污染預(yù)防和微生物制劑

1、第七章第七章 環(huán)境污染預(yù)防生物技術(shù)環(huán)境污染預(yù)防生物技術(shù)環(huán)境污染控制環(huán)境污染控制環(huán)境污染治理環(huán)境污染治理環(huán)境污染預(yù)防環(huán)境污染預(yù)防清潔生產(chǎn)清潔生產(chǎn)環(huán)境生物材料、環(huán)境友好材料環(huán)境生物材料、環(huán)境友好材料廢物資源化廢物資源化生態(tài)農(nóng)業(yè)生態(tài)農(nóng)業(yè)清潔生產(chǎn)清潔生產(chǎn)清潔能源清潔能源清潔原料：清潔原料：清潔生產(chǎn)過程清潔生產(chǎn)過程清潔的產(chǎn)品：清潔的產(chǎn)品：新能源開發(fā)新能源開發(fā)可再生能源利用可再生能源利用現(xiàn)有能源的清潔現(xiàn)有能源的清潔少用或不用有毒有害或稀缺原料少用或不用有毒有害或稀缺原料：減少排放物和廢物的毒性和數(shù)量：減少排放物和廢物的毒性和數(shù)量使用中使用后減少各種不利影響使用中使用后減少各種不利影響第一節(jié)第一節(jié) 煤的生物

2、脫硫煤的生物脫硫生物脫硫的背景生物脫硫的背景煤中硫的存在形式煤中硫的存在形式硫的生物脫除機(jī)理硫的生物脫除機(jī)理微生物脫硫的工藝微生物脫硫的工藝微生物脫硫技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀和工藝微生物脫硫技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀和工藝一、生物脫硫的背景一、生物脫硫的背景化石燃料煤和石油中所含有的硫是環(huán)境化石燃料煤和石油中所含有的硫是環(huán)境的主要污染源之一。的主要污染源之一。酸雨的危害酸雨的危害脫硫的必要性脫硫的必要性生物脫硫的優(yōu)勢生物脫硫的優(yōu)勢脫有機(jī)硫是一個(gè)世界性難題脫有機(jī)硫是一個(gè)世界性難題化石燃料煤和石油中所含有的有機(jī)化石燃料煤和石油中所含有的有機(jī)硫和無機(jī)硫是環(huán)境的重要污染源硫和無機(jī)硫是環(huán)境的重要污染源嚴(yán)重性嚴(yán)重性 1998年

3、我國有一半以上城市降水年我國有一半以上城市降水pH低于低于5.6。華中地區(qū)酸雨出現(xiàn)頻率大于。華中地區(qū)酸雨出現(xiàn)頻率大于70%，降水的年均，降水的年均pH低于低于5.0，酸雨面積占，酸雨面積占國土面積的國土面積的30%，是繼歐洲、北美后世界第，是繼歐洲、北美后世界第三大中酸雨區(qū)。三大中酸雨區(qū)。迫切性迫切性 隨著能源危機(jī)的逐步加劇，開采隨著能源危機(jī)的逐步加劇，開采高硫化石燃料成為必然。高硫化石燃料必須高硫化石燃料成為必然。高硫化石燃料必須預(yù)先經(jīng)過脫硫處理才能進(jìn)一步使用。預(yù)先經(jīng)過脫硫處理才能進(jìn)一步使用。酸雨的危害 美國紐約州，阿第倫達(dá)克山 980年 泰德.史匹格爾早春時(shí)節(jié)的酸雨酸雪污染了河川，造成一場

4、致命的“酸流”，令溪鱒紛紛死于鰓部傷害。 (國家地理雜志) 酸雨對森林的破壞二、煤中硫的存在形式二、煤中硫的存在形式無機(jī)硫：占無機(jī)硫：占6070，絕大部分以黃鐵礦，絕大部分以黃鐵礦硫硫 (FeS2, FeS）的形式存在，還有少量硫酸）的形式存在，還有少量硫酸 鹽硫，微量的元素硫。鹽硫，微量的元素硫。有機(jī)硫：與煤中的有機(jī)質(zhì)結(jié)合為一體，分布有機(jī)硫：與煤中的有機(jī)質(zhì)結(jié)合為一體，分布均勻均勻,物物 理法不易脫除。主要有噻吩基、巰基、理法不易脫除。主要有噻吩基、巰基、硫醚和多硫鏈等官能團(tuán)形式。硫醚和多硫鏈等官能團(tuán)形式。有機(jī)硫類型有機(jī)硫類型Merpcaptans (thiols)SHSHSHSulphide

5、s (aliphatic or aromatic) alkyl- cyclic-aromatic-dialkyl-alkylcycloalkyl-cyclic-alkylaryl-thiaindansDisulphidesThiophenesalkyl-benzo-thieno-dibenzo-SSSSSSSSSSSS烷基烷基-硫醇硫醇環(huán)基環(huán)基-硫醇硫醇芳香基芳香基-硫醇硫醇二烷基二烷基-硫硫環(huán)基環(huán)基-硫硫苯并苯并-二氫噻吩二氫噻吩環(huán)基烷基環(huán)基烷基-硫硫芳香基烷基芳香基烷基-硫硫二烷基二烷基-硫硫噻吩噻吩苯并苯并-噻吩噻吩 噻吩并噻吩并-噻吩噻吩二苯基二苯基-噻吩噻吩硫醇硫醇噻吩類噻吩類硫化物

6、Dibenzothiophene (DBT) 煤炭的化學(xué)結(jié)構(gòu)模型煤炭的化學(xué)結(jié)構(gòu)模型三、硫的微生物脫除機(jī)理三、硫的微生物脫除機(jī)理1.1.無機(jī)硫的脫除機(jī)理無機(jī)硫的脫除機(jī)理兩種觀點(diǎn)：兩種觀點(diǎn)：細(xì)菌浸出脫硫細(xì)菌浸出脫硫細(xì)菌的生化反細(xì)菌的生化反 應(yīng)有助于硫化物在水中的溶解；應(yīng)有助于硫化物在水中的溶解；微生物助浮脫硫微生物助浮脫硫微生物改變微生物改變礦物表面性質(zhì)使黃鐵礦溶于水。礦物表面性質(zhì)使黃鐵礦溶于水。(1)微生物浸出脫硫的機(jī)理微生物浸出脫硫的機(jī)理氧化亞鐵硫桿菌和氧化硫硫桿菌是目前對無機(jī)氧化亞鐵硫桿菌和氧化硫硫桿菌是目前對無機(jī)硫脫除效果最好的微生物；硫脫除效果最好的微生物；另外還有氧化亞鐵鉤端螺旋菌、另

7、外還有氧化亞鐵鉤端螺旋菌、 酸熱硫化葉菌酸熱硫化葉菌2FeS2 + 7O2 + 2H2O 2FeSO4+2H2SO4 (1)2FeSO4 +1/2O2 + H2SO4 Fe2(SO4)3 + H2O (2)FeS2 + Fe2(SO4)3 3FeSO4 + 2S（間接氧化（間接氧化 (3)2S+3O2 + 2H2O 2H2SO4 （4）(2)微生物助浮脫硫的原理微生物助浮脫硫的原理u一種物理浮選法和微生物處理相結(jié)合的方法。一種物理浮選法和微生物處理相結(jié)合的方法。u未經(jīng)微生物處理的情況下，煤和黃鐵礦的微粒未經(jīng)微生物處理的情況下，煤和黃鐵礦的微粒浮在水中，一起浮在氣泡上不能分開。浮在水中，一起浮在

8、氣泡上不能分開。u加入細(xì)菌后，細(xì)菌僅能吸附在黃鐵礦上，由于加入細(xì)菌后，細(xì)菌僅能吸附在黃鐵礦上，由于微生物的親水性和微生物的迅速粘附，黃鐵礦表微生物的親水性和微生物的迅速粘附，黃鐵礦表面由疏水性變?yōu)橛H水性，在浮選過程中，黃鐵礦面由疏水性變?yōu)橛H水性，在浮選過程中，黃鐵礦難以浮在空氣泡上就下沉到底部，灰分也可同時(shí)難以浮在空氣泡上就下沉到底部，灰分也可同時(shí)下沉而被去除。下沉而被去除。微生物水微生物水黃鐵礦黃鐵礦煤煤空氣空氣水水微生物助浮脫硫過程示意圖微生物助浮脫硫過程示意圖浮選柱浮選柱固液分離固液分離污水處理污水處理回用回用2.有機(jī)硫的脫除機(jī)理有機(jī)硫的脫除機(jī)理 以二苯并噻吩為模式化合物的脫硫途徑以二苯

