含重金属抗性基因工程菌的构建与应用
基因工程技术在环境保护中的应用
基因工程技术在环境保护中的应用一、概述随着人类社会的快速发展，环境问题日益严重，如何在保护环境的同时实现可持续发展成为了全球共同关注的焦点。
在这个背景下，基因工程技术的出现为环境保护提供了新的可能。
基因工程技术，又称为遗传工程技术或基因操作技术，它是以分子遗传学为理论基础，以分子生物学和微生物学的现代方法为手段，将不同来源的基因按预先设计的蓝图，在体外构建杂种的DNA分子，然后导入活细胞，以改变生物原有的遗传特性、获得新品种、生产新产品。
基因工程技术在环境保护领域的应用，旨在通过改良生物、治理污染、修复生态等方式，为环境保护提供新的技术支撑。
在环境保护领域，基因工程技术可以应用于污染物的生物降解、生物修复、生物监测等方面。
通过基因工程技术，可以培育出具有高效降解污染物能力的微生物，从而提高污染物的处理效率。
同时，基因工程技术还可以用于修复受损的生态系统，如土壤、水体等，帮助恢复生态平衡。
基因工程技术还可以用于监测环境污染状况，为环境保护提供及时、准确的信息。
基因工程技术在环境保护中的应用也面临着一些挑战和争议。
例如，基因改造生物的安全性问题、基因污染问题、以及伦理道德问题等。
在推动基因工程技术在环境保护中的应用时，需要充分考虑其可能带来的风险和挑战，并采取相应的措施加以防范和应对。
基因工程技术在环境保护中具有广阔的应用前景和重要的价值。
未来随着技术的不断进步和研究的深入，基因工程技术在环境保护领域的应用将会更加广泛和深入。
同时，也需要加强对其可能带来的风险和挑战的研究和防范，以确保其在环境保护中的安全、有效和可持续应用。
1. 简要介绍基因工程技术的概念和发展历程。
基因工程技术，是一门涉及生物学、化学和工程学的交叉学科，其核心概念在于通过人工干预和操作生物体的基因组，从而创造出新的生物体或改变已有生物体的性状。
这一技术的发展，不仅推动了科学研究的深入，也为环境保护提供了新的可能。
基因工程技术的发展历程可以追溯到20世纪初的基因突变研究。
降解难降解物质基因工程菌的构建和运用-精品文档
清华大学环境学院
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果并不明显：污泥浓度为5g/L时，对两种废水水样中 镍去除率仅为7.31%和10.62%。 •采用基因工程菌-活性污泥曝气处理电镀废水取得了 较好的效果。
现代环境生物学课程报告
• 基因工程菌-活性污泥联用处理电镀废水时，在pH
值为3-7的范围内，电镀废水中的总镍去除效果较 好：两种电镀废水的去除率分别达到75.42%和 83.47%以上。 • 基因工程菌-活性污泥联用对废水中总镍的吸附速率 比较快，在振荡吸附30min后，两种电镀废水的总 镍去除率分别达到了70.52%和75.34%，完成了 总去除率的80%以上
Tod和xyl 基因能降 解甲苯
现代环境生物学课程报告
• 甲苯的代谢途径共有5 种,但都是先通过甲苯单加氧酶或双加氧酶形
成邻苯二酚这个关键中间产物, 然后通过邻位切割或间位切割开环。 P. putida在有氧条件下，的代谢途径如图1a
Tod基因能转化甲 苯为2-hydroxy6-oxo-2,4heptadienoate
现代环境生物学课程报告
处理实际废水的应用：
•菌株：本实验所构建的表达ATCC6538镍钴转运酶
NiCoT基因的重组菌E.coliBL21 •活性污泥：采自广州市猎德污水处理厂，离心后使 用，含水率为82.5% •废水：广东省阳江市某电镀厂两个不同车间
现代环境生物学课程报告
处理效果：
•当活性污泥单独投加时，对电镀废水中镍的去除效
现代环境生物学课程报告
案例二：基因工程菌—活性污泥法处理含镍电镀废水
• 背景：
