现代环境生物技术原理优秀课件
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现代生物技术ppt课件
生物质能源的优势
可再生、低碳排放、资 源丰富等。
THANKS.
农业废弃物的生物处理技术 利用微生物的分解作用将农业废弃物转化为有机肥料或生 物能源。
农业废弃物生物处理的优点 减少环境污染、提高资源利用率、促进农业可持续发展等。
生物技术在工业领域
08
的应用
生物催化与生物转化
生物催化剂
利用酶或微生物细胞作为催化剂，加速化学反应的 速度，提高产物的纯度和收率。
生物转化
通过培养转化后的受体细胞，诱导目的基因 的表达，并对表达产物进行检测和分析。
基因工程的应用实例
转基因作物
通过基因工程技术将外源基因导 入作物中，使其具有抗虫、抗病、
抗除草剂等优良性状。
基因治疗
利用基因工程技术将正常基因导 入患者体内，以替代或修复缺陷 基因，达到治疗遗传性疾病的目 的。
生物制药
利用基因工程技术生产重组蛋白 药物、抗体药物等生物药物，用 于治疗癌症、自身免疫性疾病等。
固定化方法
物理吸附、化学交联、包埋法等。
酶的性质与催化机制
01
02
03
酶的性质
高效性、专一性、可调节 性、不稳定性等。
催化机制
酶通过降低反应的活化能， 加速反应的进行。
酶的结构与功能
酶的活性中心、辅因子、 别构效应等。
酶工程的应用实例
工业应用 洗涤剂、食品加工、皮革加工等。
医药应用 药物合成、疾病诊断、基因工程等。
氨基酸的生产
以谷氨酸为例，阐述发酵法生产氨基酸的原 理、工艺及应用。
酶制剂的生产
以淀粉酶为例，介绍利用发酵工程生产酶制 剂的方法、应用领域及市场现状。
酶工程
05
酶的分离纯化与固定化
可再生、低碳排放、资 源丰富等。
THANKS.
农业废弃物的生物处理技术 利用微生物的分解作用将农业废弃物转化为有机肥料或生 物能源。
农业废弃物生物处理的优点 减少环境污染、提高资源利用率、促进农业可持续发展等。
生物技术在工业领域
08
的应用
生物催化与生物转化
生物催化剂
利用酶或微生物细胞作为催化剂，加速化学反应的 速度，提高产物的纯度和收率。
生物转化
通过培养转化后的受体细胞，诱导目的基因 的表达，并对表达产物进行检测和分析。
基因工程的应用实例
转基因作物
通过基因工程技术将外源基因导 入作物中，使其具有抗虫、抗病、
抗除草剂等优良性状。
基因治疗
利用基因工程技术将正常基因导 入患者体内，以替代或修复缺陷 基因，达到治疗遗传性疾病的目 的。
生物制药
利用基因工程技术生产重组蛋白 药物、抗体药物等生物药物，用 于治疗癌症、自身免疫性疾病等。
固定化方法
物理吸附、化学交联、包埋法等。
酶的性质与催化机制
01
02
03
酶的性质
高效性、专一性、可调节 性、不稳定性等。
催化机制
酶通过降低反应的活化能， 加速反应的进行。
酶的结构与功能
酶的活性中心、辅因子、 别构效应等。
酶工程的应用实例
工业应用 洗涤剂、食品加工、皮革加工等。
医药应用 药物合成、疾病诊断、基因工程等。
氨基酸的生产
以谷氨酸为例，阐述发酵法生产氨基酸的原 理、工艺及应用。
酶制剂的生产
以淀粉酶为例，介绍利用发酵工程生产酶制 剂的方法、应用领域及市场现状。
酶工程
05
酶的分离纯化与固定化
《环境生物技术》课件
01
微生物通过分解有机物，将复杂的有机物转化为简单的无机物
，为其他生物提供能量和养分。
转化能量
02
微生物在生态系统中扮演着生产者和消费者的角色，通过光合
作用或分解有机物获得能量，维持生态平衡。
净化环境
03
微生物可以降解和转化有毒有害物质，净化水体、土壤和空气
等环境介质。
微生物的ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ解原理
酶促反应
微生物通过分泌酶来分解有机物，酶是一种具有高度选择性的生物 催化剂，能够加速有机物的分解。
技术瓶颈与挑战
技术应用范围有限
目前的环境生物技术主要集中在 某些特定领域，对于一些复杂的 环境问题，技术的适应性和效果 有待提高。
技术转化率低
尽管有一些环境生物技术的研究 成果，但这些成果在实际应用中 的转化率较低，难以实现大规模 应用。
缺乏系统性的解决
方案
针对环境问题的复杂性，需要提 供系统性的解决方案，而不仅仅 是单一的技术应用。
生物膜法
通过生物膜上的微生物降解废水中的 有机物，常见的有生物滤池、生物转 盘等。
厌氧生物处理
在无氧条件下，利用厌氧微生物将废 水中的有机物转化为甲烷和二氧化碳 等，实现废水的净化。
固体废物处理
总结词
利用生物技术对固体废物进行稳定化和减量化处理，减少对环境的危 害。
堆肥化
将有机固体废物堆放在一定条件下，利用微生物的作用将其转化为稳 定的腐殖质，实现废物的资源化利用。
通过显微观察和生理生化实验等方法 对分离得到的微生物进行鉴定和纯度 检测。
培养基的使用
根据分离的微生物种类和目的，选择 适合的培养基，以保证微生物的生长 和繁殖。
PART 03
现代环境生物技术PPT课件
现代环境生物技术
王建龙 文湘华 编著
环境工程教研室
谯
华
环境污染生物降解
夏北成 化学工业出版社
环境微生物工程
参 考 污染控制微生物 书 目 生物化学
微生物学microbiology
马文漪等 南京大学出版社 徐亚同等 化学工业出版社 王希成 清华大学出版社
J.Nicklin 科学出版社
