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河南省微生物工程重点实验室

日期:2011/12/27 17:38:07 点击次数 7768 发布单位:天义生物谷  录入:李清


1、组建“河南省科学院微生物工程重点实验室”的意义
  生物工程和技术被认为是21世纪新技术革命的主导技术之一,受到世界各国的普遍重视。而生物工程真正能应用于工业化生产的,主要还是微生物工程。基因工程、细胞工程、酶工程等的高科技成果,也往往通过微生物才能转化为生产力。发展中的中国在很长时期内将面临着经济自由化、国际化,以及生态环境恶化的严重挑战。在市场激烈竞争形势下,急需新型核心技术的支撑。微生物工程技术与传统化工行业相比,具有相对安全、研发投入较少、 周期较短的优势。 以生物催化与生物转化为核心的现代微生物工程技术的研发,有利于不断提高产业竞争力,维护生态环境平衡;有利于解决所面临的资源、能源以及环境问题。同时我国和发达国家在微生物工程领域的研究还没有太大差距,微生物工程技术也是我国参与国际生物技术竞争并有望取得优势的一个难得的机遇和切入点。因此,现代微生物技术对于我国的经济发展具有重要的战略意义。我省微生物发酵产品以氨基酸、啤酒、蒸馏酒、果酒、食醋、酱油、食用菌、有机酸、酶制剂等为主;除少数几个企业外,大部分企业的规模、质量、品牌的影响都落后于国内外知名企业,产品竞争力差。新世纪以来,随着知识经济的发展,更加凸现了基础研究和应用基础研究的重要性;国内外许多高新技术与微生物产品的涌现,更成为拉动经济增长新的亮点和抢占未来知识经济的制高点。因此,建设河南省科学院微生物工程重点实验室, 加强微生物工程基础研究特别是应用基础研究, 汇集高级研究人员与大型先进设备配置,进行具有应用价值的微生物优良菌种选育以及新方法、新技术、新工艺等基础研究以及高新技术产品的研发,对促进我省相关产业的科技进步,提高产品的技术含量和市场竞争力意义重大。

1.1 发展微生物工程是优化产业结构的必然选择
  我省微生物发酵产业的传统产品有氨基酸、啤酒、蒸馏酒、果酒、食醋、酱油、有机酸、抗生素、酶制剂、食用菌等;产品种类、系列相对较少,有些产品由于核心技术老化和滞后而使产品竞争力下降。通过加强微生物工程的研究, 研发一批具有自主知识产权的微生物新菌株、新技术、新产品, 形成新的经济增长点,优化产业结构。

1.2 发展微生物工程是解决日益严重环境污染的需要
  我国的环境污染的规模已经达到十分严重地步,发展无污染的新型工业技术已经成为社会可持续发展的当务之急。环境微生物技术在废物生物处理、环保友好材料、清洁可再生能源的开发、废物资源化、环境监测、污染环境的修复和污染严重的工业企业的清洁生产等环境保护的各个方面发挥出极为重要的作用。目前中国正处于一个全面建设小康社会、迈向中等发达社会的关键发展时期,为应对日益激烈的国际竞争、急剧恶化的环境问题,发展微生物工程技术将是我国生物技术应用研究的一个新的战略重点。

1.3 发展微生物工程是河南省社会经济发展的需要
  河南省是一个农业大省,农产品加工、生物增值转化利用是提高农业经济的重要途径。我省农副产品资源丰富,适宜于组织粮食的精深加工与生物转化增值,这对增加农民收入、社会稳定意义重大;例如,一个莲花味精厂就几乎消化了整个周口地区出产的玉米,农民卖粮不再愁;又如,食用菌研究及其技术推广使千万农家走上了致富路。因此,有必要加强我省微生物工程的研究,开发更多我省工农业需要的微生物工程技术,促进农产品、农副产品的转化增值,提高经济效益。

1.4 提升我院科研水平及人才培养的竞争能力
  虽然河南省科学院的微生物工程研究已经取得了一定的成绩,但从整体上看,我省在这方面的科研开发水平还相对滞后。 由于种种原因, 近年来我省在微生物技术研究领域出现了明显滑坡:队伍分散、手段落后,难以实施真正的学科集成交叉,不仅在国内上难有出色的表现,就是在省内社会经济生活中也失去了应有的地位与作用。因此,为了提高我院在微生物工程领域的科研水平,凝聚优秀人才,为我院培养一批微生物工程领域具有国内先进水平的研发队伍,也是建立我院微生物工程重点实验室的目标。

