环境生物技术第七章

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1、第四节第四节环保型环保型型微生物制剂的开发应用型微生物制剂的开发应用 环保型微生物制剂及其品种环保型微生物制剂及其品种环保型微生物制剂的生产与使用环保型微生物制剂的生产与使用 环保型微生物制剂的展望环保型微生物制剂的展望第四节第四节环保型环保型型微生物制剂的开发应用型微生物制剂的开发应用环环保保型型微微生生物物制制剂剂指指将将具具有有特特定定功功能能的的有有益益微微生生物物大大量量繁繁殖殖后后制制成成活活菌菌体体或或菌菌体体产产生生的的特特定定物物质质的的产产品品，应应用用于于环环境境，起起到到治治理理污污染染，改改善善环环境境质质量量及及保保护护环环境境的的作作用用。从从源源头头控控制制污污

2、染染，保保持持生态平衡，符合可持续发展原则。生态平衡，符合可持续发展原则。一、微生物降解剂一、微生物降解剂二、微生物二、微生物农药 三、微生物肥料三、微生物肥料四、生物表面活性四、生物表面活性剂 五、生物塑料五、生物塑料六、微生物絮凝剂六、微生物絮凝剂一、微生物降解剂一、微生物降解剂对污染物降解能力强的菌株扩大生产、制成产品，对污染物降解能力强的菌株扩大生产、制成产品，应用于环境的无害化处理，即是微生物降解剂。应用于环境的无害化处理，即是微生物降解剂。降解的对象是降解的对象是氰和和腈化物、苯和酚、硝基化合物、化物、苯和酚、硝基化合物、石油石油烃类、氯苯和苯和农药、洗、洗涤剂等多种有机物；等多种

3、有机物；还包括染料脱色菌、重金属吸附并包括染料脱色菌、重金属吸附并转化菌、混合化菌、混合降解菌等降解菌等。 （难处理的）（难处理的）生物强化技术生物强化技术通过向废物处理系统中直接投加从自然界中筛选的优势通过向废物处理系统中直接投加从自然界中筛选的优势菌种或通过基因重组技术产生的高效菌种，以改善原处菌种或通过基因重组技术产生的高效菌种，以改善原处理系统的能力，达到对某一种或某一类有害物质的去除理系统的能力，达到对某一种或某一类有害物质的去除或某方面性能改进的目的的环境生物技术。或某方面性能改进的目的的环境生物技术。应用：应用：处理有毒有害难降解废水的处理如：制药废水、印染废处理有毒有害难降解废

4、水的处理如：制药废水、印染废水；水；微污染水源水的处理（生物强化过滤有效去除氨氮、亚微污染水源水的处理（生物强化过滤有效去除氨氮、亚硝酸盐、有机物、铁、锰、浊度、色度等）；硝酸盐、有机物、铁、锰、浊度、色度等）；垃圾渗滤液的处理（如用日本专利产品垃圾渗滤液的处理（如用日本专利产品EM菌剂）。菌剂）。二、微生物农药二、微生物农药1.1.定义：利用微生物或其基因产生或表达的各种定义：利用微生物或其基因产生或表达的各种 生物活性成分，用于防治植物病虫害、杂生物活性成分，用于防治植物病虫害、杂 草、鼠害各种制剂的总称。草、鼠害各种制剂的总称。 2. 2.特点：高效低毒，对人畜安全无毒，不杀伤特点：高效

5、低毒，对人畜安全无毒，不杀伤 害虫的天敌和有益生物；无残留，不污害虫的天敌和有益生物；无残留，不污 染环境，利于保持生态平衡；许多是由染环境，利于保持生态平衡；许多是由 多种有效成分构成多种有效成分构成的，害虫和病原菌难的，害虫和病原菌难 以产生抗药性；生产工艺设备简单，以产生抗药性；生产工艺设备简单， 明显的开发优势。明显的开发优势。1 1细菌杀虫剂细菌杀虫剂 苏苏云云金金芽芽孢孢杆杆菌菌开开发发最最早早，应应用用最最成成功功，占占细细菌菌杀杀虫虫剂剂总总量量的的9595以以上上。对对800800余余种种昆昆虫虫有有不不同同程程度度的的致病性，对致病性，对2020多种重要农作物害虫防治效果显

6、著。多种重要农作物害虫防治效果显著。伴伴胞胞晶晶体体：芽芽孢孢形形成成的的过过程程中中另另一一端端同同时时形形成成伴伴胞胞晶晶体体。形形态态多多种种多多样样，主主要要有有菱菱形形、球球形形、方方形形、多多边边形形和和不不规规则则形形。是是一一种种蛋蛋白白质质，又又称称内内毒毒素，是主要的杀虫物质。素，是主要的杀虫物质。微生物农药的主要品种简介微生物农药的主要品种简介 1 1细菌杀虫剂细菌杀虫剂 9090年年代代以以来来，第第二二代代细细胞胞工工程程杀杀虫虫剂剂和和第第三三代代基基因因工工程程杀杀虫虫剂剂相相继继投投入入市市场场。9090年年代代初初被被批批准准登登记或进入田间试验的有记或进入田

