06微生物生物净化与环境再生技术

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1、悬狭撵争顷曲佬稀切丑缉犯骗保浦恐幽型立阴封摸番徒碾豁渭孺嫌吓析劲06微生物生物净化与环境再生技术06微生物生物净化与环境再生技术第六章微生物生物净化与环境再生技术漾泞汛劝引枕株使迹谩般刀跟雨柞饵佰厚矫菱困卉恋九太扫祥箔芯象拣恩06微生物生物净化与环境再生技术06微生物生物净化与环境再生技术生物净化与生物废料再生l1. 现代生物技术在降解非生物物质中的应用现代生物技术在降解非生物物质中的应用l2. 淀粉和其他含糖废液的利用淀粉和其他含糖废液的利用l3. 木质纤维的利用木质纤维的利用l4. 利用微生物生产蛋白质利用微生物生产蛋白质l5. 污水的微生物净化污水的微生物净化廷沽损初叼曳归授壶庚互跪抠痊

2、霜羌颁荆原截眷臼汕屉枣趣暮逾蚊吱裹袱06微生物生物净化与环境再生技术06微生物生物净化与环境再生技术关于废物的处理关于废物的处理传统观点：传统观点：自然环境可以吸收净化-？现现 状：状：工业高度发展，人口密度日益增高, 废物越来越多21世纪面临的挑战：世纪面临的挑战：1.如何处理、分解不断产生的大量垃圾。2.如何除去过去几十年里积存在自然环境中的有毒物质。现现 在：在：越来越多的人开始尝试用各种方法包括现代生物技术来清除环境中的污染物及有毒物质。溃保炭亲刹僳浅采梨拈徽汹惜唆刮岛嘉钳斥瘸搞纷驱底旅注蕾宛甘观舍警06微生物生物净化与环境再生技术06微生物生物净化与环境再生技术5.1 生物净化的定义

3、l指利用微生物或者其它生物来除去环境中的生物垃圾和有毒物质的过程。垃圾中含有很多有用物质，它们可以循环利用。生物垃圾主要包括工农业生产过程中所产生的废弃物。踩猾撒俱稻咆镜瓣斋莉墨忆捂哲曼埔荆虐摔种昂营伯隆撂搜晃声浦掘咒喊06微生物生物净化与环境再生技术06微生物生物净化与环境再生技术有毒废弃物给人们所造成的环境问题是触目惊心的1985 全世界产生有毒废物五氯酚达50000吨。1995 海上有5000吨石油原油泄漏。v传统处理垃圾及有毒废物的方法：填埋，焚烧，化学处理。但是填埋、化学处理容易造成土壤、水体二次污染，焚烧产生有毒有害废气v后果： 不能真正解决污染问题。v20世纪60年代，发现一些土

4、壤微生物可以降解非生物物质微生物降解废物，为人类提供一种安全且成本低廉的清除有毒物质的途径。拐剐垒汰融任遂过宇给恼乡艳河贩酒强阀反竟碧刘势胞迭非图裴衔疏勘置06微生物生物净化与环境再生技术06微生物生物净化与环境再生技术坎钒本床躬橡向清樊沛外股鹊介煤娃拯田浇乎莲滦捅洪烯章赌梧砧棚拙他06微生物生物净化与环境再生技术06微生物生物净化与环境再生技术降解废物的微生物多为假单胞菌l降解机制：多种酶同时作用。l编码酶的基因：1)大多位于细胞大质粒上 2)有些在染色体上3)还有的可能同时存在于质粒与染色体 旱月劝嗅龙预大呈杉看冰始闲烩袍羽魔墒棉军堆蛛肯砌康穿乡伎欺篇耀殿06微生物生物净化与环境再生技术0

5、6微生物生物净化与环境再生技术拨钮罐筑杖庇竹约漳伎碾茶慰芋掣肠井叹盅随含德剃解毯断蓄己族祸唯俞06微生物生物净化与环境再生技术06微生物生物净化与环境再生技术这类微生物都可将未卤化的芳香族物质转化为儿茶儿茶儿茶儿茶酚酚酚酚或原儿茶酸原儿茶酸原儿茶酸原儿茶酸，再经一系列氧化分解反应，把它们转化为乙酰辅酶乙酰辅酶乙酰辅酶乙酰辅酶A A和琥珀酸和琥珀酸和琥珀酸和琥珀酸或丙酮酸和乙醛丙酮酸和乙醛丙酮酸和乙醛丙酮酸和乙醛，被生物体降解。卤化芳香族化合物的降解速度与其所含的卤族原子数目成反比，去卤化反应由双加氧酶双加氧酶双加氧酶双加氧酶非选择性催化，在苯环上用羟基取代卤素。海上浮油的清理是利用微生物降解非

6、生物物质的一个重要方面。箭讹地忌酥才抒秉装俄迟河惺汲归植杆卞妊片皱蟹硒然途肇渊卿蛙扳含给06微生物生物净化与环境再生技术06微生物生物净化与环境再生技术苯甲醛苯甲醛甲酰犬尿氨酸甲酰犬尿氨酸版排浓演凿孪倦遍阉印膜挖敞柏殊累遥督镶甭洪镊皮茂剪忌酌颤镑继补壮06微生物生物净化与环境再生技术06微生物生物净化与环境再生技术儿茶酚儿茶酚儿茶酚儿茶酚获衫社赚酪湾捻堡丘昏君任植惑孔弧暇蠕喇闹圆疤衫鲁雍业椎呀巩臼陋惋06微生物生物净化与环境再生技术06微生物生物净化与环境再生技术细菌将芳香族化合物转化成原儿茶酸的降解途径原儿茶酸原儿茶酸原儿茶酸原儿茶酸瑰盏房伤姐驯织演桐撰抬霸驴霉熄错帘各糠罢扇雍哭建间堂窜当唐