电镀镍生产清洗过程中产生的废水往往含有过量的镍， 对人类健康有很大影响。 用于处理含镍废水的方法中，生物吸附法较于其他物理 化学方法在反应速度和运行成本等方面更有优势。但是也 存在对环境因素敏感、选择性差等不足，希望通过基因工 程技术的引入解决这些问题。 目前国内外利用基因工程菌处理重金属废水还处于实验 室研究阶段，距离实际工程应用有一定差距。基因工程菌 在吸附机理和工程应用的影响因素等方面的研究还有待进 一步开展。
基因工程技术在环境保护中的应用
基因工程技术在环境保护中的应用随着科技的发展，人类在为自己生产出越来越多生活资料的同时，产生有害物质的数量和种类也大幅度增加,环境污染已远远超出了自然界微生物的净化能力，已成为人们十分关注的问题.基因工程技术是在DNA分子水平上按照人们的意愿进行的定向改造生物的新技术。
而利用基因工程技术提高微生物净化环境的能力是用于环境治理的一项关键技术。
这一技术发展到今天，正形成产业化并列为世界领先专业技术领域之一，广泛应用于食品、医药、化工、农业、环保、能源和国防等许多部门，并日益显示出其巨大的潜力.一、基因工程在废水处理中的应用基因工程技术应用于废水处理是水处理领域一项具有广泛应用前景的新兴技术。
常规的废水处理方法有物化法、生物法等。
由于一般的物化方法只是污染物的转移，不能从根本上治理,且容易造成二次污染，成本也较高,生物法逐渐成为废水处理的主要方法.但是由于废水的多样性及其成分的复杂性，自然进化的微生物降解污染物的酶活性往往有限，如果能利用基因工程技术对这些菌株进行遗传改造，提高微生物酶的降解活性,并可大量繁殖，就可以定向获得具有特殊降解性状的高效菌株，方便有效地应用于水污染处理。
因此，构建基因工程菌成为现代废水处理技术的一个重要研究方向，且日益受到人们的重视。
基因工程技术在废水处理中的应用有以下几个方面。
1、基因工程在环境污染监测中的应用目前，聚合酶反应（简称PCR）技术和核酸探针技术是常用于水环境中微生物的检测技术。
PCR技术是一种在体外模拟自然DNA复制过程的核酸扩增技术，常用于监测海洋环境中存在的微生物。
标记的核酸探针可以用于待测核酸样本中特定基因序列，如监测饮用水中病毒的含量。
PCR技术和核酸探针技术可能取代常规的水质分析，发展成为一种快速可靠水体微生物的检测技术，并将在细菌、病毒及其他毒物检测中得以迅速的应用发展.2、基因工程菌对水体中重金属离子的生物富集利用基因工程菌代替普通微生物处理重金属是近年来研究的热点。
一种抗重金属的植物促生菌株及其应用的制作方法
从大自然中发现抗重金属的神奇促生菌
在如今环境污染愈演愈烈的现实中，寻找一种能够有效地减缓重
金属污染的方法显得格外重要。
为此，科学家们在研究植物抗重金属
的特性时，发现了一种很神奇的促生菌株，这个株系可以有效降低土
壤中重金属浓度，从而促进植物生长，并在种植过程中不会造成环境
污染。
这个促生菌株的发现给我们提供了一种全新的思路和方法，可以
帮助我们更好地应对环境污染问题。
下面就让我们来看看这个促生菌
株是如何被发现和应用的。
首先，科学家们在自然界中对一些已知的抗重金属植物的根际土
壤中，筛选出种植有特殊微生物的样品，并对这些微生物进行分离鉴定，从中筛选出具有明显促进植物生长、抗重金属能力强的菌株，即
抗重金属菌。
其次，针对这些抗重金属菌，科学家们在实验室里进行了大量的
研究和验证，发现这些抗重金属菌不仅可以降低土壤中重金属的浓度，还具有促进植物生长的作用，并在植物种植过程中不会造成环境污染。
最后，科学家们将这些抗重金属菌株应用到具体的场景中，发现
在污染较严重的土壤中种植植物，再加入这些促生菌株，可以有效地
促进植物生长，降低土壤中重金属的浓度，在减缓环境污染和保护生
态环境方面具有重要的意义。
综上所述，这个发现是一个非常令人振奋的消息，它为我们提供了一种新的思路和方法，可以有效地应对环境污染问题。
我们相信，在科学家们的不懈努力下，这个发现将会被更好地应用到实践中，并为保护环境和改善人类生活做出更大的贡献。
基因工程菌在重金属及难降解废水处理中的应用
