环境生物学s 第7章 现代生物技术与环境污染治理
生物技术与环境污染控制
基因表达调控
通过调控基因表达，提高 微生物对污染物的耐受性 和降解效率。
细胞工程在环境污染控制中的应用
细胞培养与优化
01
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
通过细胞培养技术，筛选和优化具有高效降解污染物能力的细
胞株。
细胞融合
02
利用细胞融合技术，将不同来源的细胞融合，产生具有多种降
解功能的杂交细胞。
细胞固定化
03
采用细胞固定化技术，将具有降解功能的细胞固定在载体上，
生物滴滤法
在生物过滤法的基础上，通过向固体载体上喷淋含有营养物质的液体 ，提高微生物的活性，增强废气处理效果。
生物技术在固体废弃物处理中的应用
堆肥法
利用微生物对固体废弃物中的有 机物进行降解和转化，生成稳定 的腐殖质，可用于土壤改良和肥
料。
厌氧发酵法
在无氧条件下，利用厌氧微生物对 固体废弃物进行降解和转化，生成 沼气等可再生能源。
生物技术的发展历程
自20世纪70年代以来，生物技术经历 了飞速的发展，包括基因工程、细胞 工程、发酵工程、酶工程等领域的不 断突破和创新。
生物技术在环境保护中的应用
废水处理
通过生物技术中的微生物处理法，将 废水中的有机物质转化为无害物质， 达到废水净化的目的。
大气污染治理
土壤修复
通过生物技术中的微生物降解和植物 修复等方法，降低土壤中的重金属和 有机污染物含量，恢复土壤生态功能 。
厌氧生物处理法
在无氧条件下，利用厌氧微生物降解废水中的有机污染物 ，适用于处理高浓度有机废水和污泥。
生物技术在废气处理中的应用
生物过滤法
利用附着在固体载体上的微生物代谢过程来去除废气中的有害成分 ，适用于处理气量大、浓度低的废气。
《环境生物学》课程教学大纲
《环境生物学》课程教学大纲课程中文名称（英文名称）：环境生物学（Environmental Biology）课程代码：PRN241课程类别：学科基础课程课程性质：必修课课程学时：48学时（理论32学时，实验16学时）学分：3学分适用专业：环境科学先修课程：环境学、无机化学一、课程介绍1.环境生物学是环境科学专业一门重要的必修学科基础课。
环境生物学是20世纪50年代环境问题成为全球重大问题时，生物学家在运用生命科学的理论和方法，认识环境问题实质并寻找解决环境问题途径的过程中逐渐形成的一门新兴边缘学科。
本课程系统介绍环境生物学的基本知识、主要技术和发展动态，使学生对环境生物学能有一个较完整的认识，为学习后续课程打下坚实的基础2.环境生物学属于环境科学专业学生必修的专业基础课，在专业人才培养方案和课程体系中的地位十分重要，属重点基础课，许多后续课程如环境毒理学、环境生物化学、环境生物工程、环境污染修复工程等与环境生物学密切相关。
环境生物学也是环境生态类考研科目之一，对学生的考研具有重要作用。
了解与掌握环境生物学的基本理论和方法，是环境类专业人才认识和解决环境问题所必须。
二、课程教学目的和任务通过本课程的学习，使学生对本大纲范围内的环境生物学内容有比较系统和比较全面的了解，认识环境污染物的生物效应以及环境污染的生物净化，使学生掌握环境生物学的基本知识和基础理论；培养学生具有初步的分析问题和解决问题的能力，为学好后续课程打下坚实基础。
课程应达到的基本要求为理解和掌握以下理论、方法和技术：1）环境污染物在生态系统中的行为；2）污染物对生物的影响；3）污染物的生物效应检测；4）环境质量的生物监测与生物评价；5）环境污染生物净化的原理；6）环境污染物的生物净化方法；7）现代生物技术与环境污染治理8）污染环境的生物修复三、课程学时分配、教学内容与教学基本要求四、教学方法与教学手段说明环境生物学为重点基础课，牵涉面广，学科交叉较多，内容丰富，而学时有限，因此，贯彻“少而精”的原则，精选有代表性的、有广泛应用的、最基本的、较现代化的内容作为基本要求。
现代生物技术与环境污染治理
问题与展望
Tankertanker Design
问题
• 尽管环境生物技术相对安全，但在其应用当还存在一 定的问题与困难，主要表现在以下几方面：
•
(1) 反应速度较慢，需要较大的反应器和占较大面积
ห้องสมุดไป่ตู้的土地；
•
(2) 对原水水质有严格的要求，否则会影响微生物的
