§1.学术报告工业发酵的被动性和人的主观能动作用无锡，2002.11章节.ppt

02-11-8 张星元：工业发酵与唯物辩证法 工业发酵的被动性和人的主观能动作用 江南大学 生物工程学院 新型发酵研究室 张星元 E-mail: biozhang@163.com 定位：人与微生物都是地球上的居民 人在发酵工业生产中处于被动的地位。微生物的生存利益与人类的经济利益，也就是微生物的生命活动规律和人的主观意志，既是对立的，又是统一的；发酵工程领域的科学家和工程师的工作就在于努力促使对立向统一的转化。为解决这个难题，作者提出了“微生物生物机器”的创新思路和发酵工程的生物学理论的框架。 工业发酵领域的挑战性的问题 在发酵工业生产中，人的意愿要通过微生物的生命活动来实现，在这个意义上，人在发酵工业生产中处于被动的地位。在发酵工业生产中如何发挥人的主观能动作用，这对于工业微生物学家和发酵工程师来说，始终是一个挑战性的问题。 历史地看待微生物的进化和发展 在微生物进化的历史长河中，运动变化中的微生物经受了环境的种种考验，经过生存斗争，适者生存下来，形成现在的各种微生物物种。因此，它们是经物竞天择而得到的阶段性进化成果。它们的生命活动规律是在亿万年的物竞天择的过程中建立和逐步完善的，是不以人的主观意志为转移的客观存在。 微生物的进化不可能刻意去照顾人类的利益 天然存在的各种微生物物种的生命活动过程——不论是造福于人类或危害人类的——都是它们按它们自己的生命活动规律进行生存竞争的新陈代谢过程。微生物的天然进化不可能刻意去照顾人类的利益。 为发酵工业服务的育种是另一种意义上的进化。首先，它被期望按人选定的造福于人类的方向进行的；其次，它的速度远远高于一般意义上的进化。 辩证地看待人与微生物之间的对立与统一 微生物生命活动有其自己的生存、发展的保障机制，这些机制服务于它们自身的生存竞争；在工业生产中，人类谋求经济效益。微生物的生存利益与人类的经济利益（也就是微生物的生命活动规律和人的意志），这两者既是对立的，又是统一的。科学和技术工作的目的就在于努力促使对立向统一的转化。 微生物独立存在自主生活 微生物在其生存的环境中独立存在自主生活；微生物进化的总的方向，是发展其生存竞争的能力，即其生命活动的经济性和其自身对其所处的环境的适应性。任何代谢中间产物或细胞组分的过多生成和排出细胞，都是对微生物细胞增长的釜底抽薪，都是与微生物生长和求生存的利益背道而驰的，是不利于生存竞争的。 从实际出发选好研究的典型 工业发酵的世界太奇妙，但对它的研究要从最普通的发酵开始。我们从当今发酵工业实际出发，把以化能异养型微生物为生产菌种，从成熟的发酵醪液中获取代谢中间产物的工业发酵作为典型的工业发酵来研究。 为典型的工业发酵建立工作模式 从一个个的发酵生产实例，到工业发酵的概念的形成，是一个从个别（特殊）到一般的认识过程；从对工业发酵的现状的分析和梳理，到典型的工业发酵的界定，是一个从一般到特殊的认识过程。我们以典型的工业发酵为研究对象，并为它建立了微生物生物机器的工作模式。 发酵工程的生物学理论的框架 我们把现代生物学关于能量转换的电子流动、物质流动和信息流动这三个基本观点引入了发酵工程领域，提出了关于微生物生命活动的三个基本假说。用这三个基本假说重新审视了发酵工程，于是就有了四条新思路。根据以上三个观点和四条新思路，结合发酵工程和环境生物工程的原有的专业知识进行演绎推理，做出了关于微生物工业（主要包括发酵工程和环境生物工程等）的八个应用性推理。 假说一：生物能支撑假说 微生物细胞的生长和维持需要其自身能量转换机构从其它形式的能量转化而形成的生物能来支撑。 假说二：代谢网络假说 微生物细胞是个远离平衡状态的不平衡的开放体系，微生物细胞的代谢和生长依赖于横跨细胞内外的代谢网络来实现。 假说三：细胞经济假说 在物竞天择的基础上建立的细胞经济体系是微生物细胞生存的保障体系。 “微生物生物机器” （1）现代发酵工程依靠微生物来完成发酵工厂生产线上的必不可少的加工（或转化）步骤，在这个意义上，微生物细胞就是工业发酵生产线上特殊机器——“微生物生物机器”。没有微生物就没有发酵工程，微生物是发酵工程的灵魂。微生物菌种是决定生产成败的内因。 “在线制造”和“生产运行”的双重任务 （2）生物机器与普通意义上的机器不同，生物机器必须由生物能（bio-energy）直接驱动。在发酵工厂的生产线上，微生物必须完成“微生物生物机