1环境生物技术概论课件
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《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
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)
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。
《环境生物学概论》课件
人类活动对生态系统的影响
生态破坏
人类活动对生态系统的破坏主要表现在过度开发、污染、生境丧失等方面，这些行为导致生物多样性减少、生态环境 退化等问题。
环境污染
环境污染是指人类活动排放的废弃物对环境的污染，包括空气污染、水体污染、土壤污染等，这些行为对生态系统产 生极大的负面影响。
气候变化
人类活动引起的气候变化对生态系统产生广泛的影响，如全球变暖导致极地冰盖融化、海平面上升、气 候带北移等，这些变化对生物多样性和生态系统的稳定性产生极大的威胁。
食物网：食物网是指由 多个食物链交织而成的 复杂的营养关系网络， 它反映了生态系统中的 生物多样性和相互依存 关系。食物网是生态系 统中生物之间相互作用 的重要表现形式。
生态系统的功能
物质循环
生态系统中的物质循环是指各种化学元素在生物与环境之间的循环流动，包括水循环、碳 循环、氮循环等。物质循环是生态系统保持稳定的重要机制。
感谢观看
THANKS
环境生物学的研究范围
总结词
环境生物学的研究范围广泛，包括生态学、环境科学、地理学等多个领域。
详细描述
环境生物学的研究范围涵盖了多个学科领域，如生态学、环境科学、地理学等。它研究生物在各种环境中的生存 和繁衍，以及生物与环境之间的相互作用和相互影响。此外，环境生物学还涉及到环境污染、环境保护、生态恢 复等方面。
05
环境生物学的前沿研究领域
环境微生物学研究
总结词
环境微生物学研究主要关注微生物在环境中 的作用和影响，以及微生物与环境之间的相 互作用。
详细描述
环境微生物学研究领域涉及多个方面，包括 微生物在自然界中的分布、微生物对环境的 影响、微生物的生态学和生物地球化学循环 等。该领域的研究有助于深入了解微生物在 环境中的作用，为环境保护和治理提供科学 依据。
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
2020年第一章 环境生物技术概论ppt参照模板
•
• 环境污染的防治： 有 物理的、化学的、生物的等方法……
本课程重点向大家介绍一下环境生物技 术的若干方法。首先，让我们回顾一下生 物技术及其发展情况……
•
三、生物技术及其发展
• 1、产生 • 1）脉络 • 远古—19世纪利用酵母发酵生产乳酸、酒精、柠檬
酸、蛋白酶等初级代谢产物---1917 匈牙利工程师Karl 最早提出Bio….，用甜菜大规模养猪----1928 Flemming 发现青霉素---20世纪40年代抗生素工业崛起---20世纪 50年代 氨基酸发酵工业崛起---20世纪60年代 酶制剂产 业诞生---1953Watson和Crick阐明DNA双螺旋结构--1973DNA重组技术诞生(Stanley Cohen和Herbert Boyer)—1975单克隆抗体技术问世---1997第一只体细 胞克隆绵羊多莉诞生—2001、2002人类基因组框架图、 水稻基因框架图分别公布.
•
DNA重组技术
•
2、现代生物技术的发展
• 1）现代生物技术是一门综合性技术
•
2) 现代生物技术现状
• A:目前，大量与人类健康密切相关的基 因得到克隆和表达，胰岛素、生长激素、 细胞因子及多种单克隆抗体等基因工程 药物已正式生产上市。
• 美国2000年已批准了21种基因工程新药 • B:现代农业生物技术在提高作物的抗病、
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
• 环境污染的防治： 有 物理的、化学的、生物的等方法……
本课程重点向大家介绍一下环境生物技 术的若干方法。首先，让我们回顾一下生 物技术及其发展情况……
•
三、生物技术及其发展
• 1、产生 • 1）脉络 • 远古—19世纪利用酵母发酵生产乳酸、酒精、柠檬
酸、蛋白酶等初级代谢产物---1917 匈牙利工程师Karl 最早提出Bio….，用甜菜大规模养猪----1928 Flemming 发现青霉素---20世纪40年代抗生素工业崛起---20世纪 50年代 氨基酸发酵工业崛起---20世纪60年代 酶制剂产 业诞生---1953Watson和Crick阐明DNA双螺旋结构--1973DNA重组技术诞生(Stanley Cohen和Herbert Boyer)—1975单克隆抗体技术问世---1997第一只体细 胞克隆绵羊多莉诞生—2001、2002人类基因组框架图、 水稻基因框架图分别公布.
