第一章-東莞市清潔生產(chǎn)科技中心首頁LN1.1對科學(xué)和技術(shù)的理解科學(xué)與技術(shù)及工程的關(guān)系

人類在實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)的客觀規(guī)律稱之為“科學(xué)〞。當(dāng)人們運(yùn)用這些規(guī)律去創(chuàng)造出成果時(shí)需要經(jīng)過三個(gè)轉(zhuǎn)化過程。第一個(gè)轉(zhuǎn)化是應(yīng)用規(guī)律去創(chuàng)造一些稱之為“技術(shù)〞的方法和手段〔如工具、設(shè)備〕；第二個(gè)轉(zhuǎn)化是運(yùn)用技術(shù)去設(shè)計(jì)出要求的工作目標(biāo)，被稱為“工程〞；第三個(gè)轉(zhuǎn)化是按照設(shè)計(jì)好的目標(biāo)去實(shí)施之，創(chuàng)造出物質(zhì)化成果。科學(xué)最早由哲學(xué)家提出：進(jìn)行研究——得出規(guī)律——成為科學(xué)，科學(xué)用于解決實(shí)際問題就是技術(shù)。我國著名磚建李國豪院士有一個(gè)很好的比喻，他說科學(xué)樹根，技術(shù)是樹干和大的樹枝，眾多的樹葉就是工程

思考中國古代有科學(xué)和技術(shù)嗎？——有：吳文俊等的觀點(diǎn)——沒有，為什么？竺可楨、愛因斯坦等李約瑟難題1.2生物學(xué)與生物技術(shù)生物學(xué)：是研究生物各個(gè)層次的種類、結(jié)構(gòu)、發(fā)育和起源進(jìn)化以及生物與周圍環(huán)境的關(guān)系的學(xué)科。人也是生物學(xué)研究的對象現(xiàn)代生物技術(shù)：以現(xiàn)代生命科學(xué)為根底，結(jié)合先進(jìn)的工程技術(shù)手段和其他根底學(xué)科的科學(xué)原理，按照預(yù)先的設(shè)計(jì)改造生物或加工生物原料，為人類生產(chǎn)所需產(chǎn)品或到達(dá)某種目的，即現(xiàn)代生物工程技術(shù)。標(biāo)志：1953年，Watson&Crick發(fā)現(xiàn)了DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)，及其后來DNA重組技術(shù)的的開展?，F(xiàn)代生物技術(shù)特征1〕生物技術(shù)的多學(xué)科性和綜合性2〕微生物、動(dòng)植物作為生物催化劑，有別于化學(xué)催化劑3〕最終目的將生物反響開發(fā)成為工業(yè)生產(chǎn)的工藝過程，即生物反響過程〔Bioprocess〕。生物技術(shù)的上、中、下游過程上游過程：反響前的加工，最重要的是提供和制備高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)和足夠數(shù)量的生物催化劑；即應(yīng)用常規(guī)選育、基因工程、細(xì)胞工程和酶工程手段獲得優(yōu)良菌株、細(xì)胞系或固定化的菌體等中游過程：生物反響器為中心下游過程：反響后的工序，從反響液中提取目的產(chǎn)物加工精制成合格產(chǎn)品傳統(tǒng)生物工程與現(xiàn)代生物工程的區(qū)別傳統(tǒng)生物工程：利用現(xiàn)有的生物類型或生物機(jī)能為人類效勞現(xiàn)代生物工程：按照人們的意愿和需要?jiǎng)?chuàng)造全新的生物類型和生物機(jī)能。1.3生物技術(shù)的主要內(nèi)容基因工程細(xì)胞工程蛋白質(zhì)工程酶工程微生物工程基因工程：它是一項(xiàng)將生物的某個(gè)基因通過基因載體運(yùn)送到另一種生物的活性細(xì)胞中，使之無性繁殖〔稱之為克隆〕和行使正常的功能〔稱之為表達(dá)〕，從而創(chuàng)造生物新品種或新物種的遺傳學(xué)技術(shù)。細(xì)胞工程是指以組織、細(xì)胞和細(xì)胞器為對象進(jìn)行操作，在體外條件下進(jìn)行培養(yǎng)、繁殖、或人為地使細(xì)胞某些生物學(xué)特性按人們的意愿發(fā)生改變，最終獲得人們所需要的組織、細(xì)胞或個(gè)體。酶工程：利用酶、細(xì)胞器或細(xì)胞所具有的特異催化功能以及對酶進(jìn)行的修飾改造，并借助生物反響器生產(chǎn)人類所需要的一項(xiàng)技術(shù)。蛋白質(zhì)工程：以蛋白質(zhì)分子的結(jié)構(gòu)規(guī)律及其與生物功能的關(guān)系為根底，通過所控制的基因修飾和基因合成，對現(xiàn)有蛋白質(zhì)加以定向改造、設(shè)計(jì)、構(gòu)建，并最終產(chǎn)生出性能比自然界存在的蛋白質(zhì)更加優(yōu)良、更加符合社會(huì)需要的蛋白質(zhì)。微生物工程〔發(fā)酵工程〕：利用生物的生命活動(dòng)產(chǎn)生的酶，對無機(jī)或有機(jī)原料進(jìn)行酶加工〔生物化學(xué)反響過程〕獲得產(chǎn)品的工業(yè)。其主體是利用微生物進(jìn)行反響的工業(yè)，處于生物工程的中心地位。這個(gè)5個(gè)方面的技術(shù)并不是各自獨(dú)立的，它們彼此之間是相互聯(lián)系、相互滲透的。其中基因工程處于核心位置，發(fā)酵工程是生物工程的主要終端。二、生物技術(shù)的產(chǎn)生和開展第一代生物工程技術(shù)產(chǎn)品:遠(yuǎn)古時(shí)代公元前6000年前，蘇米爾人即古代巴比倫人釀造啤酒公元前4000年前，古代埃及人發(fā)酵面包我國的先民在仰韶時(shí)期〔公元前5000年~公元前4000年〕，就利用小口尖底甕保溫發(fā)酵釀制谷芽酒，并在該容器內(nèi)澄清、飲用。到了大汶口時(shí)期〔公元前4300年4公元前2400年〕，釀酒有了較大開展，飲酒之風(fēng)很盛行，出土了數(shù)量較多的大件釀酒發(fā)酵窖器———大口尖底陶尊及多姿多彩的酒具，說明了酒已具有禮儀功能。第二代生物工程產(chǎn)品：巴斯德時(shí)代