金属及 难 降解 污 染 物 的适 应 性 和 处理 效 率 。 目前 ，
０ 引 言
近几 十年 来 ， 济 的高 速 发展 导 致 大 量人 工 合 经
成化 合物 以及 各种 有毒 、 有害 金属 污染 物 ， 生 产和 经 使 用过 程 中的各种 渠道进 入 环境 。高稳 定性 和 高脂
维普资讯
第 １ ４卷 第 ４期
２００７矩
安 全 与 环 境 工 程
Ｓａ ｅ ｙ ａ ｄ Ｅｎｖ ｒ ｍｅ ａ ｇｉ ｅ ｒｎ ｆｔ ｎ ｉｏｎ ｎｔ ｌＥｎ ｎ ｅ ｉ ｇ
Ｖｏ ． ４ Ｎｏ ４ １１ ．
Ｄｅ ． ｃ ２ＯＯ７
溶性 使其 在环境 中具 有 停 留 时 间长 、 沿 着 食 物 链 能
富集 等特点 ， 重 威 胁 着人 类 的健 康 和 生 存 。随着 严
基 因工 程 菌 的构 建 方 法
将 基 因工 程 技 术 应 用 于 环 境保 护 和 治 理 始 于 ２ Ｏ世纪 ８ Ｏ年代 。构 建基 因工 程 菌 的主 要 目的是 提 高菌 种 的处理 能 力 和生 存 能 力 ， 目前 的 研究 热 点 主
针对 该法 的研究 方 兴 未 艾 ， 对 处理 过 程 中影 响 因 但
素的探 讨还 鲜见 系统 报道 。为 此笔 者介绍 了基 因工 程 菌 的构建 方法 及其 在重 金属及 难 降解废 水 中的应
用 现状 ， 析 了处理 过 程 中的 影 响 因素 以 及 构建 和 分 应用 菌种 时存在 的问题 。
素 ， 简 要 阐 述 了 在 构 建 和 应 用 菌 种 中所 存 在 的 问题 。 并
关键 词 ：基 因 工程 菌 ； 金 属 废 水 ； 降 解 废 水 ； 建 重 难 构 中 图分 类 号 ： ７ ３ １ Ｘ ０ ． 文献 标 识 码 ： Ａ 文 章 编 号 ：６ １１ ５ （０ ７ ０ —０ ７０ １７ —５ ６ ２０ ）４０ ５—５
重金属抗性微生物的筛选及其应用研究
重金属抗性微生物的筛选及其应用研究重金属抗性微生物的筛选及其应用研究摘要：关键词：目录：引言：重金属污染具有长期性，累积性，潜伏性和不可逆性等特点，危害大治理成本高，我国在长期的矿产开采，加工以及工业化进程中累积形成的重金属污染近年来逐渐显现，污染事件呈多发态势，对生态环境和健康构成了严重威胁。
与传统的处理方法相比，其具有无二次污染、处理效率高、适应范围广、成本低等优点，在低浓度下，金属可被选择性地去除、分离回收。
随着生物技术的发展，20 世纪80 年代人们逐渐将低含量重金属污染治理的研究重点转向了微生物修复技术，该技术因其具有处理费用低、对环境影响小、效率高等优点，越来越受到人们的广泛关注。
一、重金属污染的微生物修复1.1概述重金属污染的微生物修复:利用微生物的生物活性对重金属的亲合吸附或转化为低毒产物，从而降低重金属的污染程度。
重金属不能被微生物降解并且对它们有毒害作用，但是许多重金属是生命必需的物质或元素，微生物对重金属又有一定的抗性和解毒作用，可以吸附和转化重金属，改变它们在土壤中的环境化学行为，从而达到生物修复的目的。
目前，研究比较多，在生产中得到应用主要是自养微生物，大部分是土著微生物。
土著微生物是有固定碳素的光合细菌、抑制病害的放线菌，分解糖类的酵母菌，在嫌气状态下有效分解的乳酸菌等群落。
已使用的应用有，将微生物制成微生物吸附剂去除水中重金属；生物通风工艺处理重金属污染的土壤；菌根真菌促进植物对重金属的吸收；也有的对微生物进行基因工程改造，以加强对重金属离子的吸附或代谢，但还停留在实验水平，有待进一步研究。
2.1微生物修复特点及优势传统的处理重金属的物理化学方法很多，如化学沉淀法、离子交换法、电解法、反渗透法、萃取法、活性炭吸附法、膜分离法等，它们各有优缺点。
但是这些方法都不同程度地存在着投资大、能耗高、操作困难、易产生二次污染等缺点，特别是在处理低含量重金属污染时，其操作费用和原材料成本相对过高。
基因工程改良植物重金属抗性与富集能力的研究进展
述。
!
