生物工程下游技术教学大纲921.pdf

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1、 生物工程下游技术教学大纲(生物技术及应用专业适用)辽宁农业职业技术学院 2007 年 2 月 第一部分 生物工程下游技术教学基本要求 一、课程的性质、地位及任务 生物工程下游技术是在生物工程的基础上建立起来的，酶工程、基因工程、细胞工程等技术在社会生活中已经发挥了巨大的作用，生物产品的种类及应用也得到了前所未有的发展，如何进一步使这些生物制品更好的服务于社会，主要取决于生产的规模和提取技术的深化。该课程以细胞的扩大、目标产物的分离纯化、目标产物的分析检测为主线。让学生了解细胞的扩大和目标产物的分离纯化的方法和手段，掌握基本的操作方法。提高学生独立思考问题、分析问题的能力，为全面提高学生的素质

2、服务。二、课程教学的基本要求 1、初步掌握生物反应器的特点及分类，掌握生物反应器优化的原则。2、初步掌握动植物细胞大规模培养的方法和专用的生物反应器类型 3、掌握细胞破碎、蛋白质复性和固液分离的原理和方法。4、掌握膜分离技术的原理，掌握膜分离技术。5、掌握线性色谱与非线性色谱分离和纯化理论与技术。6、掌握凝聚过滤与离子交换层析介质的主要品种。7、掌握有机高分子基质与无机基质高效液相色谱填料结构特征与类型。8、掌握电泳分离技术的原理与应用。9、掌握蛋白质分析检测技术与质量控制方法。说明 本大纲是根据2005 级三年制生物技术及应用专业教学计划而制订的。生物工程下游技术为生物技术及应用专业的主干课

3、之一，是生化工程、微生物工程、细胞工程、生物工程的延续，在教学内容上要求注重理论知识的实用性、针对性、体现前沿性。本课程的教学任务在于使学生掌握细胞大规模培养的方法，目标产物的分离与纯化技术原理与相关操作，同时适当介绍当前生物工程发展的最新概况与应用前景。为从事相关工作奠定基础。本课程以课堂理论教学和实验、两种形式进行教学，其中理论教学 34 学时，实验 46学时，共计 80 学时，理论与实验分别安排在第二、三学期进行。执行本大纲时应注意的若干问题如下：1、根据高职教育的特点，课堂讲授注意少而精，强调理论的应用性，并做到学以致用。2、本课程涉及植物学、动物学、微生物学、植物组织培养学、动、植物

4、生理生化、生物工程学等多门科学，实践性强，教学难度较大。这样在理论讲授时应注意采用启发式、讨论式、案例教学、问题情境法等多种有效的教学方法，并充分有效利用现代教育技术手段，做到深入浅出，直观易懂，以加深学生对教学内容的理解和消化，对于前沿性问题开设专题讨论，使学生融入教学中调动积极性，提高认识，加强理解。3.采用多媒体教学注意课件与教学内容的适合性，并注意与传统教学方法的协调运用，以提高教学效果。4.突出学生的主体地位，加强教学互动，加强课堂理论教学与学生素质培养相结合，做到既教书又育人。5.采取灵活多样的考核方法，加强过程考核，注重教学信息反馈、教研与教改，保证教学质量。6.建议本课程在植物

5、学、动物学、微生物学、植物生理生化之后开设。并有优质的实验条件作保障。教 学 时 数 分 配 表 章 次 章 节 名 称 总时数 其 中 理论 实验 第一章 生物反应器 2 2 第二章 细胞大规模培养和专用生物反应器 6 2 4 第三章 细胞培养专用微载体 1 1 第四章 动物细胞的微囊化培养 1 1 第五章 细胞破碎、蛋白质复性和固液分离 5 3 2 第六章 膜分离技术在生物工程中的应用 6 2 4 第七章 生物大分子的色谱分离和纯化 8 2 6 第八章 非线性色谱原理及其在蛋白质分离与纯化中的应用 4 2 2 第九章 凝聚过滤及离子交换层析介质 6 2 4 第十章 有机高分子机制的高效液相

