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　　第十一章第十一章微生物与环境净化微生物与环境净化第一节第一节有机污染物的降解转化有机污染物的降解转化一、环境微生物的降解潜力一、环境微生物的降解潜力二、高效工程菌的构建开发二、高效工程菌的构建开发三、可生物降解性的测试评定三、可生物降解性的测试评定四、典型有机污染物的生物降解四、典型有机污染物的生物降解第二节第二节污染环境的自净作用污染环境的自净作用一、污染水体的自净作用一、污染水体的自净作用二、污染土壤的自净作用二、污染土壤的自净作用2017-5-8第十一章第十一章微生物与环境净化微生物与环境净化第三节第三节污染环境的生物修复污染环境的生物修复一、生物修复的利弊分析一、生物修复的利弊分析二、生物修复的微生物原理二、生物修复的微生物原理三、生物修复的技术要旨三、生物修复的技术要旨四、生物修复的工艺类型四、生物修复的工艺类型2017-5-8环境污染环境污染(environmental(environmentalpollution)pollution)::在人类的生活和生产在人类的生活和生产活动中活动中，，不断有废物被排入环境不断有废物被排入环境，，会引起环境质量下降而有会引起环境质量下降而有害于人类和其他生物的正常生存和发展害于人类和其他生物的正常生存和发展。。污染物污染物(pollutant)(pollutant)::引起环境污染的物质引起环境污染的物质。。污染物类型污染物类型::根据污染物性质根据污染物性质，，可分为物理污染物可分为bobapp下载物理污染物、、化学污化学污染物和生物污染物染物和生物污染物。。化学污染物又可分为无机污染物和有机化学污染物又可分为无机污染物和有机污染物污染物。第十一章第十一章微生物与环境净化微生物与环境净化返回返回2017-5-8第一节第一节有机污染物的微生物降解转化有机污染物的微生物降解转化生物降解生物降解(biodegradation)(biodegradation)::指微生物对有机物的破坏或指微生物对有机物的破坏或矿化作用矿化作用。。生物转化生物转化(bioconversion)(bioconversion)::指各种有机物通过生物代谢指各种有机物通过生物代谢而改变形态或转变成另一种物质的过程而改变形态或转变成另一种物质的过程。。返回返回2017-5-8一、、环境微生物的降解潜力环境微生物的降解潜力((一一))天然与人工有机污染物天然与人工有机污染物天然有机污染物天然有机污染物::指由生物体代谢活动以及其他生化过程指由生物体代谢活动以及其他生化过程产生的有机物产生的有机物。。人工合成有机污染物人工合成有机污染物((也称异生素xenobiotics)::指现代指现代化学工业合成的有机物化学工业合成的有机物。。2017-5-8((二二))人工有机污染物来源人工有机污染物来源19301930年全球生产的人工化合物约年全球生产的人工化合物约1010万吨万吨，，19851985年增至年增至22..55亿吨亿吨，，至今已达至今已达55亿多吨亿多吨。。19901990年美国化学文摘登记的人工化合物达年美国化学文摘登记的人工化合物达11000000万种万种，，并以并以每周每周66000000种种的速度增加的速度增加。。人工化bobapp下载合物大部分是有机物人工化合物大部分是有机物，，涉及染料涉及染料、、溶剂溶剂、、药品等药品等众多行业众多行业。。2017-5-8((三三))有机污染物的毒性和持久性有机污染物的毒性和持久性有机污染物可分为有机污染物可分为无毒有机污染物无毒有机污染物和和有毒有机污染物有毒有机污染物((简称简称有机毒物有机毒物))。。有机毒物可分为有机毒物可分为可生物降解性有机毒物可生物降解性有机毒物和和难生物降解性有难生物降解性有机毒物机毒物。。