(推荐)《现代环境生物技术》PPT课件
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恶臭假单胞菌Pseudomonas putida R5-3：可降解苯甲酸酯和
甲苯，但不能利用3-氯苯甲酸酯、1-4-二氯苯甲酸酯；
融合后：融合子CB1-9可以同时降解上述四 种污染物。
12
三、 酶工程与环境污染生物治理
•酶工程（Enzymatic Engineering）： 1970S，利用生物有机体内酶所具有的某 些特异催化功能，借助固定化生物反应 器和生物传感器等新技术、新装置，高 效优质地生产特定产品的一种新技术。 是将酶学原理与化学工程相结合的应用 技术。
• ………
7
例：油类泄露的基因工程修复
• 1989年3月24日,ＥxxonValdez号油轮在阿拉斯加的威廉姆 海湾触礁,泄露原油达4200万Ｌ,污染了海水和附近海岸。
• 处理：自然界存在的烃类降解微生物。 • 将•基Ｎ因、工Ｐ的程亲方油法性处肥理料：播将撒降到解海芳岸烃上、,利萜用烃潮、
汐多活环动芳和烃偶和发脂的肪风烃暴的,质保粒证转肥移料到和降油解类脂的烃结的合。 1假6个单月胞后菌,体60内%-,70得%油到类同被时降降解解。4种19烃90类年的对其 他“区多域质投粒加超了级肥基料因,工19程91菌年”对。依能旧把含原有油油中类约区 域2/进3烃行消了耗处掉理。。只要几个小时就分解完全。
于多孔玻璃及硅珠上，处理对硫磷废水，去除率95％上， 可连续工作 70 d，酶活性无明显损失。
15
酶固定化技术—固定化细胞
• 微生物细胞自身就是一个天然固定化酶反应器。用 制备固定化酶的方法直接将细胞加以固定，即可催 化一系列生化反应。
16
四、 发酵工程在环境污染治理中应用
• 发酵（Fermentation）是微生物分解有机 物，产生乳酸或乙醇和二氧化碳的作用过程。 也泛指一般利用微生物制造原料或产品的过程， 可在无氧（如乙醇发酵、乳酸发酵、丙酮发酵和丁醇发酵） 或有氧（如抗生素发酵、醋酸发酵、氨基酸发酵和维生素 发酵）下进行。
14
Βιβλιοθήκη Baidu固定化技术—固定化酶
特点：
①比又水称溶水酶稳不定溶。酶，是通过物理吸附法或 ②化适学合键于合连法续将化、水自溶动性化酶和和管固道态化工不艺溶，性载 还体可相回结收合、，再使生。酶变成不溶于水但仍保留 ③动催态设化废计活水成的性不酶的同柱衍形。德式生国：物降如解。，对静硫磷态等水9的种酶酶，片共和价酶结布合，
9
二、 细胞工程与环境污染生物处理
• 细细胞胞工工程程（包c括el：l Engineering ）是运用精
巧•细的胞细培胞养学：技取术出，，特有制计培划养地器改生长造细胞遗传 结•细构胞，融培合育（出杂人交们，所质需融要－生核物融品）种或具有 某•细些胞新重性组状（细活胞细群胞体组。件重装配，核移植（显 微仪）+细胞器移植（叶绿体、线粒体胞饮摄入）） •遗传物质转移（基因在细胞水平上转移：载 体法+微注射法）
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银触媒
环氧乙烷生产工艺流程简图
• 例，酶法清洁生产工艺应用 • 如酶法氧化乙烯或丙烯，生产环氧乙烷或环氧
丙烷（合成纤维、合成洗涤剂、环氧脂原料），传统化学 方法生产，需高温、高压，容易爆炸，且污染 发生量较高。
• 现在：将由葡萄糖转变成葡萄糖醛酮的 酶反应，与生产环氧乙烷的酶反应偶联 起来，利用酶法生产。--副产品果糖。
个遗传密码片断连接到另外一种生物DNA链上， 将DNA重组，导入受体细胞进行无性繁殖，基 因得以表达，就可按照人类愿望，设计出新遗 传物质并创造出新生物类型的生物科学技术。
5
载 体
控制降解人工合成物的 酶的遗传特性的质粒—
降解性质粒
6
基因工程的基本过程
基因工程菌
• 降解卤代芳烃基因工程菌 • 分解尼龙基因工程菌 • 分解多糖基因工程菌 • 抗金属基因工程菌 • 降解除草剂基因工程菌 • 降解杀虫剂基因工程菌
10
原生质体融合构建工程菌
细胞质壁分离后去掉细胞壁所余下的部分 外界理化融合因子的诱导下
动植物间均可杂交
11
1980s开始原生质体融合构建环境工程菌
• 生普物遍降：例解可如中通，过，构原微建生生苯环质物化体细合融胞物合间降技互解术生菌现，象可 产和将3碱-多氯假个苯单甲细酸胞胞酯菌，优P但se势u不do能m集o利na中用s a苯lc到a、lig一1en-e4s个C-O二细：氯可苯胞降甲解内酸苯。酯甲；酸酯
第八章 现代环境生物技术
1
生物技术（Biotechnology）：利 用生物有机体或组成部分发展新产 品或新工艺的一种技术体系。
包括基因工程、细胞工程、酶工程和发酵工
程等。
2
现代生物技术发展为生物处理法开辟了道路