9、并噻吩為模式化合物的脫硫途徑(1) 碳架破壞途徑(C-C鍵被切斷)(2)碳架保留途徑(專一地切斷C-S鍵而保留完整的碳架)四、微生物脫硫的工藝四、微生物脫硫的工藝（1）微生物浸出脫硫技術(shù)）微生物浸出脫硫技術(shù)簡單的處理簡單的處理空氣攪拌式反應(yīng)器空氣攪拌式反應(yīng)器（2）微生物助浮脫硫）微生物助浮脫硫浮選柱內(nèi)進(jìn)行，美國弗吉尼浮選柱內(nèi)進(jìn)行，美國弗吉尼亞大學(xué)開發(fā)的亞大學(xué)開發(fā)的Microcel微泡浮選微泡浮選柱和美國肯塔基大學(xué)開發(fā)的肯浮柱和美國肯塔基大學(xué)開發(fā)的肯浮勞特浮選柱。勞特浮選柱。簡單的處理：簡單的處理：煤炭上布灑含有微生物的溶液，水浸透煤炭上布灑含有微生物的溶液，水浸透在煤中實(shí)現(xiàn)脫硫。在煤中實(shí)現(xiàn)脫硫

10、。生成的硫酸在底部從煤中去除。裝置簡生成的硫酸在底部從煤中去除。裝置簡單，經(jīng)濟(jì)，操作容易，但處理時(shí)間長。單，經(jīng)濟(jì)，操作容易，但處理時(shí)間長?？諝鈹嚢枋椒磻?yīng)器：空氣攪拌式反應(yīng)器：把粉碎了的煤與含有微生物的溶液在空把粉碎了的煤與含有微生物的溶液在空氣泡中進(jìn)行攪拌脫硫，比機(jī)械攪拌對微生物氣泡中進(jìn)行攪拌脫硫，比機(jī)械攪拌對微生物損傷小，同時(shí)因?yàn)槟苎杆傥⑸锷L必需的損傷小，同時(shí)因?yàn)槟苎杆傥⑸锷L必需的二氧化碳和氧氣，可以加快浸出速度及增強(qiáng)二氧化碳和氧氣，可以加快浸出速度及增強(qiáng)浸出效果浸出效果, ,縮短了處理時(shí)間?？s短了處理時(shí)間。18182828天能脫天能脫去黃鐵礦去黃鐵礦90909595。FeSFeS2

11、 2氧化氧化液體液體粉碎粉碎過濾過濾中和沉淀中和沉淀加熱加熱水洗水洗原煤原煤含菌液體回流含菌液體回流煤成品煤成品沉渣處置沉渣處置加水加水煤炭細(xì)菌脫硫工程的工藝過程煤炭細(xì)菌脫硫工程的工藝過程粉碎粉碎過濾過濾中和沉淀中和沉淀加熱加熱原煤原煤含菌液體回流含菌液體回流沉渣處置沉渣處置加水加水水洗水洗煤成品煤成品反應(yīng)器反應(yīng)器煤炭細(xì)菌脫硫工程的工藝過程煤炭細(xì)菌脫硫工程的工藝過程無機(jī)硫的微生物脫硫工藝無機(jī)硫的微生物脫硫工藝 微生物浸出脫硫微生物浸出脫硫五、微生物脫硫技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢五、微生物脫硫技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢以微生物為對象的基礎(chǔ)研究逐漸發(fā)展到以微生物為對象的基礎(chǔ)研究逐漸發(fā)展到以工藝流程設(shè)計(jì)和總體設(shè)

12、計(jì)為目的的應(yīng)用研以工藝流程設(shè)計(jì)和總體設(shè)計(jì)為目的的應(yīng)用研究，致力于工業(yè)技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)用。究，致力于工業(yè)技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)用。美國、荷蘭、德國、捷克等報(bào)道了半工美國、荷蘭、德國、捷克等報(bào)道了半工業(yè)化或工業(yè)性實(shí)驗(yàn)，捷克北部三個(gè)露天煤礦業(yè)化或工業(yè)性實(shí)驗(yàn)，捷克北部三個(gè)露天煤礦采用氧化亞鐵硫桿菌脫除褐煤中硫，結(jié)果顯采用氧化亞鐵硫桿菌脫除褐煤中硫，結(jié)果顯示，無機(jī)硫脫除率平均為示，無機(jī)硫脫除率平均為78.5，有機(jī)硫的，有機(jī)硫的脫除率平均為脫除率平均為23.4。中國在這方面的研究。中國在這方面的研究起步較晚，只限于實(shí)驗(yàn)室研究。起步較晚，只限于實(shí)驗(yàn)室研究。存在的問題及策略存在的問題及策略a.煤的破碎費(fèi)用高；煤的破碎費(fèi)

13、用高；b.反應(yīng)時(shí)間長，反應(yīng)時(shí)間長，c大規(guī)模生產(chǎn)中傳熱是一個(gè)棘手問題；大規(guī)模生產(chǎn)中傳熱是一個(gè)棘手問題；d.硫氧化產(chǎn)物需進(jìn)一步處理；硫氧化產(chǎn)物需進(jìn)一步處理；e.煤炭中的雜質(zhì)對微生物的抑制作用。煤炭中的雜質(zhì)對微生物的抑制作用。（2）存在的問題及策略）存在的問題及策略解決策略：解決策略：a.選育和馴化高效脫硫菌，選育和馴化高效脫硫菌，b.利用生物工程技術(shù)構(gòu)建高效脫硫工程菌，利用生物工程技術(shù)構(gòu)建高效脫硫工程菌，c.對脫硫液進(jìn)行回收處理，實(shí)現(xiàn)廢物資源化，對脫硫液進(jìn)行回收處理，實(shí)現(xiàn)廢物資源化，避免二次污染避免二次污染,d.設(shè)計(jì)更加合理的工藝流程。重組菌株比原設(shè)計(jì)更加合理的工藝流程。重組菌株比原始菌株具有更高

14、的脫硫效率和廣闊的工業(yè)應(yīng)用與始菌株具有更高的脫硫效率和廣闊的工業(yè)應(yīng)用與環(huán)境保護(hù)前景。環(huán)境保護(hù)前景。第二節(jié)第二節(jié) 石油的生物脫硫石油的生物脫硫一、石油中硫的存在形式一、石油中硫的存在形式l原油的總硫量在原油的總硫量在0.037.89，大部分，大部分為有機(jī)硫，占總硫量的為有機(jī)硫，占總硫量的5070；l少量的元素硫、硫代硫酸鹽、少量的元素硫、硫代硫酸鹽、H2S、FeS2溶解或懸浮在油中。溶解或懸浮在油中。l有機(jī)硫的存在形式有硫醇、硫化物和噻吩有機(jī)硫的存在形式有硫醇、硫化物和噻吩三大類，主要為噻吩類有機(jī)硫硫醇易于去除，三大類，主要為噻吩類有機(jī)硫硫醇易于去除，雜環(huán)硫較難。雜環(huán)硫較難。二、脫硫的途徑和微生

15、物二、脫硫的途徑和微生物生物脫硫的研究工作主要集中在紅球菌屬細(xì)菌，生物脫硫的研究工作主要集中在紅球菌屬細(xì)菌，目前紅平紅球菌目前紅平紅球菌IGTS8已用于開發(fā)商業(yè)的生物已用于開發(fā)商業(yè)的生物脫硫技術(shù)。脫硫技術(shù)。紅平紅球菌紅平紅球菌IGTS8中存在著中存在著120kb的線狀質(zhì)粒，的線狀質(zhì)粒，含有含有dszA、dszB、dszC基因負(fù)責(zé)催化基因負(fù)責(zé)催化DBT的脫的脫硫。這些基因已被克隆并測序，表達(dá)產(chǎn)物也被硫。這些基因已被克隆并測序，表達(dá)產(chǎn)物也被純化出來。純化出來。二、脫硫的途徑和微生物二、脫硫的途徑和微生物假單胞菌廣泛存在于石油中，具有許多作為生假單胞菌廣泛存在于石油中，具有許多作為生物催化工業(yè)應(yīng)用菌