19世紀(jì)中葉，法國科學(xué)家路易.巴斯德，Pasteur實(shí)驗(yàn)證明發(fā)酵原理

19世紀(jì)末，德國人利斯特.柯赫〔RoberKoch〕細(xì)菌純粹培養(yǎng)技術(shù)流行病判斷的柯赫法那么一、該病的每一個(gè)病者體內(nèi)必須能找到引起該病的微生物；二、這種微生物必須能被別離出，并能在培養(yǎng)基〔物〕中生長；三、這種微生物的純培養(yǎng)物接種到易感動(dòng)物能再發(fā)生這種病的自然狀態(tài)時(shí)出現(xiàn)的病癥及病變；四、在人工發(fā)病的動(dòng)物體中又可別離到這種微生物。1897年，法國布赫納〔Buchner〕：任何生物都有引起發(fā)酵的物質(zhì)：酶1928年，弗萊明〔A.Fleming〕發(fā)現(xiàn)青霉素，抗生素的工業(yè)化現(xiàn)代生物工程技術(shù)的崛起與開展1953年，WatsonandCrickDNA核酸雙螺旋結(jié)構(gòu)，半保存復(fù)制1970，別離純化限制性核酸內(nèi)切酶1971年，美國保羅.伯格〔Berg〕:DNA體外重組技術(shù)，基因工程技術(shù)的開始1976年，誕生了第一家生物技術(shù)公司1982年第一個(gè)基因工程產(chǎn)品——胰島素投入市場1983聚合酶鏈反響〔PCR〕體外基因擴(kuò)增技術(shù)1997年，生物學(xué)界發(fā)生了一件轟動(dòng)世界的大事：克隆羊多莉誕生體細(xì)胞克隆利用克隆技術(shù)將需要進(jìn)行器官或組織移植病人的體細(xì)胞核移植到去核的卵母細(xì)胞內(nèi),構(gòu)建核移植胚,使其進(jìn)行一定程度的發(fā)育,并經(jīng)過適當(dāng)處理,對其進(jìn)行誘導(dǎo),使其定向發(fā)育成供病人移植所需的器官或組織,不但可解決器官和組織來源缺乏的問題,還可以克服異體器官和組織移植中的免疫排斥反響,從而提高器官和組織移植的成功率時(shí)期名稱采用技術(shù)附加值第一代產(chǎn)品啤酒、蘋果酒，發(fā)酵面包、醋等自然發(fā)酵低、中第二代產(chǎn)品抗生素、單細(xì)胞蛋白質(zhì)、酶、乙醇、丙酮、維生素、氨基酸等初涉物理、化學(xué)、遺傳、分析、細(xì)胞雜交、物理化學(xué)、誘變育種中、高第三代產(chǎn)品涉及工、農(nóng)、醫(yī)、信息和基礎(chǔ)生物學(xué)的各個(gè)方面如：基因藥品、DNA芯片、生物導(dǎo)彈基因工程、細(xì)胞工程高、很高三、現(xiàn)代生物技術(shù)的應(yīng)用與前景3.1現(xiàn)代生物技術(shù)的應(yīng)用3.2現(xiàn)代生物技術(shù)的前景3.1現(xiàn)代生物技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)代生物技術(shù)主要應(yīng)用在7個(gè)方面——疾病治療——診斷試劑——農(nóng)林和園藝——食品——環(huán)境——化學(xué)品——設(shè)備在疾病治療方面的應(yīng)用主要包括：生物制藥抗生素基因治療在診斷試劑方面的應(yīng)用臨床檢測與診斷檢測，食品、環(huán)境及農(nóng)業(yè)檢測——利用單克隆抗體、DNA探針等檢測疾病——利用DNA探針、PCR技術(shù)等檢測食品、環(huán)境中的微生物種類和數(shù)量在農(nóng)林和園藝方面的應(yīng)用改進(jìn)作物和苗木品質(zhì)，現(xiàn)已有4500多種作物轉(zhuǎn)基因獲得成功人工種子轉(zhuǎn)基因動(dòng)物生物殺蟲劑、除草劑等在食品方面的應(yīng)用擴(kuò)大食品、飲料及營養(yǎng)素的來源對食品資源的改造對食品加工過程和食品品質(zhì)的改進(jìn)在食品處理及分析過程中的應(yīng)用開發(fā)新食品材料獲得功能性保健食品素材在農(nóng)副產(chǎn)品深加工和綜合利用方面的應(yīng)用在能源和環(huán)境方面的應(yīng)用廢物處理、生物凈化及新能源——解決能源危機(jī)