可生物降解性有机毒物可被微生物降解可生物降解性有机毒物可被微生物降解，，最终成为简单的最终成为简单的无机物无机物，，毒性也因此而消失毒性也因此而消失。。难生物降解性有机毒物的化学性质稳定难生物降解性有机毒物的化学性质稳定，，很难被微生物分很难被微生物分，因而可在环境中长时间滞留因而可在环境中长时间滞留，，被称为被称为持久性有机污染物持久性有机污染物(persistent(persistentorganicorganicpollutant,POPs)pollutant,POPs)。。返回返回2017-5-8二二、、高效工程菌的构建开发高效工程菌的构建开发对于一些难降解性有机污染物对于一些难降解性有机污染物，，微生物是通过一系列微生物是通过一系列酶促反应而降解的酶促反应而降解的。。在自然界在自然界，，这些酶促反应分别由多种这些酶促反应分别由多种微生物协同完成微生物协同完成，，不但不但降解速率很慢降解速率很慢，，而且极易导致而且极易导致中间中间产物积累产物积累。。如何使只有如何使只有部分代谢部分代谢功能的菌株转变成具有功能的菌株转变成具有全部代谢全部代谢功能的菌株功能的菌株（（即构建工程菌即构建工程菌）），，来扩大生物能够降解的污来扩大生物能够降解的污染物范围范围并提高生物降解并提高生物降解速率速率，，就成了消除就成了消除持久性有机污持久性有机污染物的突破口的突破口。。2017-5-810（一一））质粒分子育种质粒分子育种降解性质粒降解性质粒(degradative(degradativeplasmid)plasmid)::一类编码某些有一类编码某些有机物代谢途径的质粒机物代谢途径的质粒。。多质粒超级菌株多质粒超级菌株::19721972年美国年美国ChakrabartyChakrabarty等将假单等将假单胞菌不同菌株的胞菌不同菌株的CAMCAM、、OCTOCT、、XALXAL和和NAHNAH四种降解性质四种降解性质粒粒，，通过接合转移至一个菌株中通过接合转移至一个菌株中，，构建了一株能同时降解构建了一株能同时降解芳香烃芳香烃、、多环芳烃多环芳烃、、萜烃和脂肪烃的萜烃和脂肪烃的““多质粒超级菌株多质粒超级菌株””。。2017-5-811““多质粒超级菌株”的构建模式多质粒超级菌株”的构建模式(引自郑平，2002)2017-5-812质粒分子育种质粒分子育种(plasmid(plasmid--assistedassistedmolecularmolecularbreeding)breeding)::美国美国ChakrabartyChakrabarty等提出的一种培育新功能菌株的方法等提出的一种培育新功能菌株的方法。。在在施加选择压的条件下施加选择压的条件下，，将多种微生物置于恒化器中长期混合将多种微生物置于恒化器中长期混合培养培养，，通过质粒在微生物之间的自然传递 通过质粒在微生物之间的自然传递，，使某些菌株获得 使某些菌株获得 外来降解性质粒而具有新的代谢功能 外来降解性质粒而具有新的代谢功能。。 2017-5-8 13 质粒分子育种实例： 质粒分子育种实例： 22,,44,,55--TT是一种除草剂是一种除草剂，，自然界 自然界没有以它为唯一碳源和能 没有以它为唯一碳源和能 源的降解菌株 源的降解菌株。。单独用 单独用22,,44,,55--TT为碳源进行驯化 为碳源进行驯化，，不能获得 不能获得 以以22,,44,,55--TT为唯一碳源的降解菌 为唯一碳源的降解菌。。 ChakrabartyChakrabarty等从有毒废物堆放场取样 等从有毒废物堆放场取样，，分离菌种并 分离菌种并将它 将它 们接种至恒化器中 们接种至恒化器中，，与带有 与带有CAM CAM、、TOL TOL、、SAL SAL、、pAC pAC 21 21 pACpAC 25 25 和和pAC pAC 31 31 等降解性质粒的恶臭假单胞菌混合培养 等降解性质粒的恶臭假单胞菌混合培养。。 