数理与生物工程学院生物学科建设规划

数理与生物工程学院生物学科建设规划内容摘要：

作稳定性；获得最佳固定化条件和催化反应条件。 (4)化学法合成生物柴油工艺条件的改进 对传统的化学法合成生物柴油工艺进行改进和优化，克服其工艺复杂、醇消耗量大、产物不易回收、环境污染大等缺点，提高转化率，为现有的生物柴油厂解决工艺难题。 固体酸碱催化剂的研究，固体酸碱催化生物柴油具有催化剂使用和时间长、易回收，环境污染小等优点，在实验室中制备不同的酸碱固体催化剂，测试其催化效率和使用寿命、 催化条件，为工业化生产提供前期准备和实验数据。 (5)小球藻的培养及藻油制备生物柴油的研究 生物柴油规模化生产目前遇到的主要问题是原料问题，而藻类具有培养条件简单，营养要求少，产量高、占地少等优点，成为近年来的生物柴油原料研究热点。 本实验室对采自内蒙古的产油微藻进行生物性质测定，优化其培养条件和培养基成分，提高其含油量。 对微藻油脂的提取工艺进行探索，比较不同提取工艺的优缺点，选择最适的提取工艺并优化提取条件。 将提取出的微藻油脂进行生物柴油的转化，测定化学法和生物法的转化率和转化条件，为以微藻为原料生产生物柴 油的工业化生产提供前期准备。 (6)与企业合作进行技术开发 在国内化学法已经大规模的工业化生产，但在能耗和环境污染方面化学法有较多缺点，本实验室在具体问题上和企业一起进行了大量的研究，而且部分技术已经在企业实践，取得较好 10 的经济效益和环境效益。 目前实验室研究合成的异相固体酸碱催化剂以及酶法固定化全细胞催化剂需要进一步和相关企业合作，进行中试生产研究，以便将来能实现工业化生产。 3)生物制浆研究 制浆造纸工业是重要的国民经济行业，创造了巨大的经济效益，但是目前采用的化学法制浆造成的环境污染以及能源资源的极大消耗 严重制约了行业的发展。 为了解决这一问题，在制浆造纸技术越来越广泛的应用了生物技术对传统方法进行改进，结果带来意想不到的效果，产生了许多如：化学生物制浆法，生物制浆法等新的方法，使这样一个传统产业又焕发了青春。 生物制浆采用微生物酶降解原料中的木质素得到纤维，因此相比传统的化学方法可以做到，无污染物、零排放、无臭味，生物制浆的废液处理是很好的生物有机肥料，从而实现生物资源的综合利用。 采用此方法生产不会损伤原料中纤维，相比于传统化学方法出浆率、纸浆强度、不透明度、印刷密度均有提高，同时还可以节约比机械浆能耗。 除此 之外，生物技术在制浆工艺方面还可以应用于提高制浆白度；利用生物酶进行废旧纸张的脱墨；利用生物技术除去树脂障碍等领域。 主要 研究内容 包括 ： (1)对降解木质素的菌种进行筛选 从自然界中采集样品，对采集到的样品微生物分离筛选，利用单宁酸作为指示剂进行平板初筛，铁氰化钾作为指示剂进行摇瓶复筛得到具有降解木质素能力的微生物菌种。 (2)对降解木质素酶活的测定及产酶条件的优化 漆酶、木质素氧化酶酶、锰过氧化酶是降解木素过程中有效的 3 种微生物酶，测定筛选到的微生物菌种这 3 种酶的酶活力，并找出最佳的产酶条件。 (3)原料预 处理 对速生杨树和构树进行高温预处理，破坏其木质素和纤维素之间的结构，通过测定卡伯值来挑选最佳预处理条件。 (4)生物降解 利用为生物酶进一步降解预处理后原料中的木质素，对实验得到的浆液进行各种国标检测，使纸浆符合国家标准，同时对制浆废液进行检测，确保其在环保标准之内。 (5)生物漂白与生物脱墨 利用生物技术对传统的脱墨和漂白工艺进行改进，提高其效果的同时降低能耗。 (6)产业化关键技术与工艺攻关 实验室关键技术及工艺总结 ,为工业化生产奠定基础，把实验室中的关键技术及工艺放大进行中试、工业生产，解决在生产中 遇到的技术问题。 4)饲料微生物研究 饲料微生物是指做为畜、禽和鱼类的饲料以及适用于加工或改善饲料质量的微生物。 在和日益发展的基础上，人们逐渐认识并利用微生物增加饲料新品种或改进饲料质量。 饲料微生物的应用包括：青贮饲料、单细胞蛋白和发酵饲料等方面研究。 (1) 青贮饲料 青贮饲料 是利用乳酸细菌类微生物发酵产生乳酸贮存的饲料。 此法能使饲料在较长期间内保持青嫩、多汁和适口。 通常将玉米等禾谷类青料切碎，加一定量的豆类、块根作物的青料、淀粉质饲料、盐和发酵饲料的酸液（即乳酸细菌类的接种剂）混拌后，装进青贮塔或窑中， 压实、密封。 在缺氧条件下，饲料中所含的简单碳水化合物，逐渐被乳酸细菌类微生物发酵 ,产生乳酸和醋酸，因而能对引起饲料腐败的各类氨化微生物的活动进行控制，由塔中的酵母菌（醭酵母）进行发酵，产生乙醇、乳酸和醋酸。 这些发酵产物的积累，既可保持饲料不腐败，又能改善它的营养价值和适口性。 (2) 单细胞蛋白 11 单细胞蛋白 是 微小生物的细胞蛋白 ， 常被用作精饲料或一般饲料的添加剂，从而增加畜、禽和鱼类的蛋白质营养。 常用的有饲料酵母（啤酒厂制酒，发酵后滤出的酵母），干制后约含有50％的蛋白质和多种维生素，是营养价值较高的添加剂。 木材水解液、废糖蜜、亚硫酸纸浆液和食品加工业的下脚料或废水，也被利用来培养饲料酵母（如产朊假丝酵母、热带假丝酵母），供作饲料蛋白。 中国近年来利用白地霉在开放式浅池或深层培养中生产大量菌体，进而加工成猪、鱼等的高蛋白饲料。 小球藻、栅藻、螺旋藻等在浅水中，用人工培养液于阳光下开放培养，繁殖藻体，经适当加工后也可制成优质的饲料。 某些假丝酵母、球拟酵母、克勒克酵母能利用石油中的某些成分作为碳原和能源而生长繁殖，通常称其为石油酵母。 以石油为原料，人工培养这类酵母，从而得到蛋白质。 但这类酵母细胞蛋白质须慎重加工处理 ，确证其对畜、禽无毒时，方能用作饲料。 (3) 发酵饲料 发酵饲料是以微生物、复合酶为生物饲料发酵剂菌种，将饲料原料转化为微生物菌体蛋白、生物活性小肽类氨基酸、微生物活性益生菌、复合酶制剂为一体生物发酵饲料。 该产品不但可以弥补常规饲料中容易缺乏的氨基酸，而且能使其它粗饲料原料营养成份迅速转化，达到增强消化吸收利用效果。 利用微生物发酵饲料的另一种方法是依照牛、羊的瘤胃，安装发酵设备，充以粉碎的秸秆，以瘤胃液作为发酵微生物类群的接种剂，在无氧、适温条件下进行纤维素的分解，变纤维素和半纤维素等为有效性糖类，提高 营养价值。 5)废弃物资源化的生物技术处理研究 废弃物是指在生产建设、日常生活和其他社会活动中产生的 ,在一定时间和空间范围内基本或者完全失去使用价值 ,无法回收和利用的排放物。 在许多的排放物中 ,一部分可以回收被循环使用称为再生性资源。 一部分是已丧失再利用价值的排放物 ,只能进行焚烧和掩埋被称为废弃物。 再生性资源由于社会进步及其人们环保意识的增强 ,已逐渐的被回收 ,通过分拣、加工、分解 ,重新进入生产和消费领域。 