基因与伦理
范冬萍等 羊城晚报出版社
DNA的双螺旋结构
世界首只克隆羊“多莉”
（二）意义
生物技术作为一个现代前沿学科领域，受到当今世界
各国的广泛关注，全球生物技术每年创造的产值约5000亿
一 、
美元，单项产品产值高达40亿美元，仅美国生物技术产值
达2240亿美元。 引
言
比如“三色”农业－绿色“露天农业” 、白色“工
厂农业”、蓝色“水生农业”。其中白色农业主要表示这
得到了影像，从而分辨出这种分子的维度、角度和形状； 引 她发现DNA是螺旋结构，至少两股，其化学“信息”面 言 向进里面。
1973：第一个成功的克隆转化实验，第一个有目的的 基因重组实验，是现代生物技术的标志。
1997：英培育出世界上第一例体细胞克隆动物“多莉” 羊，2003年2月14日去世。
1998：日本培育出体细胞克隆动物8头牛犊。
美国于2003年3月5日启动了牛基因组测序工程，将 言 能够改进牛奶和牛肉制品的质量以及提高食品的安全系
数。诸如此类，将为人类开创美好的明天。
一种新的软件MyGrid将加快人类基因组解读，而且 它还可以自动找到与该研究有关的信息，搜索基因和蛋 白质数据、调节网络和任何其它相关信息。
（一）定义
生物技术：以现代生命科学为基础，结合先进的工
王建龙 文湘华 编著
环境工程教研室
谯
华
环境污染生物降解
夏北成 化学工业出版社
环境微生物工程
参 考 污染控制微生物 书 目 生物化学
微生物学microbiology
马文漪等 南京大学出版社 徐亚同等 化学工业出版社 王希成 清华大学出版社
J.Nicklin 科学出版社
基因与伦理
范冬萍等 羊城晚报出版社
DNA的双螺旋结构
世界首只克隆羊“多莉”
（二）意义
生物技术作为一个现代前沿学科领域，受到当今世界
各国的广泛关注，全球生物技术每年创造的产值约5000亿
一 、
美元，单项产品产值高达40亿美元，仅美国生物技术产值
达2240亿美元。 引
言
比如“三色”农业－绿色“露天农业” 、白色“工
厂农业”、蓝色“水生农业”。其中白色农业主要表示这
得到了影像，从而分辨出这种分子的维度、角度和形状； 引 她发现DNA是螺旋结构，至少两股，其化学“信息”面 言 向进里面。
1973：第一个成功的克隆转化实验，第一个有目的的 基因重组实验，是现代生物技术的标志。
1997：英培育出世界上第一例体细胞克隆动物“多莉” 羊，2003年2月14日去世。
1998：日本培育出体细胞克隆动物8头牛犊。
美国于2003年3月5日启动了牛基因组测序工程，将 言 能够改进牛奶和牛肉制品的质量以及提高食品的安全系
数。诸如此类，将为人类开创美好的明天。
一种新的软件MyGrid将加快人类基因组解读，而且 它还可以自动找到与该研究有关的信息，搜索基因和蛋 白质数据、调节网络和任何其它相关信息。
（一）定义
生物技术：以现代生命科学为基础，结合先进的工
第一章 环境生物技术概论ppt
环境生物技术
第一章 概 论
一、“理想家园”
蓝天、碧水
绿色、清静
•
我们对世界充满好奇和友善，千万别伤 害我们哦！
二、环境问题
1、大气污染
光化学烟雾-雾都
酸雨—忧伤的大佛
气候变暖—温室效应加剧
• 2）温室气体
2、水污染
水华-某些蓝藻的过度生长，使水面形成绿色藻层；蓝藻释放的毒素能
3、现代生物技术的商业化
• 1）现代生物技术产品的商业化是推动生物技术发展的重要力量 • A：生物技术公司的广阔前景吸引了产业资本的加盟，并展现了
广阔的前景。 • 1976年，在Herbert Boyer教授的影响下，Robert Swanson投资创
立了Genentech公司（当今世界著名的生物技术公司）； • 1978年该公司成功将编码人胰岛素两条链的基因转到一个载体上，
毒杀鱼虾和贝类等，并使水体产生恶臭，这种现象叫做“水华”
赤潮-海藻家族中的赤潮藻在特定环境条件下爆发性地增殖造成的。
我国主要七大流域水质类别比例现状
(共监测264个断面)
ÁÓ ¢õ Àà
¢ñ Àà
¢õ Àà
13.8%
16.4%
6.9%
¢ò Àà
25.9%
¢ô Àà 21.6%
改良方面发挥了十分 重要的作用。
C:新的技术正得到重视和发展
通 过 胚 胎 干 细 胞 获 得 转 基 因 小 鼠 的 示 意 图
囊 胚 细 胞 转 染 法 或 的 基 因 鸡
杂 瘤 细 胞 制 备 单 克 隆 抗
体
• 现代生物技术已在农业、医药、轻工业、 食品、环保、海洋和能源等许多方面得 到广泛应用，同时，现代医药生物技术、 现代农业生物技术等一些新型产业正在 迅速形成。
第一章 概 论
一、“理想家园”
蓝天、碧水
绿色、清静
•
我们对世界充满好奇和友善，千万别伤 害我们哦！
二、环境问题
1、大气污染
光化学烟雾-雾都
酸雨—忧伤的大佛
气候变暖—温室效应加剧
• 2）温室气体
2、水污染
水华-某些蓝藻的过度生长，使水面形成绿色藻层；蓝藻释放的毒素能
3、现代生物技术的商业化
• 1）现代生物技术产品的商业化是推动生物技术发展的重要力量 • A：生物技术公司的广阔前景吸引了产业资本的加盟，并展现了
广阔的前景。 • 1976年，在Herbert Boyer教授的影响下，Robert Swanson投资创
立了Genentech公司（当今世界著名的生物技术公司）； • 1978年该公司成功将编码人胰岛素两条链的基因转到一个载体上，