6、色谱分离柱填料 8 4 4 第十一章 无机基质高效色谱填料 3 3 第十二章 液相色谱用填充材料羟基磷灰石 4 2 2 第十三章 径向色谱柱的发展与应用 1 1 第十四章 电泳分离技术 15 5 10 第十五章 目标产品的蛋白质分析检测技术及质量控制 10 2 8 合 计 80 34 46 第二部分 大纲正文 第一章 生物反应器 教学目标：了解细胞生长和代谢的规律，掌握生物反应器的类型和特点。教学内容：细胞生长的特点；细胞浓度的测定；生物反应器的分类及特点；生物反应器的放大；生物反应器的控制及优化。第二章 细胞大规模培养和专用生物反应器 教学目标：了解动、植物细胞常用的培养方法及专用生物反应器

7、，掌握培养方式及放大方法。教学内容：第一节 常用的培养方法 一、动物细胞常用的培养方法 贴壁培养；悬浮培养；固定化培养。二、植物细胞常用的培养方法 悬浮培养；固定化培养。第二节 细胞培养的操作方式 分批式操作；流加式操作；半连续式操作；连续操作；灌注式操作培养。第三节 细胞培养过程的放大 培养基组成；限制细胞生长的因素；污染的控制；产物表达的控制；产物收获。第四节 细胞培养生物反应器 生物反应器种类；气升式细胞培养生物反应器；中空纤维管生物反应器；通气搅拌生物反应器；无泡搅拌反应器。实验一 大肠杆菌的悬浮培养 第三章 细胞培养专用微载体 教学目标：了解微载体的概念及常用的微载体。教学内容：微载

8、体；动物细胞在微载体上贴壁生长的机理；微载体的特性；常见的微载体。第四章 动物细胞微囊化培养 教学目标：了解微囊化培养的概念、方法、条件和具体应用。教学内容：微囊化；动物细胞微囊化方法；微囊化细胞的培养；应用。第五章 细胞破碎、蛋白质复性和固液分离 教学目标：掌握细胞破碎的方法及蛋白质复性的方法，以及固液分离的操作。教学内容：第一节 细胞破碎 细胞破碎技术分类；常用的细胞破碎方法。第二节 蛋白质复性 复性；蛋白质复性的工艺路线；常用的复型方法。第三节 固液分离 离心沉降；微孔膜过滤；双水相萃取；泡沫分离法；扩张床吸附。实验二 双水相萃取法的应用 第六章 膜分离技术在生物工程中的应用 教学目标：

9、掌握膜的种类、膜分离技术、清洗方法及产业化发展。教学内容：膜分离技术；膜材料与膜种类；膜污染及清洗；膜技术开发及产业化。实验三 活性碳脱色 第七章 生物大分子的色谱分离和纯化 教学目标：掌握色谱分离方法的原理及操作技术，学习蛋白质的色谱复性及纯化方法。教学内容：有效柱长和最短柱长；装置和操作技术；色谱纯化工艺的优化；蛋白质色谱复性及纯化。实验四 等电点沉淀法提取谷氨酸 实验五 盐析法提取酶 第八章 非线性色谱原理及其在蛋白质分离与纯化中的应用 教学目标：了解色谱法的基本特点及线性色谱和非线性色谱的区别，掌握非线性色谱的实验方法和应用。教学内容：色谱法的特点；线性色谱和非线性色谱；非线性色谱的实

10、验方法；非线性色谱在分离和纯化蛋白质中的应用。实验六 絮凝剂的使用 第九章 凝聚过滤及离子交换层析介质 教学目标：掌握凝胶过滤的介质种类、条件；掌握离子交换法的特点、交换剂的选择和种类。教学内容：第一节 凝胶过滤介质 凝胶过滤；介质应具备的条件；介质的种类。第二节 凝胶过滤介质的主要品种 葡聚糖系；琼脂糖系；聚丙烯酰胺系；Sephacryl 系；Superdex 系；聚乙烯醇系。第三节 离子交换法及离子交换剂的选择 离子交换法；离子交换剂的特点；离子交换剂的选择。第四节 离子交换介质的种类 通用型离子交换树脂功能基种类；通用型树脂；生化通用离子交换介质。实验七 树脂的预处理和装柱 第十章 有机