正常生长；
•
(3) 运行中可能会出现污泥膨胀和流失，剩余污泥也
8/18/2019
生物芯片的基本原理
• 基因芯片的工作原理与经典的核酸分子杂交方法
(southern、northern)一致，应用已知核酸序列作为靶基 因与互补的探针核苷酸序列杂交，通过随后的信号检测进 行定性与定量分析。 • 蛋白质芯片的工作原理与经典的蛋白分子杂交方法 (western)一致，应用已知蛋白质作为靶标与检测探针杂交， 通过随后的信号检测进行定性与定量分析。
生物芯片
• 定义：
• 是借用电子芯片的概念，是指能够快速并行处理多 个样品并对其所包含的各种生物信息进行解剖的微 型器件，它的加工运用了微电子工业和微机电系统 加工中所采用的一些方法，只是由于其所处理和分 析的对象是生物样品，所以叫生物芯片。
生物芯片的分类和原理
• 2.1 生物芯片的分类
– 基因芯片 – 蛋白质芯片 – 组织芯片 – 芯片实验室
难处理；
•
(4) 对于人工合成物，特别是难生化降解的污，一般
的微生物也是无能为力；
•
(5) 活的有害菌体可能从实验室泄露，大规模工程微
生物的应用可能影响生态系统。
展望
Tankertanker Design
•
随着经济的腾飞、人口的膨胀、资源的短缺、环
生物技术与环境 PPT
生物滤池
生物滤池于1889年在劳伦斯实验厂首先开始研究, 1910年后期在美国开始了大规模的应用，20世纪70年 代逐步被好氧法代替，随着新型滤料的不断诞生，生 物滤池又得到了的改进，应用范围不断扩大。
23
生物滤池的构造 生物滤池由滤床、布水装置和排水系统三部分组成。
24
池壁 滤料 布水系统 排水系统
(2)化学需氧量(COD)：用强氧化剂——重铬酸钾，在酸性条件下能够将
有机物氧化为H2O和CO2，此时所测出的耗氧量称为化学需氧量(COD)。 • COD能够比较精确地表示有机物含量，而且测定需时较短，不受水质限制，
因此多作为工业废水的污染指标。
(3)总需氧量(TOD)：有机物主要是由碳(C)、氢(H)、氮(N)、硫(S)等元素
26
煤炭的微生物脱硫
细菌浸出法
• 利用微生物把煤炭中不同类型的硫分解成可溶性铁 盐和硫酸后滤出煤粉。
表面改性法
• 利用细菌的氧化作用或附着作用改变黄铁矿表面性 质(疏水性)，提高分离能力，从而将黄铁矿从煤中 脱除。
27
微生物对无机废气的处理
• 微生物对无机废气的处理主要利用一些化能自养 菌如硝化细菌、硫化细菌和氢细菌等。
微型动物：存在多种原生动物、轮虫、以及甲壳类
等。
7
2. 人工湿地处理系统法
湿地：
• 每年在足够长的时间内均具有前的表面水层,能 维持大型水生植物生长的生态系统。
人工湿地：
• 根据自然湿地模拟的人工生态系统，用于处理 废水。
8
大家有疑问的，可以询问和交流
可以互相讨论下，但要小声点
9
人工湿地处理系统的优点：
所组成。当有机物完全被氧化时，C、H、N、S分别被氧化为CO2、H2O、 NO和SO2，此时的需氧量称为总需氧量(TOD)。
生物技术在环境污染治理中的应用
生物技术在环境污染治理中的应用第一章：介绍生物技术是一门涉及生物科学、化学工程和环境科学的交叉学科，利用生物体或其组成部分进行工程改造和利用，以实现对生物系统以及环境的改善和治理。
在环境污染治理中，生物技术被广泛应用，成为一种可持续、高效的方法。
本文将详细介绍生物技术在环境污染治理中的应用。
第二章：生物技术在水体污染治理中的应用2.1 水体污染的现状2.2 微生物降解技术的应用2.3 水体修复中的植物技术2.4 生物膜技术在废水处理中的应用第三章：生物技术在土壤污染治理中的应用3.1 土壤污染的类型和危害3.2 植物修复技术在土壤污染治理中的应用3.3 微生物修复技术的应用3.4 生物提取技术在土壤污染治理中的应用第四章：生物技术在大气污染治理中的应用4.1 大气污染的类型和影响4.2 生物技术在大气污染控制中的应用4.3 植物技术在大气污染治理中的应用4.4 微生物技术在大气污染治理中的应用第五章：生物技术在固体废物污染治理中的应用5.1 固体废物污染的现状和危害5.2 微生物技术在固体废物处理中的应用5.3 植物技术在固体废物治理中的应用5.4 生物修复技术在固体废物污染治理中的应用第六章：生物技术在噪声污染治理中的应用6.1 