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biozhang 2009-7-17 19:19

【专稿】细胞经济管理原则不能动摇前文《春江水暖谁先知——学生最有发言权》已于7月12日发布了关于在科学网悟空书斋（张星元的博客）陆续推荐发表学生在发酵原理课程讨论会上的发言稿的消息，随后，以在发言稿标题前冠以【专稿】的方式按已公布的目录开始发稿。现在研究生的发言稿的发稿暂告一段落（6篇），开始发本科生的发言稿（23篇），为方便读者系统地选读，特对原已公布的目录次序按内容作了调整，今天开始按《关于调整学生发酵原理讨论会发言稿发稿次序的公告》陆续发稿。现在发布张×同学的《细胞经济管理原则不能动摇》，请指正。张×同学：细胞经济管理原则不能动摇学习发酵原理这门课最让我感到惊讶和神奇的是“细胞经济假说”。老师竟然能把微生物的生命活动和经济运作相联系在一起，把经济规律运用到解释微生物代谢的规律上去，真实巧妙的联系。经过千万年物竞天择而幸存下来的微生物，其细胞代谢规律，即细胞经济管理原则是不以人的意志为转移的，这不正和市场经济中的价值规律一样吗？对典型工业发酵的微生物细胞（即发酵工厂的“细胞机器”）而言，天然的细胞经济结构（代谢的三个子系统，取决于细胞的遗传物质与细胞所处的环境）已根据人们的意愿被人为地局部调整或干扰，但细胞经济管理原则（细胞的遗传根据对整体代谢的支持和制约）不变。微生物细胞“整体协调，维持生计”的经济管理原则既束缚细胞机器的生产力，又为细胞机器的生产力提供保障。如果没有这个管理原则，生命活动就难以持续。工业生产过程中细胞机器的经济运行状况可以改变，但细胞的“整体协调，维持生计”的细胞经济管理原则不会改变。细胞生产关系和细胞生产力都可以改变，但细胞经济管理原则（反映微生物生命本质）不能变。细胞经济管理原则，如经济学中的价值规律一样，按细胞经济的价值取向（生命保障）来协调细胞的新陈代谢；发酵生产的价值取向（获取经济实惠）不能动摇细胞经济管理原则。人们根据自己的需要更改或调节微生物的代谢，只能遵循细胞经济原则进行适当的调节，而不能违背原则。对微生物的代谢的硬性操作，意味着微生物的生命的终结，什么产物也得不到了。人与微生物合作并取得“双赢”意味着工业发酵的成功，“双赢”必须建立在细胞经济管理原则（细胞经济规律）之基础上。

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【专稿】细胞是一个经济体

biozhang 2009-7-17 19:13

【专稿】细胞是一个经济体前文《春江水暖谁先知——学生最有发言权》已于7月12日发布了关于在科学网悟空书斋（张星元的博客）陆续推荐发表学生在发酵原理课程讨论会上的发言稿的消息，随后，以在发言稿标题前冠以【专稿】的方式按已公布的目录开始发稿。现在研究生的发言稿的发稿暂告一段落（6篇），开始发本科生的发言稿（23篇），为方便读者系统地选读，特对原已公布的目录次序按内容作了调整，今天开始按《关于调整学生发酵原理讨论会发言稿发稿次序的公告》陆续发稿。现在发布卢×同学的《细胞是一个经济体》，请指正。卢×同学：细胞是一个经济体在张教授的所有观点中我印象最为深刻且十分赞同的是微生物细胞是一个独立的个体，它并不是天生为人们工作的，它在维持自生最低生活需要的前提下才会生产相应的产物，对它而言人类所需要的产物往往不过是它生存的副产物而已，细胞是一个经济体，它总是力求消耗最低，以最低的原料生产最适合自己生长需要的东西，细胞虽小但他的生存却揭示了自然界升值的宇宙中最根本的原理，细胞是经济的，同样世界也应该是经济的，任何破坏规律的行为到最后只会伤害到自己，就像我们现在才意识到环境保护和可持续发展是如何重要一样，这就是张老师的经济假说带给我的启示。

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【专稿】微生物的经济性及信息流的问题

biozhang 2009-7-17 19:05

【专稿】微生物的经济性及信息流的问题前文《春江水暖谁先知——学生最有发言权》已于7月12日发布了关于在科学网悟空书斋（张星元的博客）陆续推荐发表学生在发酵原理课程讨论会上的发言稿的消息，随后，以在发言稿标题前冠以【专稿】的方式按已公布的目录开始发稿。现在研究生的发言稿的发稿暂告一段落（6篇），开始发本科生的发言稿（23篇），为方便读者系统地选读，特对原已公布的目录次序按内容作了调整，今天开始按《关于调整学生发酵原理讨论会发言稿发稿次序的公告》陆续发稿。现在发布刘××同学的《微生物的经济性及信息流的问题》，请指正。刘××同学：微生物的经济性及信息流的问题在我们极其关注的生物信息方面，微生物细胞在处理生物信息流时是智能的、不定向的、趋利的。在一定程度上人可以改变信息流的流向，但细胞经济性是不可能打破的。作为细胞信息的一部分，在本质上，微生物细胞信息流主要是遗传信息流。我们对于信息流的把握是我们与微生物展开的直接对话，这一个过程越便利、越准确，对于我们控制微生物的物质流、能量流就越有利。之所以说生物在处理生物信息流是智能的，因为“ 微生物生物机器（细胞机器）”有它长期进化而获得的辨别“好”与“坏”的能力，趋利是它辨别后的选择。而信息流的不定向性是建立在细胞对外来环境压力和直接的人工改造有改变自身信息流的可能，这也恰是细胞经济性的一种佐证。生物信息在发酵工程的未来是重要的，不光是我们的微生物小兄弟懂得细胞经济性原则，我们一样在不断获得最先进的生物信息的过程中满足我们对于发酵的需求。综上所述，我在学习发酵原理后，特别是听了细胞经济假说的介绍后，我明白微生物的最单纯的价值追求是对自然竞争力的追求，有其经济的本性。

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【专稿】细胞机器和代谢工程

biozhang 2009-7-17 19:00

【专稿】细胞机器和代谢工程前文《春江水暖谁先知——学生最有发言权》已于7月12日发布了关于在科学网悟空书斋（张星元的博客）陆续推荐发表学生在发酵原理课程讨论会上的发言稿的消息，随后，以在发言稿标题前冠以【专稿】的方式按已公布的目录开始发稿。现在研究生的发言稿的发稿暂告一段落（6篇），开始发本科生的发言稿（23篇），为方便读者系统地选读，特对原已公布的目录次序按内容作了调整，今天开始按《关于调整学生发酵原理讨论会发言稿发稿次序的公告》陆续发稿。现在发布孙××同学的《细胞机器和代谢工程》，请指正。孙××同学：细胞机器和代谢工程说微生物是发酵工业的灵魂，正是《发酵原理》不同于其他书的地方。这种对于发酵的理念，是独到而精辟的。对于微生物细胞，可以把它们看作是独特的细胞机器，这也是《发酵原理》一书的独特之处。这里的“机器”，不同于人类设计制造的普通机器。它们必须由代谢能直接驱动。在工厂的生产线上，微生物必须完成微生物细胞机器的“在线制造”（细胞增殖）和“生产运行”（目的产物的合成和输出）的双重任务。微生物将外界的光能或化学能转化为代谢能，并用代谢能支撑其自身的代谢活动，这是代谢能支撑假说的内容。用微生物细胞机器进行的生产也就不同于人类设计制造的普通机器：一方面，微生物细胞拥有独立的代谢调节能力，以及自我修复、适应环境等普通机器尚没有的功能；另一方面，微生物细胞能够繁殖演变，这就使微生物在生产代谢不同的目标产物时呈现出不同的生长、生产曲线和代谢规律。以上两个方面，有时是我们所希望的，例如菌体的增殖和其对外界环境具有的耐受力，有时又是我们所不希望的，例如对产物过量积累的抑制作用和菌种的退化。发酵是生物技术产业化的基础。生物技术要真正造福于人类，必须走产业化的道路，这就意味着仅仅依靠重组DNA技术或其它改造生物系统的技术是不够的。以工业微生物为例,选育或构建一株优良菌株仅仅是刚刚开始。要使优良菌株的潜力充分发挥出来，还必须优化其发酵工艺。而发酵工艺的优化，很大程度上依赖于对微生物各种代谢途径的把握。代谢工程自1991年诞生以来已有10余年历史，其定义已从最初的“采用重组DNA技术，操纵细胞的酶、运输及调节功能，达到提高或改善细胞活性的目的”，发展到目前的“一种理解并利用代谢过程的方法”。具体而言，代谢工程是利用重组DNA技术或其他技术，有目的地改变生物中已有的代谢网络和表达调控网络，以更好地理解细胞的代谢途径，并用于化学转化、能量转移及大分子装配过程。虽然在植物、昆虫和动物细胞中也开始进行代谢工程研究，但微生物由于其代谢途径相对简单、遗传操作比较容易，因而仍是目前代谢工程的主要研究对象。功能基因组学和系统生物学的发展，从整体规模上提供了深刻认识微生物代谢特性的工具，毫无疑问为代谢工程的发展创造了前所未有的机遇。细胞的经济体系植根于细胞的代谢网络。如果说代谢网络为实现目标产物的生产提供了可能性，那么经济体系就是调控产量的开关。遗憾的是这种调控往往不能尽如人意。“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。” 这样一来，就出现了人与微生物之间的矛盾：人们希望目的产物能够大量积累，而细胞的调控机制不允许代谢产物在胞内大量积累。在了解了微生物代谢网络的基础上，对微生物代谢途径的有效调控，实现目的产物的增产，是一个非常现实的问题。能否实现高产，决定于对代谢调控把握的力度。使代谢流向生产目的产物有利的方向流动，是目前研究的焦点。成功的控制，“是发挥人的主观能动性的体现”。《发酵原理》鸿篇巨制！通过对发酵原理课程的学习，我对整个发酵过程有了一个根本的认识。对微生物发酵生产的本质有了理解，开阔了眼界、深化了认识。个人觉得在不久的将来，对植物细胞的培养和对动物细胞的培养而进行的发酵生产活动也会归纳到其中来，使发酵的范围更加广阔，层次更加丰富。希望在不久的将来，人类能够构建出完全针对发酵的细胞机器和反应容器，从而实现发酵的连续化和全效化，带来生物发酵产业新的飞跃！