7、间试验的有1010余中遗传重组杀虫剂。余中遗传重组杀虫剂。通通过过构构建建重重组组菌菌可可以以实实现现以以下下目目标标：扩扩大大杀杀虫虫谱谱；延延长长杀杀虫虫毒毒素素的的特特效效期期及及改改善善释释放放性性能能；提提高高毒毒力和杀虫晶体蛋白的产量。力和杀虫晶体蛋白的产量。微生物农药的主要品种简介微生物农药的主要品种简介 伴胞晶体的杀虫原理伴胞晶体的杀虫原理伴胞晶体伴胞晶体原毒素原毒素肠道碱性条件肠道碱性条件活性毒素片断活性毒素片断蛋白酶作用蛋白酶作用昆虫中肠上皮细昆虫中肠上皮细胞糖蛋白受体胞糖蛋白受体离子通道离子通道渗透平衡破坏渗透平衡破坏细胞膨胀并瓦解细胞膨胀并瓦解 芽孢从穿孔部位进入芽孢从

8、穿孔部位进入血腔，萌发成营养细血腔，萌发成营养细胞并迅速繁殖，害虫胞并迅速繁殖，害虫得败血症死亡得败血症死亡 2 2病毒杀虫剂病毒杀虫剂昆虫病毒突出的特点是它们大都在宿主细胞内昆虫病毒突出的特点是它们大都在宿主细胞内形成形成蛋白结晶性质蛋白结晶性质的包含体（的包含体（inclusion inclusion bodybody）。）。 根据包含体在寄主细胞中的部位，可分为：根据包含体在寄主细胞中的部位，可分为：（1 1） 核型多角体病毒（核型多角体病毒（(NPV)(NPV)），多角体于），多角体于细胞核内形成，包含体内含有多个病毒粒子。细胞核内形成，包含体内含有多个病毒粒子。（2 2） 质型多角体

9、病毒质型多角体病毒(CPV)(CPV)），多角体于细），多角体于细胞质内出现，包含体内含有多个病毒粒子；胞质内出现，包含体内含有多个病毒粒子；（3 3） 颗粒体病毒颗粒体病毒(GV)(GV)，椭圆形颗粒状包含体，椭圆形颗粒状包含体存在于细胞核或细胞质内。存在于细胞核或细胞质内。微生物农药的主要品种简介微生物农药的主要品种简介 杀虫机理杀虫机理在宿主消化道的碱液中包含体被破坏，释放出在宿主消化道的碱液中包含体被破坏，释放出病毒颗粒。病毒颗粒进入宿主的肠上皮细胞进病毒颗粒。病毒颗粒进入宿主的肠上皮细胞进行复制，以出芽的方式从细胞中释放出来，进行复制，以出芽的方式从细胞中释放出来，进入血淋巴，或是在

10、感染的组织中生成大量的包入血淋巴，或是在感染的组织中生成大量的包含体病毒。宿主死亡分解后，包含体可以较长含体病毒。宿主死亡分解后，包含体可以较长时间保护病毒使之不失去感染力。时间保护病毒使之不失去感染力。 病毒杀虫剂病毒杀虫剂国际上：试制国际上：试制20多种病毒杀虫剂，大规模工业生产多种病毒杀虫剂，大规模工业生产的只有几种，如美洲棉铃虫的只有几种，如美洲棉铃虫NPV杀虫剂、舞毒蛾杀虫剂、舞毒蛾NPV杀虫剂、黃杉毒蛾杀虫剂、黃杉毒蛾NPV杀虫剂、赤松毛虫杀虫剂、赤松毛虫CPV杀虫剂。杀虫剂。我国：中国棉铃虫我国：中国棉铃虫NPV杀虫剂、油桐尺蠖杀虫剂、油桐尺蠖NPV杀虫杀虫剂、斜纹夜蛾剂、斜纹夜

11、蛾NPV杀虫剂、松毛虫杀虫剂、松毛虫NPV杀虫剂、菜杀虫剂、菜 粉蝶粉蝶GV杀虫剂以及病毒杀虫剂。杀虫剂以及病毒杀虫剂。 3 3真菌杀虫剂真菌杀虫剂 白僵菌（白僵菌（BeaureviaBeaurevia）是广谱性寄生真菌，既可以在）是广谱性寄生真菌，既可以在活体昆虫体内寄生，又可以营腐生生活，能侵染鳞翅活体昆虫体内寄生，又可以营腐生生活，能侵染鳞翅目、鞘翅目、直翅目等的多种昆虫及螨类。目、鞘翅目、直翅目等的多种昆虫及螨类。白僵菌的孢子侵染虫体后，适宜条件下分生孢子萌发，白僵菌的孢子侵染虫体后，适宜条件下分生孢子萌发，在昆虫体内增殖，并分泌毒素和草酸钙结晶，破坏寄在昆虫体内增殖，并分泌毒素和草酸