转基因技术实施的双重目标与策略
土壤中的重金属及其类似物有 GH， G,， GM， KC， )?， IJ， SE，
受到国际社会的普遍关注。 5D 等） 利用绿色植物修复重金属污染的土壤 !" 世纪 3" 年代，
［!］ 和水体这一思想的提出， 即植物修复 （ I.A@&,8>8H?+@?&E） ， 赋
5+J;4 &26+<I’2&/2 K+ &26+<I’2&/2 （$）2/413&6</ N,
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表! "#$%& ! ./+/ !"#$ *+", ,0&1
［-］
9 转基因技术实施的分子生物学机制与功 能基因的克隆
目前这一领域已成为国内外植物修复研究的热点， 其中 植物超富集和耐受重金属的分子生物学机制已 有 不 少 报
［C， G， !T］ 道 ， 一些功能基因也相继在细菌、 真菌、 植物和动物中 ［T Z G， !C Z RG］ 。植物对重金属的解 被发现、 分离和鉴定 （见表 !）
继在细菌、 酵母、 植物和动物中被分离、 鉴定， 近年来， 人们利用转基因技术提高植物重金属抗性和富集能力方面已 及其工程植物已显示出植物修复产业化潜力。特别对转基因技术 获得进展， 一些功能基因 （如 1&"3 ，4%*5 和 5*&!） 所采取的分子生物学途径、 达到的效果以及存在的问题进行了详述， 对今后研究的重点和策略进行了探讨。 关键词 植物，基因工程，重金属，抗性，富集 F2#$ 文献标识码 5 文章编号 1"""/$"91 （!""#） "!/"1:0/"3 性已取得一些重要进展， 一些转基因植物茎叶部表现了较高 的金属离子富集量， 并在污染土壤的生态恢复中进行了初步
含重金属抗性基因工程菌的构建与应用
结合 蛋 白、 纵 子 、 操 金属 转 运酶 和 金属 还原 酶 等 ， 并利用 这些 物质 与重 金 属 结合 ， 形成 失 活 晶体 或
工 程 菌 处理 含 重 金 属 废 水 具 有 广 阔 的应 用 前 景 。 关 键 词 ： 因 工 程 菌 ； 金 属 废水 ； 集 基 重 富 中国 分 类 号 ： ８ ； ０ ． 文献 标 志 码 ： 文 章 编 号 ：１ ０ — ０ ３ ２ １ ） ２０ ９ －５ Ｑ ７９ Ｘ ７ ３ １ Ａ ０ ０８ ６ （ ０ Ｏ ０ — ０ ２ ０
含有 大量重 金属 的废 水对 人类健 康 的影 响及
生 态环境 的破坏 日益严 重 。治 理重金 属废水 的方
对外 界造成 生物 污染 等条件 。 目前 ， 广 泛 用 作 宿 主 菌 的 菌 体 有 Ｅｓｈ— 被 ｃｅ
ｒｃ ｉ ｏ ｉ Ｂａ ｉｌ ｓｓ ｂ ｉｉ 、 ｅ ｓ ｉｈ ａ ｃ ｌ 、 ｃｌｕ ｕ ｔｌｓ Ｙ ａ ｔ及 Ｄｅｎ ｃ ｃ ｉｏ ｏ —
（．南 华 大 学 污 染 控 制 与 资 源化 技 术 湖 南 省 重 点 实 验 室 ， 南 衡 阳 ４ １０ ； ．南 华 大 学 铀 矿 冶 生 物 技 术 国 １ 湖 ２０ １ ２
防重 点 学科 实验 室 ，湖 南 衡 阳 ４ １ ０ ） ２ ０ １
摘 要 ： 绍 含 重 金 属 抗 性 基 因工 程 菌 的构 建 ； 介 阐述 含 金 属 络 合 物 基 因工 程 菌 、 特 异 性 金 属 转 运 酶 基 因 工 程 菌 含 和 含 金 属沉 淀 酶 基 因工 程 菌 在 含 重 金 属废 水 处 理 中的 应 用 ， 其 表 现 出 的 高 富集 容 量 、 及 高选 择 性 与 生 存 能 力 强 的 特 点 ； 讨 处 理 过 程 中 的影 响 因素 ， 出应 用 时 存 在 的 安 全 性 、 传 稳 定 性 等 问 题 。利 用 含 重 金 属 抗 性 基 因 探 指 遗
一种抗重金属的植物促生菌株及其应用[发明专利]
![一种抗重金属的植物促生菌株及其应用[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/e2e6868125c52cc58ad6be86.png)