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【专稿】工业微生物的代谢通道

biozhang 2009-7-17 18:30

【专稿】工业微生物的代谢通道前文《春江水暖谁先知——学生最有发言权》已于7月12日发布了关于在科学网悟空书斋（张星元的博客）陆续推荐发表学生在发酵原理课程讨论会上的发言稿的消息，随后，以在发言稿标题前冠以【专稿】的方式按已公布的目录开始发稿。现在研究生的发言稿的发稿暂告一段落（6篇），开始发本科生的发言稿（23篇），为方便读者系统地选读，特对原已公布的目录次序按内容作了调整，今天开始按《关于调整学生发酵原理讨论会发言稿发稿次序的公告》陆续发稿。现在发布王X同学的《工业微生物的代谢通道》，请指正。王×同学：工业微生物的代谢通道经过一个学期的发酵原理课的学习，我对发酵学的基本理论框架有了一个较为科学的认识，张老师用生动形象而又富有哲理性的语言为我们展现了一个神奇的微生物世界，带来了一个全新的生物学概念——细胞机器。这些神奇的微生物机器既要遵守自己固有的生长和繁殖规律，同时，它们作为人类发酵工业生产线上最重要的组成部分，又要在自主地选择性地接收人对它们的代谢导向，以创造工业生产的价值，为人类服务。我们必须遵守并灵活应用微生物细胞固有的运行规律，站在科学的高度来看问题，才能在工业发酵领域走得更深、更远。众所周知，微生物的新陈代谢是一个错综复杂而又连续不断的过程，研究其规律似乎无从下手。但代谢网络假说从宏观的角度使我们清醒地认识到：微观上错综复杂的代谢过程在宏观上表现出一定的规律性，并可以把它分成向心，中心，离心三大板块来加以研究，三者依次首尾衔接而贯通成一条条“通道”。学到这里时，我的脑海里产生过这样的联想：微生物的代谢网络就像全国的四通八达的交通运输网络，有铁路、公路、水路、空运之分，就像代谢网络中不同的代谢路径。同时，乘客也会拥有自我选择的权利，会选择最有效最经济的路径与方式，就像微生物中物质的代谢流一样。每天，交通网络通过紧张而有序的运转将乘客以最快的速度送到各自的目的地，但如果你不熟悉交通网络，虽然也能到达目的地，但必定要走不少弯路。微生物的工业发酵过程具有异曲同工之妙，当我们以指定的原料生产特定的发酵产品时，通过对代谢网络的研究，必能找到使原料以最有利于高产的代谢通道。代谢网络假说告诉我们，工业发酵过程是可操作的，可以向人类希望的方向引导。以前，我总以为微生物细胞仅是一个遵循其自身生长繁殖规律的生命体，但学过细胞经济假说后，我认识到，任何一个细胞都是经过千千万万年的物竞天择后形成的经济体系，这里引入了经济的概念，使我茅塞顿开。经济性，即通过宏观和微观的调控，使细胞能以最小的消耗，获得能量和营养物质，并适应环境，增强生存竞争力，其实不光是微生物细胞，世间万物无不构成各种各样的经济体系。人类研究微生物的目的也就是为了以最少的投入获得最大的效益，从而推动生产力的发展，为人类文明的发展做出贡献。在发酵工业中，生物信息的有效应用将取代以利用增加投入来提高收益的陈旧思路。对生物体了解的越多，利用微生物的自由度就越大，所以细胞经济假说在发酵工业中起着举足轻重的作用。谁掌握了最先进的生物信息和细胞经济信息，谁就可能在工业发酵的竞争中占有绝对的优势。

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【专稿】发酵学关于动态研究的观点

biozhang 2009-7-17 18:19

【专稿】发酵学关于动态研究的观点前文《春江水暖谁先知——学生最有发言权》已于7月12日发布了关于在科学网悟空书斋（张星元的博客）陆续推荐发表学生在发酵原理课程讨论会上的发言稿的消息，随后，以在发言稿标题前冠以【专稿】的方式按已公布的目录开始发稿。现在研究生的发言稿的发稿暂告一段落（6篇），开始发本科生的发言稿（23篇），为方便读者系统地选读，特对原已公布的目录次序按内容作了调整，今天开始按《关于调整学生发酵原理讨论会发言稿发稿次序的公告》陆续发稿。现在发布侯×同学的《发酵学关于动态研究的观点》，请指正。侯×同学：发酵学关于动态研究的观点发酵学探讨微生物的代谢规律，引入热力学、经济学中的系统性的观点，把微生物作为一个具有严密结构的代谢系统而不是孤立的代谢途径来研究。它研究工业微生物在生长、繁殖与发酵过程中的正常代谢与异常代谢规律，探索提高现有的工业发酵产品的发酵法生产能力，以及开发工业发酵新产品和新原料的理论根据及应用原理。发酵学应用系统化的理论工具为实际应用中代谢控制分析提供理论支持。代谢网络假说的提出为我们提供了一个重要的思想，即代谢活动是生命活动调节的重要环节，代谢活动一方面为生命活动提供物质基础，另一方面是生物体实现与外界环境沟通的桥梁，代谢网络说明了外界环境与生物进化与发展的内在关系，是对中心法则的诠释和补充。细胞经济假说提出了综合性的研究方法：在微生物细胞的代谢活动中同存在着以较少的营养物质，获得较大的生长效益的经济效果问题；在这个意义上，代谢活动也是一种经济活动。把代谢活动作为经济活动来研究拓宽了我们的研究视野和研究思路。系统生物学需要发酵学的动态的观点：在过去的半个多世纪里，生物学的研究主要是利用还原论的方法来探求生命系统的本质，系统生物学不可避免的基于传统的“还原主义生物学(reductionismbiology)”特别是单个基因和蛋白质的结构和功能来构建整个生物系统的关系图，以此了解它们是怎样组装成一个系统,以及该系统的特性和动态变化。发酵学所具有的明显的优势在于由于生产的需要，发酵学始终关注微生物与其生活环境的动态联系，从总体上把握微生物代谢体系的基础性和复杂性，把微生物生命过程放在细胞生活的过程中来研究，而不是站在离体的生物化学的角度来收集信息，再人为进行信息整合。发酵学所提出的动态的观点可以是对传统生物学研究方法的补充，应该认识到在生命活动中代谢活动是和环境直接接触并产生作用的，代谢活动是和环境高度相关的；而代谢活动，为了适应环境的复杂和多变，又是高度动态的。因此，仅仅把生命活动的分析建立在遗传信息和生物大分子的分析上是不全面的。发酵有着数千年的发展历程，积累了大量关于微生物生命活动和培养环境的实践经验，这些经验都是对微生物遗传信息表达和生命活动调控的总体表现。发酵学丰富的实践经验和发酵理论可以为代谢组学、转录组学的理论研究提供事实依据和开拓研究方向。在发酵学研究中引入计算生物学的方法：历史上许多学科诸如经济学、化学都经历了从定性分析到定量计算的过程，生物信息分析与计算是系统生物学的重要研究方法，发酵学可以借鉴这些成熟的研究方法，充分利用基因组学、蛋白质组学的研究成果，结合生化工程中代谢流量分析的大量实验成果，选取工业发酵中具有典型意义的微生物，建立包含代谢活动变化和遗传信息流动的完整的数学模型，可以更加精确的阐明微生物的代谢过程，更好的指导工业生产。

