现代生物技术和环境污染概述与治理
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现代生物技术与环境污染 概述和治理
4、原生质体融合来构建环境工程菌
• 原生质体融合构建苯环化合物降解菌 • 原生质体融合构建纤维素降解菌 • 聚已二醇诱导原生质体融合制备细菌杀虫
剂 • 电融合诱导选育利用木糖和纤维二糖产乙
醇的菌株
一、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。
现代生物技术与环境污染 概述和治理
• 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。
二、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。
现代生物技术与环境污染 概述和治理
– 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。
现代生物技术与环境污染 概述和治理
二、基因工程的基本过程
• 工具酶
– 工具酶是用来对基因片段进行剪切和拼接的， 包括限制性内切酶和DNA连接酶。
• 基因工程的载体
– 载体是将外源基因送入受体细胞的工具。 – 常用的载体有质粒、噬菌体以及动植物病毒。
现代生物技术与环境污染 概述和治理
• 目的基因的分离
化学诱导法：促融剂为聚乙二醇（PEG）， PEG在相邻原生质体的流动镶嵌型质膜间 形成一种分子桥，沟通两亲本的质膜，改 变其性质，降低其表面势能，使其上蛋白 质凝聚，形成了容易融合的无蛋白颗粒的 磷脂双层区，导致原生质体进一步融合
现代生物技术与环境污染 概述和治理
电融合法：一阶段：将两亲本的原生质体混合
– 可通过以下两条途径获得特定的目的基因： 一是从生物的基因组直接分离，二是人合成。
• 目的基因与载体的重组 • 将目的基因导入受体
– 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。
• 对目的基因的筛选和检测 • 目的基因在受体细胞中的表达
现代生物技术与环境污染 概述和治理
三、在环境污染治理中的应用
悬浮液置于两电极间，加上交变电场，据双向 电泳原理，原生质体会向小电极方向泳动，另 一方面原生质体在电场的作用下产生极化，具 有一定的偶极距。由于偶极距间的相互作用， 使原生质体沿电场方向粘结排列成串球
二阶段：用高压脉冲电场冲击已经粘接成串的
原生质体，扰乱了彼此紧靠的原生质体生物膜 的分子排列，这种干扰使双层磷脂分子微团化， 从而使彼此邻近的生物膜自然的融合。
现代生物技术与环境污染概述 和治理
现代生物技术与环境污染概述和治理
• 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
现代生物技术与环境污染概述和治理
第一节 现代生物技术概况
一、概念
– 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。
– 遗传物质转移：基因在细胞水平上的转 移。
现代生物技术与环境污染 概述和治理
3、细胞融合构建环境工程菌
⑴、概念
– 原生质体（Protoplast）：细胞质壁分离后去 掉细胞壁所余下的那部分结构称为原生质体。
– 原生质体具有原有细胞全部的内部结构与生理 性能，但无细胞壁，细胞呈球形，对渗透压敏 感，对外界理化因子比较敏感。
现代生物技术与环境污染 概述和治理
2、内容 – 细胞培养：即使细胞在继续体外生长和 繁殖。 – 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。
现代生物技术与环境污染 概述和治理
– 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。
⑵、原生质体融合的步骤
– 亲本的选择：选择适于重组的亲本菌株，选定 适宜的遗传标记
– 原生质体的制备：选用合适的酶系在等渗溶液 中溶解细胞壁
– 原生质体的再生：酶解后得到的原生质体，在 等渗培养基中重建细胞壁，恢复细胞完整形态， 并能生长、分裂
现代生物技术与环境污染 概述和治理
⑶、原生质体融合的方法
– 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。
三、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。
现代生物技术与环境污染 概述和治理
四、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。
五、环境生物技术
应用于认识和解决环境问题过程中的生物技术 Baidu Nhomakorabea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。
现代生物技术与环境污染 概述和治理
第二节 基因工程与环境污染治理
现代生物技术与环境污染 概述和治理
– 原生质体融合：在外界理化融合因子的 诱导下，不同物种间的原生质体的质膜 相互融合杂交，并在适当的条件下，融 合的原生质体再生出细胞壁并恢复原来 完整的细胞形态与群落形态，构成具有 多种遗传性状的新物种。故可利用原生 质体融合来构建新物种。
现代生物技术与环境污染 概述和治理
• 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
现代生物技术与环境污染 概述和治理
第三节 细胞工程与环境污染生物治理 一、细胞工程