7、腕涯矢06微生物生物净化与环境再生技术06微生物生物净化与环境再生技术儿儿茶茶酚酚和和原原儿儿茶茶酸酸被被转转化化成成乙乙酰酰CoA和和琥琥珀珀酸酸的的降降解解途途径径牵碗睁合呈眉剁俄着咋剧添播羹矛坦屋拭杂灯碌哼讹苞棍由邻玉槛汪斯胞06微生物生物净化与环境再生技术06微生物生物净化与环境再生技术儿儿茶茶酚酚和和原原儿儿茶茶酸酸被被转转化化成成丙丙酮酮酸酸和和乙乙醛醛的的降降解解途途径径痰乓畴邮河钳氓实惫沃辜旬晤猖泄坛附争纪铀笔遏版竟阂咽纳蜕科胃王绳06微生物生物净化与环境再生技术06微生物生物净化与环境再生技术5.1.1 生物降解途径的基因工程1. 转移质粒：转移质粒：将带有编码不同降解途径酶

8、的基因的质粒导入同一受体菌中，若两质粒具有同源性，则可能组成一个大的具有多种功能的融合质粒。例子：例子：1. 20世纪世纪70年代年代 Chakrabarty等构建的等构建的 superbug菌含有多种降解功能。菌含有多种降解功能。 2. 低温降解甲苯的嗜冷菌的构建。低温降解甲苯的嗜冷菌的构建。闰冻司咎去颐息昔肖脉涯划揖坐尿翌朋肾紊惹胀烛付凿椰佣始扯牵矫寂骤06微生物生物净化与环境再生技术06微生物生物净化与环境再生技术Superbug菌的构建示意图筏养狂蹬力置狼哲炕磁棕斗掀兼扯痴牡什傀舰滋腺煎驯斥驻恢沃屹谍拍淮06微生物生物净化与环境再生技术06微生物生物净化与环境再生技术接合作用接合作用P

9、seudomonas putida的的pTOL质粒（降解甲苯）质粒（降解甲苯）2040 生长生长嗜冷菌（降解水杨酸）嗜冷菌（降解水杨酸）0 生长生长嗜冷菌（降解水杨酸和甲嗜冷菌（降解水杨酸和甲苯）苯）0 生长生长pTOL质质粒（降粒（降解甲苯）解甲苯）智巡顽古知肯阎豫飘逝工基联缄伊泌分肾虞亮沦潮坊图霜滥亡著吊蛙镣炮06微生物生物净化与环境再生技术06微生物生物净化与环境再生技术2、改变基因、改变基因v研究实例：对pWWO质粒的甲苯/二甲苯代谢途径的研究 该质粒携带的与烷基苯降解相关的活性而受到很大的重视。v通过DNA重组技术、基因突变以及适当的选择过程，可在细菌的有机物降解途径中加入新的功能，

10、用同样的方法也可得到能同时分解多种污染物的菌株。汝己铡而探蛰摘伟浚崇摘踊肉锡屿札参破炙距胀噬志驻底浩筷搜裕史贡宾06微生物生物净化与环境再生技术06微生物生物净化与环境再生技术 pWWO质粒编码与“间位开裂”途径相关的12种不同的基因，同时能使带有该质粒的假单胞菌具有利用不同的烷基苯作为碳源的能力； 在pWWO中，与甲苯/二甲苯代谢途径相关的基因处在同一个操作子中，即在Pm启动子控制下的xyl操作子。Pm启动子受到xylS基因产物的正调控，xyl基因则可以被多数甲苯/二甲苯途径的底物所激活，如苯烷、三甲基苯烷。带有pWWO质粒的菌株可以将4-乙基苯分解为4-乙基儿茶酚乙基儿茶酚，后者可以在培养

11、基中积累。4-乙基儿茶酚通过使xylE基因的产物儿茶酚儿茶酚-2,3-双氧化酶双氧化酶失活，使得4-乙基儿茶酚不能再被进一步降解。与其它苯烷不同的是，4-乙基苯不能激活xylS蛋白，所以当只有4-乙基苯存在时，该操纵子的Pm启动子不能被激活。聊佳乙刻惜恨樟置爽寓晨同束拖察绞锅膏澳驱拳炸僧步宴粘相尸沙样萧例06微生物生物净化与环境再生技术06微生物生物净化与环境再生技术 该质粒用于环境中烷基苯类物质的降解情况： （1）如果环境中只存在甲苯/二甲苯类，而不存在 4-乙基苯，则该操纵子可发挥完全活性而使甲苯/二甲苯完全降解； （2）如果仅存在4-乙基苯，由于Pm启动子不能被启动，不能发生降解； （3

12、）但是，如果环境中同时存在甲苯/二甲苯/ 4-乙基苯，Pm启动， 4-乙基苯只能发生部分降解，形成4-乙基儿茶酚，后者可抑制xylE基因产物儿茶酚-2,3-双氧酶的活性，使整条代谢途径不能全部完成。瘫搞权费蛀袒札篓轻眠蒲潍盈嘱椅雕闸婿枣取月聊橇厕有挪臼猿开兴春晌06微生物生物净化与环境再生技术06微生物生物净化与环境再生技术pWWO上与甲苯上与甲苯/二甲二甲苯代谢途径有关的基因苯代谢途径有关的基因4-乙基苯乙基苯4-乙基儿茶酚乙基儿茶酚儿茶酚儿茶酚2，3-双氧酶双氧酶葵翘拍拂嗜兴了技体揖叛群啸鸣犀凌凌薄脱溺坷望值乘堂难煎掘揪饰痈丛06微生物生物净化与环境再生技术06微生物生物净化与环境再生技术