2 “河南省科学院微生物工程重点实验室”的研究方向及研究内容
  河南省科学院微生物工程重点实验室利用包括基因工程、细胞工程、代谢工程和酶工程等在内的各种现代生物技术手段,以微生物新菌种、新方法、新技术、新工艺、新产品的研究开发为己任,以与微生物工程直接相关的河南省食品、化工、医药、农业、环保等行业的可持续发展为奋斗目标,进行具有应用价值的微生物新菌株的育种研究、代谢研究及发酵技术研究等。多年来,实验室坚持理论研究与实践相结合、基础研究为主的原则, 运用微生物学、生物化学、分子生物学、遗传学、 发酵工程学的基础理论和先进的实验技术,建立了独具特色的微生物学研究体系,确立了以微生物发酵新菌株新工艺研究、生物质资源微生物转化技术研究、环境治理及其友好产品的微生物研究、微生物鉴别诊断技术研究为主的研究方向。这4个研究方向特点鲜明、相互关联,在经济与社会发展中具有重要的科学研究价值和应用价值。

2.1 微生物发酵新菌株新工艺研究
  利用包括基因工程等在内的各种现代生物技术,筛选工业发酵产品(如新型药物、有机酸、酶制剂、生物聚合物、 功能性食品或饲料添加剂、生理活性物质、 抑菌杀菌剂以及精细化工产品等)的微生物优良菌株;建立目标基因的高效表达系统;开展代谢途径、发酵新技术以及产物分离纯化技术的研究。

2.2 生物质资源微生物转化研究
  开展木质纤维素微生物降解机理研究;进行木质纤维素降解菌筛选和改造等相应技术研究;利用微生物技术降解转化农作物秸秆等木质纤维素类资源及其它农业废弃物,发酵生产化工原料、沼气、饲料和饲料添加剂、食用菌等。

2.3 环境治理及其友好产品的微生物研究
  进行环境中微生物的主要类群、生态、生理生化特征和相互作用关系的研究;开展污染物的微生物降解与转化机理研究、污染环境及土壤的微生物修复研究;清洁生产工艺(细菌脱硫技术、生物制浆技术、酶法废纸脱墨技术等)研究;开展环境友好产品(如生物可降解塑料、生物农药、生物肥料等)的微生物高产菌株选育与应用技术研究。

2.4 微生物鉴别诊断技术研究
  开展微生物代谢、遗传以及特异抗原、基因片段或代谢产物的分离鉴定研究;结合微生物培养技术、培养基制备技术,进行快速、标准、微量的细菌鉴定方法的研究;建立简便的微生物鉴别方法;开展与人类健康密切相关的微生物的优良显色培养基的筛选研究;如定位显色培养基等;进行药敏分析试剂、检测试纸及诊断试剂的研究。
  总之,以上四个研究方向既分别独立、自成体系,又互为基础、相互补充,是研究微生物工程理论及应用技术的有机整体。通过上述4个方面的研究,我们将在微生物工程设备和技术平台建设、人才培养等方面为河南省的经济发展提供强有力的支持,为我省乃至全国的微生物学理论研究与技术创新奠定基础,形成一系列具有自主知识产权的应用微生物工程核心技术,研发一批具有应用价值的微生物新产品。

3 工作基础(人才队伍、科研、条件)

3.1 人才队伍
  本实验室在微生物工程专业领域内,拥有了相当雄厚的科学研究实力与规模,在该领域现有专职及兼职科研人员36名,其中中国科学院院士2人,博士生导师6人,教授及研究员15人,副高级职称科技人员7人,研究助手6人。实验室现有固定研究人员22人,平均年龄在38岁左右,其中河南省跨世纪学术带头人1人,享受政府津贴2人,具有博士学位的3人,硕士学位5人。研究人员具有较高的专业理论水平和实际工作经验,同时还具有良好的工作作风和团队精神。