12、钙结晶，破坏寄主组织，使寄主代谢紊乱，最后在虫体上生出白色的主组织，使寄主代谢紊乱，最后在虫体上生出白色的棉絮状菌丝和分生孢子梗及孢子堆，虫体变成白色僵棉絮状菌丝和分生孢子梗及孢子堆，虫体变成白色僵尸。尸。我国使用白僵菌防治松毛虫、松针毒蛾、油桐蚜虫、我国使用白僵菌防治松毛虫、松针毒蛾、油桐蚜虫、茶叶毒蛾、大豆食心虫、杨树天牛、玉米螟、水稻茶叶毒蛾、大豆食心虫、杨树天牛、玉米螟、水稻叶蝉等害虫。叶蝉等害虫。注意：白僵菌能感染家蚕，养蚕地区控制使用；人注意：白僵菌能感染家蚕，养蚕地区控制使用；人体吸入大量的孢子类似感冒，操作者要进行适当的体吸入大量的孢子类似感冒，操作者要进行适当的防护。防护。

13、4 4杀虫杀虫抗生素抗生素阿维菌素阿维菌素 大环内酯类抗生素大环内酯类抗生素 神经末梢受体神经末梢受体氨基丁酸氨基丁酸 阿维菌素阿维菌素 促进促进氨基丁酸氨基丁酸 释放释放进入细胞的氯离进入细胞的氯离子增加，细胞膜子增加，细胞膜超极化超极化细胞膜受体细胞膜受体神经信号传递受抑神经信号传递受抑 产生菌为阿维链霉菌产生菌为阿维链霉菌对昆虫、线虫、螨虫有很好对昆虫、线虫、螨虫有很好的杀除效果的杀除效果。促进结促进结合于合于5 5原生动物杀虫剂原生动物杀虫剂孢子是微孢子虫生活史中孢子是微孢子虫生活史中唯一可在宿主细胞外生存唯一可在宿主细胞外生存的发育阶段，即本虫的感的发育阶段，即本虫的感染期。染期。

14、孢子孢子 寄主细胞寄主细胞 释放原孢释放原孢质质 分裂体分裂体 二分裂或多分裂二分裂或多分裂 重复感染重复感染 或形成母孢子或形成母孢子孢子孢子6、防病抗生素、防病抗生素井冈霉素产生菌是吸水链霉菌井冈变种。井井冈霉素产生菌是吸水链霉菌井冈变种。井冈霉素是用量最大的农用抗生素，对水稻的冈霉素是用量最大的农用抗生素，对水稻的纹枯病、其他作物的立枯丝核菌引起的病害纹枯病、其他作物的立枯丝核菌引起的病害都有良好的防治作用。都有良好的防治作用。三、微生物肥料三、微生物肥料 （一）定义及种类（一）定义及种类利利用用有有益益微微生生物物为为植植物物提提供供有有效效养养料料和和促促进进生生长长的的微生物制剂。

15、微生物制剂。分分为为两两类类，一一类类是是增增加加植植物物营营养养的的供供应应量量，代代表表是是根根瘤瘤菌菌肥肥料料；另另一一类类是是通通过过生生长长刺刺激激素素对对植植物物的的刺刺激激作作用用，促促进进对对植植物物营营养养元元素素的的吸吸收收，或或是是拮拮抗抗某某些些病病原原微微生生物物的的致致病病作作用用，减减轻轻病病虫虫害害而而导导致致产产量量增增加加，是是广广义义的的生生物物肥肥料料，植植物物根根际际促促生生菌菌即即属属此此类。类。三、微生物肥料三、微生物肥料 微生物肥料比化学肥料的优点：微生物肥料比化学肥料的优点：长长期期使使用用不不会会造造成成环环境境的的污污染染与与危危害害，作作

16、为为有有益益的微生物群体中的一分子。的微生物群体中的一分子。但但还还不不能能从从营营养养角角度度完完全全满满足足作作物物生生长长的的需需要要，不能全部取代化肥，而是减少化肥的用量。不能全部取代化肥，而是减少化肥的用量。（二）主要微生物肥料（二）主要微生物肥料 1.1.根瘤菌肥料根瘤菌肥料根根瘤瘤中中细细菌菌以以多多形形态态( (类类菌菌体体) )出出现现，呈呈棒棒状状、T T型型、Y Y型型。根根瘤瘤的的结结构构有有利利于于保保护护根根瘤瘤菌菌，防防止止其其他他微微生生物物的的竞竞争争。植植物物与与根根瘤瘤菌菌是是互互惠惠共共生生关关系系，植植物物通通过过光光合合作作用用合合成成糖糖类类，输输

17、送送到到根根瘤瘤，供供给给根根瘤瘤菌菌能能源源，根根瘤瘤菌菌固固氮氮把把空空气气中中的的分分子子氮氮转转化化为为化化合合态态氮氮，再再转转化化为为谷谷氨氨酸酸和和谷谷氨氨酰酰类类随随时时输输出出供供给给植植物物利利用用，利利用用率率可可达达100100，不不污污染环境。染环境。（二）主要微生物肥料（二）主要微生物肥料 2.2.植物根圈促生菌剂植物根圈促生菌剂大大多多数数植植物物根根圈圈促促生生菌菌产产生生铁铁载载体体，将将铁铁螯螯合合起起来来，限限制制有有害害微微生生物物生生长长；或或产产生生一一种种或或多多种种抗抗生生素素抑抑制制或或杀杀死死多多种种病病原原体体；或或对对杂杂草草有有害；或诱