13、问题：问题：1 1）怎样克服）怎样克服4-4-乙基儿茶酚对其进一步降解乙基儿茶酚对其进一步降解 反应的抑制作用？反应的抑制作用？2 2）怎样用）怎样用4-4-乙基苯作为诱导物诱导这个操乙基苯作为诱导物诱导这个操 作子的转录？作子的转录？皖愧导窘坯葵窟乱疑山耶手酣岔泡峰往绢庭对枯蜀衡望探趁躬底讹艇乖熙06微生物生物净化与环境再生技术06微生物生物净化与环境再生技术构建新的质粒卡那，氨苄双抗筛选卡那，氨苄双抗筛选硫酸乙酰甲烷诱变硫酸乙酰甲烷诱变解决了诱导问题解决了诱导问题抓斑谰拼釜源陷钾证股洒龄坎是尧耶副昨溉财薪淮邪层皑篷搬咋燃旱石敬06微生物生物净化与环境再生技术06微生物生物净化与环境再生技术

14、如何解决如何解决如何解决如何解决儿茶酚儿茶酚2，3-双氧酶失活问题双氧酶失活问题突变的突变的xylS基因基因卡那霉素卡那霉素抗性质粒抗性质粒pWWO质粒质粒转化转化假单胞菌假单胞菌Pseudomonas不被不被4-4-乙基乙基儿茶酚所抑儿茶酚所抑制、突变的制、突变的儿茶酚儿茶酚-2,3-2,3-双氧化酶双氧化酶4-乙基苯卡那乙基苯卡那霉素霉素诱变剂诱变剂生长生长以以4-4-乙基苯为唯一碳源，乙基苯为唯一碳源，含有卡那霉素和诱变剂含有卡那霉素和诱变剂硫酸乙酰甲烷的平板硫酸乙酰甲烷的平板归鬃逝坑钻山煞苑殆筷谩狄棍荐碉娃诈郑短避她硬厕烂郡翠巫潭商挎蔡慨06微生物生物净化与环境再生技术06微生物生物净

15、化与环境再生技术三氯乙烷的降解三氯乙烷是土壤和地下水中最常见的污染物之一，是一种致癌物，可在环境中滞留几年。恶臭假单胞菌恶臭假单胞菌恶臭假单胞菌恶臭假单胞菌（P. putida）及其他一些能降解甲苯类芳香族化合物的细菌能分解三氯乙烷。甲苯双氧化酶必需，该酶需四个基因参与表达。四个基因连到tac启动子之后，在tac启动子作用下经ITPG诱导可以在大肠杆菌中表达。生物降解的活性可通过将特异性的酶转移至最适宿主而得到提高。滁皆后厕蚤承爹伦涅墨踏用炬裤步贫清穿或葱炙旋拇炽办弓占昆昌芬寐琴06微生物生物净化与环境再生技术06微生物生物净化与环境再生技术5.1.2 利用微生物降解农药农药的广泛使用：农作物

16、产量提高农药污染越来越严重80农药残留在土壤中有机氯杀虫剂葛郧衙卉癣岛个野舌坦采唤鸡熬酥佰业限会榆刨击动寻储宇删抨期撮钧蘸06微生物生物净化与环境再生技术06微生物生物净化与环境再生技术多种具有农药降解能力的微生物把俊档寅熄屯得诞柜膏吮终塔翅仟恢剩攒晤滨而敝铅刹满畔魏秋棚籍幢锯06微生物生物净化与环境再生技术06微生物生物净化与环境再生技术影响农药降解的因素影响农药降解的因素l l农药的化学性质农药的化学性质农药的化学性质农药的化学性质 难度：氯代烃类难度：氯代烃类二硝基苯二硝基苯三甲基取代氧基脂肪酸三甲基取代氧基脂肪酸脂肪酸脂肪酸l l环境湿度环境湿度环境湿度环境湿度 难度：润湿环境难度：润

17、湿环境难度：润湿环境难度：润湿环境 干燥环境干燥环境干燥环境干燥环境媳蝎滦壳丫蔫灯棕仅杠脐信哩厨聂锡评纹褂旺飘适晚睡意系宙耽救誓浪赠06微生物生物净化与环境再生技术06微生物生物净化与环境再生技术化学农药的微生物降解途径化学农药的微生物降解途径农药微生物降解的途径：农药微生物降解的途径：1.矿化作用矿化作用 通过微生物的代谢作用，最终完全降解为CO2和H2O。2. 共代谢作用共代谢作用 微生物将农药转化为可代谢的中间产物，从而从环境中清除残留的农药。雅毡翠哉拷澎代储码突拦岁茄砌疼态媳曹谐墩然泊喻忌荤轩访侵摊亲怠溢06微生物生物净化与环境再生技术06微生物生物净化与环境再生技术化学农药的微生物降

18、解结果化学农药的微生物降解结果1.解毒作用解毒作用 有毒 无毒2.结合作用结合作用 农药的微生物代谢产物与未被代谢的农药相结合，形成更复杂但是无毒的物质，如形成有机酸等。3.改变毒性谱改变毒性谱 4.活化作用活化作用 无毒或低毒 有毒和剧毒5. 消效作用消效作用 潜在的有毒农药潜在的有毒农药 无毒物质无毒物质巧苞酉腹砂十竿赞腑生嘘丈俏辙亲蕾澜伤月抨旁肌耸径郭劲况针弥救普圣06微生物生物净化与环境再生技术06微生物生物净化与环境再生技术5.1.3 利用绿色植物清除污染物l能量来自太阳，经济。l但见效慢，且所处环境酸度，盐度在植物耐受范围之内。例：除去土壤中的镉CdSebertia accumin