专利名称：一种抗重金属的植物促生菌株及其应用专利类型：发明专利
发明人：李有志,樊宪伟,陈登峰
申请号：CN201811033605.5
申请日：20180905
公开号：CN109136137A
公开日：
20190104
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明属于植物促生菌技术领域，具体涉及的是一种抗重金属的植物促生菌株及其应用。
一种抗重金属的植物促生菌株，其分类学命名为单不动杆菌(Acinetobacter soli)BHG‑02，于2014年10月13日保藏于中国典型培养物保藏中心，保藏号为CCTCC NO:M2014471。
本发明抗重金属的促生植物菌株BHG‑02为首次从广西壮族自治区北海市的金湾红树林保护区的土壤中筛选分离得到的，能够分泌有机酸，溶解并利用培养基中的磷酸钙，同时具有ACC脱氨酶活性，生长激素IAA、脲酶活性等特性，溶解土壤中的重金属，解除植物的重金属胁迫，改良土壤养分状况，从而起到促进植物生长的作用。
申请人：广西大学
地址：530004 广西壮族自治区南宁市西乡塘区大学东路100号
国籍：CN
代理机构：北京中誉威圣知识产权代理有限公司
代理人：朱志宽
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第29卷 第2期2010年5月铀 矿 冶URANIU M M IN ING A ND M ETA LLURGY Vo l 29 No 2M ay 2010收稿日期:2009 09 09基金项目:国家自然科学基金项目(10775065,20707008);湖南省高校创新平台开放基金项目作者简介:梁颂军(1985 ),男,湖南省涟源市人,在读硕士研究生,研究方向为水处理理论与技术。
含重金属抗性基因工程菌的构建与应用梁颂军1,谢水波1,2,王文涛1,李仕友2(1.南华大学污染控制与资源化技术湖南省重点实验室,湖南衡阳421001; 2.南华大学铀矿冶生物技术国防重点学科实验室,湖南衡阳421001)摘要:介绍含重金属抗性基因工程菌的构建;阐述含金属络合物基因工程菌、含特异性金属转运酶基因工程菌和含金属沉淀酶基因工程菌在含重金属废水处理中的应用,及其表现出的高富集容量、高选择性与生存能力强的特点;探讨处理过程中的影响因素,指出应用时存在的安全性、遗传稳定性等问题。
利用含重金属抗性基因工程菌处理含重金属废水具有广阔的应用前景。
关键词:基因工程菌;重金属废水;富集中图分类号:Q 789;X 703.1 文献标志码:A 文章编号:1000 8063(2010)02 0092 05含有大量重金属的废水对人类健康的影响及生态环境的破坏日益严重。
治理重金属废水的方法有多种,其中微生物吸附法以其原材料来源丰富、成本低、操作简单及吸附速度快等优点而引起广泛关注。
而未经任何处理的微生物往往对pH 、离子强度及辐射强度等环境因素反应敏感,并且当废水中多种重金属离子共存时,对目标重金属离子的选择性不高。
针对这些问题,一些新型生物处理技术应运而生,其中利用分子生物学技术构建高富集容量、高选择性及生存能力强的基因工程菌成为当前研究的热点。
1 含重金属抗性基因工程菌的构建1.1宿主菌的选择选择适宜的宿主菌是构建高效基因工程菌的基本前提之一。
理想的宿主菌应该满足便于目的DNA 的导入;能使目的DNA 稳定存在于宿主菌中;便于基因工程菌的筛选;遗传稳定性高,易于扩大培养或发酵生长;安全性高,无致病性,不会对外界造成生物污染等条件。
目前,被广泛用作宿主菌的菌体有E scherichia coli 、Bacillus subtilis 、Yeast 及Deinococ cus radiod ur ans 等。
其中E.coli 是迄今研究得最为详尽、应用最为广泛的原核生物种类之一,也是基因工程研究与应用中发展最为完善的载体受体系统。