16、株的優(yōu)良特性。物催化工業(yè)應(yīng)用菌株的優(yōu)良特性。研究者以假單胞菌為受體菌，將改造的研究者以假單胞菌為受體菌，將改造的dsz基基因在其中進(jìn)行表達(dá)，比原始菌株能更有效的脫因在其中進(jìn)行表達(dá)，比原始菌株能更有效的脫硫，如構(gòu)建的菌株硫，如構(gòu)建的菌株銅綠假單胞菌銅綠假單胞菌EGSOX24小時(shí)小時(shí)能夠轉(zhuǎn)化能夠轉(zhuǎn)化95的的DBT，IGTS8僅為僅為18。脫硫油脫硫油生物反應(yīng)器生物反應(yīng)器酶和細(xì)胞增殖酶和細(xì)胞增殖生物催化劑和水循環(huán)利用生物催化劑和水循環(huán)利用失效的生物失效的生物催化劑催化劑副產(chǎn)物副產(chǎn)物回收回收高硫油高硫油分離分離油油生物催化生物催化劑和水劑和水O2O2O2O2CO2CO2CO2CO2三、經(jīng)典的石油生物脫

17、硫工藝流程三、經(jīng)典的石油生物脫硫工藝流程營養(yǎng)物營養(yǎng)物生物脫有機(jī)硫的優(yōu)勢生物脫有機(jī)硫的優(yōu)勢生物催化脫硫（生物催化脫硫（BDS）在常溫常壓下操作，）在常溫常壓下操作，而且能耗比加氫脫硫技術(shù)（而且能耗比加氫脫硫技術(shù)（HDS）低）低70%-80%。該過程還可回收有機(jī)磺酸鹽等化學(xué)品，可該過程還可回收有機(jī)磺酸鹽等化學(xué)品，可為煉油廠增加經(jīng)濟(jì)效益。采用為煉油廠增加經(jīng)濟(jì)效益。采用BDS技術(shù)的投資技術(shù)的投資額約為加氫脫硫技術(shù)額約為加氫脫硫技術(shù)(HDS)的一半，操作費(fèi)用的一半，操作費(fèi)用比比HDS低低10%-25%。從整個(gè)汽油組分來講，煉油廠每從整個(gè)汽油組分來講，煉油廠每m3成品汽成品汽油的油的BDS成本成本1.59

18、-2.65US$，低于低于HDS成本。成本。嗜熱耐熱性微生物的優(yōu)勢嗜熱耐熱性微生物的優(yōu)勢I. 石油煉制過程中的精餾后，即使在石油煉制過程中的精餾后，即使在HDS后的油品溫度也較高。如用耐熱后的油品溫度也較高。如用耐熱性的微生物可省去冷卻過程所帶來的性的微生物可省去冷卻過程所帶來的麻煩，并可提高生物脫有機(jī)硫的反應(yīng)麻煩，并可提高生物脫有機(jī)硫的反應(yīng)速率；速率；II. 耐熱微生物所含有的耐溫酶類具有耐熱微生物所含有的耐溫酶類具有重要的生產(chǎn)潛力和應(yīng)用前景。脫有機(jī)重要的生產(chǎn)潛力和應(yīng)用前景。脫有機(jī)硫的耐熱微生物酶催化劑熱穩(wěn)定好，硫的耐熱微生物酶催化劑熱穩(wěn)定好，反應(yīng)速度快，較一般常溫微生物優(yōu)勢反應(yīng)速度快，較一

19、般常溫微生物優(yōu)勢明顯；明顯；嗜熱耐熱性微生物的優(yōu)勢嗜熱耐熱性微生物的優(yōu)勢III. 已發(fā)現(xiàn)的具降解已發(fā)現(xiàn)的具降解DBT能力的微生物能力的微生物(如紅平如紅平紅球菌、諾卡氏菌紅球菌、諾卡氏菌)耐熱能力較差，僅能在耐熱能力較差，僅能在30oC附近生長和脫硫附近生長和脫硫;一些耐熱能力較強(qiáng)的假一些耐熱能力較強(qiáng)的假單胞菌、嗜酸熱硫化葉菌等微生物能在單胞菌、嗜酸熱硫化葉菌等微生物能在50oC左右降解左右降解DBT，但均僅能攻擊，但均僅能攻擊C-C鍵，而不鍵，而不能有效脫除能有效脫除DBT中的有機(jī)硫；中的有機(jī)硫；IV. 有必要尋找能耐熱、能有效攻擊有必要尋找能耐熱、能有效攻擊C-S鍵的微鍵的微生物，如能從自

20、然界篩選到耐熱性具碳架保生物，如能從自然界篩選到耐熱性具碳架保留途徑的脫有機(jī)硫菌株最佳，并可填補(bǔ)這一留途徑的脫有機(jī)硫菌株最佳，并可填補(bǔ)這一領(lǐng)域的研究空白，具有重要的理論價(jià)值和應(yīng)領(lǐng)域的研究空白，具有重要的理論價(jià)值和應(yīng)用前景。用前景。四、技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析四、技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析 目前與直接購買低硫油相比仍十分昂貴。目前與直接購買低硫油相比仍十分昂貴。 生物脫硫必須與方便的氫制造技術(shù)競爭。生物脫硫必須與方便的氫制造技術(shù)競爭。 可以通過其過程的副產(chǎn)品創(chuàng)造價(jià)值?？梢酝ㄟ^其過程的副產(chǎn)品創(chuàng)造價(jià)值。第三節(jié)第三節(jié) 生物制漿生物制漿一、造紙廢水的污染一、造紙廢水的污染造紙工業(yè)中的制漿和漂白工序是污造紙工業(yè)中的制漿和漂白工序是

21、污染物產(chǎn)生的主要工序染物產(chǎn)生的主要工序 。傳統(tǒng)的化學(xué)漂。傳統(tǒng)的化學(xué)漂白采用氯或二氧化氯，廢水中含大量氯白采用氯或二氧化氯，廢水中含大量氯代有機(jī)物，具有致癌致畸作用。廢水中代有機(jī)物，具有致癌致畸作用。廢水中還有很高的還有很高的COD、BOD，1985 年更發(fā)年更發(fā)現(xiàn)廢水中含有劇毒二噁英類化合物。現(xiàn)廢水中含有劇毒二噁英類化合物。（淮河的污染為例）。（淮河的污染為例）。木質(zhì)素木質(zhì)素 空腔空腔 纖維素纖維素木質(zhì)素存在于除苔蘚和藻類外所有植物的細(xì)胞壁木質(zhì)素存在于除苔蘚和藻類外所有植物的細(xì)胞壁中，中，由松柏醇、香豆醇和芥子醇聚合而成的高度由松柏醇、香豆醇和芥子醇聚合而成的高度分枝多聚物。分枝多聚物。木質(zhì)素

22、是造紙工業(yè)有效利用纖維素的最大障礙，結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，與木聚糖形成復(fù)合體緊密附著在纖維上，難以去除 傳統(tǒng)制漿是用燒堿或硫酸鹽高溫蒸煮原料，傳統(tǒng)制漿是用燒堿或硫酸鹽高溫蒸煮原料，除去木質(zhì)素降低纖維間的結(jié)合力利于制漿。除去木質(zhì)素降低纖維間的結(jié)合力利于制漿。 影響紙漿得率，并造成環(huán)境污染。影響紙漿得率，并造成環(huán)境污染。二、生物技術(shù)用于造紙的漂白二、生物技術(shù)用于造紙的漂白 （1）木聚糖酶的預(yù)漂白作用）木聚糖酶的預(yù)漂白作用n 木聚糖酶對紙漿進(jìn)行預(yù)漂白，可以減少隨后的木聚糖酶對紙漿進(jìn)行預(yù)漂白，可以減少隨后的化學(xué)漂白用氯量化學(xué)漂白用氯量3040，廢液中有機(jī)氯化，廢液中有機(jī)氯化物與毒性物含量顯著減少。物與毒性物含

23、量顯著減少。n基因工程、蛋白質(zhì)工程手段獲得的耐熱耐堿木基因工程、蛋白質(zhì)工程手段獲得的耐熱耐堿木聚糖酶以成為研究熱點(diǎn)，幾個(gè)編碼木聚糖酶的聚糖酶以成為研究熱點(diǎn)，幾個(gè)編碼木聚糖酶的基因已經(jīng)被克隆和測序基因已經(jīng)被克隆和測序, , 在大腸桿菌中表達(dá)在大腸桿菌中表達(dá) 。（2）木質(zhì)素酶的漂白作用）木質(zhì)素酶的漂白作用 1983年分別發(fā)現(xiàn)兩種木素降解酶年分別發(fā)現(xiàn)兩種木素降解酶木質(zhì)素過木質(zhì)素過氧化物酶與錳過氧化物酶。氧化物酶與錳過氧化物酶。 漆酶作為木指素降解酶用于紙漿漂白的研究漆酶作為木指素降解酶用于紙漿漂白的研究是最晚的。漆酶可以選擇性地降解木質(zhì)素，是最晚的。漆酶可以選擇性地降解木質(zhì)素，生產(chǎn)紙漿。生產(chǎn)紙漿。