毒杀鱼虾和贝类等，并使水体产生恶臭，这种现象叫做“水华”
赤潮-海藻家族中的赤潮藻在特定环境条件下爆发性地增殖造成的。
我国主要七大流域水质类别比例现状
(共监测264个断面)
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13.8%
16.4%
6.9%
¢ò Àà
25.9%
¢ô Àà 21.6%
改良方面发挥了十分 重要的作用。
C:新的技术正得到重视和发展
通 过 胚 胎 干 细 胞 获 得 转 基 因 小 鼠 的 示 意 图
囊 胚 细 胞 转 染 法 或 的 基 因 鸡
杂 瘤 细 胞 制 备 单 克 隆 抗
体
• 现代生物技术已在农业、医药、轻工业、 食品、环保、海洋和能源等许多方面得 到广泛应用，同时，现代医药生物技术、 现代农业生物技术等一些新型产业正在 迅速形成。
环境生物学ppt课件
土壤污染对生物的影响
影响植物生长
01
土壤中的污染物，如重金属、农药等，会破坏土壤结构，影响
植物根系的生长和养分的吸收。
危害土壤生物
02
土壤污染会对土壤中的微生物、昆虫等生物造成危害，破坏土
壤生态系统的平衡。
通过食物链危害人类
03
受污染的土壤中的有害物质会通过食物链传递到人类体内，对
人类健康造成威胁。
加强物种保护和恢复计划
控制外来物种入侵
环境保护与生物多样性保护的互动关系
01
02
03
环境保护对生物多样性 保护的影响
改善生态环境质量，提 高生物多样性
减少污染和生态破坏， 保护物种栖息地
环境保护与生物多样性保护的互动关系
01
生物多样性保护对环境保护的 促进
02
维护生态系统稳定性，提高环 境抵抗力
03
促进生态恢复和修复，改善环 境质量
环境保护与生物多样性保护的互动关系
01
环境保护与生物多样性保护的协同作用
02
共同构建生态安全屏障
03
促进人与自然和谐共生
06
环境生物学研究方法与技术
野外调查与观测方法
生态环境调查
对研究区域的自然环境、生物群落及其相互关系 进行全面、系统的调查。
物种多样性观测
数据分析与建模
运用统计学和计算机技术等手段，对实验数据进行处理、分析和建 模。
现代生物技术在环境生物学中的应用
分子生物学技术
利用PCR、基因克隆、基因编辑等技术，研究生物大分子与环境因 子的相互作用。
生物信息学技术
运用计算机算法和软件工具，对生物信息进行存储、检索、分析和 可视化。
环境生物技术ppt课件
冻干菌种：挑选、培育的亮堂发光杆菌，真空冷冻 枯燥〔加维护剂，缓冲物质，NaCl等〕，-20— 25°C保管。
〔二〕实验方法
菌种复苏：2%NaCl，悬液 样品处置：系列稀释，调pH6-8，浸透压2%NaCl
毒性测定：测试管参与样品和菌液，以苯酚作阳性 有机毒物对照，以ZnSO4.7H2O作阳性无机毒物 对照，蒸馏水为阴性对照。15oC培育5min或 15min。光量抑制百分率：
• 半数效应浓度〔EC50〕和半数抑制浓度 〔IC50〕:影响或抑制微生物正常生理目的 值50%所需的待测物浓度。
检测毒性的手段：动物检测、微生物检测 动物检测急性毒性：研讨化学物质大剂量一次染毒或
24小时内多次染毒动物所引起的毒性的实验。 其目的是短期内了解该物质的毒性大小和特点，并为
进一步开展其他毒性实验提供设计根据。 急性毒性实验类型 哺乳动物急性毒性实验 水生生物急性毒性实验 蚯蚓急性毒性实验 察看时间为2周，以半数致死浓度LC50表示。
• 微生物检测选择一项或几项生理目的为指征，根据 代谢物影响或抑制这些指征的程度来判别毒性的强 度。
• 评价目的多为EC50或IC50
第一节 污染物生物毒性的微生物监测方法
一、发光细菌—细菌生物发光抑制实验
细菌生物发光的生物学机制：
FMNH2 + RCHO +细O菌2 荧光素酶 RCOOH + 光
明两者的相关系数达0.85。 可以根据细菌生物发光实验的发光抑制率进展毒性
分级。
各实验室间结果的重现性好
可用于生物传感器分析
二、硝化细菌—硝化作用抑制实验
国际规范化组织将该方法作为检测化合物或废水毒 性的规范方法之一〔ISO 9509〕。
〔一〕实验原理 毒性污染物抑制硝化作用的酶类，导致对底物的利
〔二〕实验方法
菌种复苏：2%NaCl，悬液 样品处置：系列稀释，调pH6-8，浸透压2%NaCl
毒性测定：测试管参与样品和菌液，以苯酚作阳性 有机毒物对照，以ZnSO4.7H2O作阳性无机毒物 对照，蒸馏水为阴性对照。15oC培育5min或 15min。光量抑制百分率：
• 半数效应浓度〔EC50〕和半数抑制浓度 〔IC50〕:影响或抑制微生物正常生理目的 值50%所需的待测物浓度。
检测毒性的手段：动物检测、微生物检测 动物检测急性毒性：研讨化学物质大剂量一次染毒或
24小时内多次染毒动物所引起的毒性的实验。 其目的是短期内了解该物质的毒性大小和特点，并为
进一步开展其他毒性实验提供设计根据。 急性毒性实验类型 哺乳动物急性毒性实验 水生生物急性毒性实验 蚯蚓急性毒性实验 察看时间为2周，以半数致死浓度LC50表示。
• 微生物检测选择一项或几项生理目的为指征，根据 代谢物影响或抑制这些指征的程度来判别毒性的强 度。
• 评价目的多为EC50或IC50
第一节 污染物生物毒性的微生物监测方法
一、发光细菌—细菌生物发光抑制实验
细菌生物发光的生物学机制：
FMNH2 + RCHO +细O菌2 荧光素酶 RCOOH + 光