D.r adiodurans 具有易于被染色体DNA 和质粒DNA 自然转化的遗传化学特性,及耐辐射能力强、无致病性、易分离培养等优点,以它作为宿主菌的基因工程菌可应用于放射性环境下重金属污染的修复。
笔者利用基因工程技术将非特异性酸性磷酸酶基因(p hoN )克隆到D.radio dur ans R1中,构建了耐辐射超富集核素的基因工程菌,用于改良核污染区污染的土壤与地下水。
1.2目的基因这里的目的基因主要是指一系列重金属抗性基因,用于激活和编码金属结合蛋白、操纵子、金属转运酶和金属还原酶等。
近期报道的主要重金属抗性基因见表1。
表1重金属抗性基因基因来源表达产物功能文献z itB E.c oliZn 转运酶对Zn 具有抗性[1]ZhfSch iz osacchar omy ces p ombeZn/Co 转运酶对Zn/C o 具有抗性[2]续表基因来源表达产物功能文献ZA T A rabid op sis thaliana Zn转运酶对Zn具有抗性[3] ZN T1Th lasp i caeru le sc ens Zn转运酶对Zn具有抗性[4] c dI19A rabid op sis thaliana金属结合蛋白对Cd具有抗性[5] P v S R2F rench bean重金属胁迫相关蛋白对Cd具有抗性[6] mntA L ac tobacillus plantarum M n/Cd转运酶对M n/Cd具有高亲和力[7] TaP CS1W heat植物螯合肽对Cd具有抗性[8]1.3构建策略构建含重金属抗性基因工程菌,常采用构建融合蛋白、构建穿梭表达载体、利用基因整合平台系统3种策略。
1)构建融合蛋白。
一般以E.coli作为宿主菌。
So usa[9]2280等在麦芽糖孔蛋白(LamB)序列位点上引入酵母金属硫蛋白(YM T)和人金属硫蛋白(H M T),得到融合蛋白LamB M Ts,然后于E.coli中表达。
但用该策略构建的基因工程菌表达的产物不稳定,且难于鉴定纯化。
2)构建穿梭表达载体。
Appukuttan[10]等将p hoN与适用于E.coli的表达载体pA SR1连接,然后酶切获得含有pASR1 phoN的片段,再连接到E.coli D.radiod ur ans穿梭载体pRAD1中,转化D.r ad iodurans,诱导表达p hoN。
其缺点是携带外源目的基因的质粒载体进入受体细胞后容易丢失,导致外源基因丢失。
3)利用基因整合平台系统。
基因整合平台系统由受体染色体DNA上的整合平台(靶位)和供体质粒组成。
含有基因整合平台同源片段和外源基因的供体质粒进入受体细胞后,通过与靶位DNA同源序列的单交换或双交换而把外源基因整合到受体细胞染色体的特定位点上。
Valls[11]等利用该系统构建的含金属硫蛋白(MT)的基因工程菌恶臭假单胞菌(P seudom onas p utida)与真养雷氏菌(R alstonia eutrop ha CH34)对Cd2+的结合能力均得到提高,且后者对高浓度Cd2+的耐受力增强。
构建基因整合平台系统可以实现外源基因的定位整合,避免随机整合出现的有害突变,并能稳定地随染色体DNA的复制而复制。
2 含重金属抗性基因工程菌的应用对于特定重金属,当废水中重金属的浓度超过一定数值时会对微生物产生毒害作用,但某些含重金属抗性基因的微生物通过激活和编码金属结合蛋白、操纵子、金属转运酶和金属还原酶等,并利用这些物质与重金属结合,形成失活晶体或促进重金属排出体外等对重金属进行解毒,产生抗性。
将这类抗性基因于适宜的宿主菌中表达,可以实现菌体对重金属的高富集容量和高选择性,甚至可以应用于极端环境,如放射性环境的重金属废水处理。
根据抗性基因效能的不同,含重金属抗性基因工程菌主要可分为含特异性金属转运酶基因工程菌、含金属络合物基因工程菌与含金属沉淀酶基因工程菌。
研究表明,这些基因工程菌在重金属废水处理中表现出了优越的效能。