24、漆酶是一種含銅的酶蛋白漆酶是一種含銅的酶蛋白,最主要的生產(chǎn)者是最主要的生產(chǎn)者是擔(dān)子菌中的擔(dān)子菌中的白腐菌白腐菌。漆酶的作用需要氧化還。漆酶的作用需要氧化還原中介物的作用（簡單的有機(jī)化合物如原中介物的作用（簡單的有機(jī)化合物如3羥羥基鄰氨基苯甲酸基鄰氨基苯甲酸3-HAA）。）。（2）木質(zhì)素酶的漂白作用）木質(zhì)素酶的漂白作用 以后的工作：以后的工作： 選育高產(chǎn)木聚糖酶菌種；選育高產(chǎn)木聚糖酶菌種； 篩選生產(chǎn)過氧化物酶的菌種；篩選生產(chǎn)過氧化物酶的菌種； 基因工程菌?；蚬こ叹?利用木聚糖酶和木質(zhì)素酶共同作用有望完全降利用木聚糖酶和木質(zhì)素酶共同作用有望完全降解木質(zhì)素。解木質(zhì)素。第四節(jié)第四節(jié) 生物合成替代化

25、工合成生物合成替代化工合成 一、生物合成的優(yōu)勢一、生物合成的優(yōu)勢生物合成過程以酶促反應(yīng)為基礎(chǔ)，通常生物合成過程以酶促反應(yīng)為基礎(chǔ)，通常在常溫、常壓下進(jìn)行，酶對底物有高度的專在常溫、常壓下進(jìn)行，酶對底物有高度的專一性，生物轉(zhuǎn)化效率高，副產(chǎn)物少。一性，生物轉(zhuǎn)化效率高，副產(chǎn)物少。投資省，費(fèi)用少，消耗低，過程穩(wěn)定，投資省，費(fèi)用少，消耗低，過程穩(wěn)定，降低污染，有利于實(shí)現(xiàn)工藝過程生態(tài)化，真降低污染，有利于實(shí)現(xiàn)工藝過程生態(tài)化，真正實(shí)現(xiàn)清潔生產(chǎn)的目標(biāo)。正實(shí)現(xiàn)清潔生產(chǎn)的目標(biāo)。 二、以丙稀酰氨為例生物合成的應(yīng)用二、以丙稀酰氨為例生物合成的應(yīng)用1.1.丙稀酰胺的生產(chǎn)方法丙稀酰胺的生產(chǎn)方法以丙稀腈為原料，在催化劑的作用

26、下，進(jìn)以丙稀腈為原料，在催化劑的作用下，進(jìn)行水合反應(yīng)生成丙稀酰胺。行水合反應(yīng)生成丙稀酰胺。（1）銅催化水合法）銅催化水合法利用骨架銅系列催化劑，丙稀腈與水直接反應(yīng)生利用骨架銅系列催化劑，丙稀腈與水直接反應(yīng)生成丙稀酰胺。純度高，收率高，已實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生成丙稀酰胺。純度高，收率高，已實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)，是目前生產(chǎn)丙稀酰胺的主要方法。問題：高產(chǎn)，是目前生產(chǎn)丙稀酰胺的主要方法。問題：高溫高壓下進(jìn)行，工藝流程較長，存在一些微量銅溫高壓下進(jìn)行，工藝流程較長，存在一些微量銅離子及齊聚物和共聚物而影響產(chǎn)品的質(zhì)量。離子及齊聚物和共聚物而影響產(chǎn)品的質(zhì)量。丙稀酰胺的生物催化合成法（1 1）微生物催化水合法）微生物催化水合

27、法 用產(chǎn)生腈水合酶的微生物細(xì)胞固定后，催用產(chǎn)生腈水合酶的微生物細(xì)胞固定后，催化水合生成丙稀酰胺。化水合生成丙稀酰胺。 高活性、高選擇性、高收率、低能耗、成高活性、高選擇性、高收率、低能耗、成本低，無齊聚物和共聚物等副產(chǎn)品，沒有本低，無齊聚物和共聚物等副產(chǎn)品，沒有銅離子等雜志，銅離子等雜志，“三廢三廢”少。少。（3 3）酶催化水合）酶催化水合 用丙稀腈水合酶和酰胺酶兩步轉(zhuǎn)化法是合用丙稀腈水合酶和酰胺酶兩步轉(zhuǎn)化法是合成丙稀酰胺的最新工藝。成丙稀酰胺的最新工藝。生物合成的優(yōu)勢生物合成的優(yōu)勢 在常溫常壓下進(jìn)行，與化學(xué)法相比，在常溫常壓下進(jìn)行，與化學(xué)法相比，微生物催化法生產(chǎn)工藝要節(jié)能和節(jié)省微生物催化法生

28、產(chǎn)工藝要節(jié)能和節(jié)省投資百分之五十。投資百分之五十。微生物催化法生產(chǎn)丙稀酰氨過程種，微生物催化法生產(chǎn)丙稀酰氨過程種，產(chǎn)生產(chǎn)生“三廢三廢”少，而化學(xué)法生產(chǎn)過程少，而化學(xué)法生產(chǎn)過程中，在催化劑再生，產(chǎn)品后處理等操中，在催化劑再生，產(chǎn)品后處理等操作中產(chǎn)生大量的酸、堿廢液。因此，作中產(chǎn)生大量的酸、堿廢液。因此，微生物催化發(fā)有利于環(huán)境保護(hù)。微生物催化發(fā)有利于環(huán)境保護(hù)。丙稀酰胺主要用于制造水溶液性聚丙稀酰胺主要用于制造水溶液性聚合物合物聚丙稀酰胺。聚丙稀酰胺。聚丙稀酰氨能廣泛應(yīng)用于絮凝，增聚丙稀酰氨能廣泛應(yīng)用于絮凝，增稠，減阻，凝粘，粘結(jié)，阻垢等領(lǐng)域。稠，減阻，凝粘，粘結(jié)，阻垢等領(lǐng)域。 2.2.丙稀酰胺的主

29、要用途丙稀酰胺的主要用途 2.2.丙稀酰胺的主要用途丙稀酰胺的主要用途 （1 1）在水處理中的應(yīng)用）在水處理中的應(yīng)用聚丙稀酰胺的酰氨基可與許多物質(zhì)親和，聚丙稀酰胺的酰氨基可與許多物質(zhì)親和，吸附形成氫鍵生成絮團(tuán)，加速物質(zhì)粒子沉降，吸附形成氫鍵生成絮團(tuán)，加速物質(zhì)粒子沉降，因而聚丙稀酰胺是目前世界上應(yīng)用最廣、效因而聚丙稀酰胺是目前世界上應(yīng)用最廣、效能最高的高分子有機(jī)絮凝劑，其品種有陽離能最高的高分子有機(jī)絮凝劑，其品種有陽離子子, ,陰離子及非離子型，適用于不同的處理陰離子及非離子型，適用于不同的處理對象。對象。2.2.丙稀酰胺的主要用途丙稀酰胺的主要用途 （2 2）在造紙工業(yè)中的應(yīng)用）在造紙工業(yè)中的

30、應(yīng)用聚丙稀酰胺在造紙工業(yè)中主要應(yīng)用于兩聚丙稀酰胺在造紙工業(yè)中主要應(yīng)用于兩方面：一是提高填料、顏料的存留率以降低方面：一是提高填料、顏料的存留率以降低原材料的流失和對環(huán)境的污染；二是提高紙?jiān)牧系牧魇Ш蛯Νh(huán)境的污染；二是提高紙張的強(qiáng)度。另外，使用聚丙稀酰胺還可以提張的強(qiáng)度。另外，使用聚丙稀酰胺還可以提高紙的抗撕性和多孔性，以改進(jìn)視覺和印刷高紙的抗撕性和多孔性，以改進(jìn)視覺和印刷性能。性能。 2.2.丙稀酰胺的主要用途丙稀酰胺的主要用途 （3 3）在采油工業(yè)中的應(yīng)用）在采油工業(yè)中的應(yīng)用高分子質(zhì)量的聚丙稀酰胺不僅是一種高高分子質(zhì)量的聚丙稀酰胺不僅是一種高效絮凝劑，也是一種極其優(yōu)良的增稠劑，在效絮凝劑，