11、高分子基质的高效液相色谱分离柱填料 教学目标：掌握有机高分子基质的高效液相色谱分离柱填料的介质种类、条件。教学内容：第一节 有机高分子类型 HPLC 填料的结构特征 填料的物理结构；填料的化学结构。第二节 有机高分子类型 HPLC 填料的基质树脂 多糖型基质材料；聚合物型基质材料。第三节 有机高分子类型的反相HPLC 填料 第四节 有机高分子类型的离子交换HPLC 填料 多糖基质介质；聚合物基质离子交换色谱填料；高聚物型离子色谱填料 第五节 有机高分子类型的疏水性相互作用HPLC 填料 第六节 有机高分子类型的空间排除HPLC 填料 SEC 填料；凝胶渗透色谱填料；凝胶过滤色谱填料 第七节 有

12、机高分子类型的生物亲和HPLC 填料 多糖基质的 AFC 填料；高聚物基质的 AFC 填料。实验八 离子交换法提取谷氨酸 第十一章 无机基质高效色谱填料 教学目标：掌握无机基质的高效液相色谱分离柱填料的介质种类、条件。教学内容：第一节 无机基质 硅胶；可控孔径玻璃；其它。第二节 正相色谱填料 种类和性质；常见的填料和色谱柱。第三节 反相填料及色谱柱 原理；种类和性质；制备；常见的反相填料。第四节 凝胶过滤色谱填料 原理；种类与性能；制备；常见的凝胶过滤色谱填料；色谱柱的使用与维护。第五节 高效离子交换色谱填料 原理；种类与性能；制备；常见的高效离子交换色谱填料。第六节 高效亲和色谱填料 原理；

13、制备。第七节 高效疏水作用填料 第八节 生化分离用色谱填料 细粒径填料；降低硅胶填料的非特异性吸附；贯流色谱；整体柱。第十二章 液相色谱用填充材料-羟基磷灰石 教学目标：掌握羟基磷灰石的性能、制备方法及具体应用。教学内容：HPLC 对介质的要求及羟基磷灰石的性能；制备方法；羟基磷灰石柱色谱机理；具体应用。实验九 液膜法萃取柠檬酸 第十三章 径向色谱柱的发展与应用 教学目标：了解径向色谱柱的结构与填料、应用及介质传递过程。教学内容：径向色谱柱的结构与填料；径向色谱的应用；径向色谱中的传质过程。第十四章 电泳分离技术 教学目标：掌握电泳技术原理及其在生物技术研究上的应用；了解 PCR 的原理、种类

14、及操作技术。教学内容：电泳技术原理；电泳技术；产品分离纯化上的电泳技术；PCR 技术原理及应用。实验十 CTAB 法提取植物（杨树）总DNA 实验十一 杨树 DNA 随机 PCR 实验 实验十二 DNA 琼脂糖凝胶电泳技术 第十五章 目标产品的蛋白质分析检测技术与质量控制 教学目标：掌握目标产品的蛋白质分析检测方法与技术，并能熟练操作。教学内容：蛋白质含量及纯度；氨基酸分析；蛋白质的分子量测定；蛋白质的等电点；蛋白质化学分析技术及进展。实验十三 大米的蛋白质含量测定 实验十四 氨基酸的纸层析 教学参考书目：1、动物细胞培养技术与应用 王捷主编 化学工业出版社 2、生物工程概论 廖湘萍主编 科学

15、出版社 3、生物工程设备 高平、刘书志主编 化学工业出版社 4、生物工程分析 董文宾主编 化学工业出版社 5、农业生物工程 莽克强主编 化学工业出版社 6、基因工程 陆德如、陈永青编 化学工业出版社 7、分子生物学实验原理与技术 姜静主编 东北林业大学出版社 8、生物工业下游技术 毛忠贵主编 中国轻工业出版社 实验大纲说明 本大纲是根据三年制 2005 级农业实用生物技术专业教学计划而制订的。生物工程下游技术为生物技术专业的主要专业课之一。为适应高职教育的改革要求，也为了拓宽学生的知识面，增加就业面，本大纲注重对细胞的扩大和目标产物的分离纯化的实验技能的培养。提高学生独立思考问题、分析问题的能