明两者的相关系数达0.85。 可以根据细菌生物发光实验的发光抑制率进展毒性
分级。
各实验室间结果的重现性好
可用于生物传感器分析
二、硝化细菌—硝化作用抑制实验
国际规范化组织将该方法作为检测化合物或废水毒 性的规范方法之一〔ISO 9509〕。
〔一〕实验原理 毒性污染物抑制硝化作用的酶类，导致对底物的利
环境生物技术培训教材ppt
环境生物技术
第一节 水体富营养化的概念、危害及控制方法 第二节 氮素循环 第三节 微生物脱氮原理及工艺 第四节 微生物除磷原理及工艺
1.水体富营养化
富营养化是一种氮、磷等植物营养物质含量过多所引起的水质污染现象。一般地， 水中总磷达到0.02mg/L，无机氮达到0.3mg/L的水体已处于富营养化。
总反应式为：
NH4 2O2 硝化细菌NO3 2H H2O
硝化细菌是化能自养菌，生长率低，对环境条件变化较为敏 感。温度、溶解氧、污泥龄、pH、有机负荷等都会对它产生影响。
氨氧化菌（亚硝化细菌）
变形菌门β纲 (Proteobacteria) 亚硝化单胞菌群(Nitrosomonas) 亚硝化螺菌群(Nitrosospira) 变形菌门γ-纲 亚硝化球菌属(Nitrosococcus)
氮、磷等营养物质大量进入湖泊、河口、海湾等缓流水体，造成水体富营养化，引 起藻类及其它浮游生物迅速繁殖，水体溶氧量下降，鱼类及其它生物大量死亡。
大量死亡的水生生物沉积到湖底，被微生物分解，消耗大量的溶解氧，使水体溶解 氧含量急剧降低，水质恶化，以致影响到鱼类的生存，大大加速了水体的富营养化 过程。
2.富营养化的危害-水华
水解 RCHNH 2COOH H2O RCOHCOOH NH 3
细菌分解 RCHNH 2COOH O2 RCOCOOH CO 2 NH3
3.2 硝化反应
2NH
4
3O 2
亚硝酸菌 2NO
2
4H
2H 2O
2NO2 2O2 硝酸菌2NO3
2.氮污染的危害
废水中，氮素以有机氮、氨氮、硝态氮和亚硝态氮四种形式存在。 1. 加速水体的“富营养化”过程； 2. 氨氮消耗水体中的溶解氧； 3. 氨氮会与氯作用生成氯胺，并被氧化为氮； 4. 氮化合物对人和生物有毒害作用； 5. 氨氮和亚硝氮对养殖动物有毒性作用。
第一节 水体富营养化的概念、危害及控制方法 第二节 氮素循环 第三节 微生物脱氮原理及工艺 第四节 微生物除磷原理及工艺
1.水体富营养化
富营养化是一种氮、磷等植物营养物质含量过多所引起的水质污染现象。一般地， 水中总磷达到0.02mg/L，无机氮达到0.3mg/L的水体已处于富营养化。
总反应式为：
NH4 2O2 硝化细菌NO3 2H H2O
硝化细菌是化能自养菌，生长率低，对环境条件变化较为敏 感。温度、溶解氧、污泥龄、pH、有机负荷等都会对它产生影响。
氨氧化菌（亚硝化细菌）
变形菌门β纲 (Proteobacteria) 亚硝化单胞菌群(Nitrosomonas) 亚硝化螺菌群(Nitrosospira) 变形菌门γ-纲 亚硝化球菌属(Nitrosococcus)
氮、磷等营养物质大量进入湖泊、河口、海湾等缓流水体，造成水体富营养化，引 起藻类及其它浮游生物迅速繁殖，水体溶氧量下降，鱼类及其它生物大量死亡。
大量死亡的水生生物沉积到湖底，被微生物分解，消耗大量的溶解氧，使水体溶解 氧含量急剧降低，水质恶化，以致影响到鱼类的生存，大大加速了水体的富营养化 过程。
2.富营养化的危害-水华
水解 RCHNH 2COOH H2O RCOHCOOH NH 3
细菌分解 RCHNH 2COOH O2 RCOCOOH CO 2 NH3
3.2 硝化反应
2NH
4
3O 2
亚硝酸菌 2NO
2
4H
2H 2O
2NO2 2O2 硝酸菌2NO3
2.氮污染的危害
废水中，氮素以有机氮、氨氮、硝态氮和亚硝态氮四种形式存在。 1. 加速水体的“富营养化”过程； 2. 氨氮消耗水体中的溶解氧； 3. 氨氮会与氯作用生成氯胺，并被氧化为氮； 4. 氮化合物对人和生物有毒害作用； 5. 氨氮和亚硝氮对养殖动物有毒性作用。
环境生物技术绪论 ppt课件
合形成的，既具有较强的基础理论，又具有鲜明的技术应用
特点。
ppt课件
25
广义上讲，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，都可称为环境生 物技术。 简言之，环境生物技术是应用于环境领域的生 物技术。
ppt课件
26
德国Timmis博士对环境生物技术下的定义是： 环境生物技术是应用生物圈的某部分使环境得 以控制，或治理预定要进入生物圈的污染物的 生物技术，包括环境中污染物的生物减少、污 染场地的生物修复（Bioremediation）和生物 可降解材料的开发和应用等。 美国密歇根州立大学的J．M．Tiedje教授认为， 环境生物技术的核心是微生物学过程。
环境生物技术
黄春晓
ppt课件
1
绪论
生物技术概论
•生物技术的定义 •生物技术的内容 •生物技术的发展 •生物技术的应用
环境生物技术概论
•环境生物技术的产生和定义 •环境生物技术的研究内容 •环境生物技术进展 •本课程主要内容与安排
ppt课件
2
精品资料
• 你怎么称呼老师？
• 如果老师最后没有总结一节课的重点的难点，你 是否会认为老师的教学方法需要改进？
28
二、环境生物技术的研究内容