31、也是一種極其優(yōu)良的增稠劑，在油田石油開采中可作為多種用途的添加劑，油田石油開采中可作為多種用途的添加劑，如用作鉆井液添加劑，壓裂液及用于聚合物如用作鉆井液添加劑，壓裂液及用于聚合物驅(qū)油以提高石油采收率。驅(qū)油以提高石油采收率。 第八章第八章 環(huán)保型環(huán)保型型微生物制劑的開發(fā)應(yīng)用型微生物制劑的開發(fā)應(yīng)用環(huán)保型微生物制劑及其品種環(huán)保型微生物制劑及其品種環(huán)保型微生物制劑的生產(chǎn)與使用環(huán)保型微生物制劑的生產(chǎn)與使用 環(huán)保型微生物制劑的展望環(huán)保型微生物制劑的展望 第一節(jié)第一節(jié)環(huán)保型型微生物制劑的開發(fā)應(yīng)用環(huán)保型型微生物制劑的開發(fā)應(yīng)用u環(huán)保型微生物制劑指將具有特定功能的有益環(huán)保型微生物制劑指將具有特定功能的有益微生物

32、大量繁殖后制微生物大量繁殖后制成活菌體或菌體產(chǎn)生的特成活菌體或菌體產(chǎn)生的特定物質(zhì)的產(chǎn)品定物質(zhì)的產(chǎn)品，應(yīng)用于環(huán)境，起到治理污染，應(yīng)用于環(huán)境，起到治理污染，改善環(huán)境質(zhì)量及保護(hù)環(huán)境的作用。改善環(huán)境質(zhì)量及保護(hù)環(huán)境的作用。u從源頭控制污染，保持生態(tài)平衡。從源頭控制污染，保持生態(tài)平衡。一、微生物降解劑一、微生物降解劑二、微生物農(nóng)藥二、微生物農(nóng)藥 三、微生物肥料三、微生物肥料四、生物表面活性劑四、生物表面活性劑 五、生物塑料五、生物塑料六、微生物絮凝劑六、微生物絮凝劑一、微生物降解劑一、微生物降解劑對污染物降解能力強(qiáng)的菌株擴(kuò)大生產(chǎn)、制成對污染物降解能力強(qiáng)的菌株擴(kuò)大生產(chǎn)、制成產(chǎn)品，應(yīng)用于環(huán)境的無害化處理，即是

33、微生產(chǎn)品，應(yīng)用于環(huán)境的無害化處理，即是微生物降解劑。物降解劑。降解的對象是氰和腈化物、苯和酚、硝基化降解的對象是氰和腈化物、苯和酚、硝基化合物、石油烴類、氯苯和農(nóng)藥、洗滌劑等多合物、石油烴類、氯苯和農(nóng)藥、洗滌劑等多種有機(jī)物；還包括染料脫色菌、重金屬吸附種有機(jī)物；還包括染料脫色菌、重金屬吸附并轉(zhuǎn)化菌、混合降解菌等。并轉(zhuǎn)化菌、混合降解菌等。 （難處理的）（難處理的）生物強(qiáng)化技術(shù)生物強(qiáng)化技術(shù)通過向廢物處理系統(tǒng)中直接投加從自然界中篩通過向廢物處理系統(tǒng)中直接投加從自然界中篩選的優(yōu)勢菌種或基因工程菌，以改善原處理系選的優(yōu)勢菌種或基因工程菌，以改善原處理系統(tǒng)的能力，達(dá)到對某一種或某一類有害物質(zhì)的統(tǒng)的能力，達(dá)

34、到對某一種或某一類有害物質(zhì)的去除或某方面性能改進(jìn)的目的的環(huán)境生物技術(shù)。去除或某方面性能改進(jìn)的目的的環(huán)境生物技術(shù)。應(yīng)用：應(yīng)用：處理有毒有害難降解廢水的處理如：制藥廢處理有毒有害難降解廢水的處理如：制藥廢水、印染廢水；水、印染廢水；微污染水源水的處理（生物強(qiáng)化過濾有效去微污染水源水的處理（生物強(qiáng)化過濾有效去除氨氮、亞硝酸鹽、有機(jī)物、鐵、錳、濁度、除氨氮、亞硝酸鹽、有機(jī)物、鐵、錳、濁度、色度等）；色度等）；垃圾滲濾液的處理（如用日本專利產(chǎn)品垃圾滲濾液的處理（如用日本專利產(chǎn)品EMEM菌菌劑）。劑）。二、微生物農(nóng)藥二、微生物農(nóng)藥1.1.定義：利用微生物或其基因產(chǎn)生或表達(dá)的各種定義：利用微生物或其基因產(chǎn)生

35、或表達(dá)的各種 生物活性成分，用于防治植物病蟲害、雜生物活性成分，用于防治植物病蟲害、雜 草、鼠害各種制劑的總稱。草、鼠害各種制劑的總稱。 2.2.特點(diǎn)：特點(diǎn)：高效低毒，對人畜安全無毒，不殺傷害蟲的天敵高效低毒，對人畜安全無毒，不殺傷害蟲的天敵和有益生物；和有益生物；無殘留，不污染環(huán)境，利于保持生態(tài)平衡；無殘留，不污染環(huán)境，利于保持生態(tài)平衡；許多是由許多是由多種有效成分構(gòu)成多種有效成分構(gòu)成的，害蟲和病原菌難的，害蟲和病原菌難 以產(chǎn)生抗藥性；以產(chǎn)生抗藥性；生產(chǎn)工藝設(shè)備簡單，有明顯的開發(fā)優(yōu)勢。生產(chǎn)工藝設(shè)備簡單，有明顯的開發(fā)優(yōu)勢。1 1細(xì)菌殺蟲劑細(xì)菌殺蟲劑u蘇云金芽孢桿菌開發(fā)最早，應(yīng)用最成功，蘇云金芽

36、孢桿菌開發(fā)最早，應(yīng)用最成功，占細(xì)菌殺蟲劑總量的占細(xì)菌殺蟲劑總量的9595以上。對以上。對800800余種余種昆蟲有不同程度的致病性，對昆蟲有不同程度的致病性，對2020多種重要農(nóng)多種重要農(nóng)作物害蟲防治效果顯著。作物害蟲防治效果顯著。u伴胞晶體：芽孢形成的過程中另一端同時(shí)伴胞晶體：芽孢形成的過程中另一端同時(shí)形成伴胞晶體。形成伴胞晶體。形態(tài)多種多樣，主要有菱形、形態(tài)多種多樣，主要有菱形、球形、方形、多邊形和不規(guī)則形球形、方形、多邊形和不規(guī)則形。是一種蛋。是一種蛋白質(zhì)，又稱白質(zhì)，又稱內(nèi)毒素，是主要的殺蟲物質(zhì)。內(nèi)毒素，是主要的殺蟲物質(zhì)。微生物農(nóng)藥的主要品種簡介微生物農(nóng)藥的主要品種簡介1 1細(xì)菌殺蟲劑細(xì)

37、菌殺蟲劑9090年代以來，第二代細(xì)胞工程殺蟲劑和第三年代以來，第二代細(xì)胞工程殺蟲劑和第三代基因工程殺蟲劑相繼投入市場。代基因工程殺蟲劑相繼投入市場。9090年代初年代初被批準(zhǔn)登記或進(jìn)入田間試驗(yàn)的有被批準(zhǔn)登記或進(jìn)入田間試驗(yàn)的有1010余中遺傳余中遺傳重組殺蟲劑。重組殺蟲劑。微生物農(nóng)藥的主要品種簡介微生物農(nóng)藥的主要品種簡介伴胞晶體的殺蟲原理伴胞晶體的殺蟲原理伴胞晶體伴胞晶體原毒素原毒素腸道堿性條件腸道堿性條件活性毒素片斷活性毒素片斷蛋白酶作用蛋白酶作用昆蟲中腸上皮細(xì)昆蟲中腸上皮細(xì)胞糖蛋白受體胞糖蛋白受體離子通道離子通道滲透平衡破壞滲透平衡破壞細(xì)胞膨脹并瓦解細(xì)胞膨脹并瓦解芽孢從穿孔部位進(jìn)入芽孢從穿孔