•
DNA重组技术
•
2、现代生物技术的发展
• 1）现代生物技术是一门综合性技术
•
2) 现代生物技术现状
• A:目前，大量与人类健康密切相关的基 因得到克隆和表达，胰岛素、生长激素、 细胞因子及多种单克隆抗体等基因工程 药物已正式生产上市。
• 美国2000年已批准了21种基因工程新药 • B:现代农业生物技术在提高作物的抗病、
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
环境生物学PPT精品课件
水生态系统保护与恢复 通过治理水污染、恢复水生植被等措施，保护和恢复水生态系统。
加强水资源管理和保护，合理利用水资源。
生态环境保护与恢复的实践案例
农业生态系统保护与恢复 推广生态农业和有机农业，减少化肥和农药的使用。
加强农田水土保持和土壤改良，提高土壤肥力。
06
环境生物学实验技术与方 法
环境生物学实验设计原则与方法
导致生物中毒
当生物体摄入含有大量有 毒物质的水时，会出现中 毒症状，甚至导致死亡。
土壤污染对生物的影响
影响植物生长
01
土壤污染中的有害物质会对植物的生长产生不良影响，如抑制
植物生长、降低植物产量和品质等。
破坏土壤生态系统
02
土壤污染会破坏土壤中的生态系统平衡，导致土壤生物多样性
减少，土壤功能退化。
环境生物学常用实验技术与方法
• 生态环境因子观测：对样地的气候、土壤、水文等生态环 境因子进行定期观测和记录。
环境生物学常用实验技术与方法
环境因子模拟
通过实验室设备模拟不同环境条件，研究生物对环境变化的响应。
生物生理生化指标测定
测定生物的生理生化指标，如酶活性、代谢产物等，以评估生物对 环境变化的适应性。
发展历程
环境生物学起源于20世纪初的生态学研究，随着环境问题的日益严重和人类对 生态环境的关注加深，环境生物学逐渐发展成为一个独立的学科领域。
环境生物学的研究对象与任务
研究对象
环境生物学的研究对象包括个体、种 群、群落和生态系统等多个层次，涉 及植物、动物、微生物等各类生物。
研究任务
揭示生物与环境之间的相互作用机制， 探讨生物适应环境的策略以及环境变化 对生物多样性的影响，为环境保护和生 态修复提供科学依据。
加强水资源管理和保护，合理利用水资源。
生态环境保护与恢复的实践案例
农业生态系统保护与恢复 推广生态农业和有机农业，减少化肥和农药的使用。
加强农田水土保持和土壤改良，提高土壤肥力。
06
环境生物学实验技术与方 法
环境生物学实验设计原则与方法
导致生物中毒
当生物体摄入含有大量有 毒物质的水时，会出现中 毒症状，甚至导致死亡。
土壤污染对生物的影响
影响植物生长
01
土壤污染中的有害物质会对植物的生长产生不良影响，如抑制
植物生长、降低植物产量和品质等。
破坏土壤生态系统
02
土壤污染会破坏土壤中的生态系统平衡，导致土壤生物多样性
减少，土壤功能退化。
环境生物学常用实验技术与方法
• 生态环境因子观测：对样地的气候、土壤、水文等生态环 境因子进行定期观测和记录。
环境生物学常用实验技术与方法
环境因子模拟
通过实验室设备模拟不同环境条件，研究生物对环境变化的响应。
生物生理生化指标测定
测定生物的生理生化指标，如酶活性、代谢产物等，以评估生物对 环境变化的适应性。
发展历程
环境生物学起源于20世纪初的生态学研究，随着环境问题的日益严重和人类对 生态环境的关注加深，环境生物学逐渐发展成为一个独立的学科领域。
环境生物学的研究对象与任务
研究对象
环境生物学的研究对象包括个体、种 群、群落和生态系统等多个层次，涉 及植物、动物、微生物等各类生物。
研究任务
揭示生物与环境之间的相互作用机制， 探讨生物适应环境的策略以及环境变化 对生物多样性的影响，为环境保护和生 态修复提供科学依据。
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
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；
第一章环境生物技术概述
1.4 本课程的主要内容
主要内容之间的相关性
核酸 (DNA & RNA) 水平
第二章、第三章 第四章、第五章
蛋白、脂类和代谢物水平 单细胞水平
种群水平
第六章、第七章
群落水平
第八章、第九章
生态系统水平
1.4 课程参考教材
《环境生物技术原理与应用》翻译版，(美) Bruce E. Rittmann，清华大学出版社 《Environmental Biotechnology: Theory and Application》, John Wiley & Sons Inc., Gareth M. Evans, Judith C. Furlong. 2003 《现代环境生物技术（第2版）》，王建龙 主编，清 华大学出版社，2008
1.2 环境生物技术源起
环境污染问题日益凸显，成为制约人类可持续发展的重 大问题
Nature, 2009, 461: 472
1.2 环境生物技术源起
环境污染问题日益凸显，成为制约人类可持续发展的重 大问题（如：难降解工业废水处理：世界性难题）
毒性大
污染重
威胁健康 损失巨大
化工企业排放污水
流域水污染 中国涉工业水污染“癌症村”
医药、农业、环境等生物技术…
能源
目前，环境生物技术已渗透到多个学科领域，成 为知识创新的重要源头之一
---《十二五生物技术发展规划》国科发社〔2011〕588号
2.2 环境生物技术热点问题
解决重大环境问题凸显出特有的优势
超级细菌：降解特定环境污染物 生物菌剂：突发污染事故、环境修复 水质及病原微生物快速诊断：两虫、军团菌、… 新型污染物监测：生物污染物、非生物污染、….