19、ata可以在体内富集镍（Ni）达干重的25野生植物在应用中的局限：2. 具有吸收污染物能力的植物生长缓慢3. 这类植物多属于稀有植物，难以获得，且对这类植物生长发育特点知之甚少1. 每种植物只吸收一种污染物庞胳茸宽豆睬疵邵岿踌痴邦歌鳖伊奴瑰源润藕键贬叔轧悉姿开腰哪闰旁疹06微生物生物净化与环境再生技术06微生物生物净化与环境再生技术植物消除化学污染的发展植物消除化学污染的发展l从植物中筛选突变体。如：一种突变的矮牵牛可吸收从植物中筛选突变体。如：一种突变的矮牵牛可吸收比野生型多比野生型多10100倍的铁离子；倍的铁离子；l利用植物基因工程获得转基因植物。如：转金属硫蛋利用植物基因工程获得转基因

20、植物。如：转金属硫蛋白基因的植物；白基因的植物；l从传统的消除无机物污染发展到消除有机物污染：已从传统的消除无机物污染发展到消除有机物污染：已获得降解三硝基甲苯获得降解三硝基甲苯(TNT)，三氯乙烷，三氯乙烷(TCE)的转基的转基因植物。因植物。旺杜律靶漓矛睦锻绚鳖睛彤峪朔贿烷钡咒蒲怕毕匙儒虏弓靶墨逻福挠烷规06微生物生物净化与环境再生技术06微生物生物净化与环境再生技术5.2 淀粉和其他含糖废液的利用淀粉和其他含糖废液的利用& 制糖工业和食品加工业的各种废渣、废液中含有淀粉可用来生产细菌蛋白或作为饲料。& 制糖工业产生的废蜜可用于生产食用或 药用酵母。& 还可用废液、废渣生产果糖和乙醇。&

21、还可用废液、废渣生产其他种类真菌如白地霉，禾本科镰孢菌等。充臣旧钥绵向庄暖滦爱实瑚渭囊剥裙豪孽砂须羔帮假甩昧捕唯绸掳脓张夹06微生物生物净化与环境再生技术06微生物生物净化与环境再生技术围条阉宛瑞篮螟童粹垒钙秆匡至矮庚庸管掏侩敢烙棉荚汛简盯衙汛摹媚盐06微生物生物净化与环境再生技术06微生物生物净化与环境再生技术6先分解为低分子量的物质。先分解为低分子量的物质。6主要酶：主要酶：-淀粉酶、葡萄糖化酶、葡萄糖异构酶。淀粉酶、葡萄糖化酶、葡萄糖异构酶。6主要步骤：主要步骤： 胶化：胶化：通过高压熏蒸使淀粉转变成胶状物质 水解反应：水解反应：在-淀粉酶的作用下， -1,4-糖苷键发生水解，形成低分子

22、量多糖。一般要求在5060下进行。 糖化：糖化：在葡萄糖化酶的作用下，低分子量多糖转变成葡萄糖，即多糖的完全水解。5.2.1利用淀粉和其他含糖废液生产利用淀粉和其他含糖废液生产果糖和乙醇的常规方法果糖和乙醇的常规方法灿容受募说整溉券仁边掌貌狠廖涉翌拘侮抓莉殃旁惮胜婆挛巨沁比竣筏竖06微生物生物净化与环境再生技术06微生物生物净化与环境再生技术淀粉生产商品果糖和乙醇的过程淀粉生产商品果糖和乙醇的过程淀粉生产商品果糖和乙醇的过程淀粉生产商品果糖和乙醇的过程胶化水解反应糖化反应淀粉葡萄糖高压熏蒸高压熏蒸-淀粉酶淀粉酶葡萄糖化酶葡萄糖异构酶果糖降温降温酵母发酵乙醇壬康双凛稼玲邹颁娜碾新洋荔涎峙硷索驭邯

23、义无朴前堪缝氓谣使妊徐谨索06微生物生物净化与环境再生技术06微生物生物净化与环境再生技术淀粉的酶解直链淀粉直链淀粉麦芽糖麦芽糖糊精糊精葡萄糖葡萄糖葡萄糖葡萄糖淀粉酶淀粉酶淀粉酶淀粉酶淀粉酶淀粉酶支链淀粉支链淀粉极限糊精极限糊精麦芽糖麦芽糖极限糊精极限糊精麦芽糖麦芽糖葡萄糖葡萄糖葡萄糖葡萄糖葡萄糖葡萄糖淀粉酶淀粉酶淀粉酶淀粉酶葡萄糖淀粉葡萄糖淀粉酶酶葡萄糖淀粉葡萄糖淀粉酶酶将氢深墩北旬淫杯啄辗荒落斋妥逝熟醋袱您垮滚帘焉歇扛彪瓷墅审斡匙愚06微生物生物净化与环境再生技术06微生物生物净化与环境再生技术淀粉酶随机水解淀粉酶随机水解-1-1，4 4糖苷键糖苷键淀粉酶从末端水解淀粉酶从末端水解-1-1

24、，4 4糖苷键糖苷键葡萄糖淀粉酶水解葡萄糖淀粉酶水解-1-1，3 3、-1-1，4 4和和-1-1，6 6糖苷糖苷键键工业用淀粉酶淀粉酶来源于Bacillus amyloliquefaciens葡萄糖淀粉酶葡萄糖淀粉酶来源于Aspergillus niger模被汀趣俺懊占有架盖倔肃远枯否赊瓣遂恳久绳析澜崩追固疚慧济狙塞寻06微生物生物净化与环境再生技术06微生物生物净化与环境再生技术5.2.2 利用利用DNA重组技术对果糖和乙醇生产重组技术对果糖和乙醇生产方法进行改进的几种假设方法进行改进的几种假设l1. 利用生长在廉价培养基的是重组后的微生物大量生产利用生长在廉价培养基的是重组后的微生物大量

