存存斗斗争争,适适者者生生存存下下来来,形形成成现现在在的的各各种种微微生生物物物物种种。因因此此,它它们们是是经经物物竞竞天天择择而而得得到到的的阶阶段段性性进进化化成成果果。它它们们的的生生命命活活动动规规律律是是在在亿亿万万年年的的物物竞竞天天择择的的过过程程中中建建立立和和逐逐步步完完善善的的,是是不不以以人的主观意志为转移的客观存在。人的主观意志为转移的
4、客观存在。第四页,讲稿共三十九页哦02-11-85微生物的进化不可能刻意去照顾人类的利益微生物的进化不可能刻意去照顾人类的利益 天天然然存存在在的的各各种种微微生生物物物物种种的的生生命命活活动动过过程程不不论论是是造造福福于于人人类类或或危危害害人人类类的的都都是是它它们们按按它它们们自自己己的的生生命命活活动动规规律律进进行行生生存存竞竞争争的的新新陈陈代代谢谢过过程程。微微生生物物的的天天然然进进化化不不可可能能刻意去照顾人类的利益。刻意去照顾人类的利益。为为发发酵酵工工业业服服务务的的育育种种是是另另一一种种意意义义上上的的进进化化。首首先先,它它被被期期望望按按人人选选定定的的造造福
5、福于于人人类类的的方方向向进进行行的的;其其次次,它它的的速速度度远远远远高高于于一一般般意义上的进化。意义上的进化。第五页,讲稿共三十九页哦02-11-86辩证地看待人与微生物之间的对立与统一辩证地看待人与微生物之间的对立与统一 微微生生物物生生命命活活动动有有其其自自己己的的生生存存、发发展展的的保保障障机机制制,这这些些机机制制服服务务于于它它们们自自身身的的生生存存竞竞争争;在在工工业业生生产产中中,人人类类谋谋求求经经济济效效益益。微微生生物物的的生生存存利利益益与与人人类类的的经经济济利利益益(也也就就是是微微生生物物的的生生命命活活动动规规律律和和人人的的意意志志),这这两两者者
6、既既是是对对立立的的,又又是是统统一一的的。科科学学和和技技术术工工作作的的目目的的就就在于努力促使对立向统一的转化。在于努力促使对立向统一的转化。第六页,讲稿共三十九页哦02-11-87微生物独立存在自主生活微生物独立存在自主生活 微生物在其生存的环境中独立存在微生物在其生存的环境中独立存在自主生活;微生物进化的总的方向,是自主生活;微生物进化的总的方向,是发展其生存竞争的能力,即其生命活动发展其生存竞争的能力,即其生命活动的经济性和其自身对其所处的环境的适的经济性和其自身对其所处的环境的适应性。任何代谢中间产物或细胞组分的应性。任何代谢中间产物或细胞组分的过多生成和排出细胞,都是对微生物细
7、过多生成和排出细胞,都是对微生物细胞增长的釜底抽薪,都是与微生物生长胞增长的釜底抽薪,都是与微生物生长和求生存的利益背道而驰的,是不利于和求生存的利益背道而驰的,是不利于生存竞争的。生存竞争的。第七页,讲稿共三十九页哦02-11-88从实际出发选好研究的典型从实际出发选好研究的典型 工工业业发发酵酵的的世世界界太太奇奇妙妙,但但对对它它的的研研究究要要从从最最普普通通的的发发酵酵开开始始。我我们们从从当当今今发发酵酵工工业业实实际际出出发发,把把以以化化能能异异养养型型微微生生物物为为生生产产菌菌种种,从从成成熟熟的的发发酵酵醪醪液液中中获获取取代代谢谢中中间间产产物物的的工工业业发发酵酵作作
8、为为典典型型的的工工业业发发酵来研究。酵来研究。第八页,讲稿共三十九页哦02-11-89为典型的工业发酵建立工作模式为典型的工业发酵建立工作模式 从一个个的发酵生产实例,到工业从一个个的发酵生产实例,到工业发酵的概念的形成,是一个从个别(特发酵的概念的形成,是一个从个别(特殊)到一般的认识过程;从对工业发酵殊)到一般的认识过程;从对工业发酵的现状的分析和梳理,到典型的工业发的现状的分析和梳理,到典型的工业发酵的界定,是一个从一般到特殊的认识酵的界定,是一个从一般到特殊的认识过程。我们以典型的工业发酵为研究对过程。我们以典型的工业发酵为研究对象,并为它建立了微生物生物机器的工象,并为它建立了微生
9、物生物机器的工作模式。作模式。第九页,讲稿共三十九页哦02-11-810生物机器的工作模式生物机器的工作模式Working pattern of bio-machine in Industrial Fermentation第十页,讲稿共三十九页哦02-11-811发酵工程的发酵工程的生物学理论的框架生物学理论的框架第十一页,讲稿共三十九页哦02-11-812发酵工程的生物学理论的框架发酵工程的生物学理论的框架 我我们们把把现现代代生生物物学学关关于于能能量量转转换换的的电电子子流流动动、物物质质流流动动和和信信息息流流动动这这三三个个基基本本观观点点引引入入了了发发酵酵工工程程领领域域,提提出