噪声污染的危害6.2 生物降噪技术的应用6.3 植物降噪技术的应用6.4 微生物修复技术在噪声污染治理中的应用第七章：生物技术在有机污染治理中的应用7.1 有机污染物的类型和影响7.2 微生物降解技术的应用7.3 植物技术在有机污染治理中的应用7.4 生物吸附技术在有机污染治理中的应用第八章：生物技术在重金属污染治理中的应用8.1 重金属污染的危害8.2 微生物修复技术在重金属污染治理中的应用8.3 植物修复技术在重金属污染治理中的应用8.4 生物浸取技术在重金属污染治理中的应用第九章：生物技术在放射性污染治理中的应用9.1 放射性污染的危害9.2 微生物修复技术在放射性污染治理中的应用9.3 植物修复技术在放射性污染治理中的应用9.4 生物吸附技术在放射性污染治理中的应用第十章：生物技术在新兴污染治理中的应用10.1 新兴污染物的特点和危害10.2 生物传感技术的应用10.3 生物降解技术在新兴污染物治理中的应用10.4 生物吸附技术在新兴污染物治理中的应用第十一章：总结与展望本章对生物技术在环境污染治理中的应用进行总结，并展望其未来发展方向和潜力。
《环境生物学》 第七章
结论： （1）生化呼吸线位于内源呼吸线之上，表明该有机物或废水可被微生物 氧化分解。两条呼吸线之间的距离越大，有机物或废水的生物降解性越好； 反之亦然（图7-1A）。 （2）生化呼吸线与内源呼吸线基本重合，表明该有机物不能被活性污泥 微生物氧化分解，但对微生物的生命活动无抑制作用（图7-1B）。 （3）生化呼吸线位于内源呼吸线之下，说明该有机物不能被微生物分解， 且对微生物生长产生了有害抑制作用，生化呼吸线越接近横坐标，抑制作 用越大（图7-1C）。 3、测定相对耗氧速率曲线
第七章 生物净化和治理的传 统方法
[本章要点]
本章介绍了环境生物技术的定义、研究 内容和在环境领域中的应用，阐述了微生物 处理污染物的特点、原理、影响因素和传统 微生物处理法的工作原理和方法。
环境生物技术（environmental biotechnology）诞生的背景：
由于人们的生产，生活活动对环境造成了各种各样的污染，人类 的生存和发展面临着严峻的挑战，迫使人类必须发动一场“环境革命” 来拯救自身，环境生物技术因此而诞生并日益受到重视，人们把生物 技术开发和应用的注意力转向环境保护。
6.废物强化处理技术研究
7.环境的生物监控技术研究
四个热门方向：
基因工程菌从实验室进入模拟系统和现场应用过程中，如何解决其遗传 稳定性、功能高效性和生态安全性等方面问题
开发废物资源化和能源化技术，利用废物生产单细胞蛋白、生物塑料、 生物农药、生物肥料以及利用废物生产生物能源，例如甲烷、氢气、乙醇 等
耗氧速率就是单位生物量在单位时间内的耗氧量，生物量可用活性污
【环境生物学】第7章 现代生物技术与环境污染治理
第七章现代生物技术与环境污染治理P305第一节环境生物技术概况一、生物技术的含义二、生物技术的产生和发展三、现代生物技术的应用与前景一、生物技术的含义1.1 对科学和技术的理解1.2 生物学与生物技术1.3 生物技术的主要内容1.1 对科学和技术的理解科学与技术及工程的关系人类在实践中发现的客观规律称之为“科学”。
当人们运用这些规律去创造出成果时需要经过三个转化过程。
第一个转化是应用规律去发明一些称之为“技术”的方法和手段（如工具、设备）；第二个转化是运用技术去设计出要求的工作目标，被称为“工程”；第三个转化是按照设计好的目标去实施之，创造出物质化成果。
•科学最早由哲学家提出科学最早由哲学家提出：：进行研究——得出规律——成为科学成为科学，，科学用于解决实际问题就是技术实际问题就是技术。
我国著名砖建李国豪院士有一个很好的比喻的比喻，，他说“科学是树根科学是树根，，技术是树干和大的树枝和大的树枝，，众多的树叶就是工程。
”1.2 生物学与生物技术生物学：是研究生物各个层次的种类、结构、发育和起源进化以及生物与周围环境的关系的学科。
人也是生物学研究的对象现代生物技术：以现代生命科学为基础，结合先进的工程技术手段和其他基础学科的科学原理，按照预先的设计改造生物或加工生物原料，为人类生产所需产品或达到某种目的，即现代生物工程技术。
标志：1953年，Watson & Crick 发现了DNA的双螺旋结构，及其后来DNA重组技术的的发展。