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【专稿】发酵学三假说的研究起点

biozhang 2009-7-17 18:13

【专稿】发酵学三假说的研究起点前文《春江水暖谁先知——学生最有发言权》已于7月12日发布了关于在科学网悟空书斋（张星元的博客）陆续推荐发表学生在发酵原理课程讨论会上的发言稿的消息，随后，以在发言稿标题前冠以【专稿】的方式按已公布的目录开始发稿。现在研究生的发言稿的发稿暂告一段落（6篇），开始发本科生的发言稿（23篇），为方便读者系统地选读，特对原已公布的目录次序按内容作了调整，今天开始按《关于调整学生发酵原理讨论会发言稿发稿次序的公告》陆续发稿。现在发布杨××同学的《发酵学三假说的研究起点》，请指正。杨××同学：发酵学三假说的研究起点我有幸听了由张教授主编并主讲的《发酵原理》这门课程，获益匪浅。《发酵原理》是一门交叉性、综合性很强的课程，它虽然是我们生物工程专业的基本理论课程，但如果前面的“地基”（如生物化学、微生物学、分子生物学等等甚至经济学、哲学）打得不深不好，那是很难掌握的。对工业发酵的研究就要从典型的工业发酵开始。典型的工业发酵要符合以下三个要求：1、生产菌种属于化能异养型微生物；2、目标产物属于初级代谢产物（或能量代谢副产物）；3、单一的目标产物在细胞内生成后分泌到细胞外。之所以从典型工业发酵开始研究，是因为化能异养型微生物的代谢与高等生物细胞的代谢有较多的相似之处，特别是从碳元素的代谢入手已有研究基础；从排出细胞的单一的初级代谢产物的生产入手，不但可以简化代谢网络的层次性，而且有利于建立从主要碳源到目标产物的计量关系。

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【专稿】三个基本假说是相互联系不可分割的整体

biozhang 2009-7-17 12:07

【专稿】三个基本假说是相互联系不可分割的整体前文《春江水暖谁先知——学生最有发言权》已于7月12日发布了关于在科学网悟空书斋（张星元的博客）陆续推荐发表学生在发酵原理课程讨论会上的发言稿的消息，随后，以在发言稿标题前冠以【专稿】的方式按已公布的目录开始发稿。现在研究生的发言稿的发稿暂告一段落（6篇），开始发本科生的发言稿（23篇），为方便读者系统地选读，特对原已公布的目录次序按内容作了调整，今天开始按《关于调整学生发酵原理讨论会发言稿发稿次序的公告》陆续发稿。现在发布顾×同学的《三个基本假说是相互联系不可分割的整体》，请指正。顾×同学：三个基本假说是相互联系不可分割的整体《发酵原理》对微生物的生命活动提出了三大假说，代谢能支撑假说，代谢网络假说，细胞经济假说，在此基础上，为工业发酵建立完整的认识体系。微生物生命活动的三个基本假说（发酵学三假说），是以前不曾有的。《发酵原理》帮助我们对以前所学到的相对零散的生物学和工程学知识进行梳理，并用经过梳理的知识来建立对发酵科学的理解，从而激发创造精神和实践、求知的欲望。 ①代谢能支撑假说科学地阐述了微生物生命活动存在的前提与基础微生物细胞是一个相对独立的系统。因此可以说，没有微生物自身的能量的转化，没有微生物细胞从外界有效摄取能量，微生物就不可能存活，更不可能繁衍与进化。微生物的生存与发展必须依靠代谢能的支撑，而代谢能之所以能够源源不断地用来支撑生命活动，正是因为微生物细胞本身具有能量转换机构。微生物细胞是完全暴露于环境之中的，其本身的生存与繁衍，就必须依靠环境。环境中的各类物质与各种能源为微生物生存提供了方便。而内因决定着客观事物的发展，微生物这种客观存在要依靠其自身有效而完美的新陈代谢来解决自身发展的能源问题。所以说不符合发酵学第一假说的微生物是会被环境淘汰掉的。而上述的这种代谢正是人们所要研究与掌握的，因为只有当人们了解了它，才能更好的发挥人的主观能动性。环境可以人为的改变，而微生物自身的代谢机制是不随人们的主观意愿改变的，我们必须了解微生物细胞代谢机制为其创造有利的环境条件，引导其的代谢向一定的方向进行，引导它们为人类服务。 ②代谢网络假说体现了微生物生命活动的内容与形式代谢网络是微生物细胞的自主调节的无尺度网络，它作为一个整体来承担微生物细胞的物质代谢和能量代谢。微生物经过千千万万年的进化发展，从起初只能进行几步简单的化学反应进化到如今复杂而有条理的代谢网络，确实付出了沉重的代价。这千万年来代谢网络的不断调整与更新，不断的适应新的环境，造就了今天的“刚柔相济”的代谢网络。微生物如果没有这种适应环境的代谢网络，就无法得以生存发展。微生物细胞代谢网络是一个整体，其中每一步都是不可独立存在的，并且每一步对于这个整体来讲都不是多余的。微生物细胞依靠这种代谢网络从环境中有效而高效率地摄取物质与能量，经济地支撑微生物的所有生命活动。 ③细胞经济假说揭示了微生物生命活动的生存法则这是微生物细胞科学地存在的一个法则，是“微生物节约型社会”的一个法则。微生物细胞裸露于环境之中，在长期自然选择过程中生存下来的微生物，便成为了如今天然的“经济型微生物”。微生物细胞是个远离平衡状态的不平衡的开放系统，这种必须从环境中汲取能量来维持自身的低熵状态的“机器”是在物竞天择的基础上形成的细胞经济系统。这种经济系统为微生物细胞的适应性，经济性和代谢的持续性提供了保障。比如说微生物细胞对酶的诱导便是体现了细胞生命活动的适应性与经济性。细胞可以根据环境提供的生长底物来诱导合成相应的酶，从而达到分解生长底物、吸收营养、新陈代谢、生长繁殖等一系列生命活动，从而加强了微生物细胞对环境的适应性。而这种依靠环境中生长底物才产生相应酶的机制避免了细胞生命活动中对核苷酸，氨基酸及代谢能的浪费。也就是说这种酶的诱导机制节约使用了营养物质与代谢能，能有效地引导营养物质与代谢能流向其所需的途径而不造成浪费。发酵学的三个基本假说是相互联系不可分割的整体，它们相互支持相互协调，共同支撑着微生物细胞的所有生命活动。细胞的生命活动需要代谢能的驱动，而代谢能的产生与消耗必须依靠代谢网络的来实现。代谢网络的运行又需要代谢能来提供能量。代谢物在代谢网络中经济而有条理地流动，任何不经济不合理的代谢将进一步在进化中淘汰掉。而这种进化既需要物质与能量代谢的驱动，又需要细胞经济性规律的指导来共同完成，从而造就更完美的代谢网络，实现更经济的物质代谢和能量代谢。

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【专稿】从三个不同的角度来分析同一个问题

biozhang 2009-7-17 12:00

【专稿】从三个不同的角度来分析同一个问题前文《春江水暖谁先知——学生最有发言权》已于7月12日发布了关于在科学网悟空书斋（张星元的博客）陆续推荐发表学生在发酵原理课程讨论会上的发言稿的消息，随后，以在发言稿标题前冠以【专稿】的方式按已公布的目录开始发稿。现在研究生的发言稿的发稿暂告一段落（6篇），开始发本科生的发言稿（23篇），为方便读者系统地选读，特对原已公布的目录次序按内容作了调整，今天开始按《关于调整学生发酵原理讨论会发言稿发稿次序的公告》陆续发稿。现在发布成×同学的《从三个不同的角度来分析同一个问题》，请指正。成×同学：从三个不同的角度来分析同一个问题微生物活细胞是一个远离平衡状态的不平衡的开放系统，是一种耗散结构。微生物细胞的生命活动必须由代谢能来支撑（持续地供应代谢能），工业发酵必须由活的微生物细胞来支撑，微生物细胞内大量的生物化学反应和细胞代谢过程也只能接受代谢能。但是，客观上微生物细胞直接面向环境而独立存在的处境，以及微生物细胞自主应对环境变化的生存方式，要求微生物细胞必须自备与其能源相对应的能量形式转换机构，并具备把能源提供的能量形式持续不断地转化成代谢能的能力，最终实现代谢能对微生物细胞生命活动的支撑。在代谢能支撑假说的阐述过程中，我们又学习并巩固了一些知识点。如微生物细胞内外的物质交换：化学物质的跨膜过程主要根据营养物质进入细胞是否需要细胞提供帮助分为输送和扩散，而又根据是否需要载体蛋白将扩散分为促进扩散和简单扩散。简单主动输送需细胞提供载体和代谢能，是一种细胞采取主动的输送；而基团转移是需提供载体、代谢能和酶的主动输送机制。化能异养型微生物的生物氧化过程及方式与其代谢中的能量形式的转换都是以前我们在生物化学及细胞生物学中接触过的知识点，而现在通过老师的再次讲解，从发酵学的观点理解这些知识点，感觉更加心领神会。微生物细胞是个远离平衡状态的、不平衡的开放体系。代谢网络是一个由代谢能直接支撑的整体，既是相对稳定的，又是可以自主调节的。代谢网络变化的根据在于细胞的遗传物质，变化的原因在于生存的条件。微生物细胞的遗传物质是代谢网络的生物信息源，微生物细胞的生理状况是代谢网络运行在细胞层面的表现。微生物细胞的物质代谢和能量代谢依靠代谢网络来实现。细胞生命活动过程中，化合物在代谢网络中流动，形成代谢流。代谢网络横跨细胞内外，没有绝对的起点，也没有绝对的终点。在工业发酵生产中，微生物细胞作为生产线上的细胞机器，其代谢流有起点和终点，起点应该是原料，终点应该是目的产物。代谢网络假说为工业发酵菌种选育及生产工艺的控制系统地提供了可供选择的、可操作的可能性，画出了工业发酵新产品新原料开发的生物学蓝图。细胞经济假说阐述了微生物细胞为了生存和竞争而进行自身调整的保障机制。微生物是自然界长期进化的产物，它之所以能生存至今，自然有它独特的优越性。在我们对微生物改造之前，它们自身已经形成了一套完整的细胞经济体系。细胞经济假说是建立在代谢能支撑假说和代谢网络假说基础上，又是为代谢能支撑假说和代谢网络假说服务的。细胞经济假说为代谢能的开支、代谢网络中各种代谢物库的大小及代谢流中碳架物质的流量大小和分支处的流量分配提供了解释依据。