10、出了了关关于于微微生生物物生生命命活活动动的的三三个个基基本本假假说说。用用这这三三个个基基本本假假说说重重新新审审视视了了发发酵酵工工程程,于于是是就就有有了了四四条条新新思思路路。根根据据以以上上三三个个观观点点和和四四条条新新思思路路,结结合合发发酵酵工工程程和和环环境境生生物物工工程程的的原原有有的的专专业业知知识识进进行行演演绎绎推推理理,做做出出了了关关于于微微生生物物工工业业(主主要要包包括括发发酵酵工工程程和和环境生物工程等)的八环境生物工程等)的八个应用性推理个应用性推理。第十二页,讲稿共三十九页哦02-11-813假说一:假说一:生物能支撑假说生物能支撑假说 微生物细胞的生
11、长和维持微生物细胞的生长和维持需要其自身能量转换机构从其需要其自身能量转换机构从其它形式的能量转化而形成的生它形式的能量转化而形成的生物能来支撑。物能来支撑。第十三页,讲稿共三十九页哦02-11-814假说二:假说二:代谢网络假说代谢网络假说 微生物细胞是个远离平衡微生物细胞是个远离平衡状态的不平衡的开放体系,微状态的不平衡的开放体系,微生物细胞的代谢和生长依赖于生物细胞的代谢和生长依赖于横跨细胞内外的代谢网络来实横跨细胞内外的代谢网络来实现。现。第十四页,讲稿共三十九页哦02-11-815假说三:假说三:细胞经济假说细胞经济假说 在物竞天择的基础上建立在物竞天择的基础上建立的细胞经济体系是微
12、生物细胞的细胞经济体系是微生物细胞生存的保障体系。生存的保障体系。返回第十五页,讲稿共三十九页哦02-11-816“微生物生物机器微生物生物机器”(1)现现代代发发酵酵工工程程依依靠靠微微生生物物来来完完成成发发酵酵工工厂厂生生产产线线上上的的必必不不可可少少的的加加工工(或或转转化化)步步骤骤,在在这这个个意意义义上上,微微生生物物细细胞胞就就是是工工业业发发酵酵生生产产线线上上特特殊殊机机器器“微微生生物物生生物物机机器器”。没没有有微微生生物物就就没没有有发发酵酵工工程程,微微生生物物是是发发酵酵工工程程的的灵灵魂魂。微微生生物物菌菌种种是是决定生产成败的内因。决定生产成败的内因。第十六
13、页,讲稿共三十九页哦02-11-817“在线制造在线制造”和和“生产运行生产运行”的双重任的双重任务务(2)生生物物机机器器与与普普通通意意义义上上的的机机器器不不同同,生生物物机机器器必必须须由由生生物物能能(bio-energy)直直接接驱驱动动。在在发发酵酵工工厂厂的的生生产产线线上上,微微生生物物必必须须完完成成“微微生生物物生生物物机机器器”的的“在在线线制制造造”和和“生生产产运运行行”的的双双重重任任务务。因因而而,菌菌种种确确定定以以后后,仍仍需需对对发发酵酵生生产产的的操操作作条条件件作作相相应应的的阶阶段段性性的的变变通通,调调节节“在在线线制制造造”和和“生生产产运运行行
14、”的的条条件件,控控制制“机机器器”的的数数量量和和质质量量,维维持持新陈代谢,生产目的产物。新陈代谢,生产目的产物。第十七页,讲稿共三十九页哦02-11-818“微生物生物机器微生物生物机器”工作原理工作原理(3)“微微生生物物生生物物机机器器”按按其其自自身身固固有有的的规规律律运运行行,为为了了引引导导微微生生物物为为我我们们服服务务,必必须须深深入入研研究究微微生生物物生生物物机机器器的的工工作作原原理理。建建立立微微生生物物工工作作模模式式,为为“微微生生物物生生物物机机器器”实实验验研研究究和和哲哲学学思思辨辨选选好好对对象象,为为“微微生生物物生生物物机机器器”工工作作原原理的研
15、究找到支点。理的研究找到支点。第十八页,讲稿共三十九页哦02-11-819现代发酵工程的出路在于向生物学靠拢现代发酵工程的出路在于向生物学靠拢 (4)发发酵酵工工程程具具有有鲜鲜明明的的生生物物学学属属性性,现现代代发发酵酵工工程程的的出出路路在在于于向向生生物物学学靠靠拢拢。发发酵酵生生产产向向化化学学工工程程学学习习,实实现现了了工工业业化化的的飞飞跃跃;发发酵酵生生产产与与生生物物学学的的结结合合酝酝酿酿着着发发酵酵工工程程的的又又一一次次革革命命性性的的飞飞跃跃。发发酵酵工工程程将将在在生生物物学学和和工工程程学学的的支支撑撑下下,进进入入了了发发酵酵工工程程发发展展的的新新阶阶段段,
16、成成为为生生物物工工程程的的一一个重要的组成部分。个重要的组成部分。返回第十九页,讲稿共三十九页哦02-11-820推理一:物质、能量转化的推理推理一:物质、能量转化的推理 如如果果假假说说一一、二二成成立立,微微生生物物细细胞胞可可以以经经物物质质代代谢谢和和能能量量代代谢谢,将将其其从从生生存存环环境境中中获获得得的的营营养养物物质质和和能能源源物物质质,转转化化成成产产物物(细细胞胞、可可溶溶性性有有机机物物、气气体体)和和生生物物能能,以以及及其其他他形式的能量。形式的能量。第二十页,讲稿共三十九页哦02-11-821 推理二:细胞资产流失的推理推理二:细胞资产流失的推理 如果推理一和
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