现代生物技术特征1）生物技术的多学科性和综合性微生物、、动植物作为生物催化剂动植物作为生物催化剂，，有别于化学催化2）微生物剂3）最终目的将生物反应开发成为工业生产的工艺过（Bioprocess）。
即生物反应过程（程，即生物反应过程生物技术的上生物技术的上、、中、下游过程(next)上游过程：反应前的加工反应前的加工，，最重要的是提供和制备高产优质和足够数量的生物催化剂；即应用常规选育选育、、基因工程基因工程、、细胞工程和酶工程手段获得优良菌株良菌株、、细胞系或固定化的菌体等中游过程：生物反应器为中心下游过程：反应后的工序反应后的工序，，从反应液中提取目的产物加工精制成合格产品传统生物工程与现代生物工程的区别 传统生物工程：利用现有的生物类型或生物机能为人类服务现代生物工程：按照人们的意愿和需要创造全新的生物类型和生物机能。
第七章现代生物技术与环境污染治理资料PPT课件
2
第一节 现代生物技术的概述
3
7.1.1、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
细胞工程：细胞的离体培养、繁殖、再生、融合，细
物
胞核、质、器的移植改建。
➢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。
14
7.2.3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。
11
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， 生物技术与环境污染 治理
现代生物技术概况
基因工程与环境污染治理
细胞工程与环境污染治理
酶学工程与环境污染治理
发酵工程与环境污染治理
生态工程与污水处理系统
1
整体概述
概况一
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概况二
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第七章现代生物技术与环境污染治理
过 程
一种限制酶只能识别一种特定核苷酸序列；
并在特定切点切割．
22
4、结果： 形成两种末端
粘性末端 平末端
23
24
• 要想获得某个特定性状的基因必须要用限 制酶切几个切口？可产生几个黏性末端？ 要切两个切口，产生四个黏性末端。
被同一种限制酶切断的几个来源不同的DNA 是否具有相同的黏性末端？
25
2、基因：DNA上有遗传意义的片段叫基因，
基因包含一定数量的碱基。基因是基础的遗传
一
、
基
单位，它们决定一个人眼睛的颜色、耳朵的大
小、脑容量等所有人的生理特征和一些行为特 征。更重要的是，基因与许多疾病有关。
因 3、测序：确定DNA双股链上每个独立结构单
组 元或碱基的确切顺序的过程。测序经常被称为
二 、
或达到某种目的。
生
（二）内容
物
技
四大块：基因工程、酶工程、细胞工程和发酵工程。
术
（三）发展
开始比较缓慢，后迅速发展。
（四）应用
9
（一）定义
广义：凡是自然界中涉及环境污染控制的一切与生
物技术有关的技术。
三
、
严格地说，环境生物技术指的是直接或间接利用生
环 物或生物体的某些组成部分或某些机能，建立降低或消
病毒的含量。此方法的特点是快速、灵敏， 1吨水中有10个病毒也能检测出来。
44
（二）基因操作的工具
• 通过基因工程方法怎样净化被污染的环境？
1）用基因工程产物——“超级细菌”分解石 油，可以大大提高细菌分解石油的效率。具体 方法：将能分解三种烃类的假单孢杆菌的基因 都转移到能分解另一种烃类的假单孢杆菌内， 创造出了能同时分解四种烃类的“超级细菌”。
现代生物技术与环境污染治理
用于污染治理的基因工程菌示例
⊙ 降解卤代芳烃的基因工程菌—pD10质粒-假单胞菌细胞
IMP134菌体中的pJP4质粒上存在着降解氯代苯邻二酚的基因，将此 基因克隆到广泛宿主质粒pKT231上。重组之后的质粒记为pD10。当它转 移到受体细胞——假单胞菌细胞中后，菌体则能分解代谢氯代苯邻二酚。 这个质粒已用于构建降解氯代-O-硝基苯酚的工程菌。
⊙ 抗金属的基因工程菌