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【专稿】对微生物生命活动的三个基本假说的理解

biozhang 2009-7-17 11:52

【专稿】对微生物生命活动的三个基本假说的理解前文《春江水暖谁先知——学生最有发言权》已于7月12日发布了关于在科学网悟空书斋（张星元的博客）陆续推荐发表学生在发酵原理课程讨论会上的发言稿的消息，随后，以在发言稿标题前冠以【专稿】的方式按已公布的目录开始发稿。现在研究生的发言稿的发稿暂告一段落（6篇），开始发本科生的发言稿（23篇），为方便读者系统地选读，特对原已公布的目录次序按内容作了调整，今天开始按《关于调整学生发酵原理讨论会发言稿发稿次序的公告》陆续发稿。现在发布任××同学的《对微生物生命活动的三个基本假说的理解》，请指正。任××同学：对微生物生命活动的三个基本假说的理解 1.能量的代谢及其调节贯穿三个基本假说能量的代谢及其调节作为生命活动一项基本特征，贯穿于三个基本假说之中，可以把它看作贯穿三个基本假说的一条主线。发酵学第一假说，即代谢能支撑假说指出代谢能是微生物细胞支撑其自身生命活动所必须的。细胞依靠其自备的能量转换机构，把化学能或光能持续地转化成代谢能。体内生物化学反应体系只能接受代谢能的推动，因此所有的生物体内都存在把其他形式的能量转化成代谢能的过程。代谢能最常见的供体有ATP（“能量货币”）和Δp（“能库”）等。微生物细胞直接面向环境，在微生物的世界中存在着激烈的竞争，只有那些能尽快适应自己生存环境的改变的种群才有可能获胜。依据代谢能支撑假说做出的简单解释就是，只有那些满足自身代谢能供应的群体才能继续生存。当外界环境改变时，那些代谢途径单一无法满足代谢能供应的微生物被淘汰，因此在不断的进化过程中，未被淘汰的微生物包容了多种的代谢途径。这些代谢途径交叉覆盖错综复杂，既包括分解代谢途径，又包括合成代谢途径，在不同的中间代谢物汇合或者形成分支，继而形成更为复杂的途径网络，最后由多种途径在代谢物分子水平上整合、在辅因子水平上协调，形成横跨微生物活细胞内外的代谢网络（代谢途径网络和信息网络）。代谢网络是细胞自主调节的无尺度网络，它作为一个整体来承担微生物细胞的能量代谢和物质代谢。以上这些即是代谢网络假说提出的基础。经典经济学告诉我们，任何经济实体都是追求效益和利益的最大化的。同样，把微生物生存环境看作其自身的资源，而把微生物细胞作为一个经济系统，在残酷的生存竞争中，它不可能也没有必要任意选择代谢网络中的途径，而是借助于各种内在的和外加的调节来选择最有效的途径。既要以最有效的方式获得代谢能，又要采取必要的方式调节细胞内代谢中间物的浓度。这里不得不提的就是代谢能的主要供体之一ATP，在细胞经济假说中我们称之为能量货币。按细胞经济管理原则推测细胞经济运行：微生物必然依托代谢能经济系数最大的途径来实现代谢能的供应。（注：细胞经济管理原则是指“整体协调，维持生计”；代谢经济系数被定义为细胞增长的速率与ATP的消耗速率之比。）综上所述，微生物细胞的能量代谢需要借助代谢网络实现，代谢网络运行需要代谢能支撑，能量代谢又受细胞经济管理原则制约的细胞自主选择的网络途径来实现。因此，我们可以知道能量的代谢和调节贯穿于三个基本假说之中。 2．三个基本假说在工业发酵中的应用前景三个基本假说的提出阐明了微生物生命活动的自然规律，为我们更好的利用微生物进行工业发酵提供了理论基础。依据细胞经济学假说，微生物必须在竞争中满足自己对代谢能的需求，否则不会积累特定的代谢（中间）产物。然而工业发酵要求微生物能够在发酵液中积累某些特定的产物，这就需要我们依据发酵学的三个基本假说筛选出特定的菌种，并设计出合适的发酵工艺条件，使其既符合我们的经济利益，又不违背细胞经济学假说。代谢网络是细胞自主调节的无尺度网络，它为我们提供了成功的可能性。单纯依据某一个假说是无法筛选到满意的菌种并设计出能满足生产要求的工艺条件的，只有综合考虑三个假说，才能更准确快捷的完成整个工作。在代谢能支撑可行为底线（可以生长者才可能为我们生产），确定发酵工业的目的产物以后，根据代谢网络和细胞经济假说制定菌种选育方案，选育生产菌种，设计培养基、温度、pH等培养条件。这样，在发酵工业设计时我们就能有路可循了。

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【专稿】工业微生物在人心目中的地位的变化

热度 1 biozhang 2009-7-17 11:44

【专稿】工业微生物在人心目中的地位的变化前文《春江水暖谁先知——学生最有发言权》已于7月12日发布了关于在科学网悟空书斋（张星元的博客）陆续推荐发表学生在发酵原理课程讨论会上的发言稿的消息，随后，以在发言稿标题前冠以【专稿】的方式按已公布的目录开始发稿。现在研究生的发言稿的发稿暂告一段落（6篇），开始发本科生的发言稿（23篇），为方便读者系统地选读，特对原已公布的目录次序按内容作了调整，今天开始按《关于调整学生发酵原理讨论会发言稿发稿次序的公告》陆续发稿。现在发布石×同学的《工业微生物在人心目中的地位的变化》，请指正。石×同学：工业微生物在人心目中的地位的变化通过张老师系统具体的讲授，我对微生物各方面知识的了解更加的深刻了。以前在潜意识里总认为微生物是人类生产所需品的工具，而现在我觉得微生物是人类的朋友，和我们是平等的。微生物的本性不会因人类的要求而改变，它为人类生产一些东西其实是为它自身生存创造条件。张老师通过对微生物生命活动的认真研究，提出了发酵原理中的三个假说：代谢能支撑假说、代谢网络假说和细胞经济假说。经上课的听讲及课后阅读发酵原理书，我对这三个假说持赞同观点。我十分的佩服张老师能提出如此精妙的理论。如老师所说：第一假说揭示了微生物生命活动的前提，第二假说体现微生物生命活动的内容，第三假说揭示微生物生命活动的法则。这三个假说从三个不同的角度来分析了微生物生命活动的问题。我认为这三个假说在发酵原理（发酵学）中的地位毫不亚于牛顿提出的三大定律在经典力学中的地位。它们是发酵原理（发酵学）的基石，一切皆由此出发！最后真心希望发酵原理能够普及并发扬光大——这是我们每个学发酵工程的学子心中所期盼的！