《环境生物》PPT课件
载体：琼脂、琼脂糖、海藻酸钠、角叉菜胶、明胶、聚丙烯 酰胺……
（1）凝胶包埋法： 以各种多孔凝胶为载体，将酶、细胞或原生质
体包埋在凝胶的微孔内的固定化方法。
（2）半透膜包埋法
将酶包埋在由各种高分子聚合物制成的小球内，制成固 定化酶.
制备方法：
酶， 水， 乙二胺
癸二酰氯+氯仿 包埋法 优点：结合力劳、活力回收高、底物专一性不变。
3.2.1 酶的固定化
1、为什么开展酶的固定化技术？
游离酶的一些不足之处： （1）酶的稳定性较差 （2）酶的一次性使用 （3）产物的分离纯化较困难
2、什么是固定化酶？ 水溶性酶
水不溶性载体
固定化技术
水不溶性酶 （固定化酶）
固定化酶是被固定在某一有限空间内不再能自由 流动而仍有催化活性的酶。
固定化酶是20世纪50年代发展起来的一项 技术
1969年固定化氨基酸酸化酶在工业生产中 被正式应用
1971年的第一届国际酶工程会议上，正式 采用固定化酶
3、固定化酶的优点和缺点
优点： —易于将酶与底物及产物分离，因而产物相对容易提纯； —酶能够重复利用，使用效率提高，成本低； —大多数情况下可以提高酶的稳定性； —可以增加产物的收率，提高产物质量； —有利于实现管道化、连续化以及自动化操作，易于与各
3.酶化学修饰的原理 1)如何增强酶天然构象的稳定性与耐热性
修饰剂分子存在多个反应基团，可与酶形成多点交 联。使酶的天然构象产生“刚性”结构。
2)如何保护酶活性部位与抗抑制剂 大分子修饰剂与酶结合后，产生的空间障碍或静电 斥力阻挡抑制剂，“遮盖”了酶的活性部位。
3)如何维持酶功能结构的完整性与抗蛋白水解酶
1.2 国内外生物化工现状：
（1）凝胶包埋法： 以各种多孔凝胶为载体，将酶、细胞或原生质
体包埋在凝胶的微孔内的固定化方法。
（2）半透膜包埋法
将酶包埋在由各种高分子聚合物制成的小球内，制成固 定化酶.