而对于生产和生活中产生的废弃物 ,目前国内的处理手段和重视程度还远远不够。 本研究方向主要针对本实验室生物质 能源研究和植物药用成分提取研究，利用现代生物技术手段实现废弃物的资源化与能源化，使得可再生资源生物技术综合利用产生更大的经济效益和环境效益。 主要 研究内容 包括 ： (1)燃料乙醇生产废水生物技术处理 利用生物絮凝技术处理发酵乙醇后的高浓度有机废水，废水先经过压滤处理，进行固液分离，得到滤饼和废水，然后在得到的废水中添加本实验室制备的生物絮凝剂，絮凝、固液分离后，出水全部循环利用于乙醇生产过程。 与其他废水处理方法如机械法、物化法相比，该方法具有节水、节能、无二次污染等特点，处理水完全回用，实现了乙醇废水零排放， 同时可节省用水开支、废水处理费用及排污费用。 (2)含油废水的生物技术处理 筛选专性高效联合菌群；利用高效联合菌群、无机中空纤维陶瓷膜和生物曝气滤池对生物柴油制备过程中产生的废水进行减量化、无害化处理和资源化回用。 稀含油废水直接采用微生物处理，利用产脂肪酶活性高的菌株游离菌体处理废水或固定化到载体上过滤降解废水中的废弃油脂类物质。 (3)生物制浆废水的生物技术处理 生物制浆废水来源于原料预处理段废水、生物制浆段废水、制浆洗涤段废水、漂白段废水、漂白洗涤段废水及脱墨段废水。 通过各种生物技术（如好氧生物处理法 和厌氧生物处理法）处 12 理生物制浆废水，或筛选特种微生物对制浆废液进行净化处理，使生物制浆废水处理达到无害化、减量化、资源化的目的。 植物生物技术研究方向 1)植物药用有效成分的分离提取 植物药用有效成分的分离提取是从中药提取工艺中分化出来的新兴技术领域，可较好地克服传统提取工艺中提取有效成分含量低、杂质多、质量不稳定等弊端，大幅度提高中药材的利用率，是有效控制中药质量的重要手段，同时可保护药用植物资源长期综合开发，符合中药现代化的发展方向。 内蒙古有丰富的特色药用植物资源（如肉苁蓉、锁阳、甘草、苦 荞麦、沙棘），为了推动药用植物资源开发利用和提取加工技术产业的发展，把我区可再生资源的优势转变为经济优势，本实验室从 2020 年开始致力于植物药有效成分分离提取及其产业化方面的研究。 主要研究内容 包括： (1)沙漠肉苁蓉细胞培养及药用成分产业化； (2)应用现代分离技术提取细叶韭花中药用成分及其残渣的高值化应用研究； (3)甘草中有效成分的提取及其残渣的高值化转化； (4)苦荞麦中总黄酮的分离提取； (5)螺旋藻中药用成分的分离纯化及其产业化； (6)谷物糠中生育酚和谷维素的提取纯化及其产业化； (7)沙棘药用 和美容成分的分离纯化等。 2)能源植物与药用植物基因工程研究 本方向研究工作主要针对本实验室的生物质能研究和植物药用成分研究工作进行分子生物学和基因工程研究，能源植物与药用植物是可再生能源及植物药用成分的重要来源，高含油量能源植物对解决世界能源危机具有重要的价值，药用成分含量高的药用植物对解决药用成分提取原料短缺具有重要的价值，例如文冠果、麻风树、蓖麻、大豆、油菜、向日葵等能源植物是生产化石能源的替代能源 —植物 “石油 ”的重要来源，黄芪、肉苁蓉、干草、苦荞麦、螺旋藻、细叶韭花等药用植物是提取植物药的重要来 源，但是二者都存在天然植物中能源成分与药用成分含量偏低的问题，因此本实验室采用基因工程与细胞工程的手段提高能源植物与药用植物的能源物质和药用成分的含量、提高能源植物与药用植物的抗逆性具有重要的实践意义。 