18、导植物产生整体抗性。害；或诱导植物产生整体抗性。（二）主要微生物肥料（二）主要微生物肥料 3.3.菌根菌菌根菌真真菌菌和和植植物物根根以以互互惠惠共共生生关关系系建建立立起起来来的的共共生生体体称称为为菌菌根根。外外生生菌菌根根的的真真菌菌菌菌丝丝在在根根外外形形成成致致密密的的鞘鞘套套，少少量量菌菌丝丝进进入入根根皮皮层层细细胞胞的的间间隙隙中中。植植物物根根为为真真菌菌的的生生长长提提供供能能源源，菌菌根根菌菌为为植植物物提提供供矿矿物物质质和和水水，还还可可产产生生植植物物之之间间的的抑抑制制物物质质，使使生生长长植植物物对对其其他他植植物物存存在在偏偏害害关关系系，削削弱弱外外来来者者

19、的竞争，以保持占据的生境。的竞争，以保持占据的生境。四、生物表面活性剂四、生物表面活性剂( (一一) ) 生物表面活性剂的定义及性质生物表面活性剂的定义及性质生物在一定的生长条件下，在其代谢过程中生物在一定的生长条件下，在其代谢过程中分泌产生的具有一定的表面或界面活性的代分泌产生的具有一定的表面或界面活性的代谢产物。理化性质同化学合成的表面活性剂谢产物。理化性质同化学合成的表面活性剂相似，但活性更高、无毒性，易被微生物降相似，但活性更高、无毒性，易被微生物降解，不会对环境造成二次污染，有可能成为解，不会对环境造成二次污染，有可能成为化学合成表面活性剂的替代品。化学合成表面活性剂的替代品。结构特

20、点：结构特点：u非极性疏水基：一般为脂肪酰基链。非极性疏水基：一般为脂肪酰基链。u极性的亲水基：极性的亲水基：有多种形式，如中性脂的酯或醇功能团、脂肪酸有多种形式，如中性脂的酯或醇功能团、脂肪酸或氨基酸的羧基、磷脂中含磷的部分以及糖脂中或氨基酸的羧基、磷脂中含磷的部分以及糖脂中的糖基。的糖基。糖脂不溶于水，非极性糖脂溶于氯仿等憎水溶剂，糖脂不溶于水，非极性糖脂溶于氯仿等憎水溶剂，而极性糖脂溶于氯仿而极性糖脂溶于氯仿/ /甲醇混合溶剂。甲醇混合溶剂。（二）生物表面活性剂的种类（二）生物表面活性剂的种类按按用用途途可可分分为为生生物物表表面面活活性性剂剂和和生生物物乳乳化化剂剂。生生物物表表面面活

21、活性性剂剂是是分分子子量量低低的的小小分分子子，能能显显著著改改变变表表面面/ /界界面面张张力力。生生物物乳乳化化剂剂是是一一些些大大分分子子物物质质，虽虽不不能能显显著著降降低低表表面面/ /界界面面的的张张力力，但但对对油油水水界界面面表表现现出出很很强的亲和力，防止油滴凝聚，从而使乳状液稳定。强的亲和力，防止油滴凝聚，从而使乳状液稳定。依依据据他他们们的的化化学学组组成成可可分分为为糖糖脂脂、脂脂肽肽和和脂脂蛋蛋白白、中性脂中性脂/ /脂肪酸、磷脂、聚合物和全细胞表面本身等。脂肪酸、磷脂、聚合物和全细胞表面本身等。（三）生物表面活性剂的生产（三）生物表面活性剂的生产1.1.生产生物表面

22、活性剂的菌株生产生物表面活性剂的菌株由由很很多多种种类的的微微生生物物如如细菌菌、放放线菌菌、酵酵母母菌菌等等合成。合成。培培养养基基的的碳碳源源可可分分为3 3类：一一类是是以以烷烃作作为碳碳源源的的微微生生物物，如如棒棒状状杆杆菌菌；一一类是是以以水水溶溶性性底底物物为碳碳源源的的微微生生物物如如芽芽孢杆杆菌菌；第第三三类是是以以烷烃和和水水溶性底物两者溶性底物两者为碳源的微生物，如假碳源的微生物，如假单胞菌。胞菌。 2.2.表面活性表面活性剂合成的代合成的代谢调节碳碳源源的的影影响响 ：培培养养基基中中的的碳碳源源是是决决定定生生物物表表面面活活性性剂结构构和和产量量的的重重要要因因素素

23、，有有的的微微生生物物仅在在烃类培培养养基基上上生生长时才才产生生生生物物表表面面活活性性剂，但但也也有有的的只只需需要要一些糖一些糖类和氨基酸就可以和氨基酸就可以产生。生。可可以以通通过向向培培养养基基中中加加入入长链脂脂肪肪酸酸、烃、甘甘油油酯等等油油性性物物质诱导，是是目目前前研研究究最最多多的的调节方方式式。 添添加加烃烃的的类类型型很很重重要要，有有的的细细菌菌生生产产表表面面活活性性剂剂对对烃烃类类有有一定的专一性。一定的专一性。氮氮源源及及其其他他因因素素的的影影响响 ：如如C/NC/N比比可可以以决决定定假假单单胞胞菌菌对对糖糖脂脂的的生生产产；NaNONaNO3 3 是是石石