制备方法：
酶， 水， 乙二胺
癸二酰氯+氯仿 包埋法 优点：结合力劳、活力回收高、底物专一性不变。
3.2.1 酶的固定化
1、为什么开展酶的固定化技术？
游离酶的一些不足之处： （1）酶的稳定性较差 （2）酶的一次性使用 （3）产物的分离纯化较困难
2、什么是固定化酶？ 水溶性酶
水不溶性载体
固定化技术
水不溶性酶 （固定化酶）
固定化酶是被固定在某一有限空间内不再能自由 流动而仍有催化活性的酶。
固定化酶是20世纪50年代发展起来的一项 技术
1969年固定化氨基酸酸化酶在工业生产中 被正式应用
1971年的第一届国际酶工程会议上，正式 采用固定化酶
3、固定化酶的优点和缺点
优点： —易于将酶与底物及产物分离，因而产物相对容易提纯； —酶能够重复利用，使用效率提高，成本低； —大多数情况下可以提高酶的稳定性； —可以增加产物的收率，提高产物质量； —有利于实现管道化、连续化以及自动化操作，易于与各
3.酶化学修饰的原理 1)如何增强酶天然构象的稳定性与耐热性
修饰剂分子存在多个反应基团，可与酶形成多点交 联。使酶的天然构象产生“刚性”结构。
2)如何保护酶活性部位与抗抑制剂 大分子修饰剂与酶结合后，产生的空间障碍或静电 斥力阻挡抑制剂，“遮盖”了酶的活性部位。
3)如何维持酶功能结构的完整性与抗蛋白水解酶
1.2 国内外生物化工现状：
环境生物技术及生物安全课件
环境生物技术及生物安全
26
9.1生物技术安全
9.1.5 生物技术安全管理机制 国际： 《生物技术和植物遗传资源以及生物技术守则Ⅲ》 《21世纪议程》 《生物多样性公约》 《卡塔赫纳生物安全议定书草案》 《国际生物技术安全技术指南》
环境生物技术及生物安全
27
9.1生物技术安全
9.1.5 生物技术安全管理机制
目前全国大多数自然保护区都已发现有害外 来物种，它们的总数在200种左右，对我国生物多 样性的保护构成了很大威胁，已造成严重的经济 损失。我国常见的外来入侵物种有水葫芦、水花 生、紫茎泽兰、飞机草、豚草、薇甘菊、大米草 等。
环境生物技术及生物安全
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美国： 基于产品的管理
《病毒-血清-毒素法》、《联邦植物害虫法》、《植物检疫法》、 《通过遗传工程所产生或改变的属于植物害虫类有机体的引入规 定》、《联邦杀虫剂、杀真菌剂、杀鼠剂法》、《毒物控制法》、 《公共卫生服务法》、《联邦食品、药物和化妆品法》、《生物安 全法》
欧洲：基于过程的管理
“环境释放和商品化生产”(90/220/ＥＥＣ)和“封闭使 用”(90/219/ＥＥＣ) 《食品管理法》
淀粉： 聚乳酸：
环境生物技术及生物安全
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8.4 环境友好产品的生产技术
8.4.2 生物能源
－－化石能源的替代品
乙醇：废弃物发酵生产 生物柴油： 其他：甲烷、氢能、生物燃料电池
环境生物技术及生物安全
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9 生物技术安全与专利
环境生物技术及生物安全
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9.1生物技术安全
9.1.1 实验室安全
•实验设施 •实验规程 •实验药品试剂 •实验生物体 •废弃物处理
类型
事例
相关主题
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Founded in 1895
水污染
• 全国每年污水排放达360亿吨，仅10%的生活污水和 70%的工业废水得到处理，其中约有一半工业污水处理 设施的出水达不到国家排放标准
• 其他未经处理的污水直接排入江河湖海，致使我国的水 环境遭受严重污染和破坏 • 据统计，全国七大水系和内陆河流的110个重点河段中， 属4类和5类水体的占39%；城市地面水污染普遍严重， 并呈进一步恶化的趋势，136条流经城市的河流中，属4 类、5类和超过5类标准的高达76.8%；约50%的城市地 下水受到不同程度的污染；全国大淡水湖如滇池、太湖 和巢湖等富营养化程度逐年加剧；一些地区的饮用水源 受到严重污染，对人民健康造成严重危害
• 2 酶工程在环境污染治理中 的应用
• 3 基因工程在环境污染治理 中的应用 • 4 细胞工程在环境污染治理 中的应用 • 5 发酵工程在环境污染治理 中的应用 • 6 废水生物处理技术 • 7 大气污染的生物处理技术
• 9 生物修复技术
• 10 有害有机污染物的生物 处理技术
• 11 重金属的生物处理技术
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我国环境保护的现状
• 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 可持续发展 • 在我国过去几十年的经济发展中，由于忽视了发展中 的环境保护，目前环境状况十分严峻；近年来虽采取 了大量控制措施，但环境质量下降的趋势仍在继续 • 从城市到乡村，我国的大气、河流、湖泊、海 洋和 土壤等均受到不同程度的污染 • 我国是世界上环境污染最为严重的国家之一
• 12 污染预防生物技术 • 13 有机废弃物的资源化— —能源、材料、蛋白 • 14 环境生物监测与安全性 评价
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2 人与环境