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【专稿】微生物是工业发酵的灵魂

biozhang 2009-7-17 11:38

【专稿】微生物是工业发酵的灵魂前文《春江水暖谁先知学生最有发言权》（http://159.226.26.14/m/user_content.aspx?id=243107）已于7月12日发布了关于在科学网悟空书斋（张星元的博客）陆续推荐发表学生在发酵原理课程讨论会上的发言稿的消息，随后，以在发言稿标题前冠以【专稿】的方式按已公布的目录开始发稿。现在研究生的发言稿的发稿暂告一段落（6篇），开始发本科生的发言稿（23篇），为方便读者系统地选读，特对原已公布的目录次序按内容作了调整，今天开始按《关于调整学生发酵原理讨论会发言稿发稿次序的公告》（http://159.226.26.14/m/user_content.aspx?id=243594）陆续发稿。现在发布于同学的《微生物是工业发酵的灵魂》，请指正。于同学：微生物是工业发酵的灵魂《发酵原理》这门课把专业基础课与专业课联系起来，在一个新的高度，把从前学到的相对零散的知识优化组合。贯穿全书的是一种科学思维。书中关于细胞机器概念、发酵学三个基本假说提出是对发酵工程的生物学本质的认识：微生物是工业发酵的灵魂。书中说到，一个好的假说必须是符合逻辑的，能对当今可以搜索到的所有有关信息做出解释的。代谢能支撑假说即是如此。涉及微生物细胞的生长和繁殖的每一个动作，包括细胞内的有机物降解的启动，生物合成的启动和持续，主动运输，pH自动动态平衡等都需要代谢能支持，维持细胞的生命也需要代谢能的支撑。而微生物细胞的物质代谢和能量代谢是依靠代谢网络来实现的。化合物在代谢网络中流动，形成代谢流。工业发酵中，原料代谢流在细胞机器中经过一系列途径转化成为目的产物。在这个基础上，发酵学的第二假说提出了，代谢途径和输送系统在代谢物分子水平上整合，在辅因子水平上协调，形成横跨微生物活细胞内外的代谢网络。这个代谢网络不是生化途径和跨膜输送过程简单连接，而是要将生物化学概念纳入细胞代谢的总体框架。书里研究的主要是有机物（碳元素）在酶和蛋白质层面上的代谢网络。研究发现，对于兼性厌氧微生物来说，不但需氧与缺氧时代谢网络有明显差异，而且在不同的培养条件下生存时，其代谢网络也是有差异的。例如：有氧生长的代谢是在以TCA环为骨架的中心板块的基础上构建，缺氧生长时，则是在以TCA在OAA处的分叉途径为骨架的中心板块的基础上构建的。其实，微生物生命活动可分为4个层次：DNA层次，蛋白质层次，物流层次，微生物细胞层次，它们之间需要逐级激活。代谢网络是无尺度的，微生物细胞机器的工作模式把细胞机器运行阶段的载流路径描写成由向心途径，中心途径和离心途径三者依次首尾衔接而贯通的一条通道。作为代谢网络假说，基于工业发酵是可以操作的，它可以预测开拓新产品和新原料的可行性。结构决定功能。水平上实现的，其台阶的方向是尽可能高效利用营养，实现最大生长。真核生物细胞内原核生物没有核，因此DNA接受来自细胞质的调节信号，从而蛋白质合成的开关控制是在转录被膜分隔成不同空间，为合成代谢和分解代谢分开进行和分开调节提供可能性。大肠杆菌乳糖操纵子是控制乳糖降解途径的酶系的操纵子。转录开始的负控制和正控制分别能够促进转录决定合成的酶的水平和阻止转录防止葡萄糖与乳糖并存时的浪费。另外，微生物代谢途径中的抑制和激活的调节模式，途径的诱导和阻遏的调节模式，这些微生物自身非常聪明的自动调节，令它们更好地适应生存。这是不以人的主观意志为转移的，正如第三假说细胞经济假说所言，微生物细胞是在物竞天择中形成的经济体系，是微生物细胞生存的保障体系，为细胞的适应性，经济性和代谢持续性提供保障。这样看来，微生物细胞与独立经营自负盈亏的企业有相同的特点，非常生动。3个假说分别从能量，物质和信息等3个角度支撑发酵工业细胞机器正常运转。3个假说也逐渐深入地揭示了微生物在发酵工业中好好工作的道理。既然微生物活细胞是发酵生产线上不可或缺的微生物生物机器，是储存了生物信息的自主的细胞机器，我们就要增加和微生物细胞的对话，发挥主观能动性，遵循并利用固有的运行规律（自然规律），处理好发酵中人与微生物的对立统一关系，促成合作，获得效益。

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【专稿】读这门课的过程中所想到的

biozhang 2009-7-13 15:50

【专稿】读这门课的过程中所想到的前文《春江水暖谁先知——学生最有发言权》已于7月12日发布了将在科学网悟空书斋（张星元的博客）陆续推荐发表学生在发酵原理课程讨论会上的发言稿的消息。我准备在发言稿标题前冠以【专稿】的方式按已公布的目录陆续发稿，先发研究生的，后发本科生的。前面已经推荐发表了4篇意见一致的文章，现在发布一篇包含批评意见的文章。这次发布的是研究生孙×的《读这门课的过程中所想到的》，请指正。研究生孙×：读这门课的过程中所想到的张老师在《生物工程专家点题》（http://159.226.26.14/m/user_content.aspx?id=20680）一文的起题这样说：“传说中的南海观世音菩萨是人们理想中的大慈大悲救苦救难神秘力量的化身。我们仰慕这种神力，但我们不相信上帝。要创造人类的幸福，全靠我们自己。” 我喜欢这句话的后三分之一，说的很好，“要创造人类的幸福，全靠我们自己”。但我不喜欢中间的三分之一：“我们仰慕这种神力，但我们不相信上帝”。因为这里面的“我们”没有包括我，我仰慕这种神力，但我也相信上帝。上帝是什么？记得在‰偶然的一份基督宣传页上这样写道：“上帝不是一个人，不是一个神，也不是一群神的集合；上帝是道，是存在于自然界中无所不在的规律。”就是这句话让我相信有上帝的存在，自然界中上帝无处不存在，也就是自然规律无处不在，只有坚信规律无处不在的人才能有坚定的科学信念，才能找出隐藏在事物背后的规律；马克思主义思想的精髓是事实求是，马克思主义的科学研究观要求我们在科学研究中要事实求是。就目前的科学而言一是自然规律的应用，一是自然规律的发现，从对自然规律的信仰这个意义上说对上帝的信仰和对马克思主义的信仰是一致的，在这里我并不是想讨论到底是有神的存在还是没有神的存在，我只是想告诉所有的科学工作者，在科学研究、交流和讨论的过程中千万不要让个人宗教信仰阻碍了我们前进的道路。上面的一段话与发酵原理课程似乎并没有什么关系，但它的的确确是我在读这门课的过程所想到的；写在上面，希望张老师能够原谅。似发酵原理的课我以前也学过一些的，但张老师的课给我的是另外的一种感觉，启发我思考了许多以前所没有思考过的问题。以下是我的一些感想，都是一些片段，写下来虽然不能成为一篇系统的论文，但我觉的还是有必要和张老师交流一下的。一，在张老师发酵原理这本书中出现了太多明显的个人信仰的观点人类对微生物发酵的应用虽然已有几千年的历史，但现代发酵工程的发展如果从生产青霉素算起也就不到百年的历史，如果从真正的大规模生产甘油算起那就更短了。现在发酵生产的研究已走到了它的成熟阶段，但它与其它学科相比有许多不同之处，其它学科在发展之初就有了自己的原理，而发酵工程，一直发展还没有自己的原理，它所依靠的是微生物，生物化学，化工原理等学科的基础理论；在发酵生产研究走到自己的壮年的今天迫切需要自己的原理也成长起来，就在这个时候，张老师的发酵原理出现了，这是世界学术界的首创。要让这一原理走出去，我们不仅要摒弃宗教信仰的屏障，还要摒弃社会形态的屏障，这仅仅是一个学术问题，我们没有必要让它夭折在意识形态的屏障中。我想张老师书中出现过多的明显的马克思主义个人信仰的观点势必会影响其出现在有不同宗教信仰的科学工作者的书架。二，代谢能支撑假说是否改为代谢能支撑理论更合适自然界是一个完美的统一体，任何个体（有生命和无生命）都不能脱离其周围的环境面独立存在，这是自然界的公理。生命系统是一个开放的系统，永远不会达到平衡，它们通过将高焓低熵的基质转化成低焓高熵的代谢产物，不断地获得自由能。这早已被生命科学研究所证实，而且也符合自然界的运转规律。三，代谢网络假说是否改为代谢网络理论更合适代谢途径和输送系统在代谢物分子水平上整合，在辅因子水平上协调，形成横跨生物活细胞内外的代谢网络。代谢网络是细胞自主调节的无尺度网络，它作为一个整体来承担生物细胞的物质代谢和能量代谢。这一思想是在生物化学研究中首先发现ED途径后的许多代谢途径相继被发现的过程中逐渐形成的，生命细胞中的物质分子及它们之间的相互关联已被近代生物化学研究所证实，因此我们没有必要再称它为假说，而且在微生物学，生物化学中也都没有代谢网络假说这种说法，所以在以细胞整体为研究对象的发酵原理中我觉的还是把它称为代谢网络理论更合适。况且，称为假说似有对前辈功劳不敬之嫌，又有吞没前辈功劳之嫌，这对建立公平公正的学术风气是很不利的。四，关于经典热力学记得张老师在发酵原理课上讲热力学理论在生物体系中存在限制，我要课下查看了热力学相关书籍；我认为经典热力学与生物体系并不矛盾，经典热力学也能应用于生物体系的研究。当然，就像牛顿的经典力学存在限制一样，这样的限制经典热力学也同样存在；经典热力学理论是建立在孤立体系基础之上的，它的研究对像是一个封闭的体系，而且在理论建立之初的气体模型是假设体系内部各要素之间是没有相互作用的，这是一种理想模型，在得出结论之后，科学家把对它的应用扩大到了要素之间存在相互作用的体系之中，并且发现它也是适用的，就像它能应用于生物体系并也得一定的结论。但是经典热力学并不能解决生物体系的所有问题，这还取决于另外一个因素，即生物体系是一个耗散体系。经典热力学应用于生物体系能得出一定的有用信息说明经典热力学与生物体系并不矛盾。因此我们并不能说是经典热力学存在缺陷。张老师的发酵原理课给了我许多思想启发，感谢张老师在繁忙的学术研究中为我们带来精彩的课堂。