24、蜡蜡酪酪杆杆菌菌 B126 B126 合合成成糖糖脂脂的的适适宜宜 N N 源源，用用铵盐作作N N源源则产量量较低低 。提提高高产产率率的的方方法法：调调节节碳碳源源（烷烷烃烃、蔗蔗糖糖）、氮氮源；低稀释率；诱变筛选或构建工程菌。源；低稀释率；诱变筛选或构建工程菌。1.1.应应用用于于石石油油开开采采业业( (石石油油开开采采微微生生物物技技术术，技术技术) )2.2.（1 1）微生物强化采油技术）微生物强化采油技术3.3. 往往油油层层中中注注入入某某些些微微生生物物和和营营养养物物质质，微微生生物物产产生生表表面面活活性性物物质质。降降低低原原油油与与水水两两相相界界面面的的张张力力，使

25、使地地层层毛毛细细管管孔孔隙隙中中夹夹持持的的原原油油大大量量释释放放出出来来，从从而而提提高高原原油油采采收收率率。微微生生物物不不但但可可沿沿注注水水压压差差方方向向移移动动，还还可可在在油油层层中中纵纵深深迁迁移移，能能与与水水驱驱难难以以扫扫及及的的原原油油作作用用，大大大大提提高高波波及及效效率率。还还会会产产生生某某些些小小分分子子的的有有机机酸酸、有有机机溶溶剂剂等等，既既能能降降低低油油水水界界面面张张力，又使油层的通透性增强。力，又使油层的通透性增强。鼠李糖脂与石油磺酸盐鼠李糖脂与石油磺酸盐PSD-2PSD-2复配，使大庆原油复配，使大庆原油的界面张力大大下降。的界面张力大大

26、下降。发酵液与磺酸盐发酵液与磺酸盐B-100B-100复合使用，使表面张力降复合使用，使表面张力降得更低，比水驱采油提高采收率得更低，比水驱采油提高采收率20%20%，成为高效，成为高效廉价驱油剂。廉价驱油剂。2 2、在、在环境生物工程上的境生物工程上的应用用 增溶作用和乳化作用。污染环境中增溶作用和乳化作用。污染环境中加入微生物加入微生物或表面活性或表面活性剂( (生物的或化学合成的生物的或化学合成的),),能能够增增强强憎水性化合物的憎水性化合物的亲水性和生物可利用性水性和生物可利用性, ,使使进入入环境的境的污染物不断地降解，有助于染物不断地降解，有助于污染染环境的境的生物修复。生物修复

27、。糖脂糖脂类生物表面活性生物表面活性剂不不仅可提高可提高烷烃的去除的去除率率, ,而且可加速而且可加速烷烃的的矿化程度化程度, ,缩短可被微生短可被微生物利用的适物利用的适应时间。3 3、在食品工、在食品工业和精和精细化工中的化工中的应用用 蔗糖蔗糖酯、卵磷脂、山梨聚糖等都是目前食品工、卵磷脂、山梨聚糖等都是目前食品工业常用的乳常用的乳化化剂。另外。另外, ,生物表面活性生物表面活性剂还可以用作食品加工可以用作食品加工业和精和精细化工中的保湿化工中的保湿剂、防腐、防腐剂、润湿湿剂、起泡、起泡剂、增稠、增稠剂、润滑滑剂等等 。如生物乳化剂作色拉调味剂。如生物乳化剂作色拉调味剂。槐糖脂具有良好的皮

28、肤亲和性，可作为皮肤保湿剂用于化妆槐糖脂具有良好的皮肤亲和性，可作为皮肤保湿剂用于化妆品中。品中。蔗糖蔗糖酯也可以改善化也可以改善化妆品的洗品的洗涤性能，增加皮肤的光性能，增加皮肤的光润和滑和滑腻性。性。（五）问题和发展前景（五）问题和发展前景 u问题：问题： 生产成本较高生产成本较高 3 31010倍倍 u解决策略：解决策略： (1)(1)通过选育高产菌株通过选育高产菌株 (2)(2)找到廉价发酵原料找到廉价发酵原料 （3 3）改进发酵工艺、用先进的下游技术）改进发酵工艺、用先进的下游技术 （4 4）开发出它的二次产品）开发出它的二次产品, ,提高其附加值。提高其附加值。 五、生物塑料五、生