目前已发现抗Hg、抗Cd、抗Pb等多种菌株。但是，这类菌株多数生 长繁殖并不迅速。把这种抗金属的基因，转移到生长繁殖迅速的受体菌中， 构成繁殖率高，富集金属速度快的新菌株，可用于净化重金属污染的废水。
例如有人将假单胞杆菌R4染色体中的抗镉基因， 转移到大肠杆菌HB101中，使得大肠杆菌HB101能在 100 mg/L的含镉液体中生长，具有抗镉的遗传特征。
重组质粒
以大肠杆菌质粒载体 为例的基因工程过程
Ⅴ. 再用重组质粒转化大肠杆菌细胞
Ⅵ. 培养大肠杆菌 克隆大量目的基因
基因工程菌在环境污染生物处理中的应用
基因工程菌可以达到的目的
基因工程为改变细菌细胞内的关键酶或酶系统提供了可能， 从而可以：
➢ 提高微生物的降解速率 ➢ 拓宽酶对底物（有机污染物）的专一性范围 ➢ 维持低浓度下的代谢活性 ➢ 改善有机污染物降解过程中的生物催化稳定性
➢ 发展对环境污染物的生理毒性及其对生态影响的检测技术。
基因工程的关键步骤：
大肠杆菌细胞
Ⅰ. 从细胞中分离出DNA
DNA
➢ 选择工具酶 ➢ 选择合适的载体
Ⅲ. 分离大肠杆 菌细胞中的质粒
Ⅱ. 限制酶截 取DNA片段
供体细胞 目的基因
➢ 目的基因的分离 质粒
➢ 目的基因导入受体
谈谈现代生物技术在环境污染治理中的应用
谈谈现代生物技术在环境污染治理中的应用谈谈现代生物技术在环境污染治理中的应用【摘要】随着生物技术研究的进展和人们对环境问题认识的深入，人们已越来越意识到，现代生物技术的开展，为从根本上解决环境问题提供了无限的希望。
我们要在污染环境修复、污染环境治理、废弃物的循环再生过程中应用生物技术，其中应用最广泛的是酶工程技术，微生物工程技术，分子生物学技术，基因工程。
【关键字】生物处理，废水，生物技术1.引言1.1环境保护已成为当前国际关系、经贸合作中的一个极为重要的问题，也日益严重地影响着我国国民经济的可持续开展。
在我国过去几十年的经济开展中，由于无视了开展中的环境保护，目前环境状况十分严峻。
1.2 当前我国社会经济仍然保持着高度开展的态势，环境保护的压力将进一步加重，由人类活动所造成的环境污染和环境质量的恶化已成为制约我国社会和经济可持续开展的障碍。
如何在经济高速开展的同时控制环境污染，改善环境质量，以实现社会经济可持续开展之目标是我国目前亟待解决的重要问题。
1.3现代生物技术不但在净化环境，减少污染和改造传统产业等方面发挥出重要的作用，还可以为保护人类生存环境和社会可持续开展作出积极的奉献。
在环境治理中，生物技术因其投资少，处理效率高，运行本钱低等优点而得到广泛的应用。
2. 现代生物技术的概况2.1现代生物技术是应用现代生物科学以及某些工程原理，如酶工程，基因工程，微生物工程等，利用生命体及其组成来开展新产品或新工艺的一种技术体系。
一般认为，生物技术包括基因工程，细胞工程，酶工程和发酵工程四个方面。
2.2生物技术直接关系到与人民生活，卫生，健康密切相关的医药卫生，食品工业，化学工业，农业的开展。
可以在粮食危机，能源危机，环境污染中发挥巨大的作用，并且还可以从基因的角度治愈人类的遗传病。
因此，现代生物技术已经被世界各国列为重点工程。
2.3环境生物技术是一门由现代生物技术与环境工程相结合的新兴交叉学科。
直接或间接利用完整的生物体或生物体的某些组成局部或某些机能，建立降低或消除污染物产生的生产工艺，或者能够高效净化环境污染以及同时生产有用物质的人工技术系统，称之为环境生物技术。
生物技术与环境污染治理
生物技术与环境污染治理在当今日益发展的科学技术领域中，生物技术作为一种强大的工具逐渐被应用于环境污染治理。
生物技术的特点在于其能够利用生物体的自我修复和降解能力，以及改造生物体中的有益基因来降低环境污染的程度。
本文将探讨生物技术在环境污染治理中的应用，并介绍了其具体的实施方法和效果。
一、生物技术在土壤污染治理中的应用土壤污染是环境中的一个重要问题，对生态系统的健康和人类的健康都具有潜在的威胁。
生物技术在土壤污染治理中起到了重要的作用。
首先，通过生物修复的方法可以降解和清除土壤中的有害物质。
例如，通过菌株的筛选和培养，可以获得具有降解农药和有机物能力的微生物，然后将其引入到受污染的土壤中进行生物修复。
其次，利用植物的吸收和富集能力，可以通过植物修复的方法去除土壤中的重金属和有机物。