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【专稿】解读微生物生命活动的三个基本假说

biozhang 2009-7-13 07:15

【专稿】解读微生物生命活动的三个基本假说前文《春江水暖谁先知——学生最有发言权》已于7月12日发布了将在科学网悟空书斋（张星元的博客）陆续推荐发表学生在发酵原理课程讨论会上的发言稿的消息。我准备在发言稿标题前冠以【专稿】的方式按已公布的目录陆续发稿，先发研究生的，后发本科生的。今天发布的是研究生邵×的《解读微生物生命活动的三个基本假说》，请指正。研究生邵×：解读微生物生命活动的三个基本假说学了发酵原理这门课，学到了许多新的理论，也从新的高度审视了部分以前的知识，也修正了以前的错误观点，受益匪浅。工业发酵过程靠如下三种流动来维系：即伴随能量形式的转换而发生的电子流动、伴随异化和同化作用而发生的物质流动，以及伴随不同水平上的代谢调节而发生的信息流动。在以上认识的基础上，我们以化能异养型微生物为研究起点，提出了微生物细胞生命活动的三个基本假说。微生物生命活动的三个基本假说（发酵学的三个基本假说）：①代谢能支撑假说：微生物细胞生命活动的驱动原理（微生物能学），②代谢网络假说：代谢网络与代谢物流图（微生物第二解剖学），③细胞经济假说：细胞经济运行与生存保障原理（细胞经济学）。代谢能支撑假说挑明了微生物生命活动的前提，即微生物细胞代谢能的持续供应问题；代谢网络假说梳理了微生物生命活动的内容，具体化了微生物细胞的能量、物质的转化关系；细胞经济假说揭示微生物生命活动的经济管理原则，这些原则是人和微生物合作成功的基础。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——细胞机器。细胞机器与普通意义上的机器不同，细胞机器必须由代谢能直接驱动。在发酵工厂的生产线上，微生物细胞机器必须完成“在线制造”和“生产运行”的双重任务。所以在生产中要兼顾细胞机器即微生物活细胞的生长、繁殖和生产。其中，自主代谢和代谢能支撑是活细胞最基本的性能。没有生命就没有代谢能，没有代谢能的支撑就没有生命。生存和生长均需要代谢能的支撑。这就引出了发酵学第一假说。代谢能支撑假说：能直接推动生命活动（做细胞功）的能量形式叫做代谢能。微生物细胞依靠其自备的能量转换机构，把化学能或光能持续地转化成代谢能，并直接用来支撑其自身的生命活动。代谢能是对应于生命运动的能量形式，是生物体直接用来建设自身或维持生命活动的能量形式。代谢能以高能磷酸键或电场的方式储存在代谢能的载体中，腺苷酸和可以被能量化的生物膜是最常见的代谢能载体，ATP（能量货币）和Δp（质子运动势，能库）是代谢能最常见的供体。为什么自主生活和独立生存的微生物细胞的生命活动必须由代谢能支撑？因为从微生物细胞过程的热力学角度分析，微生物细胞是一个耗散结构，这种结构只能在远离热力学平衡状态的开放系统生成，并且需要不断输入能量来维持。 1969年比利时普利高津（Prigogine）提出耗散结构理论，所谓耗散结构（dissipativestructure）是指一个远离平衡状态的开放体系，它可以是力学的、物理的、化学的、生物的系统，也可以是社会的经济系统。耗散结构与外界不断地进行物质和能量交换，当外界条件的变化达到一定的阈值时，可以从原有的无序或低序的混乱状态，转变为一种在时间、空间上或功能上的有序状态。对于微生物细胞而言，微生物活细胞总是不断地从环境取得营养（化学能源），在细胞内进行生物转化（补充“秩序”），同时把细胞内部不可逆过程产生的“混乱”的一部分以废物和热量的形式排放到环境中去（排除“混乱”）。而微生物细胞从环境中吸取营养，经过自身代谢，排出代谢废物的过程也都离不开能量，以维持细胞的低熵（高度有序）状态。而其环境由于接受了来自微生物细胞这个系统的“混乱”，其混乱程度增加了，如果把我们研究的系统与它所处的环境加在一起，看作一个隔离系统，这个重新划定的隔离系统服从经典热力学的熵增定律。在这个重新划定的隔离系统中，系统有序程度的增加，必须由它的环境混乱程度的更多的增加来弥补。第一假说阐述了代谢能支撑生命活动，那么微生物细胞内的物质代谢和能量代谢是怎样实现的？这就引出了发酵学第二假说。代谢网络假说：代谢途径和输送系统在代谢物分子水平上整合、在辅因子水平上协调，形成横跨微生物活细胞内外的代谢网络。代谢网络是细胞自主调节的无尺度网络，它作为一个整体来承担微生物细胞的物质代谢和能量代谢。代谢网络横跨细胞内外，没有绝对的起点，也没有绝对的终点。代谢网络是分解代谢途径、合成代谢途径和化合物跨膜输送系统的有序组合。代谢途径和输送系统在代谢物分子水平上整合、在辅因子水平上协调。具体来讲：在活细胞的中，酶参与生化途径的组成；参与代谢的化合物（这是指在蛋白质层次上，代谢途径中的各种代谢物分子，也就是代谢网络的各个节点），往往既是一个或多个酶的底物，又是一个或多个酶的产物。不同的生化途径靠了这样的代谢物而互相联系起来，这是在代谢物分子水平上整合。不同途径之间的另一水平上的协调是通过辅因子来实现的，如“能量货币”ATP、还原力NADH和NADPH等，它们对许多反应来说必不可少。这些辅因子在供能反应和生物合成反应中的耦合作用；它们连续不断的生成和使用，又在单个反应之间建立关系。对于NAD+、NADP+来说，也就是辅酶的再生，它们再生的过程也就在反应之间建立了关系，如：在EMP途径中的GA-3-P脱氢，将氢传递给NAD+，生成NADH+H+，NADH+H+又可将氢传递给乙醛生成乙醇，这样，辅因子在这两个单个反应之间建立了联系。代谢网络是无尺度网络。很多复杂系统的网络拥有共同的重要特性：大部分节点只有少数几个连结，而某些节点却拥有与其他节点的大量连结，这些具有大量连结的节点称为“集散节点”，它们所拥有的连结可能高达数百、数千甚至数百万。由此看来，这一特性似乎能说明网络是无尺度的。无尺度网络具有某些重要特性。例如它们都可以承受意外的故障，但面对协同式攻击却很脆弱。对蛋白质层次的代谢网络来说，一个代谢物分子就是一个节点，而节点之间的连结则是生化反应。大部分的分子只参加一种或两种反应，但少数分子参与许多反应，它们实际上是代谢流的集散中心（如，中心代谢途径的12种前体代谢物）或通用代谢物（如，能量货币ATP和还原力NADH和NADPH）。为了分析问题的方便，将化能异养型微生物的初级代谢的代谢网络，认为地分成“向心板块”、“中心板块”和“离心板块”等三大板块来研究。向心板块和中心板块两个板块对应于供能反应，离心板块对应于生物合成反应。细胞生命活动过程中，有机化合物（碳架物质）在代谢网络中流动，形成代谢流。在工业发酵生产中，微生物细胞的主要代谢流有起点和终点，其起点应该是原料，其终点应该是目的产物。那么微生物细胞是否就可以按照人的意志无限制地为我们生产产品了呢？答案是否定的。这就引出了发酵学第三假说。发酵学第三假说：微生物细胞是远离平衡状态的不平衡的开放体系，是在物竞天择的基础上形成的细胞经济体系。细胞经济体系是微生物细胞生存的保障体系，它为细胞的适应性、经济性和代谢的持续性提供保障。在正常情况下，微生物细胞不会消耗能量或营养去合成那些可以从环境中得到的化合物，也不过量合成中间代谢物们。微生物细胞自主的代谢协调能保证：在任何特定时刻、特定的细胞空间，只合成必要的酶系和刚够用的酶量。这由许多调节机制来控制，这些机制可以归结为在反馈信息触发下发生的抑制、激活、阻遏、诱导等基本调节机制。所以，人只有与微生物友好合作，在微生物可以承受的基础上，利用改造它们，促使它们为人类服务。工业发酵就是要从中找到微生物的生存与人类意志之间的平衡和兼容。

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中国微生物学会第十二届微生物学教学和科研及成果产业化研讨会明日召开

liudongyang 2009-7-12 21:48

明日，中国微生物学会第十二届微生物学教学和科研及成果产业化研讨会在华中农业大学国际交流中心召开。今日，代表已经报到。 1.会议主题：由中国微生物学会农业微生物学专业委员会、基础微生物学专业委员会、普及与教育工作委员会主办，华中农业大学农业微生物学国家重点实验室和湖北省暨武汉市微生物学会承办的第十二届微生物学教学和科研及成果产业化研讨会，定于 2009年7月12-15日在湖北省武汉市华中农业大学举行。会议热忱欢迎全国从事微生物学研究、开发和管理的专家和学者到华中农业大学做客，会议将为与会代表提供一次进行学术交流和展示各自研究成果的极好机会，突出重点学科、科研基地、精品课程和精品教材的交流和研讨。（1）微生物学教学研究和改革以及和研究生培养。（2）微生物学学科建设以及微生物学科研基地建设经验交流。国家和省部级重点学科负责人以及微生物学相关的国家和省部级重点实验室负责人等介绍和交流建设的经验、进展和展望。（3）微生物学课程建设和教材建设。微生物学国家和省部级精品课程和精品教材负责人等介绍建设经验。（4）微生物学科学研究进展。涉及基础、工、农、医、兽医微生物学，以及微生物基因组和功能组等多方面研究进展。（5）微生物技术成果产业化。 2. 部分报告人名单：邓子新 (上海交通大学，院士) 陈焕春（华中农业大学，院士）王玉炯（宁夏大学，微生物学国家教学名师）国家精品课程负责人(武汉大学陈向东、华中农业大学赵斌、南开大学李明春、浙江工业大学裘娟萍) 国家重点学科负责人(山东大学曲音波、武汉大学吴建国、南开大学王磊、中国农业大学李颖、云南大学张克勤、广西大学陈保善、华中农业大学孙明) 国家精品教材负责人(北京师范大学辛明秀) 国家微生物学教学团队负责人和骨干（陈向东等，武汉大学）