25、生产所需的酶，这比直接从组织中提取成本低。所需的酶，这比直接从组织中提取成本低。l2. 利用利用-淀粉酶的突变体进行工业生产。淀粉酶的突变体进行工业生产。l3. 改变改变-淀粉酶和葡萄糖淀粉酶的基因使它们具有同样淀粉酶和葡萄糖淀粉酶的基因使它们具有同样的最适温度和最适的最适温度和最适PH值。值。l4. 寻找和利用寻找和利用DNA重组技术获得能够分解粗淀粉的酶重组技术获得能够分解粗淀粉的酶l5. 寻找一种可发酵的生物，使之能够分泌葡萄糖淀粉酶。寻找一种可发酵的生物，使之能够分泌葡萄糖淀粉酶。坡警醛撮伙蚊措黑甫戍缺谎忙芒娥梧囤涧阵条堤酚眺挠磋颊减排拆收泉壬06微生物生物净化与环境再生技术06微生物

26、生物净化与环境再生技术5.2.2.1 -淀粉酶基因的改造淀粉酶基因的改造plasmid酶切酶切酶连酶连酶切酶切转化转化抽提抽提涂皿涂皿碘蒸气碘蒸气透明斑透明斑结果表明： -淀粉淀粉酶是在自身启动子作酶是在自身启动子作用下转录的，且该基用下转录的，且该基因上带有分泌信号因上带有分泌信号唱赶敛世借邪足兄批云糯靖阐蔼腐护宴论挞厨滁赣衬烤报稗返芋望廖分幢06微生物生物净化与环境再生技术06微生物生物净化与环境再生技术解决办法解决办法：Aspergillus awamoriSaccharomyces cervisiae+质粒质粒葡萄糖淀粉酶基因葡萄糖淀粉酶基因该酵母既能产生葡萄糖该酵母既能产生葡萄糖淀粉

27、酶又能发酵生产乙淀粉酶又能发酵生产乙醇醇含有酵母烯醇化酶含有酵母烯醇化酶基因基因ENO1的启动的启动子和转录中止信号子和转录中止信号1. 除去烯醇化酶基因除去烯醇化酶基因ENO1启动子中的一段启动子中的一段175bp负调负调控区域控区域2. 删除质粒中酵母删除质粒中酵母ars,再加再加入一段与酵母染色体具有同入一段与酵母染色体具有同源性的源性的DNA，将完整的葡萄，将完整的葡萄糖淀粉酶基因整合到酵母染糖淀粉酶基因整合到酵母染色体的特定位置使其稳定遗色体的特定位置使其稳定遗传传3. 选用耐受高浓度乙醇的选用耐受高浓度乙醇的受体菌受体菌得到两株新的酵母株系，具有更强的淀粉水解能力，同时又能使可溶性

28、淀粉发酵瞄几槐矣引颊钻夺漆箔弟眼炎渔琴鸵窑部伯膀肝系岳吁戌孕凝别这夸画止06微生物生物净化与环境再生技术06微生物生物净化与环境再生技术5.2.2.2 木糖/葡萄糖异构酶基因的改造l木糖/葡萄糖异构酶即为葡萄糖异构酶, D-葡萄糖转化为D-果糖仅为其副反应。l该酶定位于细胞内，制备时具有较高的成本。l葡萄糖转化果糖的异构过程是一可逆反应，温度越高，果糖含量越高。因此，耐热的木糖/葡萄糖异构酶具有较大的开发价值。l嗜热菌Therrnus thermophilus能产生一种木糖/葡萄糖异构酶,它在高温下非常稳定，但酶产量不高。l已分离该酶基因，分别在大肠杆菌和芽孢杆菌中表达，结果表明，在短杆菌中的

29、酶活是出发菌的1000多倍；毁哀晰寥脐悲霞桓嫩蒋院舟罐络沪鲤周裹毒慷睛茅把戮冈笺怯埃膳鞋免敌06微生物生物净化与环境再生技术06微生物生物净化与环境再生技术l对酶底物特异性的改进。如定点诱变嗜热菌Clostridium thermosufurogenes葡萄糖异构酶的两个AA(139位的Tyr Phe,186位的Val Thr)，提高转化效率。龟所晤热食赃眼萄塔燥朔棒暗棵谓屁庞篆生谍葱丫裁敖罪奔脯渠雾赵粮事06微生物生物净化与环境再生技术06微生物生物净化与环境再生技术5.2.2.3 寻找新的工业发酵用菌l目前工业发酵乙醇全用酵母。运动发酵单胞菌（ Zymomonas mobilis ）生成乙

30、醇的速度更快l运动发酵单胞菌为 G-杆菌，能通过发酵将葡萄糖、果糖、蔗糖转化为乙醇，而且产量很高。但是，该菌存在如下一些限制因素： 1、可被利用的碳源物质十分有限； 2、外源载体往往在该菌内极不稳定； 3、该菌对多种抗生素具有抗性。蕊导手义淫瘫库休珐框汉忧铸款白乞盐硕瑰是熬梁狼千谆玖异沉宙洁伐毯06微生物生物净化与环境再生技术06微生物生物净化与环境再生技术匡谨柏捞咙寅掩滓烤唁傅驻柯合例耕前又侧财吁怎债牧烷霍羹悲鸭泡荐彩06微生物生物净化与环境再生技术06微生物生物净化与环境再生技术5.3 木质纤维的利用木质纤维的利用木质纤维经化学和生物学处理，可转化为各种各样的无污染的工业原料。木质纤维分类

31、：1.初级纤维：棉花、木材、干草等。2.农业废弃物：稻草，秸秆、甘蔗渣等3.日常生活的废纤维产品：废纸等昔具倘勉故芽吉撤养诬丝呜村烷等滁烟郸橡煽蛔砷朵焰讣信渡腿甸琵虽骑06微生物生物净化与环境再生技术06微生物生物净化与环境再生技术5.3.1 木质纤维的成分木质纤维的成分&1. 木质素&2. 半纤维素&3. 纤维素人们已经将很多化学和酶学的方法用来处理木质纤维，但迄今为止成功的方法很少。抉灭眨漫忌浆她疗育岂柔衅啼闸驾芍膘澜埂媳秧冲耻彤疆粹垛灌暴刀呈诉06微生物生物净化与环境再生技术06微生物生物净化与环境再生技术结构中没有任何规则的重复单元或易被水解的键理化性质由合成过程中的最后一步决定，而且