16、力，为全面提高学生的素质，为从事生物工程下游技术工作奠定良好的基础。实验开设 46 学时。其中生物反应器及大规模细胞培养部分 4 学时，目标产品的分离与纯化部分 34 学时，目标产品的分析检测及质量控制部分 8 学时，共计 46 学时，20062007学年第二学期与 20072008 学年第一学期完成。执行本大纲时应注意的若干问题如下：1注意对实验原理的讲解，真正使学生掌握实验的原理。2细讲实验过程要，注意关鍵环节的把握。3做好演示实验，防止学生实验的盲目性。4加强学生动手能力的培养，分组协作完成实验内容。5加强实验考核，确保每个实验的成功。次序 实验项目名称 教学时数分配 开设学期 一 大肠

17、杆菌的悬浮培养 4 4 二 双水相萃取法的应用 2 4 三 活性炭脱色 4 4 四 等电点沉淀法提取谷氨酸 3 4 五 盐析法提取酶 3 4 六 絮凝剂的使用 2 4 七 树脂的预处理和装柱 4 4 八 离子交换法提取谷氨酸 4 5 九 液膜法萃取柠檬酸 2 5 十 CTAB 法提取植物（杨树）总DNA 4 5 十一 杨树 DNA 随机 PCR 实验 4 5 十二 DNA 琼脂糖凝胶电泳技术 2 5 十三 大米的蛋白质含量测定 4 5 十四 氨基酸的纸层析 4 5 合 计 46 大 纲 内 容 实验一 大肠杆菌的悬浮培养 教学目标：掌握 LB 培养基的配置方法以及大肠杆菌的接种及培养方法。教学

18、内容：实验二 双水相萃取法的应用 教学目标：掌握双水相萃取法的基本原理及其在胞内产物提取方面的应用。教学内容：细胞的破碎；调节萃取条件后；上相与下相分离分离情况。实验三 活性炭脱色 教学目标：掌握活性炭脱色的基本原理以及不同性质活性炭的脱色操作 教学内容：粉末活性炭的脱色；GH-15 颗粒活性炭的脱色。实验四 等电点沉淀法提取谷氨酸 教学目标：加深对等电点沉淀法的理解，掌握其基本原理及影响因素。教学内容：发酵液处理；搅拌育晶；谷氨酸含量测定。实验五 盐析法提取酶 教学目标：掌握盐析法的基本原理，如深对盐析法的理解。教学内容：酶液处理；温度调节；湿酶粉获得。实验六 絮凝剂的使用 教学目标：掌握絮

19、凝剂的工作原理及其在发酵液预处理中的应用。教学内容：量取发酵液；加入絮凝剂；搅拌；凝块形成。实验七 树脂的预处理和装柱 教学目标：学习树脂预处理的基本方法，掌握树脂装柱的基本技术。教学内容：阳离子交换树脂的预处理；阴离子交换树脂的预处理；大孔吸附树脂的预处理；树脂的装填。实验八 液膜法萃取柠檬酸 教学目标：加深对液膜分离法的理解，掌握该方法的基本原理。教学内容：制备液膜；液膜萃取；澄清分离；破乳。实验九 离子交换法提取谷氨酸 教学目标：掌握离子交换法提取谷氨酸的基本原理，上柱量计算方法，冼脱曲线的绘制方法及树腊再生的方法。教学内容：双柱串联；树脂预处理；样品上柱；上柱液 PH 与流速调节；洗脱

20、；洗脱曲线绘制；树脂再生。实验十 CTAB 法提取植物总 DNA 教学目标：掌握从高等植物组织中提取总DNA 的方法；了解并掌握离心机的使用方法及原理。教学内容：取材；破胞；DNA 的提取。实验十一 杨树 DNA 随机 PCR 教学目标：掌握杨树 DNA 随机 PCR 的原理和方法。教学内容：杨树 DNA 的提取；PCR 扩增检测。实验十二 DNA 琼脂糖凝胶电泳技术 教学目标：掌握 DNA 琼脂糖凝胶电泳原理和方法；了解 DNA 的纯度、浓度及相对分子质量的检测。教学内容：杨树 DNA 的提取；制胶；上样；结果观察。实验十三 大米的蛋白质含量测定 教学目标：掌握蛋白质测定的原理与方法，并能独立操作。教学内容：消煮；蒸馏；滴定；结果计算。实验十四 氨基酸的纸层析 教学目标：通过氨基酸的分离，学习纸层析法的基本原理及操作方法。教学内容：制备层析滤纸；点样；扩展；显色；计算各种氨基酸的Rf值。