• 人类社会的发展创造了前所未有的文明，同时也带来 了许多生态环境问题
– – – – – – – 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
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• 资料表明
– 1860年以来，全球地表年平均气温升高了0.30.6℃ – 根据跨政府气候变化委员会预测，从1990到2100 年，全球陆面气温将增加2℃
• 气候变暖的直接结果
– 世界各地冰川的溶化（后退），引起海平面的上 升。将直接威胁世界沿海城市及30多个岛屿的生 存和发展。美国环保专家预测，再过50-70年，东 京、大阪、曼谷、威尼斯、圣彼得堡、阿姆斯特 丹以及中国一些沿海城市会被完全和局部淹没
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• 生态环境的破坏使人类的生存和发展面临严峻挑战
F及工厂产生的尾料将湖水染红
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酸雨的危害
• 一般将pH小于5.6的降雨称为酸雨
• 降水酸度pH＜4.9时，将 会对森林、农作物和材料产生明显 损害
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• 气候变暖的间接结果
– 灾害性气候：厄尔尼诺现象。厄尔尼诺可以引起 全球大范围的干旱，也可使某些地区暴雨成灾。 例如，1997年3月开始的第14次厄尔尼诺造成中国 长江、松花江、嫩江全流域大洪水，直接损失几 千亿元
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2008年世界各国CO2排放情况
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• 1980年，美国纽约州阿第伦达克山，早春时节的酸 雨酸雪污染了河川，造成一场致命的“酸流”，令溪 鳟纷纷死于鳃部伤害
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有毒物质污染
• 有毒物质污染是指对生态系 统和人类健康有毒害作用的 物质排放到环境中而引起的 危害 • 这些物质都是生产和生活过 程中的产物，如废水、废气 和固体废弃物、农药、化肥 和放射性物质等
• 参考教材
– 《现代环境生物技术》，第2版，王建龙、文湘华编著，清华大学出版 社，2008年9月 – 《环境生物技术原理与应用》，第1版，杨传平、姜颖、郑国香等编著， 2/46 哈尔滨工业大学出版社，2010年5月
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课程具体内容
• 1 环境生物技术概论 • 8 固体废弃物生物处理技术
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• 1973年以后在莫斯科工业区附近，已经出生了90名 四肢不全的畸形儿
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20世纪著名的八大环境公害事件
名称 地点 时间 1948.10 危害情况
马斯河谷烟雾事件
多诺拉烟雾事件 伦敦烟雾事件 洛杉矶光化学烟雾 水俣事件 富山事件 四日事件 米糠油事件
比利时
美国 英国 美国 日本 日本 日本 日本
1930.12 几千人发病，60人死亡
6000人患病，17人死亡
1952.12 5天内4000人死亡 1940年代 引起眼病，喉头炎,头痛 1953始 1931始 1970年 1968年 痴呆，神经失常，死亡 关节痛,骨骼软化萎缩,痛死 哮喘，肺气肿，10多人死亡 患者5千多人，死亡16人
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• 贵阳、重庆、北京、兰州、太原五个城市位居世 界十大空气污染最严重的城市之列；全国600多个 城市中，大气质量符合国家一级标准的不足1% • 全国范围的酸雨危害的程度和区域日益扩大
2010年 美媒评世界 9大污染最 严重地区 山西临汾位 列第一
空气污染
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第1讲 环境生物技术概论
贾晓强 讲师
xqjia@
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1 《环境生物技术》课程简介
• 课程安排
– 课堂讲授：14课时 – 学术报告：2课时
• 考察方式
– 平时出勤：20% – 期末论文：80%
• 公共邮箱
– huanjingshengwu@/shengwu
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21世纪环境热点问题：温室效应与全球变暖
• 温室效应
– 大气对地表热辐射能遮挡保温的属性类似温室中玻璃具有的作用，故 被称为温室效应
• 温室气体
– 大气中能强烈吸收地面辐射产生温室效应的气体。包括：二氧化碳、 水汽、甲烷、氧化亚氮、臭氧等
• 全球变暖问题
– 主要指人为活动造成的温室气体增加，温室效应增强带来的气候变化 – 人类活动对气候变暖的影响主要表现为：由于工业生产需要的化石燃 料使用量大增，人口激增城市化发展等引起人为排放的二氧化碳等温 室气体不断增加；热带森林和温带植被破坏严重，光合作用吸收二氧 化碳的能力减弱