38、部位進(jìn)入血腔，萌發(fā)成營養(yǎng)細(xì)血腔，萌發(fā)成營養(yǎng)細(xì)胞并迅速繁殖，害蟲胞并迅速繁殖，害蟲得敗血癥死亡得敗血癥死亡2 2病毒殺蟲劑病毒殺蟲劑昆蟲病毒突出的特點(diǎn)是它們大都在宿主細(xì)胞內(nèi)昆蟲病毒突出的特點(diǎn)是它們大都在宿主細(xì)胞內(nèi)形成形成蛋白結(jié)晶性質(zhì)蛋白結(jié)晶性質(zhì)的包含體（的包含體（inclusion inclusion bodybody）。）。 根據(jù)包含體在寄主細(xì)胞中的部位，可分為：根據(jù)包含體在寄主細(xì)胞中的部位，可分為：（1 1） 核型多角體病毒（核型多角體病毒（(NPV)(NPV)），多角體于），多角體于細(xì)胞核內(nèi)形成，包含體內(nèi)含有多個(gè)病毒粒子。細(xì)胞核內(nèi)形成，包含體內(nèi)含有多個(gè)病毒粒子。（2 2） 質(zhì)型多角體病毒質(zhì)

39、型多角體病毒(CPV)(CPV)），多角體于細(xì)），多角體于細(xì)胞質(zhì)內(nèi)出現(xiàn)，包含體內(nèi)含有多個(gè)病毒粒子；胞質(zhì)內(nèi)出現(xiàn)，包含體內(nèi)含有多個(gè)病毒粒子；（3 3） 顆粒體病毒顆粒體病毒(GV)(GV)，橢圓形顆粒狀包含體，橢圓形顆粒狀包含體存在于細(xì)胞核或細(xì)胞質(zhì)內(nèi)。存在于細(xì)胞核或細(xì)胞質(zhì)內(nèi)。微生物農(nóng)藥的主要品種簡介微生物農(nóng)藥的主要品種簡介病毒殺蟲劑病毒殺蟲劑國際上：試制國際上：試制20多種病毒殺蟲劑，大規(guī)模工業(yè)生多種病毒殺蟲劑，大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)的只有幾種，如美洲棉鈴蟲產(chǎn)的只有幾種，如美洲棉鈴蟲NPV 殺蟲劑、舞殺蟲劑、舞毒蛾毒蛾NPV殺蟲劑、黃杉毒蛾殺蟲劑、黃杉毒蛾NPV殺蟲劑、赤松殺蟲劑、赤松毛蟲毛蟲CPV 殺蟲

40、劑。殺蟲劑。我國：中國棉鈴蟲我國：中國棉鈴蟲NPV殺蟲劑、油桐尺蠖殺蟲劑、油桐尺蠖NPV殺蟲劑、斜紋夜蛾殺蟲劑、斜紋夜蛾NPV殺蟲劑、松毛蟲殺蟲劑、松毛蟲NPV殺殺蟲劑、菜粉蝶蟲劑、菜粉蝶 GV殺蟲劑以及病毒殺蟲劑。殺蟲劑以及病毒殺蟲劑。 3 3真菌殺蟲劑真菌殺蟲劑 白僵菌（白僵菌（BeaureviaBeaurevia）是廣譜性寄生真菌，既可）是廣譜性寄生真菌，既可以在活體昆蟲體內(nèi)寄生，又可以營腐生生活，以在活體昆蟲體內(nèi)寄生，又可以營腐生生活，能侵染鱗翅目、鞘翅目、直翅目等的多種昆蟲能侵染鱗翅目、鞘翅目、直翅目等的多種昆蟲及螨類。及螨類。白僵菌的孢子侵染蟲體后，適宜條件下分生孢白僵菌的孢子侵染

41、蟲體后，適宜條件下分生孢子萌發(fā)，在昆蟲體內(nèi)增殖，并分泌毒素和草酸子萌發(fā)，在昆蟲體內(nèi)增殖，并分泌毒素和草酸鈣結(jié)晶，破壞寄主組織，使寄主代謝紊亂，最鈣結(jié)晶，破壞寄主組織，使寄主代謝紊亂，最后在蟲體上生出白色的棉絮狀菌絲和分生孢子后在蟲體上生出白色的棉絮狀菌絲和分生孢子梗及孢子堆，蟲體變成白色僵尸。梗及孢子堆，蟲體變成白色僵尸。我國使用白僵菌防治松毛蟲、松針毒蛾、油桐我國使用白僵菌防治松毛蟲、松針毒蛾、油桐蚜蟲、茶葉毒蛾、大豆食心蟲、楊樹天牛、玉蚜蟲、茶葉毒蛾、大豆食心蟲、楊樹天牛、玉米螟、水稻葉蟬等害蟲。米螟、水稻葉蟬等害蟲。注意：白僵菌能感染家蠶，養(yǎng)蠶地區(qū)控制使用；注意：白僵菌能感染家蠶，養(yǎng)蠶地

42、區(qū)控制使用；人體吸入大量的孢子類似感冒，操作者要進(jìn)行人體吸入大量的孢子類似感冒，操作者要進(jìn)行適當(dāng)?shù)姆雷o(hù)。適當(dāng)?shù)姆雷o(hù)。 4 4殺蟲殺蟲抗生素抗生素阿維菌素阿維菌素 大環(huán)內(nèi)酯類抗生素大環(huán)內(nèi)酯類抗生素 神經(jīng)末梢受體神經(jīng)末梢受體氨基丁酸氨基丁酸阿維菌素阿維菌素促進(jìn)促進(jìn)氨基丁酸氨基丁酸釋放釋放進(jìn)入細(xì)胞的氯離進(jìn)入細(xì)胞的氯離子增加，細(xì)胞膜子增加，細(xì)胞膜超極化超極化細(xì)胞膜受體細(xì)胞膜受體神經(jīng)信號傳遞受抑神經(jīng)信號傳遞受抑產(chǎn)生菌為阿維鏈霉菌產(chǎn)生菌為阿維鏈霉菌對昆蟲、線蟲、螨蟲有很好對昆蟲、線蟲、螨蟲有很好的殺除效果的殺除效果。促進(jìn)結(jié)促進(jìn)結(jié)合于合于5 5原生動物殺蟲劑原生動物殺蟲劑孢子是微孢子蟲生活史中孢子是微孢子蟲

43、生活史中唯一可在宿主細(xì)胞外生存唯一可在宿主細(xì)胞外生存的發(fā)育階段，即本蟲的感的發(fā)育階段，即本蟲的感染期。染期。孢子孢子寄主細(xì)胞寄主細(xì)胞釋放原孢釋放原孢質(zhì)質(zhì)分裂體分裂體二分裂或多分裂二分裂或多分裂重復(fù)感染重復(fù)感染或形成母孢子或形成母孢子孢子孢子6、防病抗生素、防病抗生素井岡霉素產(chǎn)生菌是吸水鏈霉菌井岡變種。井井岡霉素產(chǎn)生菌是吸水鏈霉菌井岡變種。井岡霉素是用量最大的農(nóng)用抗生素，對水稻的岡霉素是用量最大的農(nóng)用抗生素，對水稻的紋枯病、其他作物的立枯絲核菌引起的病害紋枯病、其他作物的立枯絲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）定義及種類（一）定義及種類利用

44、有益微生物為植物提供有效養(yǎng)料和促進(jìn)生長利用有益微生物為植物提供有效養(yǎng)料和促進(jìn)生長的微生物制劑。的微生物制劑。分為兩類，一類是增加植物營養(yǎng)的供應(yīng)量，代表分為兩類，一類是增加植物營養(yǎng)的供應(yīng)量，代表是根瘤菌肥料；另一類是通過是根瘤菌肥料；另一類是通過生長刺激素生長刺激素對植物對植物的刺激作用，促進(jìn)對植物營養(yǎng)元素的吸收，或是的刺激作用，促進(jìn)對植物營養(yǎng)元素的吸收，或是拮抗某些病原微生物的致病作用，減輕病蟲害而拮抗某些病原微生物的致病作用，減輕病蟲害而導(dǎo)致產(chǎn)量增加，是廣義的生物肥料，植物根際促導(dǎo)致產(chǎn)量增加，是廣義的生物肥料，植物根際促生菌即屬此類。生菌即屬此類。三、微生物肥料三、微生物肥料 微生物肥料比化

