中科大環(huán)境生物工程課件02生物凈化與生物廢料再生

環(huán)境生物工程環(huán)境生物工程環(huán)境中主要污染物生物凈化與生物廢料再生微生物與環(huán)保石油污染的生物治理耐熱微生物生物脫硫研究生物凈化與生物廢料再生幾個世紀(jì)來，人們相信有大氣、土壤和水體等組成的自然系統(tǒng)足以吸收人類的生活以及工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)所產(chǎn)生的各種廢物；這種想法在工業(yè)還不發(fā)達、人口密度不大的時代和地區(qū)還有些道理，但在工業(yè)高度發(fā)達、人口密度日益增高的今天，這種看法就明顯落后了；當(dāng)代，世界各國也都尋求通過立法來解決環(huán)境污染的問題，即消除、最循環(huán)、再生（Remove，Recycle、Regeneration）。生物凈化與生物廢料再生生物凈化是指利用生物來除去環(huán)境中的生物垃圾和有毒物質(zhì)的過程。生物垃圾包括工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中所產(chǎn)生的廢棄物，現(xiàn)在人們普遍認(rèn)為，生物垃圾是制造許多有經(jīng)濟價值的產(chǎn)品的原材料。

在今天人口膨脹、食品及能源資源不足的情況下，對資源的充分再利用就更顯得意義重大，目前這一問題已經(jīng)引起了世界各國的充分重視。環(huán)境的污染莫斯科1993年

格德.魯?shù)峦?/p>

1973年以后在莫斯科工業(yè)區(qū)附近，已經(jīng)出生了90名四肢不全的畸形兒。(國家地理雜志)美國密歇根州銅礦及工廠產(chǎn)生的尾料將湖水染紅戰(zhàn)爭的污染－可憐的伊拉克

(from國家地理雜志)酸雨的危害美國紐約州，阿第倫達克山1980年

泰德.史匹格爾

早春時節(jié)的酸雨酸雪污染了河川，造成一場致命的“酸流”，令溪鱒紛紛死于鰓部傷害。(國家地理雜志)現(xiàn)代生物技術(shù)在降解非生物物質(zhì)中的應(yīng)用環(huán)視四周，有毒廢棄物給人們所造成的環(huán)境問題是觸目驚心的：據(jù)統(tǒng)計，僅在1985一年中，全世界所產(chǎn)生的有毒廢棄物五氯苯（PCP）就達到50000噸；目前，全世界投入生產(chǎn)的化學(xué)物質(zhì)有500多萬種，而且這個數(shù)字還在以每年數(shù)千種的速度不斷上升?，F(xiàn)代生物技術(shù)在降解非生物物質(zhì)中的應(yīng)用過去，人們通常采用焚燒和化學(xué)處理這兩種方法來處理這些有毒廢棄物，遺憾的是這些方法成本較高，而且會產(chǎn)生新的污染物質(zhì)。現(xiàn)代生物技術(shù)在降解非生物物質(zhì)中的應(yīng)用到20世紀(jì)60年代中期，人們發(fā)現(xiàn)一些土壤微生物可以降解非生物物質(zhì)，例如除草劑、殺蟲劑、制冷劑等。人們可以通過利用微生物的方法來清除有毒廢棄物，這種通過微生物降解廢物的方法為人類提供了一種安全有效的方法，且成本低廉。生物降解途徑的基因工程轉(zhuǎn)移質(zhì)粒：某一菌株常常局限于分解免疫種化合物，但在廢棄物中通常含有多種化學(xué)物質(zhì)，因此，很有必要擴展某一特定菌株的分解范圍。最簡單的方法是通過結(jié)合作用把編碼不同降解途徑的酶的基因?qū)胪皇荏w菌中。如果兩種質(zhì)粒具有同源性，那么他們可能會重組成為一個大的、具有多種功能的融合質(zhì)粒。生物降解途徑的基因工程

Chakrabarty等人在20世紀(jì)70年代首先構(gòu)建成功了含有多種降解功能的細菌菌株。他們使用不同的質(zhì)粒來構(gòu)建能分解石油中的一系列碳氫化合物的菌株，該菌株被稱為“Superbug”，因為它的代謝能力遠遠高于其它菌株。生物降解途徑的基因工程具體實驗如下：通過結(jié)合作用，pCAM質(zhì)粒(具有降解莰酮功能)被轉(zhuǎn)入含有pOCT質(zhì)粒（具有辛烷降解能力）的菌株中，但這兩種質(zhì)粒是不相容的，不能作為兩個獨立的質(zhì)粒而共存于同一個細胞中。經(jīng)過重組，這兩種質(zhì)粒形成了一個較小的，同時具有pCAM

和pOCT的降解功能的單一質(zhì)粒。通過接合作用將帶有pNAH的質(zhì)粒（具有萘降解功能）轉(zhuǎn)入含pXYL質(zhì)粒（具有降解二甲苯功能）的菌株中。pNAH質(zhì)粒于pXYL質(zhì)粒是相容質(zhì)粒，可在同一