环境生物技术（Environmental Biotechnology）：应 用于认识和解决环境问题过程的生物技术 体系。包括对环境污染效应的认识、环境质量
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发酵工程
• 亚硫酸盐纸浆废液乙醇发酵 • 酵母菌-活性污泥系统 • 废非纤维素资源化 • 有机固体废物的快速堆肥
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例如，亚硫酸盐纸浆废液乙醇发酵
• 亚预石硫处灰酸理水盐，等纸中即浆和通废废入液液空含的气较酸，多，使木P有H质为害素5物.盐4质-和S5O.糖52挥，类发产，，生总用的固 形硫物酸9钙％和～亚1硫7％酸（钙有沉机降物法占除总去固。形物的85％～ 90 ％)澄,可清发液酵中性添糖氮是和半磷纤，维在素发。酵罐中加絮状酵母， 并通空气搅拌，进行乙醇发酵。 发酵液流入澄清罐，将沉淀的酵母留在澄清 器底部中心，并再回流到发酵罐中 澄清液送去蒸馏，生产乙醇。
8
例，抗金属基因工程菌
• 假单胞杆菌R4染色体抗镉基因，转 •移中国到仓大鼠肠细杆胞含菌排HB除1重01金中属，离使子其的屏能蔽在 基10因0，m将g/其L含植入镉芜液青体植中物生体内长，，生富长有的抗 芜阻镉青 止遗可它传将到特土达征壤茎（中 、镉 叶中金 、山属 果大滞 实学留 部生在 位物植 。系物）根部，
评价和环境污染的生物处理技术等。
3
主要内容
一、 基因工程与环境污染生物治理 二、 细胞工程与环境污染生物治理 三、 酶学工程与环境污染生物治理 四、 发酵工程与环境污染生物治理 五、 生态工程与环境污染生物治理
4
一、 基因工程与环境污染生物治理
• 定向改造生物的新科学—基因工程1973，美国科恩 • 基因工程（Gene Engineering）将一种生物DNA某
甲苯，但不能利用3-氯苯甲酸酯、1-4-二氯苯甲酸酯；
融合后：融合子CB1-9可以同时降解上述四 种污染物。
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三、 酶工程与环境污染生物治理
•酶工程（Enzymatic Engineering）： 1970S，利用生物有机体内酶所具有的某 些特异催化功能，借助固定化生物反应 器和生物传感器等新技术、新装置，高 效优质地生产特定产品的一种新技术。 是将酶学原理与化学工程相结合的应用 技术。
• ………
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例：油类泄露的基因工程修复
• 1989年3月24日,ＥxxonValdez号油轮在阿拉斯加的威廉姆 海湾触礁,泄露原油达4200万Ｌ,污染了海水和附近海岸。
• 处理：自然界存在的烃类降解微生物。 • 将•基Ｎ因、工Ｐ的程亲方油法性处肥理料：播将撒降到解海芳岸烃上、,利萜用烃潮、
汐多活环动芳和烃偶和发脂的肪风烃暴的,质保粒证转肥移料到和降油解类脂的烃结的合。 1假6个单月胞后菌,体60内%-,70得%油到类同被时降降解解。4种19烃90类年的对其 他“区多域质投粒加超了级肥基料因,工19程91菌年”对。依能旧把含原有油油中类约区 域2/进3烃行消了耗处掉理。。只要几个小时就分解完全。
于多孔玻璃及硅珠上，处理对硫磷废水，去除率95％上， 可连续工作 70 d，酶活性无明显损失。
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酶固定化技术—固定化细胞
• 微生物细胞自身就是一个天然固定化酶反应器。用 制备固定化酶的方法直接将细胞加以固定，即可催 化一系列生化反应。
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四、 发酵工程在环境污染治理中应用
• 发酵（Fermentation）是微生物分解有机 物，产生乳酸或乙醇和二氧化碳的作用过程。 也泛指一般利用微生物制造原料或产品的过程， 可在无氧（如乙醇发酵、乳酸发酵、丙酮发酵和丁醇发酵） 或有氧（如抗生素发酵、醋酸发酵、氨基酸发酵和维生素 发酵）下进行。
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Βιβλιοθήκη Baidu固定化技术—固定化酶
特点：
①比又水称溶水酶稳不定溶。酶，是通过物理吸附法或 ②化适学合键于合连法续将化、水自溶动性化酶和和管固道态化工不艺溶，性载 还体可相回结收合、，再使生。酶变成不溶于水但仍保留 ③动催态设化废计活水成的性不酶的同柱衍形。德式生国：物降如解。，对静硫磷态等水9的种酶酶，片共和价酶结布合，