主要 研究内容 包括 ： (1)能源植物与药用植物基因工程改良研究 对能源植物与药用植物如大豆、向日葵、油菜、黄芪和肉苁蓉等的体细胞诱变及筛选。 通过植物组织培养技术分离得到能源植物与药用植物的体细胞，经过紫外线、离子束和化学物质等诱变手段进行诱变后，经体细胞培养诱导植株后，选择能源物质和药用成分含量高的植株进行制种 ，即可获得遗传性状得到改良的能源植物与药用植物。 (2)能源植物与药用植物抗逆基因工程研究 采用生长于内蒙古的耐干旱、盐碱植物如盐爪爪、碱蓬等为试验材料，克隆耐干旱、盐碱相关的基因，经 RNAi 等技术进行功能验证证明与耐盐相关后，通过转基因技术将克隆得到的基因转入能源植物与药用植物中获得转基因能源植物与药用植物，提高对干旱、盐碱土等一些废弃土壤的利用率，避免能源植物与农业争地。 3)农作物基因工程 主要研究方向包括： (1)植物组织培养技术辅助农作物抗逆育种研究 在对农作物进行组织培养过程中，施以干旱、盐碱等 逆境胁迫，从中选择抗干旱、盐碱胁 13 迫的组培苗移栽到大田，经常规技术和分子生物学技术鉴定证明耐干旱、盐碱的植株，采收种子用于小面积的干旱、盐碱土栽培试验，如果耐干旱、盐碱胁迫可申请进行耐干旱、盐碱胁迫新品种鉴定，并进行大面积推广种植。 (2)农作物抗逆基因工程研究 将从生长于内蒙古的耐干旱、盐碱植物如盐爪爪、碱蓬等为试验材料中克隆得到的耐干旱、盐碱基因转入小麦、玉米、向日葵等农作物中，提高这些农作物的抗旱、耐盐碱能力，从而提高内蒙古地区日益增多的盐碱土的利用效率。 食品生物技术研究方向 1)果蔬生 物技术 本方向主要研究生物技术在果蔬中的应用，以果蔬产品为原料，运用细胞及分子生物学技术挖掘、整合及利用植物抗干旱、抗低温等逆境种质基因，对果蔬进行遗传改良；经微生物发酵和酶加工生产各种果蔬产品（包括发酵微生物的选育，发酵过程的代谢与调控、酶制剂生产与应用、发酵工艺参数的优化等）；果蔬生物加工与转化技术，包括活性氨基酸、活性多糖、活性硫代物、天然功能活性因子等功能性生物与化学制品研究开发；基因食品原理及安全性评价；果蔬副产品生物转化及资源开发等。 主要 研究内容 包括： (1)磷脂酶 D 在樱桃番茄冷害中的作用； (2)河套蜜瓜磷脂酶 D 基因的克隆及低温胁迫表达； (3)大豆中活性氨基酸的提取及纯化； (4)海红果中总黄酮的分离提取及其抗氧化性能研究； (5)马铃薯淀粉果蔬保鲜膜的开发及应用； (6)马铃薯淀粉生产聚乳酸的研究与应用； (7)洋葱中活性硫代物超临界 CO2 提取及应用研究； (8)金红果贮藏过程中有害微生物分离与检测； (9)海红果果酒发酵技术研究与应用。 2)畜产品生物技术 本方向主要研究生物技术在畜产品中的应用；围绕肉产品和乳产品，进行功能性因子的提取及其应用，利用微生物及酶工程技术对乳品原料、肉品原料进 行开发与研究。 发酵用微生物的选育，发酵过程的代谢与调控、酶制剂生产与应用、发酵工艺参数的优化等；同时在产品分析检测方面建立 PCR 快速检测技术避免传统的食品微生物检测速度慢、工作量大等缺点。 主要包括以下 研究内容： (1)生物壳聚糖酶的研究及其降解产物壳寡糖在乳肉中的应用 (2)产壳聚糖酶的菌株的筛选和诱变育种 (3)壳聚糖在肉保鲜。