3.2 科研工作基础
  河南省科学院微生物工程重点实验室的科技人员拼搏进取,孜孜以求,在微生物工程技术研究方面取得了可喜的成绩。近年来,实验室在现代微生物工程新理论、新方法、新技术研究的基础上,紧紧围绕微生物发酵新菌株新工艺的研究、生物质资源微生物转化技术研究、环境治理及其友好产品的微生物研究以及微生物鉴别诊断技术研究等,开展了深入的微生物学基础理论和应用基础理论以及新方法、新技术、新工艺、新产品的研究,目前有多项国家级、省级自然科学基金和攻关在研项目;培养了一批掌握本学科发展动态、专业基础知识扎实的学术骨干;在微生物工程应用基础研究方面力量雄厚。由实验室研究开发并拥有自主知识产权的优良微生物菌种135株,显色培养基15种(每种培养基都有成熟的生产工艺和严格的质控标准,都已形成了产品);新技术新产品有:乳酸发酵高产菌株及生产技术、柠檬酸发酵高产菌株及生产技术、固定化细胞技术、食醋酱油发酵优良菌株及生产技术、食用菌高产栽培技术、黄原胶、糖化酶、淀粉酶、饲用酶制剂优良菌株和技术、微生态制剂、γ-亚麻酸、麦迪霉素、柿子醋、鸡腿蘑、白阿魏蘑、杏孢菇、黄背木耳菌种、微生物接种剂、秸秆微生物发酵剂、真菌杀虫菌剂,显色培养基、诊断试剂等;在国内学术界、企业界具有较为广泛的影响;在省内具有明显的学科优势,并在产学研结合方面做出了显著成绩。如郸城乳酸厂使用实验室选育的乳酸发酵高产菌株和工艺技术,目前已发展成为亚洲最大的乳酸生产企业。近年来实验室共承担国家及省级科研项目53项,发表研究论文100多篇,出版专著8部,发明专利2项;河南省生物工程学会发酵工程专业委员会在我室挂靠。2001年我们与河南师范大学联合申报了微生物学硕士点,并获批准。实验室取得了多项研究成果。如实验室在工业微生物领域开展的“载体固定化增殖酵母应用于淀粉资源料酒精生产的研究”2001年获河南省科技进步二等奖,成果转让张裕葡萄酒公司后取得良好的经济效益;又如酶制剂的研究,“纤维素复合酶生产新工艺和开发应用研究”2000年获河南省科技进步二等奖;“畜、禽、水产专用酶制剂的开发与应用研究”, 获河南省2003年科技进步二等奖; 成果产业化后取得了良好经济效益和社会效益。在农业微生物研究领域也有多项研究成果问世;如“农副产品下脚料栽培鸡腿菇技术研究与应用”2001年获河南省科技进步三等奖;“白阿魏蘑菌种选育研究与应用”2002年获河南省科技进步二等奖;“河南大型真菌资源研究”2002年获河南省科技进步三等奖;“杏鲍菇菌种选育及栽培技术研究与应用”2004年获河南省科技进步三等奖;在微生物鉴定技术研发方面,“快速乙肝表面抗原胶体金免疫层析测定法的建立及应用” 2001年获河南省科技进步二等奖,并首家获得生物制品二类《新药证书》和《生产批准文号》。在微生物资源、新型酶制剂、环境友好产品等研究方面也作了大量工作,并取得了好的成绩。上述研究成果均达到国内领先或国内先进水平,标志着实验室的学术水平与研发能力。成果在实际生产中应用后也取得了显著的经济效益和社会效益。总之,河南省科学院微生物工程重点实验室具有较强的科技成果转化队伍和科研成果转化能力,在技术创新研究和推广应用方面进行了大量探索,积累了丰富经验,为创建河南省省级重点实验室奠定了坚实基础。

3.3 科研条件
  目前实验室有工作用房28间,面积600多平方米;拥有各类仪器设备200多台(套),其中有超高速冷冻离心机、冷冻干燥仪、超低温冰箱、气相色谱仪、高效液相色谱系统、PCR扩增仪、全自动氨基酸分析仪、全自动核酸蛋白纯化仪(FPLC)、凝胶图像处理系统等高精度大型仪器30余台(套);价值500多万元。还有无菌室、专业发酵室等辅助设施。2004年又购进了一批新的仪器设备,设施环境条件不断改善,现在研究实验工作已基本实现微机化管理。