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春江水暖谁先知——学生最有发言权（附发言稿网址）

biozhang 2009-7-12 08:07

张星元：春江水暖谁先知——学生最有发言权　　教学是一种过程，是学生认识客观世界和主观世界的一种特殊形式。在这个过程中，学生在教师指导下，通过自己积极主动的学习活动和实践，从不知到知不能到能，逐步形成认识和改造客观世界和主观世界的能力的过程。　　教学和教育改革的成功与否，最终取决于教师主导和学生主体的统一。教师主导的根本目的就在于强化学生主体，培养学生，让学生独立地学，主动地学，创造地学，最终达到“无师自通”的境界。教师在教育改革中挑大梁，起主导作用；学生是教育改革的基础，是教育改革的主体。师生共同努力迎来教育改革的春天。春江水暖谁先知？　　一个声音在说：春天来了，春天在哪里？春芽从地里钻出来了，树木也穿上了新衣裳。春天在哪里？春天已经来到了我们的教室里，来到了我们的课程里，来到了我们的眼睛里！　　是谁在说？是我们的学生在说，是大学生、研究生在说。　　改革的主体说话了！　　给他们说话的机会，千万不要小看这些学生，天天向上的他们最纯真。　　“春江水暖谁先知——学生最有发言权”，在这个信念的支持下，我始终鼓励学生对我的教学发表意见，坚持开好课程讨论会。讨论会上同学发言（鼓励发表与老师相左的意见），老师点评（发掘“思想的火花”），师生对话。　　为适应发酵学科向生物工程靠拢的大好发展趋势，我与学生们在上个世纪末创建了微生物生物学原理课程（简称发酵原理），分别对生物工程专业的本科生和发酵学科研究生在不同水平上开课；试图从传统发酵工程课程体系打开一个教学改革的口子，逐步实现发酵工程课程体系的全面升级。改革的步履是十分艰辛的，每一步都凝结着我们师生的血汗；改革的进程有据可查，步步推进。从手稿（复印件）到讲义（打印本）到国家级十五规划教材（出版物），更值得一提的是我的电脑里仍然保留着的每一轮学生的发酵原理讨论会的原始资料（从1998级开始每一届同学参加讨论会的PPT和WORD文稿）。　　《发酵原理》这本书（国家级十五规划教材）2005年有科学出版社出版，《发酵原理》第二版（国家级十一五规划教材）正在撰写中。为了让读者对我们的改革和对这本书、这门课程有所了解，最近我重温了2002级的本科生和2003级的研究生课堂参加讨论会的PPT和WORD文稿，摘编了其中一些同学的发言。以下文稿将陆续在科学网悟空书斋（张星元的博客）推荐发表，供生物学界、生物工程学界有兴趣的学子选阅。欢迎切磋。摘编的文稿目录，点击以下小标题即可阅读。研究生评发酵原理 ⑴全面肯定的: 研究生朱××：好风凭借力，送我上青云研究生李××：从系统论角度重新构建发酵工程学问研究生邵×：解读微生物生命活动的三个基本假说研究生孟××：解读微生物自身的“经济管理原则” ⑵包含商榷意见的: 研究生孙×：读这门课的过程中所想到的研究生赵××：关于“生物机器”和“生物工厂”的讨论大学生评发酵原理 2003基地班赵××同学：对发酵理论创新的认识任××同学：对微生物生命活动的三个基本假说的理解许××同学：对发酵原理理论框架的思考顾×同学：三个基本假说是相互联系不可分割的整体 2003级徐××同学：从原来的“不识”到如今的“不释” 于×同学：微生物是工业发酵的灵魂张×同学：细胞经济管理原则不能动摇侯×同学：发酵学关于动态研究的观点金×同学：发酵学科是一门与生命打交道的学科卢×同学：细胞是一个经济体孙××同学：细胞机器和代谢工程成×同学：从三个不同的角度来分析同一个问题刘××同学：微生物的经济性及信息流的问题邱××同学：这本书的独特风格王×同学：工业微生物的代谢通道石×同学：工业微生物在人心目中的地位的变化孙×同学：发酵原理这本书的内容杨××同学：发酵学三假说的研究起点 2002级杨×同学：发酵学科和发酵原理课程杨×同学（另一位）：从来没有听过、见过、想过的理论冯×同学：细胞机器的工作模式李××同学：发酵原理这本书的领航作用周×同学：知识结构的提升

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给报考我研究生的考生们的一些提示 (续)

钟建江 2009-4-27 21:10

今天是2009年4月27日，周一，最近一段时间研究生面试告一段落，结合多年观察到的一些事情，想写几点，以供希望进入我实验室的同学参考： 1）各校研究生招收办法略有差别，这个务请考生注意。比如，在华理，硕士生面试一结束（当天或第二天），就要求确定导师，所以，针对报考我的同学，其实需要在面试当天和第二天这两天，紧密跟我联系或当面沟通，以便取得主动权，因为名额有限且时间相当紧（就这么二三十小时内要决定了的）；而同样硕士生招生，在上海交大，则是不先确定导师，等正式开学同学们入学进来了，还可跟我联系，最后在入学初正式确定导师，所以，以往跟我联系过或者没有联系过的同学，可以在适当时间（当然也建议尽早为佳）与我实验室取得联系，尽早来实验室走走看看、跟在读研究生们聊聊，最终确定你自己的意向。 2）各校招生专业和导师网上介绍等信息需要认真查阅。比如，在华理，我仅在生物化工招收硕士生（在生物工程学院网页导师栏中可以看到名单所列），而博士生则在生物化工和发酵工程均招，所以，有报考硕士的同学跟我联系，但已经报考了发酵工程或其他专业的，则最终没能进入我的视线（因为个专业均要求先满足各自导师的招生再往外划）；而在交大，我在生物工程（生物化工）或微生物学招收研究生，我们是两专业一起招、平行分组面试后录取的。 3）对于博士生报考或者硕博连读或直博之类，则预先申报导师。这次我在交大有多位同学报考，有几位成绩不错也不相上下，虽然我名额有限没办法录取，最终我推荐给其他几位导师，大家最终相互也获得较为满意的结果；这个也需要考试当天注意跟我们导师积极沟通。在去年记得有位外地同学来这里面试，后来一时联系不上，因其手机是外地的、到了上海没能开通，这个急得我们不得了，我发邮件也一时联系不上对方，呵呵，这种情况要尽量避免以便争取到机会。 4）如上一篇博论我做谈到，研究生初始考试成绩不是最重要的，虽然这么说，但是对于硕士生涉及综合排名和奖学金，所以，同学们要努力考个优秀，认真对待，象临考的身体状况、睡眠休息等必须注意好。当然最终我是以面试来考虑录取，尤其对博士生更是如此。但是我已经有过两三个博士生考生，研究做得很不错，但是不重视基础知识和临考复习，最终连最低分数线也没能达到，可惜无法一起工作，虽然相互欣赏，但也只能感到十分的可惜了... 5）平时要注重实验，对于报考博士的同学，那更是要首先做好本职科研，做出成绩的比较容易获得面试老师们的认可。一个有培养前途的、对科学研究充满好奇和灵感的人，是非常受欢迎的，因为研究生毕竟是要培养一种更高要求的实际工作能力，特别是科研创新能力，而光考试好、死读书是不能说明问题的。 6）在通过面试、尚未进入实验室前，建议多补充专业知识和其他各方面欠缺的知识，培养宽广的知识面，也建议可多阅览高质量的专业期刊，比如：Biotechnology Bioengineering, Applied Environmental Microbiology等。有条件的话，还建议捷足先登，跟实验室联系，在假期先来做做实验，早开题比晚开题总归要好... 好，感谢你阅读本文，有机会（可多跟我们实验室研究生）多交流，最后，祝你不断进步！