2.1 含特异性金属转运酶基因工程菌的应用用生物吸附法分离废水中的重金属时,往往因洗脱液中金属离子成分复杂而很难有效再利用其中重金属资源。
要解决这一问题,实现废水中重金属离子的资源化,需要提高微生物对特定重金属的选择性。
构建含特异性金属转运系统的基因工程菌可实现对特定金属离子的富集。
特异性金属转运系统主要由一些含特异性金属结合蛋白和金属转运蛋白的膜蛋白组成,其中转运蛋白对金属离子具有高选择性。
编码特异性金属转运系统的基因大多数以基因簇的形式位于相应的操纵子中。
如包含汞转运系统编码基因的m er操纵子由merR、mer T、mer P、merA、merC、m erF及mer G等基因片段组成。
Chen[12]等构建的含H g2+转运系统(M erT MerP)基因工程菌的抗汞能力显著提高,每g干菌体富集9 m ol H g2+,比原始宿主菌提高7倍多,汞去除率达80%以上,并对H g2+表现出很高的选择性。
赵肖为[13]231等利用含镍转运酶基因nix A的基因工程菌E.coli SE5000对含镍废水93第2期梁颂军,等:含重金属抗性基因工程菌的构建与应用进行处理,结果表明,该基因工程菌对N i2+的最大富集容量比原始宿主菌提高4倍多,对Ni2+具有高亲和力。
2.2含金属络合物基因工程菌的应用金属络合物主要以金属结合蛋白和金属结合肽的形式存在。
这类蛋白或多肽物质分子中富含Cys、H is、Glu以及Pro等氨基酸残基使其对金属阳离子具有较高的结合容量,其中研究较多的是金属硫蛋白(M T)和植物螯合肽(PC)。
将这类基因在适宜的宿主菌中表达可以使菌体的金属结合能力提高数倍到数十倍,见表2。
表2基因工程菌的富集容量基因工程菌表达产物富集容量文献E.coli融合蛋白M BP EC20对H g2+的富集容量达46mg/g(细胞干重),比原始宿主菌提高数十倍[14]融合蛋白LamB M Ts对Cd2+的富集容量达30nm ol/mg(细胞干重),比原始宿主菌提高了15~20倍[9]2283融合蛋白LamB CP对Cd2+的富集容量达9.4nm ol/mg(细胞干重),比原始宿主菌提高了4倍多[15]S acc haromyce s c erev isiae含H is的寡肽对Cu2+的抗性得到提高,对Cu2+的吸附能力提高了3~8倍多[16]M esor hizobiumH uakuii subsp.reng ei B3PC 对Cd2+的富集容量达36nm ol/mg(细胞干重),比原始宿主菌提高9~19倍[17]Chla my d omonas r einhard tii M T lik e 低浓度(5~10 m ol/L)的Cd2+溶液中,其富集容量为0.6g/mg(细胞干重),是野生株的1.5倍左右[18]注:M BP为麦芽糖结合蛋白,EC20为植物螯合肽(Glu Cys)20Gly,L amB为麦芽糖孔蛋白,CP为金属结合肽Gly Cys Gly Cys Pro C ys Gly Cys Gly,M T like为类金属硫蛋白。
2.3 含金属沉淀酶基因工程菌的应用一些微生物可分泌特异的氧化还原酶,对于一些变价金属元素发生氧化还原反应起到催化作用,或者其代谢产物(S2-、PO3-4)与金属离子发生沉淀反应,使有毒有害的重金属转化为无毒或低毒金属沉淀物。
Bang[19]等构建的含硫代硫酸盐还原酶基因(p hsA BC)工程菌E.coli DH5 (pSB74),对Cd2+浓度为150,200 mo l/L溶液中Cd2+的去除率分别为98%与91%。
通过X射线光谱检测结果表明,沉沉物极可能是CdS。
Brim[20]等将汞离子还原酶基因merA克隆到耐辐射奇球菌中,得到的工程菌可以在放射性环境下将毒性极大的H g2+还原为低毒的单质H g。
Basnakova[21]等将柠檬酸细菌(Citrobacter sp.)中的p hoN于E.coli DH5 中表达,构建的工程菌 E.coli DH5 (p hoN)可使溶液中的U O2+2以H UO2PO4的形式沉淀下来。