29、物塑料 已已经经商商品品化化的的可可生生物物降降解解塑塑料料主主要要包包括括脂脂肪肪族族聚聚酯酯、淀淀粉粉- -聚聚乙乙烯烯、热热塑塑性性淀淀粉粉共共混混物物、聚聚乳乳酸酸和和聚聚己己内内酯酯。（一）聚（一）聚羟基烷酸（羟基烷酸（PHAsPHAs）的结构）的结构当当R R为甲基、为甲基、m m为为1 1时，单体为时，单体为羟基丁酸羟基丁酸（HBHB），聚合物为），聚合物为PHBPHB。两种或两种以上的单。两种或两种以上的单体还能形成共聚物，典型代表为体还能形成共聚物，典型代表为PHBVPHBV，是，是羟基丁酸和羟基丁酸和羟基戊酸（羟基戊酸（HV)HV)的聚合物。的聚合物。 线状的线状的羟基烷酸

30、的聚酯。多聚物的相对分羟基烷酸的聚酯。多聚物的相对分子质量可高达子质量可高达2x102x106 6 ；PHBPHB是是100100立体专一性立体专一性的，所有不对称碳原子都是的，所有不对称碳原子都是D(-)D(-)构型，因此构型，因此PHBPHB是高度结晶的晶体。是高度结晶的晶体。 在物理性质甚至在分子结构上与聚丙稀很相似，在物理性质甚至在分子结构上与聚丙稀很相似，如熔点、玻璃态温度、结晶度、抗张度等，并如熔点、玻璃态温度、结晶度、抗张度等，并且具有相对密度大、透氧率低、抗紫外线照射、且具有相对密度大、透氧率低、抗紫外线照射、具有光学活性、阻湿性和压电性等优点。具有光学活性、阻湿性和压电性等优

31、点。PHAsPHAs的理化性质的理化性质PHAsPHAs的用途的用途PHAsPHAs这这类类热热塑塑性性聚聚酯酯可可以以纺纺丝丝、压压膜膜或或注注塑塑，在工业上可以用作各类包装材料；在工业上可以用作各类包装材料；农农业业上上用用作作农农用用薄薄膜膜、长长效效农农药药或或肥肥料料的的生生物物降解载体；降解载体；在在医医药药方方面面可可作作外外科科缝缝线线、骨骨骼骼代代用用品品或或骨骨板板、术术后后无无需需取取出出，还还可可用用于于血血管管替替代代品品，长长效效药药物的生物降解载体物的生物降解载体。PHBPHB的生物相容性：的生物相容性：研究发现，研究发现，PHBPHB的降解产物的降解产物D(-)

32、D(-)3 3羟基丁羟基丁酸是普遍存在于高等动物中的中间产物，在酸是普遍存在于高等动物中的中间产物，在原核生物真核生物中发现的含有原核生物真核生物中发现的含有100100200200个个单体的小分子量的单体的小分子量的PHBPHB具有组成细胞膜离子具有组成细胞膜离子通道组成的作用，并且在人体血浆中也检测通道组成的作用，并且在人体血浆中也检测到它的大量存在。因而有理由相信，植入哺到它的大量存在。因而有理由相信，植入哺乳动物组织的乳动物组织的PHBPHB不会对机体产生毒性作用。不会对机体产生毒性作用。PHBPHB存在两个缺点：存在两个缺点：一是融化稳定性较差：一是融化稳定性较差：其其分分解解温温度

33、度约约为为200200度度，与与熔熔点点（175175度度）相相近近。可可通通过过发发酵酵过过程程中中加加入入3HV的的前前体体合合成成PHBV共共聚聚体体或或将将PHB与与其其他他多多聚聚物物混混合合使用来解决；使用来解决；二二是是易易老老化化发发脆脆：可可以以通通过过简简单单的的淬淬火火处处理理来解决。来解决。（二）（二）PHAsPHAs的微生物合成的微生物合成1.1.合成合成PHAsPHAs的主要微生物的主要微生物目前研究较多的用于合成目前研究较多的用于合成PHAsPHAs的微生物有：的微生物有：产碱杆菌，假单胞菌属，甲基营养菌，固氮产碱杆菌，假单胞菌属，甲基营养菌，固氮菌属；红螺菌属。

34、这些微生物分别利用不同菌属；红螺菌属。这些微生物分别利用不同的碳源生产不同的的碳源生产不同的PHAsPHAs。最初用来生产的有。最初用来生产的有真氧产碱杆菌、固氮菌和甲基营养菌，但固真氧产碱杆菌、固氮菌和甲基营养菌，但固氮菌的氮菌的PHBPHB产量低，甲基营养菌的产量低，甲基营养菌的PHBPHB分子量分子量小而被淘汰。目前大多采用真养产碱杆菌和小而被淘汰。目前大多采用真养产碱杆菌和重组大肠埃希氏菌。重组大肠埃希氏菌。PHAsPHAs的合成及的合成及调控控 PHAsPHAs的的发酵生酵生产中，将中，将发酵分酵分为两个两个阶段段进行控制：行控制：第一第一阶段段为菌体菌体细胞的形成胞的形成阶段，在此