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二、 细胞工程与环境污染生物处理
• 细细胞胞工工程程（包c括el：l Engineering ）是运用精
巧•细的胞细培胞养学：技取术出，，特有制计培划养地器改生长造细胞遗传 结•细构胞，融培合育（出杂人交们，所质需融要－生核物融品）种或具有 某•细些胞新重性组状（细活胞细群胞体组。件重装配，核移植（显 微仪）+细胞器移植（叶绿体、线粒体胞饮摄入）） •遗传物质转移（基因在细胞水平上转移：载 体法+微注射法）
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银触媒
环氧乙烷生产工艺流程简图
• 例，酶法清洁生产工艺应用 • 如酶法氧化乙烯或丙烯，生产环氧乙烷或环氧
丙烷（合成纤维、合成洗涤剂、环氧脂原料），传统化学 方法生产，需高温、高压，容易爆炸，且污染 发生量较高。
• 现在：将由葡萄糖转变成葡萄糖醛酮的 酶反应，与生产环氧乙烷的酶反应偶联 起来，利用酶法生产。--副产品果糖。
个遗传密码片断连接到另外一种生物DNA链上， 将DNA重组，导入受体细胞进行无性繁殖，基 因得以表达，就可按照人类愿望，设计出新遗 传物质并创造出新生物类型的生物科学技术。
5
载 体
控制降解人工合成物的 酶的遗传特性的质粒—
降解性质粒
6
基因工程的基本过程
基因工程菌
• 降解卤代芳烃基因工程菌 • 分解尼龙基因工程菌 • 分解多糖基因工程菌 • 抗金属基因工程菌 • 降解除草剂基因工程菌 • 降解杀虫剂基因工程菌
10
原生质体融合构建工程菌
细胞质壁分离后去掉细胞壁所余下的部分 外界理化融合因子的诱导下
动植物间均可杂交
11
1980s开始原生质体融合构建环境工程菌
• 生普物遍降：例解可如中通，过，构原微建生生苯环质物化体细合融胞物合间降技互解术生菌现，象可 产和将3碱-多氯假个苯单甲细酸胞胞酯菌，优P但se势u不do能m集o利na中用s a苯lc到a、lig一1en-e4s个C-O二细：氯可苯胞降甲解内酸苯。酯甲；酸酯
第八章 现代环境生物技术
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生物技术（Biotechnology）：利 用生物有机体或组成部分发展新产 品或新工艺的一种技术体系。
包括基因工程、细胞工程、酶工程和发酵工
程等。
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现代生物技术发展为生物处理法开辟了道路
环境生物技术（Environmental Biotechnology）：应 用于认识和解决环境问题过程的生物技术 体系。包括对环境污染效应的认识、环境质量
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发酵工程
• 亚硫酸盐纸浆废液乙醇发酵 • 酵母菌-活性污泥系统 • 废非纤维素资源化 • 有机固体废物的快速堆肥
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例如，亚硫酸盐纸浆废液乙醇发酵
• 亚预石硫处灰酸理水盐，等纸中即浆和通废废入液液空含的气较酸，多，使木P有H质为害素5物.盐4质-和S5O.糖52挥，类发产，，生总用的固 形硫物酸9钙％和～亚1硫7％酸（钙有沉机降物法占除总去固。形物的85％～ 90 ％)澄,可清发液酵中性添糖氮是和半磷纤，维在素发。酵罐中加絮状酵母， 并通空气搅拌，进行乙醇发酵。 发酵液流入澄清罐，将沉淀的酵母留在澄清 器底部中心，并再回流到发酵罐中 澄清液送去蒸馏，生产乙醇。
8
例，抗金属基因工程菌
• 假单胞杆菌R4染色体抗镉基因，转 •移中国到仓大鼠肠细杆胞含菌排HB除1重01金中属，离使子其的屏能蔽在 基10因0，m将g/其L含植入镉芜液青体植中物生体内长，，生富长有的抗 芜阻镉青 止遗可它传将到特土达征壤茎（中 、镉 叶中金 、山属 果大滞 实学留 部生在 位物植 。系物）根部，
评价和环境污染的生物处理技术等。
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主要内容
一、 基因工程与环境污染生物治理 二、 细胞工程与环境污染生物治理 三、 酶学工程与环境污染生物治理 四、 发酵工程与环境污染生物治理 五、 生态工程与环境污染生物治理
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一、 基因工程与环境污染生物治理
• 定向改造生物的新科学—基因工程1973，美国科恩 • 基因工程（Gene Engineering）将一种生物DNA某