这是通过种植具有高度耐受性和吸附能力的植物来实现的，这些植物可以吸收和积累土壤中的有害物质，从而减轻土壤的污染程度。
二、生物技术在水体污染治理中的应用水体污染是另一个严重的环境问题，对生态系统和人类的健康造成了严重威胁。
生物技术在水体污染治理中也发挥着重要的作用。
一方面，通过微生物处理的方法可以有效地去除水体中的有机物。
微生物包括细菌和微藻等，它们具有分解和降解有机物的能力。
通过将这些微生物引入到受污染的水体中，可以分解和清除水体中的有机物质，从而改善水体质量。
另一方面，利用水生植物的吸附和降解能力，可以去除水体中的重金属和营养物质。
这是通过种植具有高度耐受性和富营养能力的水生植物来实现的，例如水葱和莎草等。
这些水生植物可以吸收和积累水体中的有害物质，从而净化水质。
三、生物技术在空气污染治理中的应用空气污染是当前全球范围内面临的一个严重问题，对人类的健康和环境的稳定性造成了巨大的威胁。
生物技术在空气污染治理中扮演了重要的角色。
一种有效的方法是利用微生物去除空气中的有害气体和污染物。
例如，通过合适的菌株筛选和培养，可以获得具有降解挥发性有机物和二氧化碳等气体的微生物。
生物科学与环境污染治理
生物技术在污染治理中的应用
生物降解：利 用微生物分解
污染物
生物吸附：利 用生物体吸附
污染物
生物修复：利 用生物修复技 术治理污染土
壤和水体
生物监测：利 用生物监测技 术评估环境污
染程度
生物修复技术在环境污染治理中的应用
生物修复技术的原理：利用生物的 代谢活动，将污染物转化为无害物 质
生物修复技术的优点：环保、经济、 可持续
添加标题
添加标题
添加标题
添加标题
生物修复技术的种类：植物修复、 微生物修复、动物修复等
生物修复技术的应用实例：土壤修 复、水体修复、空气修复等
生物科学在污染治理中的优势与局限性
优势：生物降解速度快，成本低，无二次污染 局限性：受环境因素影响大，处理效果不稳定 优势：生物修复技术可以同时处理多种污染物 局限性：需要较长时间才能达到治理效果
环境污染对人类健康的影响
空气污染：导 致呼吸系统疾 病，如哮喘、
肺癌等
水污染：导致 消化系统疾病， 如腹泻、肝炎
等
土壤污染：导 致皮肤病、神 经系统疾病等
噪音污染：导 致听力下降、
睡眠障碍等
光污染：导致 视力下降、眼
睛疲劳等
化学物质污染： 导致内分泌失 调、生殖系统
疾病等
环境污染对生态系统的破坏
提高环保意识有助于公众参与 环境污染治理的决策和监督， 推动政府和企业采取有效措施
公众参与在污染治理中的实践案例
垃圾分类：公众参与垃圾分类，减少垃圾产生，降低环境污染
绿色出行：公众选择绿色出行方式，如骑自行车、步行、乘坐公共交通等，减少汽车 尾气排放，改善空气质量
节能减排：公众采取节能措施，如关闭不需要的电器、使用节能灯泡等，降低能源消 耗，减少碳排放
第七章 现代生物技术与环境污染治理
第七章现代生物技术与环境污染治理⏹现代生物技术概况基因工程与环境污染治理⏹细胞工程与环境污染治理酶学工程与环境污染治理⏹发酵工程与环境污染治理生态工程与污水处理系统7.1现代生物技术概况⏹什么是生物技术（Biotechnology）？▪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。
⏹生物技术的内容▪基因工程：主要涉及遗传物质核酸分离、提取、体外剪切、重组以及扩增与表达等技术。
▪细胞工程：细胞的离体培养、繁殖、再生、融合以及细胞核、细胞质乃至染色体与细胞器的移植改建等技术。
▪酶学工程：利用酶，借助固定化技术、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一种技术。
⏹生物技术的依据和出发点▪生物技术的依据和出发点是生物有机体所具有的各种机能，即生物在生长、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。
⏹生物技术的特点▪与传统技术相比，具有一系列优越性：不可取代，精确、快速，低耗、高效，副产物、副作用小，安全性好。
⏹环境生物技术（Environmental Biotechnology）▪环境生物技术指应用于认识和解决环境问题过程中的生物技术体系，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。