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“小兄弟”们忙碌啥子？

biozhang 2009-4-22 09:39

张星元：小兄弟们忙碌啥子？走进现代发酵工厂，最引人注意的是，在排列整齐纵横交叉的彩色管道的映衬下，一排排的银灰色的庞然大物，它们的名字叫发酵罐。在庄重而祥和的发酵罐里亿万微生物小兄弟正在为人类，也为自己的欢快地忙碌着。面对此情此景人们不禁要问，工业发酵生产线上关键的生产机器是发酵罐，还是微生物？以上是拙作《发酵原理》一书的开场白。且看学生们是怎样评论的：这是《发酵原理》教材上第一章第一节的最开始一段话。也是留给我印象最深的一段话。当老师您在课堂上说出这段话，我觉得惊奇万分。突然间觉得，那个应该是枯燥的发酵原理课程突然变成了充满文学色彩的文学性课程。所以这一点吸引了我的注意，我越来越发现老师讲课中总是充满文学色彩。太久没有经过文学熏陶的工科专业的我们突然觉得有点奇怪。所以经过了这一个学期对发酵原理课程的学习，留给我最深印象的不是课程的内容，而是一种我从来没有听过、见过、想过的理论微生物和我们是平等的，它们不是我们的奴隶，没有义务为我们工作。没错，很少有人想过人类与微生物的关系，人们只是知道利用微生物一味索取，从不觉得我们与它们其实是平等关系！尽管微生物也会需要我们所提供的一些原料作为营养物质，但是它们毕竟是有生命的个体，我们不能忽视它们，应该正视它们的存在。所以我觉得我们与微生物的关系是平等的，并且是互惠互利的！在课本第一章第一节有一句话，相信大家印象都特别深：在庄重而祥和的发酵罐中，亿万微生物小兄弟们正在为人类也为自己的生存欢快的忙碌着，这让我们看到了一种全新的理念，作为发酵工业灵魂的微生物，不是人类的奴隶，而是与人类具有同等地位和生存价值的生命。我们应当以全新的态度来对待微生物，努力营造一个和谐的发酵社会。通过张教授在课上诙谐生动的讲解，我觉得我在学习的不仅仅是发酵原理，而且还是在学做人的道理！尤其是张教授的那股爱国主义的思想和强烈的民族精神尤使我们感到精神振奋，我想，这个感觉大概是我在大学里遇到老师中仅有的吧。

个人分类: 发酵工程|4526 次阅读|2 个评论

试说地球人的小兄弟——微生物

biozhang 2009-4-21 17:18

张星元：试说“地球人的小兄弟”——微生物我对微生物的认识，说来话长。老一辈把微生物叫做“微生虫”，意思就是肉眼看不见的害人精。幼儿园老师教导我们要讲究卫生，饭前便后洗手，掉在地上的食物不能放进嘴里；防的就是沾在手上、食物上的看不见的微生物钻进人体害人。小学、中学也读了一些科普书，主要是关于上天、入地的（我幼时的梦想），直到高中毕业还是这样看待微生物。大学里学了微生物学（工业微生物学），才开始了修正对微生物的认识，原来有些微生物是能为人类制造工业产品的。大学毕业后的十年间总是认为微生物既是人类的敌人又是人类的工具，希望自己能在使微生物成为我们在工业生产上的驯服工具的事业中为人类做出贡献。在祖国“科学的春天（1978年）”里，我考上了研究生，主攻微生物生理学；毕业留校后主讲微生物生理课（一度执教微生物学）。在教学和科研的兴趣的驱动下，我阅读了大量的有关微生物的书籍和有关的科技读物，包括工业的、农业的、医疗卫生的、环境的、寄生或伴生的微生物……；做了大量的微生物领域的研究，努力攀登微生物科学高峰，渐渐进入“一览众山小”的境界。站在微生物科学高峰的平台上，我看到多种多样的微生物与人类发生各种各样的关系。站在人类的立场上看，许多种微生物对人类是有益的，人们可以利用它们；有一些微生物对人类是有害的，人们应该提防它们；而多数微生物还没有来得及研究清楚，众说纷纭。上个世纪九十年代，我深入研究微生物生命活动的规律的时候发现，站在人的立场上看待微生物太狭隘了，世界并不只属于人类，人和微生物同样是地球上的居民，原则上处于平等的地位。地球上各种生物（包括人类）之间的关系是错综复杂的，互相制约的，人类要在地球上生存发展下去就必须应顺自然规律施展自己（人类）的抱负，而绝不是以自己（人类）为中心画圈。微生物是与人类是同时处于地球上的有生命的存在物，在处理人类与微生物的关系时，人们应该尊重微生物，承认其自主性。微生物没有为人类服务的义务，人们也不能把自己的意志强加给微生物。微生物是我们地球人的小兄弟，它们的存在，有的明显地对人类有益，有的明显地对人类有害；有的间接地对人类有益，有的间接地对人类有害；有的有对人类有益的一面，也有对人类有害的一面；有的表面看起来是有益于人类实际上处理不当却是有害的，有的表面看起来对人类有害实际上处理得当却是有益的……。如何与微生物相处，关键在于人类的智慧和包容。科学技术的发展将更好的协调人与微生物之间的关系，任何事情都不该走极端。培菌、消毒、灭菌、抑制、激活、休眠、诱变、克隆、驯化、改良、研究等都只是最终实现人类和微生物双赢的手段。人贵有自知之明，所以人类比其它生物高明。正因为高明，所以必须自持，否则“聪明反被聪明误”。

个人分类: 生命系统|4829 次阅读|1 个评论

近十年微生物学领域论文发表前20名国家排名

wanyuehua 2009-4-9 06:30

中国论文总被引次数排名第 16 位、论文数排名第 11 位、篇均被引次数未进前 20 名汤姆森路透（ Thomson Reuters ）科技信息集团 3 月 1 日更新了基本科学指标数据库（ Essential Science Indicators ，简称 ESI ），根据各个国家和地区于 1998 年 1 月 1 日至 2008 年 12 月 31 日在 Web of Science 数据库的 SCI 、 SSCI 收录微生物学领域期刊上发表的论文，统计分析出前 20 名国家和地区排名（共有 88 个国家和地区参与排名）。每个参与排名的国家和地区在这期间发表的微生物学论文数超过 2.2 千篇，排名参照指标为总被引次数、文章数和篇均被引次数。其中，中国微生物学论文的总被引次数 35,840 次排名在第 16 位、论文数 4,933 篇排名在第 11 位、篇均被引次数 7.27 未进前 20 名（第 72 位），中国台湾地区论文的总被引次数 15,875 次排名在第 27 位、论文数 1,564 篇排名在第 22 位、篇均被引次数 10.15 未进前 20 名（第 52 位）。见表 1 微生物学领域论文按总被引次数排名，表 2 微生物学领域论文按论文总数排名，表 3 微生物学领域论文按篇均被引次数排名。表 1 1998-2008 微生物学领域论文按总被引次数排名 Country/Territory Papers Citations Citations Per Paper 1 USA 55,207 1,162,163 21.05 2 GERMANY 15,531 277,277 17.85 3 ENGLAND 12,536 251,260 20.04 4 FRANCE 12,065 213,714 17.71 5 JAPAN 14,214 164,320 11.56 6 CANADA 6,541 106,812 16.33 7 NETHERLANDS 4,977 98,914 19.87 8 SPAIN 7,363 89,606 12.17 9 AUSTRALIA 4,902 79,866 16.29 10 SWITZERLAND 3,270 67,385 20.61 11 ITALY 5,430 62,196 11.45 12 SCOTLAND 3,266 58,983 18.06 13 BELGIUM 3,088 55,380 17.93 14 SWEDEN 3,164 53,645 16.95 15 DENMARK 2,290 46,389 20.26 16 PEOPLES R CHINA 4,933 35,840 7.27 17 SOUTH KOREA 5,474 33,623 6.14 18 BRAZIL 4,338 31,122 7.17 19 AUSTRIA 1,524 25,647 16.83 20 FINLAND 1,530 24,125 15.77 表 2 1998-2008 微生物学领域论文按论文总数排名 Country/Territory Papers Citations Citations Per Paper 1 USA 55,207 1,162,163 21.05 2 GERMANY 15,531 277,277 17.85 3 JAPAN 14,214 164,320 11.56 4 ENGLAND 12,536 251,260 20.04 5 FRANCE 12,065 213,714 17.71 6 SPAIN 7,363 89,606 12.17 7 CANADA 6,541 106,812 16.33 8 SOUTH KOREA 5,474 33,623 6.14 9 ITALY 5,430 62,196 11.45 10 NETHERLANDS 4,977 98,914 19.87 11 PEOPLES R CHINA 4,933 35,840 7.27 12 AUSTRALIA 4,902 79,866 16.29 13 BRAZIL 4,338 31,122 7.17 14 INDIA 3,650 23,524 6.44 15 RUSSIA 3,631 21,407 5.90 16 SWITZERLAND 3,270 67,385 20.61 17 SCOTLAND 3,266 58,983 18.06 18 SWEDEN 3,164 53,645 16.95 19 BELGIUM 3,088 55,380 17.93 20 DENMARK 2,290 46,389 20.26 表 3 1998-2008 微生物学领域论文按篇均被引次数排名 Country/Territory Papers Citations Citations Per Paper 1 BERMUDA 6 898 149.67 2 BARBADOS 15 491 32.73 3 BOTSWANA 20 492 24.60 4 MALAWI 34 811 23.85 5 COSTA RICA 59 1,259 21.34 6 USA 55,207 1,162,163 21.05 7 SWITZERLAND 3,270 67,385 20.61 8 ZAMBIA 44 893 20.30 9 DENMARK 2,290 46,389 20.26 10 ENGLAND 12,536 251,260 20.04 11 NETHERLANDS 4,977 98,914 19.87 12 SCOTLAND 3,266 58,983 18.06 13 BELGIUM 3,088 55,380 17.93 14 GERMANY 15,531 277,277 17.85 15 CAMEROON 145 2,575 17.76 16 FRANCE 12,065 213,714 17.71 17 NORWAY 975 16,771 17.20 18 SWEDEN 3,164 53,645 16.95 19 AUSTRIA 1,524 25,647 16.83 20 IRELAND 1,017 16,935 16.65

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