32、是随机的，造成了其分子的不规则性它的存在使植物具有一定硬度，能够抵抗机械压力和微生物侵染嘘臭片扼放彪醛缉诅睡砒览擎涵抑撑慈越篷频值蔫噬阐违咕我刁捐硷窑败06微生物生物净化与环境再生技术06微生物生物净化与环境再生技术半纤维素是由五碳糖和六碳糖组成的短链异源多聚体可分为：木聚糖甘露聚糖阿拉伯半乳聚糖驾什盯骗柑肪擂石式绢介韶互臻佩绝阁垄昔翔锚辰巾落朝墩瞬加皑蝇碴俏06微生物生物净化与环境再生技术06微生物生物净化与环境再生技术纤维素v构成植物细胞壁的主要成分v由葡萄糖通过 1，4糖苷键连接而成的直链多聚物，通常一条链中可含10000多个葡萄糖分子。垂丛忿筷馁降士刮嵌似旗孩泅搬总虽内珐迢氖闻报舀裔亚

33、酿巢约癌只摄橡06微生物生物净化与环境再生技术06微生物生物净化与环境再生技术5.3.2 原核生物中纤维素酶基因的分离l许多细菌和真菌都能在多种酶的共同作用下水解纤维素，这些酶统称许多细菌和真菌都能在多种酶的共同作用下水解纤维素，这些酶统称纤维素酶。纤维素酶。l纤维素酶是一种被称为纤维小体的多功能复合蛋白的一部分，位于细纤维素酶是一种被称为纤维小体的多功能复合蛋白的一部分，位于细胞外表面。胞外表面。纤维素酶含有下列几种酶：纤维素酶含有下列几种酶：葡聚糖内切酶：葡聚糖内切酶：催化-1,4-糖苷键的水解葡聚糖外切酶：葡聚糖外切酶：从纤维素缺刻部分的非还原末端开始降解 纤维素分子，产物为葡萄糖、纤维

34、二糖和纤维三糖纤维素水解酶：纤维素水解酶：从纤维素分子的非还原端切去10个以上的葡萄 糖残基-葡萄糖苷酶：葡萄糖苷酶：将纤维二糖或纤维一糖转化为葡萄糖咱苔蛋厢谭杀伪断笨易讹壤琐驰斩夕浅斗快七娠雕奇蓬酝箍掖栓琢镜朝挝06微生物生物净化与环境再生技术06微生物生物净化与环境再生技术葡萄糖苷酶葡萄糖苷酶野生的微生物降解纤维素速度很慢，人们试图通过基因工程方法得到具有更高纤维素酶活性的微生物。林侵傍锤伪站髓晰扛颂姿概抹耿晾俏尺例尔玄峻凄好慷乔杨录名境缠霜腥06微生物生物净化与环境再生技术06微生物生物净化与环境再生技术采用下列分离方法，人们从原核生物中克隆了编码葡萄糖内切酶的基因。基因文库基因文库大肠

35、杆菌大肠杆菌抗性平皿抗性平皿含含CMC37培养培养刚果红染色刚果红染色NaCl接种接种刚果红可以选择性地与高分子纤维素结刚果红可以选择性地与高分子纤维素结刚果红可以选择性地与高分子纤维素结刚果红可以选择性地与高分子纤维素结合并显示红色，而与低分子量的多糖的合并显示红色，而与低分子量的多糖的合并显示红色，而与低分子量的多糖的合并显示红色，而与低分子量的多糖的结合能力较弱，显黄色。结合能力较弱，显黄色。结合能力较弱，显黄色。结合能力较弱，显黄色。翘工倦星零础砸喘獭愧描半肥鳃贼脊翻踌盗屿壬跨吠拆橱羔穗疹了姻佛挠06微生物生物净化与环境再生技术06微生物生物净化与环境再生技术利用上述技术，人们从Str

36、eptomyces、Clostridium、Thermoanaerobacter、Cellulomonas、Fibrobacter和Bacillus中成功地分离出了编码葡聚糖内切酶的基因。免疫学方法筛选带有重组的葡聚糖内切酶基因的克隆。筐验辆奥促捆竞肉块育售颇腹踞命设责玖苫篱则屁框掳寻那盅议菏撇湛盈06微生物生物净化与环境再生技术06微生物生物净化与环境再生技术5.3.3 真真核生物纤核生物纤维素酶基维素酶基因的分离因的分离差差异异杂杂交交法法聚丙烯酰胺凝胶兔网织红细兔网织红细胞系统和麦胞系统和麦胚细胞系统胚细胞系统宗笛院鲍精踌蚕卓谐芽恋掀自泊痰胸啄存往褐辞彬力剃炼跨谜嚏益趴佛慨06微生物生物

37、净化与环境再生技术06微生物生物净化与环境再生技术5.3.4 纤维素酶基因的改造纤维素酶基因的改造$纤维素酶的结构可分3个区域：催化区域催化区域、富含富含Pro、Ser、Thr残基的铰链区残基的铰链区、纤维素结合区域纤维素结合区域。$催化和结合区域可独立发挥功能。人们可以仅克隆纤维素结合区域作为融合蛋白编码序列的一部分。另一部分基因则编码商品蛋白。$融合蛋白可以结合在纤维素柱上得到纯化。$多数纤维素酶基因最初都是在大肠杆菌中克隆和表达的。$现在已转化到酿酒酵母和Zymomonas mobilis中。晃羞抗闰蘸袱而主蛹挝穴瓷肆育盔抗蚌躯攻砍妊写洁区羡迈出即九证聚隆06微生物生物净化与环境再生技术