45、學(xué)肥料的優(yōu)點(diǎn)：微生物肥料比化學(xué)肥料的優(yōu)點(diǎn)：長期使用不會造成環(huán)境的污染與危害。長期使用不會造成環(huán)境的污染與危害。但還不能從營養(yǎng)角度完全滿足作物生長的需要，但還不能從營養(yǎng)角度完全滿足作物生長的需要，不能全部取代化肥，而是減少化肥的用量。不能全部取代化肥，而是減少化肥的用量。（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瘤中細(xì)菌以多形態(tài)根瘤中細(xì)菌以多形態(tài)( (類菌體類菌體) )出現(xiàn)，呈棒狀、出現(xiàn)，呈棒狀、T T型、型、Y Y型。根瘤的結(jié)構(gòu)有利于保護(hù)根瘤菌，防型。根瘤的結(jié)構(gòu)有利于保護(hù)根瘤菌，防止其他微生物的競爭。植物與根瘤菌是互惠共止其他微生物的競爭。植物與根瘤菌是互惠共生關(guān)

46、系，植物通過光合作用合成糖類，輸送到生關(guān)系，植物通過光合作用合成糖類，輸送到根瘤，供給根瘤菌能源，根瘤菌固氮把空氣中根瘤，供給根瘤菌能源，根瘤菌固氮把空氣中的分子氮轉(zhuǎn)化為化合態(tài)氮，再轉(zhuǎn)化為谷氨酸和的分子氮轉(zhuǎn)化為化合態(tài)氮，再轉(zhuǎn)化為谷氨酸和谷氨酰類隨時(shí)輸出供給植物利用，利用率可達(dá)谷氨酰類隨時(shí)輸出供給植物利用，利用率可達(dá)100100，不污染環(huán)境。，不污染環(huán)境。（二）主要微生物肥料（二）主要微生物肥料 2.2.植物根圈促生菌劑植物根圈促生菌劑大多數(shù)植物根圈促生菌產(chǎn)生鐵載體，將鐵螯合大多數(shù)植物根圈促生菌產(chǎn)生鐵載體，將鐵螯合起來，限制有害微生物生長；起來，限制有害微生物生長；或產(chǎn)生一種或多種抗生素抑制或殺

47、死多種病原或產(chǎn)生一種或多種抗生素抑制或殺死多種病原體；或?qū)﹄s草有害；或誘導(dǎo)植物產(chǎn)生整體抗性。體；或?qū)﹄s草有害；或誘導(dǎo)植物產(chǎn)生整體抗性。（二）主要微生物肥料（二）主要微生物肥料 3.3.菌根菌菌根菌真菌和植物根真菌和植物根以互惠共生關(guān)系建立起來的共生體以互惠共生關(guān)系建立起來的共生體稱為菌根。外生菌根的真菌菌絲在根外形成致密稱為菌根。外生菌根的真菌菌絲在根外形成致密的鞘套，少量菌絲進(jìn)入根皮層細(xì)胞的間隙中。植的鞘套，少量菌絲進(jìn)入根皮層細(xì)胞的間隙中。植物根為真菌的生長提供能源，菌根菌為植物提供物根為真菌的生長提供能源，菌根菌為植物提供礦物質(zhì)和水，還可產(chǎn)生植物之間的抑制物質(zhì)，使礦物質(zhì)和水，還可產(chǎn)生植物之

48、間的抑制物質(zhì)，使生長植物對其他植物存在偏害關(guān)系，削弱外來者生長植物對其他植物存在偏害關(guān)系，削弱外來者的競爭，以保持占據(jù)的生境。的競爭，以保持占據(jù)的生境。四、生物表面活性劑四、生物表面活性劑( (一一) ) 生物表面活性劑的定義及性質(zhì)生物表面活性劑的定義及性質(zhì)生物在一定的生長條件下，在其代謝過程中生物在一定的生長條件下，在其代謝過程中分泌產(chǎn)生的具有一定的表面或界面活性的代分泌產(chǎn)生的具有一定的表面或界面活性的代謝產(chǎn)物。謝產(chǎn)物。理化性質(zhì)同化學(xué)合成的表面活性劑相似，但理化性質(zhì)同化學(xué)合成的表面活性劑相似，但活性更高、無毒性，易被微生物降解，不會活性更高、無毒性，易被微生物降解，不會對環(huán)境造成二次污染，有

49、可能成為化學(xué)合成對環(huán)境造成二次污染，有可能成為化學(xué)合成表面活性劑的替代品。表面活性劑的替代品。結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：u非極性疏水基：一般為脂肪?；?。非極性疏水基：一般為脂肪酰基鏈。u極性的親水基：極性的親水基：有多種形式，如中性脂的酯或醇功能團(tuán)、脂肪酸有多種形式，如中性脂的酯或醇功能團(tuán)、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，非極性糖脂溶于氯仿等憎水溶劑，糖脂不溶于水，非極性糖脂溶于氯仿等憎水溶劑，而極性糖脂溶于氯仿而極性糖脂溶于氯仿/ /甲醇混合溶劑。甲醇混合溶劑。（二）生物表面活性劑的種類（二）生物表面活性劑的

50、種類按用途可分為按用途可分為生物表面活性劑和生物乳化劑生物表面活性劑和生物乳化劑。生物表面活性劑是分子量低的小分子，能顯生物表面活性劑是分子量低的小分子，能顯著改變表面著改變表面/ /界面張力。界面張力。生物乳化劑是一些大分子物質(zhì)，雖不能顯著生物乳化劑是一些大分子物質(zhì)，雖不能顯著降低表面降低表面/ /界面的張力，但對油水界面表現(xiàn)出界面的張力，但對油水界面表現(xiàn)出很強(qiáng)的親和力，防止油滴凝聚，從而使乳狀很強(qiáng)的親和力，防止油滴凝聚，從而使乳狀液穩(wěn)定。液穩(wěn)定。依據(jù)他們的化學(xué)組成可分為糖脂、脂肽和脂依據(jù)他們的化學(xué)組成可分為糖脂、脂肽和脂蛋白、中性脂蛋白、中性脂/ /脂肪酸、磷脂、聚合物和全細(xì)脂肪酸、磷脂、

51、聚合物和全細(xì)胞表面本身等。胞表面本身等。（三）生物表面活性劑的生產(chǎn)（三）生物表面活性劑的生產(chǎn)1.1. 生產(chǎn)生物表面活性劑的菌株生產(chǎn)生物表面活性劑的菌株由很多種類的微生物如細(xì)菌、放線菌、酵母菌由很多種類的微生物如細(xì)菌、放線菌、酵母菌等合成。等合成。培養(yǎng)基的碳源可分為培養(yǎng)基的碳源可分為3 3類：一類是以烷烴作為碳類：一類是以烷烴作為碳源的微生物，如棒狀桿菌；一類是以水溶性底源的微生物，如棒狀桿菌；一類是以水溶性底物為碳源的微生物如芽孢桿菌；第三類是以烷物為碳源的微生物如芽孢桿菌；第三類是以烷烴和水溶性底物兩者為碳源的微生物，如假單烴和水溶性底物兩者為碳源的微生物，如假單胞菌。胞菌。 2.2.表面活

52、性劑合成的代謝調(diào)節(jié)表面活性劑合成的代謝調(diào)節(jié)碳源的影響碳源的影響 ：培養(yǎng)基中的碳源是決定生物培養(yǎng)基中的碳源是決定生物表面活性劑結(jié)構(gòu)和產(chǎn)量的重要因素，有的微表面活性劑結(jié)構(gòu)和產(chǎn)量的重要因素，有的微生物僅在烴類培養(yǎng)基上生長時(shí)才產(chǎn)生生物表生物僅在烴類培養(yǎng)基上生長時(shí)才產(chǎn)生生物表面活性劑，但也有的只需要一些糖類和氨基面活性劑，但也有的只需要一些糖類和氨基酸就可以產(chǎn)生。酸就可以產(chǎn)生。可以通過向培養(yǎng)基中加入長鏈脂肪酸、烴、可以通過向培養(yǎng)基中加入長鏈脂肪酸、烴、甘油酯等油性物質(zhì)誘導(dǎo)，是目前研究最多的甘油酯等油性物質(zhì)誘導(dǎo)，是目前研究最多的調(diào)節(jié)方式。調(diào)節(jié)方式。 添加烴的類型很重要，有的細(xì)添加烴的類型很重要，有的細(xì)菌生