环境生物技术的范围极为广泛。到目前为 止，环境生物技术涉及的学科包括分子生 物学、生物化学、基因工程学、酶工程学、 发酵工程学、化学工程学、环境生物学、 环境毒理学、环境工程学、植物学、动物 学、生态学、微电子学、计算机科学等等。
ppt课件
29
三个层次 •第一层次（高层次）为现代环境生物技术， 是 指以基因工程为主导的现代防治污染生物 技术 ； •第二层次是以废物的生物处理（传统）技术、 环境生物分析与监测为主要内容 •第三层次是利用天然处理系统进行废物处理 的技术
《现代环境生物技术》PPT课件
酯和3-氯苯甲酸酯，但不能利用苯、1-4-二氯苯甲酸酯；
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。
三、 酶工程与环境污染生物治理
•酶工程（Enzymatic Engineering）：1 970S，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。
第八章 现代环境生物技术
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。
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
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
1980s开始原生质体融合构建环境工程菌
• 生物降解中，微生物细胞间互生现象 产普将碱多遍假个：例单细可如胞胞通，菌优过构Pse势u原建dom集o生苯na中s环质al到c化体ali一合g融en个e物合s C细降O技：胞可解术降内菌，解。苯可甲酸
• 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，使木有PH质害为素物5.盐质4-和S5O.糖25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％～ 9 0％澄),清可液发中酵添性氮糖和是磷半，纤在维发素酵。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。
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。
三、 酶工程与环境污染生物治理
•酶工程（Enzymatic Engineering）：1 970S，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。
第八章 现代环境生物技术
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。
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
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
1980s开始原生质体融合构建环境工程菌
• 生物降解中，微生物细胞间互生现象 产普将碱多遍假个：例单细可如胞胞通，菌优过构Pse势u原建dom集o生苯na中s环质al到c化体ali一合g融en个e物合s C细降O技：胞可解术降内菌，解。苯可甲酸
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环境生物技术课件生物技术在环境工程中的应用-推荐优秀PPT
不同的酶的pH稳定范围不同。 （六）固定化酶
将酶和酶菌体固定在载体上，制成不溶于水的固态酶，可较长 时间使用。
二、酶的提取
（一）预处理
在提取酶之前要作预处理。不同的酶有不同的预处理方法。
1. 胞外酶的预处理和制备
存在培养液中，只需将菌体过滤或离心去除，所得的清 液即为粗酶液。如果是固态发酵麸曲，用水或缓冲液浸泡，再离 心或过滤去菌体及杂物后所得清液即粗酶液。粗酶液再经提纯即 酶精制品。
固定化酶可以制成酶膜、酶布、酶管（柱）、酶粒、酶片。
处理动态废水用酶管为好。
废水中若含有多种毒物，可按分解毒物成分的次序，沿着废水 流动方向，依次按顺序将与各种毒物相对应的酶固定在塑料管内壁 不同位置上，制成塑料酶管。见图12-3中所示。
图12-3 四种固定化酶在酶管中排列顺序示意图
1.氰水解酶 2.甲酰胺酶 3.甲酸脱氢酶 4. 酚氧化酶
固定化（挂膜）方法有：自然挂膜、优势菌种挂膜和生物工程 菌和遗传工程菌挂膜。在大量生产中，目前仍然是自然挂膜和优势 菌种挂膜。
生物膜法是废水生物处理和废气生物处理的重要方法之一。与 活性污泥法比，在耐毒和耐冲击负荷方面优于活性污泥法，没有活 性污泥丝状膨胀问题。与经纯化而制成的固定化酶和固定化微生物 比，其培养、固定化(挂膜)的方法简单，成本低，实用性强。
一、酶制剂剂型
（一）干燥粗酶制剂
将用麸曲或深层发酵的培养液除菌（或不除菌）后，与淀粉等 惰性填料混合、干燥制成粗酶。
（二）稀液体酶制剂
将培养液过滤除去菌体等杂质后，直接加稳定剂(甘油、乙醇、 氯化钠等的复合物)和防腐剂作为商品出售。国内许多白酒厂用此 种液态糖化酶制剂糖化淀粉。
（三）浓液体酶制剂
3.包埋法
将酶包埋在凝胶微小格子(格子型)中，或将酶包裹在半透性的 聚合物膜内(微胶囊型)的固定方法。格子型的包埋材料：聚丙烯酰 胺(PAM)凝胶、聚乙烯醇(PVA)、琼脂、硅胶、角叉菜胶(红藻提取 物－凝胶)等。微胶囊型的包埋材料有尼龙、乙基纤维素和硝酸纤 维素。