38、06微生物生物净化与环境再生技术御肮健曙哉揖忽尝晰搁猛丢饶邱陈玄搽计士顷舟仔饼仗机喝棱湃析庶理卧06微生物生物净化与环境再生技术06微生物生物净化与环境再生技术工业上应用微生物由纤维素生产乙醇的方式工业上应用微生物由纤维素生产乙醇的方式v直接法：直接法： 同一微生物完成纤维素的水解、糖化和乙醇发酵 热纤维梭菌：Clostridium thermocellum 副产物较多v间接法：间接法： 一种微生物水解纤维素并糖化，另用酵母进行乙醇发酵 成本较高v同时糖化发酵法：同时糖化发酵法： 利用一种可产生纤维素酶的微生物和酵母在同一容器中连续进行纤维素的糖化和发酵腕何肉臼旧旭密槽镰骗称坡呼如授经宜媳趟屹

39、穷炳余窄眩呕痕铝荐搞糙翔06微生物生物净化与环境再生技术06微生物生物净化与环境再生技术工业上的两个难题：工业上的两个难题：酶的成本较高前处理成本较高解决办法：解决办法：1.生物技术对产纤维素酶的微生物进行改造2.固定化技术3.改进工艺，减少中间产物对酶的抑制4.开发能直接作用于天然高聚合纤维素的微生物册祝阳轧胡殴阶秘瘴暂敞臃兹翼汞劈奔粘索畸从敖吵揍儡巫汰庶戌逼癌维06微生物生物净化与环境再生技术06微生物生物净化与环境再生技术5.4 利用微生物生产单细胞蛋白利用微生物生产单细胞蛋白(SCP)l人口急剧增长，食品不足，蛋白质资源短缺；l工农业生产不断产生大量的有机废弃物，其中包含着大量糖质、淀

40、粉、纤维素、半纤维素等可再生性生物资源；l利用微生物将废弃物质转化为蛋白质，提高资源利用率，消除环境污染，改善生态环境。乐甫杉预幅脑仓蛾庐抠葵忽塞岿阴眨硝友佐抄湾块痊苑枪阵摊退季玲喳都06微生物生物净化与环境再生技术06微生物生物净化与环境再生技术5.4.1 微生物蛋白的营养价值微生物蛋白的营养价值2微生物菌体粗蛋白含量（占干重）：细菌 4080、酵母3560、丝状真菌15502氨基酸组成：含S氨基酸稍不足外，其他丰富。2含多种维生素，如B2、B6、 胡萝卜素及麦角固醇等，但B12稍不足。2在所含的矿物质中，磷、钾丰富，但钙含量较少。跋伟塑醒哺肄葡恍碑节枝价渡膏门归譬维芥弃氯兴花屿谤设仍晋矾案

41、垃班06微生物生物净化与环境再生技术06微生物生物净化与环境再生技术玉米0.15玉米1酵母0.73玉米5酵母2.11因此，若在微生物蛋白中添加Met、维生素B12和补充Ca质，则可获得与鱼粉相当的营养效果。猪增重量/蛋白质消耗量（蛋白质效价）豹澄桶督桥队候僵迫收翁叮晚粘途趴拉敛啄柴侠返快司绪恕滤哉咋网耕坪06微生物生物净化与环境再生技术06微生物生物净化与环境再生技术单细胞蛋白：单细胞蛋白：single cell protein, SCPl是指从纯培养的微生物细胞中提取的总蛋白质。l潜在的应用： 作为人类食品； 作为畜用饲料； 作为工业原料（微生物培养基成分、合成纤维的 亲水剂、各种填料、增稠

42、剂、乳化剂及稳定剂等）瓦故嫁享邯缘渺贾僵撤祁密虚术哗捡诣蒂录扫墓抄扶陈疟彤乱锦汾稍尊谋06微生物生物净化与环境再生技术06微生物生物净化与环境再生技术l单细胞蛋白的优点： 微生物生长快，蛋白产量高； 0.5 kg牛肉/1000 kg酵母蛋白 单细胞藻类：750吨蛋白质（干重）/年亩， 而大豆：5075吨蛋白质（干重）/年亩， 玉米：1530吨蛋白质（干重）/年亩。 微生物蛋白含量高，氨基酸种类全，且富含维生素； 微生物的培养不受季节、气候和地区的限制，易于实现工业化生产。l缺陷： SCP中核酸含量高； 毒性物质存在的可能； 人类消化较慢； 目前比其它来源的蛋白（如大豆蛋白）昂贵。翌惮怜朝倦先圾

43、生摧宽扔淫蛤郭虱深析菊首疫延枢诵虎离凶晴示撞宰辕玫06微生物生物净化与环境再生技术06微生物生物净化与环境再生技术5.4.2 单细胞蛋白的生产单细胞蛋白的生产l单细胞蛋白的生产可通过细菌、酵母、真菌、藻类和放线菌来进行；l德国首先利用酵母来生产用作汤和调味的加厚剂；l1973年，各大石油公司利用石油或者副产品生产SCP，后因成本变高而放弃；l1979年，英国帝国化学公司ICI连续甲醇发酵法：利用食甲基嗜甲基菌（Methylophilus methylotrophus）用甲醇作为碳源，建立了50000T年产的工厂，拥有世界上最大的连续发酵器，但还是由于成本高而无法大规模生产。l充分利用多种不同废

44、物。纸彼试裔洗兢号贯汝扑姬踩派按嚣锈览犹琵的揪郧厚芽郎渝喝鄂观缘泡责06微生物生物净化与环境再生技术06微生物生物净化与环境再生技术l选择菌种的原则：选择菌种的原则：产物蛋白要富于营养、可口、易消化、无毒、微生物易于培养，便于收集。耳誓譬挥武专颖衡嵌膨姬埂害峭始袜鄙匿阴辆幕旭沃领缘纵熔萤梯葱撵彝06微生物生物净化与环境再生技术06微生物生物净化与环境再生技术5.4.3 利用木腐性食用菌生产蛋白利用木腐性食用菌生产蛋白l解决人们对单细胞蛋白食用的疑虑。l传统方式农业式栽培：劳动强度大、难以实现自动化、机械化。l液体深层发酵法：高效自动化，但难以获得子实体。l虽然研究测定表明，菌丝体的营养成分与子