▪生物技术在环境污染生物处理中的应用基础是运用生物生命过程中的反应将污染物转化为无毒、无害、稳定的物质。
7.2 基因工程与环境污染治理7.2.1 基因工程的分子生物学基础⏹DNA▪生物的遗传物质分子，是由大量的脱氧核糖核苷酸组成的线状或环状大分子。
▪DNA中有四种碱基：腺嘌呤（A）、鸟嘌呤（G）、胸腺嘧啶（T）和胞嘧啶（C）。
DNA的可变部分是其碱基顺序。
⏹基因▪DNA分子上的一个特定片段，不同基因的遗传信息由各自片段的碱基顺序所决定。
▪基因的准确复制保证了遗传信息的代代相传。
生物技术与环境治理教学教案
发酵工程：通过微生物发酵 生产各种产品，如抗生素、
维生素、氨基酸等
环境治理的定义：通过采取各种 措施，改善环境质量，保护生态 环境
环境治理的重要性：维护人类健 康，保障生态平衡，促进可持续 发展
环境治理的方法：包括污染防治、 生态修复、环境监测等
环境治理的案例：介绍一些成功 的环境治理案例，如伦敦烟雾事 件、洛杉矶光化学烟雾事件等
考试成绩评价：关注学生在考 试中的表现，如考试成绩、答
题情况、知识点掌握程度等
学生自我评价：关注学生对 自己的评价，如对自己的学 习态度、学习方法、学习效
果等的认识和反思
评价标准：明确、具体、可量化 评价方式：多元化，包括教师评价、学生自评、同伴互评等 评价内容：知识掌握、技能运用、情感态度、价值观等方面 反馈形式：口头、书面、电子等多种形式，及时、有效地传达给学生
加工、改造的技术
基因工程：通过改变生物的 基因结构，实现对生物的改
造和优化
酶工程：通过酶的提取、纯 化、改造等技术，实现对生
物的改造和优化
蛋白质工程：通过蛋白质的 改造和优化，实现对生物的
改造和优化
生物技术的分类：基因工程、 细胞工程、酶工程、发酵工
程、蛋白质工程等
细胞工程：通过细胞培养、 细胞融合、细胞改造等技术，
讨论法：组织学生讨论生物技术与环境治理的相关问题，提高学生的思辨 能力和团队协作精神 案例分析法：通过分析实际案例，让学生了解生物技术与环境治理在实际 生活中的应用和影响
实验教学：通过实验让学生了解生物技术与环境治理的原理和应用 案例分析：通过分析实际案例，让学生了解生物技术与环境治理在实际中的应用 互动教学：通过提问、讨论等方式，让学生积极参与教学过程，提高教学效果 现代教育技术：利用多媒体、网络等现代教育技术，提高教学效果和吸引力
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获取目的基因方法：1.从基因中获取目的基因。 2.利用PCR技术合成DNA 3. mRNA差异显示法获得目的基因 （反转录）
第一个基因工程药物：
1977年11月美国人工方法化学合成了人生长激素释放抑制素基因，具有工程
菌的功能。将其置于微生物发酵罐里，繁殖，其代谢产物含有人生长激素释
放抑制素.
（1B干扰素）
第一株转基因植物：1982年美国和比利时的学者，分 别把细菌中抗碘那霉素基因转入向日葵，烟草和胡萝 卜的细胞中，使这些植物的抗药性提高八倍多。
限制酶的识别特点
• 以中轴线双侧的DNA上碱基呈反向对称，重复排 列
• 如：GAA TTC CTT AAG
CCC GGG GGG CCC
黏性未端和平末端
(2)DNA连接酶
• ①连接的部位：磷酸和脱氧核糖之间的键：磷酸二酯键（梯子的 扶手）
• ②结果：两个相同的未端的连接。 • ③举例：E·coli DNA连接酶
（1）基因工程（重组DNA技术) （2）细胞工程 （3）发酵工程 （4）酶工程 （5）蛋白质工程 （6）生态工程技术
（1）基因工程（又叫做基因拼接技术或DNA重组技术)
用人工方法把不同生物的基因分离出来，在体外进行剪切， 拼接，重组在一起，然后把重组体放回宿主细胞内繁殖，最终获 得基因产物。即用人工的手段改造生物的遗传性状，获得基因产 物。