35、段，在此阶段段微生物利用基微生物利用基质形成大量的菌体，而形成大量的菌体，而PHAsPHAs的的积累很少；累很少；第二第二阶段段为多聚体形成多聚体形成阶段，当氮、磷、段，当氮、磷、镁或氧某种或氧某种营养耗尽养耗尽时，细胞胞进入入PHAsPHAs的形成的形成阶段，在此段，在此阶段段PHAsPHAs大量形成而菌体大量形成而菌体细胞基胞基本不繁殖。本不繁殖。 PHAsPHAs的合成及的合成及调控控 可采用流加可采用流加发酵法酵法对营养物养物质进行控制。菌体行控制。菌体细胞形成胞形成阶段，在某些必段，在某些必须的的营养成分成养成分成为生生长限制因素之前，限制因素之前，对其其进行定量流加，延行定量流加，

36、延长细胞的胞的对数期，从而可数期，从而可获得得较高的菌体高的菌体浓度。度。为减少生减少生长阶段段对多聚体的多聚体的积累，需通累，需通过流加法流加法控制培养液中氨离子控制培养液中氨离子浓度不小于度不小于200mg/L200mg/L，否，否则会降低多聚体的最会降低多聚体的最终得率。而在多聚体形成得率。而在多聚体形成阶段，将以段，将以较低的速度限量流加氮源。流加法可低的速度限量流加氮源。流加法可以以针对微生物生微生物生长和聚合物和聚合物积累累过程的特点程的特点实施灵活控制施灵活控制 。（三）（三）PHBPHB的提取方法的提取方法 （三）（三）PHBPHB的提取方法的提取方法 （三）（三）PHBPHB

37、的提取方法的提取方法3.3.酶酶法提取法提取 4.4.表面活性表面活性剂次次氯酸酸钠法法 （四）（四）PHBPHB在在环境中的降解境中的降解PHB能被土壤中发现的能被土壤中发现的295种微生物降解。种微生物降解。PHBV在好氧污水污泥培养在好氧污水污泥培养20oC、10周已降解周已降解大部分。大部分。降解的第一步是表面的降解的第一步是表面的OH和和COOH基团数基团数量增加，第二步是细菌解聚反应，解聚酶将高量增加，第二步是细菌解聚反应，解聚酶将高聚物降解成单体。假单胞菌的解聚酶可将聚物降解成单体。假单胞菌的解聚酶可将PHB降解为降解为3羟基丁酸单体、二体和三聚体，从而羟基丁酸单体、二体和三聚体

38、，从而进入细胞参与代谢。进入细胞参与代谢。（五）（五）PHAsPHAs的工业化与发展现状的工业化与发展现状PHAsPHAs以细菌发酵工艺为主，最初生产价格昂贵，以细菌发酵工艺为主，最初生产价格昂贵， （PHB15PHB15美元美元/kg/kg）, ,缺乏相应的市场竞争力，难以缺乏相应的市场竞争力，难以大规模推广应用。经过努力和探索价格降至大规模推广应用。经过努力和探索价格降至5.585.58美元美元/kg/kg左右，但与聚丙稀的价格（左右，但与聚丙稀的价格（1 1美元美元/kg/kg）仍）仍高出许多。高出许多。主要研究：菌种的改良，提高对多种原料的利用主要研究：菌种的改良，提高对多种原料的利用

39、能力和转化率；发酵技术研究提高生产强度；新能力和转化率；发酵技术研究提高生产强度；新型反应器的研究提高传氧效率；产品提取工艺的型反应器的研究提高传氧效率；产品提取工艺的开发。开发。（五）（五）PHAsPHAs的工业化与发展现状的工业化与发展现状极端嗜盐菌比普通细菌产生的极端嗜盐菌比普通细菌产生的PHAsPHAs中的中的PHVPHV（聚（聚羟基戊酸）含量较高，可解决目前以羟基戊酸）含量较高，可解决目前以PHBPHB（聚（聚羟基丁酸）制备的塑料韧性不够的问题；而且羟基丁酸）制备的塑料韧性不够的问题；而且由于嗜盐菌在低盐中细胞自溶的特点，将大大简由于嗜盐菌在低盐中细胞自溶的特点，将大大简化后处理生产

40、工艺，有望降低成本，为目前生产化后处理生产工艺，有望降低成本，为目前生产的的PHBPHB由于价格问题而限制大规模生产提供新的出由于价格问题而限制大规模生产提供新的出路。路。第二节第二节环保型微生物制保型微生物制剂的生的生产与使用与使用 一、菌种选育一、菌种选育（一）选择大规模生产的菌种的依据（一）选择大规模生产的菌种的依据1.1.培养基价格低廉，培养条件要求不高且易控制；培养基价格低廉，培养条件要求不高且易控制；2.2.生生长长速速度度和和代代谢谢速速度度快快，较较短短的的培培养养周周期期内内达达到到微微生物量及目标代谢物量较高的目标；生物量及目标代谢物量较高的目标；3.3.抗噬菌体能力强；抗

41、噬菌体能力强；4.4.菌种不易变异退化；菌种不易变异退化；5.5.不不是是人人畜畜的的病病原原菌菌，不不产产生生污污染染环环境境、危危害害人人体体的的活性物质活性物质。（二）自然筛选高效菌株（二）自然筛选高效菌株1.1.准备工作（文献调查、策略研究、方案设计）；准备工作（文献调查、策略研究、方案设计）；2.2.采取标本（在适当的环境中取）；采取标本（在适当的环境中取）；3.3.富集培养（投其所好，取其所抗）；富集培养（投其所好，取其所抗）；4.4.平板分离；平板分离；5.5.基础培养基培养；基础培养基培养；6.6.菌种初筛（平板或摇瓶发酵）；菌种初筛（平板或摇瓶发酵）；7.7.平板分离；平板分

