现代生物技术与环境污染治理 (2)

主要应用：
降解卤代芳烃的基因工程菌 分解尼龙寡聚物的基因工程菌 分解多糖的基因工程菌 抗金属基因工程菌 除草剂降解基因工程菌 杀虫剂降解基因工程菌
第三节 细胞工程与环境污染生物 处理
3.1 细胞工程概述
细胞工程 细胞工程是利用细胞学技术，有计划地改造细胞 遗传结构，从而培育出人们所需要的生物品种或 具有某些新性状的细胞群体。 细胞工程的内容 细胞培养：即使细胞在继续体外生长和繁殖。
1.2、现代生物技术在环境科学中的应用 前景
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
环境生物技术
就是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、环境质量评价和环 境污染的生物处理技术等。 生物技术最早应用于环境污染治理的是利用农业废物 沤制堆肥。 废水生物处理主要方法——活性污泥法已经过80余年 的历程。
一、原生质体的制备与融合方法
1.概念：原生质体（Protoplast）
酶工程：利用酶的特异催化功能，借助固定化，生物 反应器等新技术生产特定产品的技术
发酵工程：为微生物提供最适宜的发酵条件，生产特 定产品的技术
生物技术的依据和出发点：
生物在生长、发育与繁殖过程中进行物质合成、 降解和转化的能力。 生物技术的核心基础是基因工程和细胞工程。
优越性：
不可取代 快速、精确 低耗、高效 副产物、副作用小 安全性好
细胞融合：在一定条件下，将两个或多个细胞融 合为一个细胞的过程，又称细胞杂交。
细胞重组：在体外条件下，运用试验技术从活细胞中 分离出各种细胞的结构或组件，再根据需要把它们在 不同的细胞之间重新进行装配，成为具有生物活性的 细胞。
遗传物质转移：基因在细胞水平上的转移。
3.2 细胞融合构建环境工程菌
六、对目的基因的筛选和检测 将目的基因在入载体，导入受体细胞后，必须对目的基 因进行检测，确认细胞中以摄入重组的DNA分子。检测 方法一般有遗传学方法、原位杂交法和免疫学方法。 七、目的基因在受体细胞中的表达
目的基因在受体细胞中的表达，受到许多因素的表达。
目的基因的阅读框架必须与载体DNA的启示密码相吻 合。 要有适当的启动子保证目的基因的正确转录。 基因的蛋白产物有时还需要经过修饰和加工才能成为 有活性的功能蛋白。
第一节 现代生物技术的概述
1.1、现代生物技术概述
一、生物技术
生物技术（Biotechnology）是指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。
基因工程：核酸的分离、提取、体外剪切、拼接重组 以及扩增与表达等技术。
生 物 技 术
细胞工程：细胞的离体培养、繁殖、再生、融合，细 胞核、质、器的移植改建。
二、现代生物技术的发展

酿造和种子等产业的公司无一例外地都竞相 开展生物技术的研究和发展生物技术产业。 我国生物技术目前发展的重点：为进一步发 展农业培育高产优质和抗逆的动植物新品种： 为防治严重疾病研制新型疫苗和药物：为医 药、食品化工和农业生产开辟新途径开发蛋 白质工程技术。
目前发达国家中经营石油，化工，医药，
2.2、基因工程的基本过程
一、基因工程的工具酶
要进行基因片段的剪切和拼接，首先需要能在特定位 置上切割DNA分子的限制性内切酶核能将DNA片段 连接在一起的DNA连接酶。 每种限制酶只能识别特定的核苷酸序列，并在其中特 定的切点上切割DNA分子，把两种来源不同的DNA 用同一种限制酶来切，然后让两者的末端粘起来，在 用DNA连接酶将其连接起来，就可以组成重组DNA 分子
三、目的基因的分离
1、从基因组直接分离目的基因
常用鸟枪法，用限制酶将某种生物的DNA切成片段并 分别加入载体，对受体细胞进行转化，让外源DNA所有 的片段都在宿主细胞中大量扩增，在筛选出有目的基因 的转化细胞。该法有一定的盲目性，工作量大。
2、酶促合成法
将真核细胞基因转录的全部RNA提取出来，在体外经 反转录酶的作用，生成与mRNA互补的DNA，即cDNA， 再将cDNA酶切后载入载体，建立cDNA文库，筛选出目 的基因。
二、基因工程载体 要将一个外源的基因送入受体细胞，需要有运输工 具，这就是载体。 常用载体有：质粒，噬菌体，动植物病毒。 质粒是基因工程最常用的载体，首先由于其上有某 一限制酶的单一切点，用同种酶切断的外源DNA片段 插入该质粒的切口，就组成了重组DNA分子。其次由 于质粒上有选择性标记，可以根据受体细胞是否具有 该种标记来判断受体细胞是否获得了该重组质粒。因 此质粒在基因工程中得以广泛应用。
2.3基因工程在环境生物处理中的应用
应用基因工程菌处理污染物的主要优势：
集中与创造与目的基因，提供综合性代谢新污染的通 路和杂种细胞。 提高代谢通路结构基因的表达，针对新的污染物，改 变表达的调节方式。 控制降解途径的限制性步骤，提高分解代谢酶的合成 或其他生化反应过程效率 防止有毒中污染物的产生，防止非需要产品的出现， 用确定的基因实现最初的目的。
或对已知核苷酸顺序的目的基因，通过聚合酶链反应 （PCR）技术直接合成。
四、目的基因与载体的重组工艺 用同一种限制酶切割含有目的基因的外源DNA和载 DNA,产生相同的粘性末端，在DNA连接酶的作用下， 形成完整的重组DNA分子。 五、将目的基因导入受体
在体外完成的DNA的重组后，一般将重组的DNA分 子导入受体细胞让目的基因在受体细胞中表达。基因 工程中常用的受体细胞是大肠杆菌、枯草杆菌、酵母 菌和动植物细胞。
第二节 基因工程与环境污染生物 治理
2.1、基因工程分子生物学基础
遗传物质分子——脱氧核糖核酸DNA
DNA是由大量的脱氧核糖核苷酸组成的生物大分子。 可变部分是其碱基序列，嘌呤和嘧啶碱基携带遗传信息, 糖和磷酸基则起结构作用。（四种碱基：腺嘌呤A、鸟 嘌呤G、胸腺嘧啶T、胞嘧啶C）
基因
基因是DNA分子上的一个特定的片段，不同基因的遗 传信息有各自片段的碱基排列顺序所决定。 基因通过转录出的信息是核糖核酸指导mRNA合成特定 的蛋白质，使基因的以表达，完成特定的生命活动。