生物工程下游技术教学活动大纲.docx
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生物工程下游技术教学活动大纲
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,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:
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;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,2006—2007学年第二学期与2007—2008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;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。
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