将酶和酶菌体固定在载体上，制成不溶于水的固态酶，可较长 时间使用。
二、酶的提取
（一）预处理
在提取酶之前要作预处理。不同的酶有不同的预处理方法。
1. 胞外酶的预处理和制备
存在培养液中，只需将菌体过滤或离心去除，所得的清 液即为粗酶液。如果是固态发酵麸曲，用水或缓冲液浸泡，再离 心或过滤去菌体及杂物后所得清液即粗酶液。粗酶液再经提纯即 酶精制品。
固定化酶可以制成酶膜、酶布、酶管（柱）、酶粒、酶片。
处理动态废水用酶管为好。
废水中若含有多种毒物，可按分解毒物成分的次序，沿着废水 流动方向，依次按顺序将与各种毒物相对应的酶固定在塑料管内壁 不同位置上，制成塑料酶管。见图12-3中所示。
图12-3 四种固定化酶在酶管中排列顺序示意图
1.氰水解酶 2.甲酰胺酶 3.甲酸脱氢酶 4. 酚氧化酶
固定化（挂膜）方法有：自然挂膜、优势菌种挂膜和生物工程 菌和遗传工程菌挂膜。在大量生产中，目前仍然是自然挂膜和优势 菌种挂膜。
生物膜法是废水生物处理和废气生物处理的重要方法之一。与 活性污泥法比，在耐毒和耐冲击负荷方面优于活性污泥法，没有活 性污泥丝状膨胀问题。与经纯化而制成的固定化酶和固定化微生物 比，其培养、固定化(挂膜)的方法简单，成本低，实用性强。
一、酶制剂剂型
（一）干燥粗酶制剂
将用麸曲或深层发酵的培养液除菌（或不除菌）后，与淀粉等 惰性填料混合、干燥制成粗酶。
（二）稀液体酶制剂
将培养液过滤除去菌体等杂质后，直接加稳定剂(甘油、乙醇、 氯化钠等的复合物)和防腐剂作为商品出售。国内许多白酒厂用此 种液态糖化酶制剂糖化淀粉。
（三）浓液体酶制剂
3.包埋法
将酶包埋在凝胶微小格子(格子型)中，或将酶包裹在半透性的 聚合物膜内(微胶囊型)的固定方法。格子型的包埋材料：聚丙烯酰 胺(PAM)凝胶、聚乙烯醇(PVA)、琼脂、硅胶、角叉菜胶(红藻提取 物－凝胶)等。微胶囊型的包埋材料有尼龙、乙基纤维素和硝酸纤 维素。
第一章 环境生物技术引论-课件
国内相关的环境生物技术研究机构
回流污泥
排泥
淤泥处理
活性污泥法实例 贵阳小河污水处理厂
生物膜法废水处理工艺
生物流化床
生 物 流 化 床
生物流化床应用实例
第三层次是指利用天然处理系统进行废物处理 的技术，如氧化塘、人工湿地和农业生态工程 等，其特点是最大限度地发挥自然界的生物自 净功能，投资运行费用少，易于操作管理。
应该指出的是, 环境生物技术中的三个层次均 是污染治理不可缺少的生物技术手段，需对他 们进行组合应用。
1.4.4 预防污染
现在,世界各国均已认识到环境保护的重要性。生物技 术对环境保护的作用将由单纯治理发展到防治结合,以防 为主,最终实现清洁生产。生物降解材料的开发,微生物农 药的兴起,生物表面活性剂的诞生都是很好的例子。因此, 研究人员将进一步充分应用分子生物工程技术的新方法、 新工艺,来预防环境污染,实现清洁生产,提高生态环境质 量,保障生态安全和多样性。
公元前2300年左右，埃及人酿制啤酒的场面
特征：原始，并不了解其中的道理。
产品：酿酒、酿醋、泡菜、奶酪、面 包等发酵食品。
初期（第一代）生物技术阶段（17世纪~20世 纪40年代）
1664年，英国 人胡克 （Robert Hooke）曾用 原始的显微镜 对生长在皮革 表面及蔷薇枯 叶上的霉菌进 行观察。
生物可降解塑料（纳米抗菌剂）
利用环境生物技术开发可降解塑料（包括微 生物合成塑料、植物纤维清膜等）或开发具有 塑料特性的非塑料产品是塑料工业的新方向， 是从源头解决“白色污染”的重要手段。
PHA
生物表面活性剂 利用生物方法合成集亲水基和疏水基结构于同 一分子内部的两亲化合物。 特点：具有亲水、亲油性；
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• 国际上认为21世纪生物技术产业化的十大 热点中，环境污染监测、有毒污染物的生 物降解和生物降解塑料三项属于环境生物 技术的内容。
现代环境生物技术
• 严格地说，环境生物技术指的是直接或间 接利用生物或生物体的某些组成部分或某 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，同 时又生产有用物质的工程技术。
• 为人类生产出所需的产品包括粮食、医药、 食品、化工原料、能源、金属等各种产品。
• 目的则包括疾病的预防、诊断与治疗，环 境污染的检测与治理等。
5.1 现代生物技术概述
• 5.1.2 现代生物技术及应用
• 现代生物技术主要包括：基因工程、酶工 程、细胞工程和发酵工程。这些技术并不 是各自独立的，而是相互联系、相互渗透 的（图5-1）。其中基因工程技术是核心技 术，它能带动其他技术的发展，如通过基 因工程对细菌或细胞改造后获得的工程菌 或细胞，必须通过发酵工程或细胞工程来 生产有用物质。
现代生物技术定义
• 先进的工程技术手段是指基因工程、酶工 程、细胞工程和发酵工程等新技术。
• 改造生物体是指获得优良品质的动物、植 物或微生物品系。
• 生物原料则是指生物体的某一部分或生物 生长过程中所能利用的物质，如淀粉、糖 蜜、纤维素等有机物，也包括一些无机化 合物，甚至某些矿石。
现代生物技术定义
现代环境生物技术
• 广义上讲，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，都可称 为环境生物技术。