培养初期培养初期，，加入 加入较低浓度 较低浓度22,,44,,55--TT ((50 50 gg/mL /mL))和较高浓度 和较高浓度 的甲基苯甲酸盐 的甲基苯甲酸盐、、水杨酸盐 水杨酸盐、、氯代苯甲酸盐 氯代苯甲酸盐((250 250 g/mL) g/mL)。。 培养两周后培养两周后，，逐步 逐步提高 提高22,,44,,55--TT浓度 浓度， ，降低苯甲酸盐等浓 降低苯甲酸盐等浓 度度。。 2017-5-8 14 培养培养77个月后 个月后，，只加 只加22,,44,,55--TT ((500 500 g/mL) g/mL)，，停加其他碳源 停加其他碳源 基质 基质。 。培养液中 培养液中出现 出现77~~88种菌落 种菌落特征不同的细菌 特征不同的细菌，，其混合培 其混合培 养物能以 养物能以22,,44,,55--TT为唯一碳源和能源 为唯一碳源和能源。。 培养后期培养后期，，采用更高浓度的 采用更高浓度的22,,44,,55--TT，，菌落类型减少至 菌落类型减少至33~~44 种种。。 从富集培养物中分离从富集培养物中分离获得了一株以 获得了一株以22,,44,,55--TT为唯一碳源和能 为唯一碳源和能 源的培养物 源的培养物。。经鉴定 经鉴定，，该菌属于洋葱假单胞菌 该菌属于洋葱假单胞菌，，命名为 命名为Ps Ps.. cepacia cepacia AC AC1100 1100。。菌株 菌株AC AC1100 1100的降解功能由质粒控制 的降解功能由质粒控制。。 2017-5-8 15 双加氧酶 琥珀酸盐 醋酸盐2,4,5 2,4,5--TT降解途径 降解途径 （引自Madigan etal, 2006） 2017-5-8 16 （（二二））基因工程育种 基因工程育种 11.. 概念 概念 基因工程 基因工程(genetic (genetic engineering) engineering):: 指把外源DNADNA，，通通 过具有复制能力的载体分子 过具有复制能力的载体分子（（如质粒和噬菌体 如质粒和噬菌体））形成重组 形成重组 DNA DNA分子 分子，，导入不具有这种重组分子的受体细胞内 导入不具有这种重组分子的受体细胞内，，进行 进行 持久稳定的复制和表达 持久稳定的复制和表达，，使受体产生新的生物性状的操作 使受体产生新的生物性状的操作 过程 过程。 2017-5-817 22.. 操作步骤 操作步骤 （（11））基因分离 基因分离 以生物提取 以生物提取、、酶促合成和化学合成法 酶促合成和化学合成法，，获得所需的目 获得所需的目 的基因 的基因。。 （（22））DNA DNA体外重组 体外重组 以适宜的限制性内切酶对供体 以适宜的限制性内切酶对供体DNA DNA和载体质粒进行 和载体质粒进行剪剪 切切，，使两者在切口部分形成黏性末端；在较低的温度条件 使两者在切口部分形成黏性末端；在较低的温度条件 下下，，将供体 将供体DNA DNA和载体质粒混合 和载体质粒混合((即即““退火 退火””))，，使两者的 使两者的 黏性末端通过氢键自动靠拢；在外加 黏性末端通过氢键自动靠拢；在外加DNA DNA连接酶的作用下 连接酶的作用下，， 使供体 使供体DNA DNA片段和质粒 片段和质粒DNA DNA片段 片段““缝合 缝合””起来 起来，，形成一个 形成一个 完整的具有复制能力的 完整的具有复制能力的““杂种质粒 杂种质粒””。。 2017-5-8 18 （（33））载体传递 载体传递 将带有供体基因并具有复制能力的 将带有供体基因并具有复制能力的““杂种质粒 杂种质粒””通过转 通过转