环境生物学课件及教案第七章现代生物技术

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1、第七章现代生物技术与环境污染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7.1现代生物技术概况什么是生物技术（Biotechnology）？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。生物技术的内容基因工程：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。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。发酵

2、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。生物技术的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。生物技术的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。环境生物技术（EnvironmentalBiotechnology）环境生物技术指应用于认识和解决环境问题过程中的生物技术体系，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

3、过程中的反应将污染物转化为无毒、无害、稳定的物质。7.2基因工程与环境污染治理7.2.1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。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。7.2.2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

4、质粒、噬菌体以及动植物病毒。目的基因的分离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基因工程在环境污染治理中的应用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7.3细胞工程与环境污染生物治理细胞工程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。细胞工程的内容

5、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。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。遗传物质转移：基因在细胞水平上的转移。细胞融合构建环境工程菌概念：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。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

6、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。原生质体融合的方法亲本的选择原生质体的制备原生质体的再生原生质体的融合和融合子的检出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酶学工程与环境污染生物治理酶工程（EnzymaticEngineering）指利用生物有机体内酶所具有的特异催化功能，借助固定化生物反应器和生物传感器等技术、装置，高效优质地生产特定产品的技术。目前酶工程主要研究酶的生产

7、、纯化和固定化技术以及在环境污染治理、工业、医药、卫生和理论探索等方面的应用。固定化酶（ImmobilizedEnzyme）又称水不溶酶，是通过物理吸附法或化学键合法将水溶性酶和固态的不溶性载体相结合，使酶变成不溶于水但仍保持催化活性的衍生物。固定化酶的特点：比较稳定，可长时间保持酶的活性；可回收、再生、重复使用，适合于连续化、自动化和管道化工艺；可制成酶布、酶片、酶柱等多种形式。酶的分离提纯利用微生物生产酶制品可分为菌种选育、发酵培养、分离提取和菌种保存四个步骤。酶的固定化方法载体结合法包括共价结合法