• 德国国家生物技术研究中心的K.Timmis博 士将环境生物技术定义为应用生物圈的某 些部分使环境得以控制，或治理预定要进 入生物圈的污染物的生物技术。
包括以下三方面
1
在环境中应用的生 物技术，这是相对 于一些在高度控制 条件下的密闭反应 器中进行的生物技 术而言；
现代环境生物技术原理
Contents
1.现代生物技术概述 2.酶工程基本原理 3.基因工程基本原理 4.微生物细胞工程
5.1 现代生物技术概述
• 5.1.1 现代生物技术定义
–1986年国家科委制订《中国生物技术政策纲 要》时，将生物技术定义为：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，为人类生产出所需 产品或达到某种目的。
• 现代环境生物技术是现代生物技术应用于 环境污染防治的一门新兴边缘学科。它诞 生 与20世纪80年代末期，以高新技术为 主体，并包括对传统生物技术的强化与创 新。环境生物技术涉及众多的学科领域， 主要由生物技术、工程学、环境学和生态 学等组成。它是由生物技术与环境污染防 治工程及其他工程技术紧密结合形成的， 既具有较强的基础理论，又具有鲜明的技 术应用特点。
• 环境生物技术作为生物技术的一个分支学 科，它除了包括生物技术所有的基础和特 色之外，还必须与污染防治工程及其他工 程技术相结合。
现代环境生物技术
• 环境生物技术可分为高、中、低三个层次。 • 高层次是指以基因工程为主导的现代污染
防治生物技术，如基因工程菌的构建、抗 污染型转基因植物的培育等；
• 中层次是指传统的生物处理技术，如活性 污泥法、生物膜法，及其在新的理论和技 术背景下产生的强化处理技术和工艺，如 生物流化床、生物强化工艺等；
2
涉及到环境中某些 可以看作为一个生 物反应器部分的生 物技术 .
3
作用于一些必定要 进入环境的材料的 生物技术 .
现代环境生物技术பைடு நூலகம்
• 美国密歇根州立大学的J.M.Tiedje教授认 为，环境生物技术的核心是微生物学过程。
• 近年来，环境生物技术发展极其迅猛，已 成为一种经济效益和环境效益俱佳的、解 决复杂环境问题的最有效手段。
现代环境生物技术
• 低层次是指利用天然处理系统进行废物处 理的技术，如氧化塘、人工湿地系统等。
现代环境生物技术
• 环境生物技术的三个层次均是污染治理不可缺少的生物技 术手段。高层次的环境生物技术需要以现代生物技术知识 为背景，为寻求快速有效的污染治理与预防新途径提供了 可能，是解决目前出现的日益严重且复杂的环境问题的强 有力手段。中层次的环境生物技术是当今废物生物处理中 应用最广泛的技术，中层次的技术本身也在不断改进，高 技术也不断渗入，因此，它仍然是目前环境污染治理中的 主力军。低层次的环境生物技术，其最大特点是充分发挥 自然界生物净化环境的功能，投资运行费用低，易于管理， 是一种省力、省费用、省能耗的技术。
• （2）环境生物技术的研究范围 • 现代环境生物技术应用现代生物技术服务
于环境保护，目前环境生物技术面临的任 务有： • ①解决基因工程菌从实验室进入模拟系统 和现场应用过程中，其遗传稳定性、功能 高效性和生态安全性等方面的问题；
现代环境生物技术
• ②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、生物肥料 以及利用废物生产生物能源，如甲烷、氢 气、乙醇等；
现代生物技术及应用
图5-1 基因工程、酶工程、细胞工程与发酵工程之间的关系
现代生物技术及应用
• 生物技术已广泛应用于农业、医药、化工、 食品、环境保护等众多领域。生物技术的应 用过程示意图如图5-2所示。
现代生物技术及应用
图5-2 生物技术的应用过程示意图
5.1 现代生物技术概述
• 5.1.3 现代环境生物技术 • （1）环境生物技术的产生 • 由于人口的快速增长，自然资源的大量消耗，全球环境状
况目前正在急剧恶化：水资源短缺、土壤荒漠化、有毒化 学品污染、臭氧层破坏、酸雨肆虐、物种灭绝、森林减少 等。人类的生存和发展面临着严峻的挑战，迫使人类进行 一场“环境革命”来拯救人类自身。在这场环境革命中， 环境生物技术担负着重大使命，并且作为一种行之有效、 安全可靠的手段和方法，起着核心的作用。
现代环境生物技术
现代环境生物技术
• 各种工艺与技术之间可能存在相互渗透或 交叉应用的现象，有时难以确定明显的界 限。
• 某项环境生物技术可能集高、中、底三个 层次的技术于一身。
• 为了解决日益严重的环境污染问题，需配 合使用高、中、低三个层次的技术，针对 不同的问题，采用不同的技术或不同技术 的组合。
现代环境生物技术
现代环境生物技术
• 严格地说，环境生物技术指的是直接或间 接利用生物或生物体的某些组成部分或某 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，同 时又生产有用物质的工程技术。
• 为人类生产出所需的产品包括粮食、医药、 食品、化工原料、能源、金属等各种产品。
• 目的则包括疾病的预防、诊断与治疗，环 境污染的检测与治理等。
5.1 现代生物技术概述
• 5.1.2 现代生物技术及应用