42、离；8.8.摇瓶发酵复筛；摇瓶发酵复筛；9.9.平板分离；平板分离；10.10.菌种摇瓶发酵复筛；菌种摇瓶发酵复筛；11.11.接种较优的菌种斜面，进一步性能鉴定，也可作为诱变育接种较优的菌种斜面，进一步性能鉴定，也可作为诱变育种出发菌株。种出发菌株。（三）人工构建新菌株（三）人工构建新菌株1.1.诱变育种诱变育种2.2.原生质体融合原生质体融合复复习习原原生生质质体体融融合合的的关关键键步步骤骤：原原生生质质体体制制备备（脱脱去去或或破破坏坏细细胞胞壁壁，原原生生质质体体逸逸出出）；原原生生质质体体融融合合（促促融融剂剂聚聚乙乙二二醇醇加加CaCa2+2+ 、MgMg2+2+等等阳阳性性离离

43、子子，或或电电融融合合技技术术）；原原生生质质体体再再生生（高高渗渗培培养养基基或或加加入入蔗蔗糖糖溶溶液液增增加加再再生生率率）；原原生生质质体体的的选选择择（营营养缺陷型得到互补，或用荧光染色）。养缺陷型得到互补，或用荧光染色）。黄黄孢原原毛毛平平革革菌菌、土土著著细菌菌YZ1YZ1、酿酒酒酵酵母母三三亲株株之之间进行行真真核原核二界核原核二界细胞的融合。得到胞的融合。得到FhhhFhhh遗传工程菌具有高降解性。工程菌具有高降解性。 3.3.基因工程菌基因工程菌二、菌数扩增与生产二、菌数扩增与生产（一）种子培养（一）种子培养1.1.种子具备的特性种子具备的特性（1 1）生活力强，接种至发酵

44、罐迟缓期较短，能迅速繁殖；生活力强，接种至发酵罐迟缓期较短，能迅速繁殖；（2 2）生理性状稳定；生理性状稳定；（3 3）菌体总量及浓度满足发酵罐的要求；菌体总量及浓度满足发酵罐的要求；（4 4）无杂菌污染；无杂菌污染；（5 5）保持稳定的生产能力。保持稳定的生产能力。2.2.种子制备的工艺流程种子制备的工艺流程保藏的菌种斜面菌种摇瓶液体培养逐级种子罐培养保藏的菌种斜面菌种摇瓶液体培养逐级种子罐培养（二）发酵生产（二）发酵生产注意几个关键问题：灭菌和无菌操作；合适的营注意几个关键问题：灭菌和无菌操作；合适的营养供给包括各种营养的浓度及比例；其他发酵工养供给包括各种营养的浓度及比例；其他发酵工艺参

45、数：温度、艺参数：温度、pHpH、溶解氧浓度、菌体浓度、产、溶解氧浓度、菌体浓度、产物浓度。物浓度。.降解石油的工程细菌降解石油的工程细菌70年年代代美美国国生生物物学学家家查查克克捡捡巴巴蒂蒂(Chakrabarty)针针对对海海洋洋输输油油，造造成成浮浮油油污污染染，影影响响海海洋洋生生态态等等问问题题进进行行了了研研究究。石石油油成成分分复复杂杂，是是由由饱饱和和、不不饱饱和和、直直链链、支支链链、芳芳香香烃烃类类组组成成，不不溶溶于于水水。而而海海水水含含盐盐量量高高，虽虽发发现现90多多种种微微生生物物有有不不同同程程度度降降解解烃烃类类的的能能力力，但但不不一一定定能能在在海海水水

46、中中大大量量繁繁殖殖生生存存，而而且且降降解解速速率率也也较较馒馒，查查氏氏将将能能降降解解脂脂(含含质质粒粒A)的的一一种种假假单单胞胞菌菌作作受受体体细细菌菌，分分别别将将能能降降解解芳芳烃烃(质质粒粒B)、芳芳烃烃(质质粒粒C)和和多多环环芳芳烃烃(质质粒粒D)的的质质粒粒，用用遗遗传传工工程程方方法法人人工工转转入入受受体体细细菌菌，获获得得多多质质粒粒“超超级级细细菌菌”，可可除除去去原原油油中中23的的烃烃。浮浮油油在在一一般般条条件件下下降降解解需需一一年年以以上上时时间间，用用“超超级级细细菌菌”只只需需几几小小时时即即可可把把浮浮油油去去除除，速速度度快快效效率率高高。见见下下图。图。三、微生物制剂的保存和使用保存：04oC冷库中，适量水分使用：存活大量繁殖占优势微生物制剂的迟效与失效问题迟效：迟效：适应、繁殖、作用适应、繁殖、作用失效：自身变异，环境条件问题失效：自身变异，环境条件问题