4 学术交流
  实验室十分注重基础研究与科研成果的转化,加强与科研院所、企业的联合,先后与中国科学院微生物研究所、北京市农林科学院农业生物技术研究中心、中国农业大学、西北农林科技大学合作,已经进行或正在进行的联合攻关科研项目十余项。先后与首都师范大学、河南师范大学、河南农业大学、河南工业大学建立了密切的、有实质内容的合作关系,共培养硕士生6名;重视与国外技术交流与合作,先后与美国、澳大利亚、俄罗斯、巴西及欧盟建立了项目合作关系,取得了丰硕的成果。

5 预期目标
  实验室本着基础性创新、 应用性、突出重点的原则开展研究工作, 在微生物发酵新菌株新工艺研究方面,拟开展工业发酵新产品高产菌株选育、工程菌构建与发酵技术研究,目标物的分离提纯工艺技术的开发研究,研发一批工业发酵产品生产的核心技术。在生物质资源微生物转化研究方面,拟开展木质纤维素微生物降解机理基础研究;筛选和改造木质纤维素降解菌;利用微生物技术降解转化农作物秸秆等木质纤维素类资源及其它农业废弃物,发酵生产酒精、有机溶剂等化工原料及饲料、沼气、酶制剂、食用菌等有用产品;利用光合细菌生产饲料添加剂等。在环境治理及其友好产品的微生物研究方面,拟开展能够降解有机物质、有毒有害物的微生物种群及其相互间的共生和协同作用研究;研究微生物降解有机物、有毒有害物质的降解机理,并利用这些微生物种群和特性来处理污水、固体垃圾,从而达到受污染环境的生物修复。研究清洁生产工艺。研究开发新型生物农药、生物肥料等。在微生物鉴别诊断技术的研究方面,拟开展微生物遗传基因片段及代谢产物的分离鉴定研究;进行快速、标准、微量的细菌鉴定方法的研究;开展与人类健康密切相关的微生物的优良显色培养基的筛选研究;进行药敏分析试剂、检测试纸及诊断试纸的研究。通过上述研究,实现我省在这些项目产品的核心技术上的突破,为我省工农业生产结构调整提供可选用的新产品、新工艺、新技术。要达到的具体目标如下

5.1 完成具有国内领先水平的科研成果
  在已经形成的4个研究方向上,开展更为深入的科学研究,并争取在国内核心刊物和国际学术刊物上发表一定数量的文章,使之有能力参与国内的合作和竞争,并在某些方面争取创新和突破,奠定在国内微生物工程领域的学术地位。

5.2 建设具有国内一流并达到国际水平的技术和设备平台
  河南省科学院微生物工程重点实验室现有仪器设备200余台(套),价值500多万元,其中大型仪器设备30余台(套),在微生物工程研究领域具备相当的实力;在此基础上建设的河南省微生物工程重点实验室,将以建立现代微生物工程技术平台为目标之一。利用大型仪器设备资源共享为原则,在进一步加大资金投入的前提下,实现研究手段、研究方法上的提升;进而推动微生物工程等相关学科及学科群的发展,形成自己的特色和学科优势。实现仪器设备的合理共享,取得共同发展。

5.3 造就国内外有影响的学科带头人
  在人才培养等方面造就一支以中青年为骨干的充满活力的高水平学术队伍,使本实验室成为国内微生物工程技术研究和学术交流的重要基地和人才培养摇篮。

5.4 成为微生物工程新技术转化基地
  在本领域内获得有自主知识产权的专利成果,并用于我省医药、食品、化工、农业、环保、能源等产业的结构调整和优化,加快我省微生物工程相关行业的生物技术的应用,促进我省经济和社会发展。

5.5 建设更为雄厚学科基础
  充分利用依托单位河南省科学院自然科学综合研究机构学科多、学科全、人才集中等优势,为河南省微生物工程重点实验室建设提供相应的支撑。在实验室原有的研究及人才培养的基础上,在3~5年内建立一个微生物工程学科的博士后流动站,为日后进一步培养本学科的高级专业技术人才和重点实验室建设打下良好的基础。

 
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