• 现代生物技术主要包括：基因工程、酶工 程、细胞工程和发酵工程。这些技术并不 是各自独立的，而是相互联系、相互渗透 的（图5-1）。其中基因工程技术是核心技 术，它能带动其他技术的发展，如通过基 因工程对细菌或细胞改造后获得的工程菌 或细胞，必须通过发酵工程或细胞工程来 生产有用物质。
现代生物技术定义
• 先进的工程技术手段是指基因工程、酶工 程、细胞工程和发酵工程等新技术。
• 改造生物体是指获得优良品质的动物、植 物或微生物品系。
• 生物原料则是指生物体的某一部分或生物 生长过程中所能利用的物质，如淀粉、糖 蜜、纤维素等有机物，也包括一些无机化 合物，甚至某些矿石。
现代生物技术定义
现代环境生物技术
• 广义上讲，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，都可称 为环境生物技术。
• 德国国家生物技术研究中心的K.Timmis博 士将环境生物技术定义为应用生物圈的某 些部分使环境得以控制，或治理预定要进 入生物圈的污染物的生物技术。
包括以下三方面
1
在环境中应用的生 物技术，这是相对 于一些在高度控制 条件下的密闭反应 器中进行的生物技 术而言；
现代环境生物技术原理
Contents
1.现代生物技术概述 2.酶工程基本原理 3.基因工程基本原理 4.微生物细胞工程
5.1 现代生物技术概述
• 5.1.1 现代生物技术定义
–1986年国家科委制订《中国生物技术政策纲 要》时，将生物技术定义为：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，为人类生产出所需 产品或达到某种目的。
• 现代环境生物技术是现代生物技术应用于 环境污染防治的一门新兴边缘学科。它诞 生 与20世纪80年代末期，以高新技术为 主体，并包括对传统生物技术的强化与创 新。环境生物技术涉及众多的学科领域， 主要由生物技术、工程学、环境学和生态 学等组成。它是由生物技术与环境污染防 治工程及其他工程技术紧密结合形成的， 既具有较强的基础理论，又具有鲜明的技 术应用特点。
• 环境生物技术作为生物技术的一个分支学 科，它除了包括生物技术所有的基础和特 色之外，还必须与污染防治工程及其他工 程技术相结合。
现代环境生物技术
• 环境生物技术可分为高、中、低三个层次。 • 高层次是指以基因工程为主导的现代污染
防治生物技术，如基因工程菌的构建、抗 污染型转基因植物的培育等；
• 中层次是指传统的生物处理技术，如活性 污泥法、生物膜法，及其在新的理论和技 术背景下产生的强化处理技术和工艺，如 生物流化床、生物强化工艺等；
2
涉及到环境中某些 可以看作为一个生 物反应器部分的生 物技术 .
3
作用于一些必定要 进入环境的材料的 生物技术 .
现代环境生物技术பைடு நூலகம்
• 美国密歇根州立大学的J.M.Tiedje教授认 为，环境生物技术的核心是微生物学过程。
• 近年来，环境生物技术发展极其迅猛，已 成为一种经济效益和环境效益俱佳的、解 决复杂环境问题的最有效手段。
现代环境生物技术
• 低层次是指利用天然处理系统进行废物处 理的技术，如氧化塘、人工湿地系统等。
现代环境生物技术
• 环境生物技术的三个层次均是污染治理不可缺少的生物技 术手段。高层次的环境生物技术需要以现代生物技术知识 为背景，为寻求快速有效的污染治理与预防新途径提供了 可能，是解决目前出现的日益严重且复杂的环境问题的强 有力手段。中层次的环境生物技术是当今废物生物处理中 应用最广泛的技术，中层次的技术本身也在不断改进，高 技术也不断渗入，因此，它仍然是目前环境污染治理中的 主力军。低层次的环境生物技术，其最大特点是充分发挥 自然界生物净化环境的功能，投资运行费用低，易于管理， 是一种省力、省费用、省能耗的技术。
• （2）环境生物技术的研究范围 • 现代环境生物技术应用现代生物技术服务
于环境保护，目前环境生物技术面临的任 务有： • ①解决基因工程菌从实验室进入模拟系统 和现场应用过程中，其遗传稳定性、功能 高效性和生态安全性等方面的问题；
现代环境生物技术
• ②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、生物肥料 以及利用废物生产生物能源，如甲烷、氢 气、乙醇等；
现代生物技术及应用
图5-1 基因工程、酶工程、细胞工程与发酵工程之间的关系
现代生物技术及应用
• 生物技术已广泛应用于农业、医药、化工、 食品、环境保护等众多领域。生物技术的应 用过程示意图如图5-2所示。
现代生物技术及应用
图5-2 生物技术的应用过程示意图
5.1 现代生物技术概述
• 5.1.3 现代环境生物技术 • （1）环境生物技术的产生 • 由于人口的快速增长，自然资源的大量消耗，全球环境状
况目前正在急剧恶化：水资源短缺、土壤荒漠化、有毒化 学品污染、臭氧层破坏、酸雨肆虐、物种灭绝、森林减少 等。人类的生存和发展面临着严峻的挑战，迫使人类进行 一场“环境革命”来拯救人类自身。在这场环境革命中， 环境生物技术担负着重大使命，并且作为一种行之有效、 安全可靠的手段和方法，起着核心的作用。
现代环境生物技术
现代环境生物技术
• 各种工艺与技术之间可能存在相互渗透或 交叉应用的现象，有时难以确定明显的界 限。
• 某项环境生物技术可能集高、中、底三个 层次的技术于一身。
• 为了解决日益严重的环境污染问题，需配 合使用高、中、低三个层次的技术，针对 不同的问题，采用不同的技术或不同技术 的组合。
现代环境生物技术