〔1〕改變石油開采途徑

〔2〕生物量的利用

A、燃燒B、微生物作用：在常溫下濕物質(zhì)產(chǎn)生：乙醇、沼氣C、碳?xì)浠衔铮耗承┲参铩蔡貏e是大戟屬植物〕汁液中含有碳?xì)浠衔锟勺魇痛闷坊蜃魈崛∈突瘜W(xué)工業(yè)的各種原材料代用品。D、光合放氫：特殊情況下：綠藻、藍(lán)藻、細(xì)菌E、生物電池：生物燃料電池：利用酶或微生物將沒有電活性燃料轉(zhuǎn)化為電活性燃料。如甲醇、甲醛、——消除環(huán)境污染生化過程代替化學(xué)合成過程；生物農(nóng)藥代替化學(xué)農(nóng)藥，以蟲治蟲，菌治菌；阻止有害三廢物質(zhì)過度產(chǎn)生，盡量再循環(huán)利用在化學(xué)品方面的應(yīng)用生物技術(shù)從醫(yī)藥領(lǐng)域逐漸向化工領(lǐng)域轉(zhuǎn)移,使傳統(tǒng)的以石油為原料的化學(xué)工業(yè)發(fā)生變化,從而向條件溫和、以可再生資源為原料的生物加工過程轉(zhuǎn)化。——1,3丙二醇(PDO)是一種重要的化工原料,可以合成聚酯PTT(聚對苯二甲酸丙二酯)。目前國際上主要是采油化學(xué)法生成PTT，但其副產(chǎn)物多，選擇性差?，F(xiàn)已開始研究采用生物發(fā)酵法生產(chǎn)1,3丙二醇，美國杜邦通過基因工程方法開發(fā)了以淀粉為原料生產(chǎn)PDO的工藝,該工藝不產(chǎn)生污染物,并通過發(fā)酵法合成的POD合成了聚酯PTT。生物催化合成已成為化學(xué)品合成的支柱之一,可以生產(chǎn)有特殊功能、性能、用途或環(huán)境友好的化工新材料——傳統(tǒng)化學(xué)法由丙烯腈合成丙烯酰胺,轉(zhuǎn)化率僅為97%～98%。由化學(xué)法合成的丙烯酰胺聚合生成的聚丙烯酰胺分子質(zhì)量很難超過1200萬。而采用生物法即采用丙烯腈水合酶催化合成,丙烯酰胺轉(zhuǎn)化率達(dá)99.99%以上,比化學(xué)法本錢低10%以上。由于丙烯酰胺純度高,聚合生成的聚丙烯酰胺分子質(zhì)量可到達(dá)2000萬,可成功用于油田三次采油在設(shè)備方面的應(yīng)用在生產(chǎn)金屬、生物反響器等方面。——生物冶金，利用細(xì)菌把礦物中的不溶性化合物變成可溶性的化合物，再用濕法冶金從溶液中回收金屬的方法?！ど锓错懫魈幚韽U水目前，生物技術(shù)對人們生產(chǎn)和生活的影響越來越大，創(chuàng)造的經(jīng)濟(jì)價(jià)值越來越大，2001年全球生物技術(shù)公司達(dá)4284家，其中上市的有