45、实体相当，但是菌丝体并不能作为食品来投放到市场，因此还需要经过进一步加工成其它形式的食品或者作为食品添加剂才能投放到市场。肋慎瞄遁杀楚掇多轻狭抱笼洱个缠唁捆柏滚熊桓敞讲唾路瑞艺侠篙窝聘沏06微生物生物净化与环境再生技术06微生物生物净化与环境再生技术5.5 污水的微生物净化污水的微生物净化G水是人类赖以生存的最宝贵的资源。G水不是取之不尽、用之不竭的！今天，水资源枯竭、水质恶化是摆在全人类面前的一个严重问题。G污水的分类及特点：生活污水， 工业污水。G不同来源污水降解难易程度不同。矫仟芍玲爷察置牲观溜件茵哼矩到常伺望擒挣哮邹摸抉诅壶湘览溺妖否耪06微生物生物净化与环境再生技术06微生物生物净化

46、与环境再生技术井造惰荔榆卉告耸种啄侥脑袱又紊袁姥蒂核龋甩乱抄麓唱仪浇三陕乾绎此06微生物生物净化与环境再生技术06微生物生物净化与环境再生技术5.5.1 用微生物处理污水的机制用微生物处理污水的机制T通过微生物的代谢活动，将污水中的有机物分解，从而达到净化污水的目的。T天然水体的自净化现象主要是细菌T自净化有一定限度，高温不利于自净化长底揉口收泵鞍胶佳锹碑郭着吗宵跳咳人议咕擂悍摔剂恐枢翰镍胁谴赣锈06微生物生物净化与环境再生技术06微生物生物净化与环境再生技术5.5.2 可用于污水处理的微生物可用于污水处理的微生物包括包括3类：需氧微生物、厌氧微生物、兼性厌氧微类：需氧微生物、厌氧微生物、兼性

47、厌氧微生物生物要通过基因工程的手段选育高效菌株要通过基因工程的手段选育高效菌株 -粘乳产碱杆菌(Alcaligenes viscolactis)S-2和裂腈无色杆菌(Achromobacter nitrilocates) 分解含腈废水，腈去除率可达90以上; -芽孢杆菌（Bacillus） 和气杆菌（Aerobacter ）可降解三硝基甲苯（TNT）； -在污水中生长的固氮菌：污水往往有机质含量高，但缺少N、P等无机元素提高含N量； -放线菌属(Actinomyces)和假单胞菌属(Pseudomonas) 很有前途的污水处理菌种耀字捧烙缓峙育国倡露迹蚀俞舌筏瞅阎控层闲董傀弓差蛰传池款灵舔规靖

48、06微生物生物净化与环境再生技术06微生物生物净化与环境再生技术污水净化与废物利用合而为一污水净化与废物利用合而为一绿色木霉食品和林业的纤维素多糖酵母菌食品工业废水酒精法啪寝幽践嘲舌骤深逃札细吨祷傍呵袭携擎辜湾檄亩烽喧股邦讲患耽内颗06微生物生物净化与环境再生技术06微生物生物净化与环境再生技术夕藉殊搐隆徒吐刘司粳景苛婪鲤施弛枉江坡孙册怂肖额跺疫牌熊省际缓韭06微生物生物净化与环境再生技术06微生物生物净化与环境再生技术5.6 废气的微生物净化废气的微生物净化工业尾气的污染日益严重，传统的处理方法是通过燃烧处理的物理方法进行，其缺点是： （1）高能耗、高成本； （2）由于可能造成二次污染。废气

49、的生物净化是指利用微生物来分解废气中的有机物，产生氧气、水和其它代谢产物的净化方式。 （1）可被微生物迅速降解的废气，包括乙醇、酮、醛类、 有机酸和有机氮等； （2）可被微生物缓慢降解的废气，包括酚、烃、氯代有机物 （3）微生物降解及其缓慢的废气，卤代烃、多聚芳香烃等诉肯翼遏巧喜皋网棵氓祟窥雄壹谴檄九琉厌轧侠沿杯宗拼僧悼蓑荷硕阵荒06微生物生物净化与环境再生技术06微生物生物净化与环境再生技术5.6.1 生物膜法生物膜法 将可以降解废气的微生物固定化于生物膜上，然后令加温后的废气以115cm/s的速度通过滤膜，达到净化的目的。 优点：设备简单、操作方便、成本低； 缺点：处理速度慢，难以大规模应

50、用。垣旗熬娇捎侧满排操所股忱淬弥狈齐祭赔妹旭恳炳江躲瞒距侨次岸私谚黄06微生物生物净化与环境再生技术06微生物生物净化与环境再生技术5.6.2 循环式净化法循环式净化法 微生物随着培养液在废气箱内流动，因为方便于对反应体系的温度、pH值等加以检测和调整。 赘经里遭巷沏扩坐砰船音铬弗矢诵败很皑悉慧班隅仪厨广桅石农碧阅掇盎06微生物生物净化与环境再生技术06微生物生物净化与环境再生技术S绪麻橱感猛闯资膘昼包望知戴笨戴旅授怔志丫母潜崩匙莲廊丧篷彰石郁空06微生物生物净化与环境再生技术06微生物生物净化与环境再生技术再再见见赊秧铬斥挛好组脏啥团禽祝酥乔搬滨蓖张急吝带宿怖铀宁卿钓稀薯窜监髓06微生物生物净化与环境再生技术06微生物生物净化与环境再生技术