1、概念：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。
4、原生质体融合来构建环境工程菌
• 原生质体融合构建苯环化合物降解菌 • 原生质体融合构建纤维素降解菌 • 聚已二醇诱导原生质体融合制备细菌杀虫
剂 • 电融合诱导选育利用木糖和纤维二糖产乙
醇的菌株
一、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。
现代生物技术与环境污染 概述和治理
• 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。
二、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。
现代生物技术与环境污染 概述和治理
– 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。
现代生物技术与环境污染 概述和治理
二、基因工程的基本过程
• 工具酶
– 工具酶是用来对基因片段进行剪切和拼接的， 包括限制性内切酶和DNA连接酶。
• 基因工程的载体
– 载体是将外源基因送入受体细胞的工具。 – 常用的载体有质粒、噬菌体以及动植物病毒。
现代生物技术与环境污染 概述和治理
• 目的基因的分离
化学诱导法：促融剂为聚乙二醇（PEG）， PEG在相邻原生质体的流动镶嵌型质膜间 形成一种分子桥，沟通两亲本的质膜，改 变其性质，降低其表面势能，使其上蛋白 质凝聚，形成了容易融合的无蛋白颗粒的 磷脂双层区，导致原生质体进一步融合
现代生物技术与环境污染 概述和治理
电融合法：一阶段：将两亲本的原生质体混合
– 可通过以下两条途径获得特定的目的基因： 一是从生物的基因组直接分离，二是人合成。
• 目的基因与载体的重组 • 将目的基因导入受体
– 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。
• 对目的基因的筛选和检测 • 目的基因在受体细胞中的表达
现代生物技术与环境污染 概述和治理
三、在环境污染治理中的应用
悬浮液置于两电极间，加上交变电场，据双向 电泳原理，原生质体会向小电极方向泳动，另 一方面原生质体在电场的作用下产生极化，具 有一定的偶极距。由于偶极距间的相互作用， 使原生质体沿电场方向粘结排列成串球
二阶段：用高压脉冲电场冲击已经粘接成串的
原生质体，扰乱了彼此紧靠的原生质体生物膜 的分子排列，这种干扰使双层磷脂分子微团化， 从而使彼此邻近的生物膜自然的融合。
现代生物技术与环境污染概述 和治理
现代生物技术与环境污染概述和治理
• 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
现代生物技术与环境污染概述和治理
第一节 现代生物技术概况
一、概念
– 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。
– 遗传物质转移：基因在细胞水平上的转 移。
现代生物技术与环境污染 概述和治理
3、细胞融合构建环境工程菌
⑴、概念
– 原生质体（Protoplast）：细胞质壁分离后去 掉细胞壁所余下的那部分结构称为原生质体。
– 原生质体具有原有细胞全部的内部结构与生理 性能，但无细胞壁，细胞呈球形，对渗透压敏 感，对外界理化因子比较敏感。
现代生物技术与环境污染 概述和治理
2、内容 – 细胞培养：即使细胞在继续体外生长和 繁殖。 – 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。
现代生物技术与环境污染 概述和治理
– 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。
⑵、原生质体融合的步骤
– 亲本的选择：选择适于重组的亲本菌株，选定 适宜的遗传标记
– 原生质体的制备：选用合适的酶系在等渗溶液 中溶解细胞壁
– 原生质体的再生：酶解后得到的原生质体，在 等渗培养基中重建细胞壁，恢复细胞完整形态， 并能生长、分裂
现代生物技术与环境污染 概述和治理
⑶、原生质体融合的方法
– 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。
三、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。
现代生物技术与环境污染 概述和治理
四、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。
五、环境生物技术
应用于认识和解决环境问题过程中的生物技术 Baidu Nhomakorabea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。
现代生物技术与环境污染 概述和治理
第二节 基因工程与环境污染治理
现代生物技术与环境污染 概述和治理
– 原生质体融合：在外界理化融合因子的 诱导下，不同物种间的原生质体的质膜 相互融合杂交，并在适当的条件下，融 合的原生质体再生出细胞壁并恢复原来 完整的细胞形态与群落形态，构成具有 多种遗传性状的新物种。故可利用原生 质体融合来构建新物种。
现代生物技术与环境污染 概述和治理
• 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
现代生物技术与环境污染 概述和治理
第三节 细胞工程与环境污染生物治理 一、细胞工程
1、概念：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。