抗体主要由B淋巴细胞合成。每个B淋巴细胞有合成一种抗体的遗传基因。动物脾脏有上百万种不同的B淋巴细 胞系，含遗传基因不同的B淋巴细胞合成不同的抗体。当机体受抗原刺激时，抗原分子上的许多决定簇分别激 活各个具有不同基因的B细胞。被激活的B细胞分裂增殖形成该细胞的子孙，即克隆由许多个被激活B细胞的分 裂增殖形成多克隆，并合成多种抗体。如果能选出一个制造一种专一抗体的细胞进行培养，就可得到由单细胞 经分裂增殖而形成细胞群，即单克隆。单克隆细胞将合成一种决定簇的抗体，称为单克隆抗体。 基本原理 其原理是: B淋巴细胞能够产生抗体， 但在体外不能进行无限分裂; 而瘤细胞虽然可以在体外进行无限传代， 但不能产生抗体。将这两种细胞融合后得到的杂交瘤细胞具有两种亲本细胞的特性。
基本步骤： 目的基因的分离——基因重组——转化——筛
选和检测——目的基因的表达——功能验证
基因操作的工具
➢基因的剪刀（分子手术刀）——限制性核酸内切酶（限 制酶）
➢基因的针线（分子缝合针）——DNA连接酶 ➢基因的运输工具（分子运输车） ——运载体
(1)限制酶
• ①分布：主要在原核生物中 • ②作用特点:专一性，识别特定核苷酸序列，切割特定切点。 • ③结果：产生黏性未端和平末端 • ④举例：EcoR1限制酶、Sma1限制酶
理
动酵些植工无生物程机物的、化体优蛋学—良白品—品质；传种工无统等程酶
现代生物技术以20世纪70年代末发展起来的，以现代生 物学研究成果为基础，以基因工程技术为核心的一系列技术。
以70年代DNA重组技术的建立为标志
•二十世纪五十年代，DNA双螺旋结构学说发现
基因是带有遗传效应的DNA片段
基因工程-重组DNA技术：
利用人工手段去改造生物的遗传性状，按照人们的预想重新设计生命的过程，人工创造新生物并 给予生物以新功能的过程
单克隆抗体技术：
1975年，英国科学家米尔斯坦利用细胞融合技术将一个B型淋巴细胞，和一个骨髓瘤细胞融合在 一起形成一个杂交瘤细胞，获得既能产生抗体， 又能无限增殖的杂种细胞，并以此生产抗体的 抗体叫做单克隆抗体
人类基因组计划：1990年开始启动，计划15年内完成人类全部基因组30亿 个碱基对的排列顺序的测定和图谱分析。即把人体内十万个基因所在的位置 确定下来，把基因分离出来，研究其功能，认识基因和疾病的关系。2005年 完成
一般把找到的基因称为靶基因。基因治疗就是对相关的基因进行抑制或 调整。所有的药物开发，是先在靶基因上实验的。因此有了基因，就可以制 造基因工程诊断试剂，基因工程治疗药物，甚至形成治疗这种疾病的药物产 业。
T4 DNA连接酶
(3)运载体
①作用：将外源基因送入受体细胞。 ②具备的条件：
能在宿主细胞内复制并稳定地保存 具有多个限制酶切点 具有某些标记基因 对受体细胞无害
③举例：质粒、噬菌体 和动植物病毒
工具酶
限制性内切酶、 连接酶、核酸聚合 酶、逆转录酶、核 酸酶
载体
如质粒、噬菌体、 病毒。能自我复制； 有可选择的，便于 筛选、鉴定的遗传 标记；有供外源 DNA插入的位点； 本身体积小
•二十世纪七十年代，重组DNA技术，单克隆抗体 技术，第一个基因工程药物脱颖而出
•二十世纪八十年代，第一株转基因植物，第一例 转基因动物横空出世
•二十世纪九十年代，克隆动物和人类基因组计划
1953年，美国生物学家，沃森，英国物理学家，克里克，发现 了DNA由两条螺旋多核苷酸链组成。为人类揭开生命的秘密奠 定了基础。
第一例转基因动物：1980年美国华盛顿大学和宾西法 尼亚大学的学者，把大鼠的生长激素基因与小鼠的一 段基因拼接在一起组成一个重组体，把这个重组体注 射到小鼠的受精卵里，再把受精卵移植到借腹怀胎的 雌鼠体内，生下的小鼠其生长速度比普通小鼠的平均 生长速度快50%。
克隆动物技术：
1997年2月27日，《自然》杂志报道了一项震惊世界的科学 创举，英国胚胎学家维尔穆特博士领导的研究小组，应用克 隆技术，成功地复制了一头雌性芬兰塞特绵羊多莉。证明一 个已经完全分化成熟的体细胞，还能像胚胎细胞一样，其细 胞所具有的遗传信息也能指导产生新的个体。2003年2月14日 死亡
第七章 现代生物技术与环境污染治理
生物技术（Biotechnology）
也称生物工程（Bioengineering）
以现代生命科学为基础，结合先进的工程技术手段和其他 基础学科的科学原理，按照预先的设计改造生物体或加工生物 原料，发展新产品或达到某种目的的一种技术体系。
目的——包产基括生品因疾物—工病原—程的料医、预—药细防—，胞、淀食工诊粉品程断，，、和糖化酶治蜜工疗，，程、纤能、环维源发境素，污等金染有属的机产检物品测；和和一各治种