53、產(chǎn)表面活性劑對烴類有一定的專一性。菌生產(chǎn)表面活性劑對烴類有一定的專一性。氮源及其他因素的影響氮源及其他因素的影響 ：如：如C/NC/N比可以決定假比可以決定假單胞菌對糖脂的生產(chǎn)；單胞菌對糖脂的生產(chǎn)；NaNONaNO3 3 是石蠟酪桿菌是石蠟酪桿菌 B126 B126 合成糖脂的適宜合成糖脂的適宜 N N 源，用銨鹽作源，用銨鹽作N N源則產(chǎn)源則產(chǎn)量較低量較低 。提高產(chǎn)率的方法：調(diào)節(jié)碳源（烷烴、蔗糖）、提高產(chǎn)率的方法：調(diào)節(jié)碳源（烷烴、蔗糖）、氮源；低稀釋率；誘變篩選或構(gòu)建工程菌。氮源；低稀釋率；誘變篩選或構(gòu)建工程菌。應(yīng)用于石油開采業(yè)技術(shù)應(yīng)用于石油開采業(yè)技術(shù)（1 1）微生物強(qiáng)化采油技術(shù)）微生物強(qiáng)化

54、采油技術(shù)往油層中注入某些微生物和營養(yǎng)物質(zhì)，微往油層中注入某些微生物和營養(yǎng)物質(zhì)，微生物產(chǎn)生表面活性物質(zhì)。生物產(chǎn)生表面活性物質(zhì)。降低原油與水兩相界面的張力，使降低原油與水兩相界面的張力，使地層毛地層毛細(xì)管孔隙細(xì)管孔隙中夾持的原油大量釋放出來，從中夾持的原油大量釋放出來，從而提高原油采收率。而提高原油采收率。鼠李糖脂與石油磺酸鹽鼠李糖脂與石油磺酸鹽PSD-2PSD-2復(fù)配，使大慶復(fù)配，使大慶原油的界面張力大大下降。原油的界面張力大大下降。發(fā)酵液與磺酸鹽發(fā)酵液與磺酸鹽B-100B-100復(fù)合使用，使表面張復(fù)合使用，使表面張力降得更低，比水驅(qū)采油提高采收率力降得更低，比水驅(qū)采油提高采收率20%20%，成

55、為高效廉價(jià)驅(qū)油劑。成為高效廉價(jià)驅(qū)油劑。2 2、在環(huán)境生物工程上的應(yīng)用、在環(huán)境生物工程上的應(yīng)用 增溶作用和乳化作用。污染環(huán)境中增溶作用和乳化作用。污染環(huán)境中加入微生加入微生物或表面活性劑物或表面活性劑( (生物的或化學(xué)合成的生物的或化學(xué)合成的),),能夠能夠增強(qiáng)憎水性化合物的親水性和生物可利用性增強(qiáng)憎水性化合物的親水性和生物可利用性, ,使進(jìn)入環(huán)境的污染物不斷地降解，有助于污使進(jìn)入環(huán)境的污染物不斷地降解，有助于污染環(huán)境的生物修復(fù)。染環(huán)境的生物修復(fù)。糖脂類生物表面活性劑不僅可提高烷烴的去糖脂類生物表面活性劑不僅可提高烷烴的去除率除率, ,而且可加速烷烴的礦化程度而且可加速烷烴的礦化程度, ,縮短可

56、被縮短可被微生物利用的適應(yīng)時(shí)間。微生物利用的適應(yīng)時(shí)間。3 3、在食品工業(yè)和精細(xì)化工中的應(yīng)用、在食品工業(yè)和精細(xì)化工中的應(yīng)用 蔗糖酯、卵磷脂、山梨聚糖等都是目前食品工業(yè)蔗糖酯、卵磷脂、山梨聚糖等都是目前食品工業(yè)常用的乳化劑。常用的乳化劑。另外另外, ,生物表面活性劑還可以用作食品加工業(yè)和精生物表面活性劑還可以用作食品加工業(yè)和精細(xì)化工中的保濕劑、防腐劑、潤濕劑、起泡劑、細(xì)化工中的保濕劑、防腐劑、潤濕劑、起泡劑、增稠劑、潤滑劑等增稠劑、潤滑劑等 。如生物乳化劑作色拉調(diào)味劑。如生物乳化劑作色拉調(diào)味劑?；碧侵哂辛己玫钠つw親和性，可作為皮膚保濕槐糖脂具有良好的皮膚親和性，可作為皮膚保濕劑用于化妝品中。劑用

57、于化妝品中。蔗糖酯也可以改善化妝品的洗蔗糖酯也可以改善化妝品的洗滌性能，增加皮膚的光潤和滑膩性。滌性能，增加皮膚的光潤和滑膩性。（五）問題和發(fā)展前景（五）問題和發(fā)展前景 u問題：問題： 生產(chǎn)成本較高生產(chǎn)成本較高 3 31010倍倍 u解決策略：解決策略： (1)(1)通過選育高產(chǎn)菌株通過選育高產(chǎn)菌株 (2)(2)找到廉價(jià)發(fā)酵原料找到廉價(jià)發(fā)酵原料 （3 3）改進(jìn)發(fā)酵工藝、用先進(jìn)的下游技術(shù)）改進(jìn)發(fā)酵工藝、用先進(jìn)的下游技術(shù) （4 4）開發(fā)出它的二次產(chǎn)品）開發(fā)出它的二次產(chǎn)品, ,提高其附加值。提高其附加值。 五、生物塑料五、生物塑料 已經(jīng)商品化的可生物降解塑料主要包括脂肪族聚酯、淀已經(jīng)商品化的可生物降

58、解塑料主要包括脂肪族聚酯、淀粉粉- -聚乙烯、熱塑性淀粉共混物、聚乳酸和聚己內(nèi)酯。聚乙烯、熱塑性淀粉共混物、聚乳酸和聚己內(nèi)酯。（一）聚（一）聚羥基烷酸（羥基烷酸（PHAsPHAs）的結(jié)構(gòu)）的結(jié)構(gòu)當(dāng)當(dāng)R R為甲基、為甲基、m m為為1 1時(shí)，單體為時(shí)，單體為羥基丁酸羥基丁酸（HBHB），聚合物為），聚合物為PHBPHB。兩種或兩種以上的單。兩種或兩種以上的單體還能形成共聚物，典型代表為體還能形成共聚物，典型代表為PHBVPHBV，是，是羥基丁酸和羥基丁酸和羥基戊酸（羥基戊酸（HV)HV)的聚合物。的聚合物。 線狀的線狀的羥基烷酸的聚酯。多聚物的相對羥基烷酸的聚酯。多聚物的相對分子質(zhì)量可高達(dá)分子質(zhì)

59、量可高達(dá)2x102x106 6；PHBPHB是是100100立體專一立體專一性的，所有不對稱碳原子都是性的，所有不對稱碳原子都是D(-)D(-)構(gòu)型，因構(gòu)型，因此此PHBPHB是高度結(jié)晶的晶體。是高度結(jié)晶的晶體。在物理性質(zhì)甚至在分子結(jié)構(gòu)上與聚丙稀很相在物理性質(zhì)甚至在分子結(jié)構(gòu)上與聚丙稀很相似，如熔點(diǎn)、玻璃態(tài)溫度、結(jié)晶度、抗張度似，如熔點(diǎn)、玻璃態(tài)溫度、結(jié)晶度、抗張度等，并且具有相對密度大、透氧率低、抗紫等，并且具有相對密度大、透氧率低、抗紫外線照射、具有光學(xué)活性、阻濕性和壓電性外線照射、具有光學(xué)活性、阻濕性和壓電性等優(yōu)點(diǎn)。等優(yōu)點(diǎn)。PHAsPHAs的理化性質(zhì)的理化性質(zhì)PHAsPHAs的用途的用途PH

60、AsPHAs這類熱塑性聚酯可以紡絲、壓膜或注塑，這類熱塑性聚酯可以紡絲、壓膜或注塑，在工業(yè)上可以用作各類包裝材料；在工業(yè)上可以用作各類包裝材料；農(nóng)業(yè)上用作農(nóng)用薄膜、長效農(nóng)藥或肥料的生農(nóng)業(yè)上用作農(nóng)用薄膜、長效農(nóng)藥或肥料的生物降解載體；物降解載體；在醫(yī)藥方面可作外科縫線、骨骼代用品或骨在醫(yī)藥方面可作外科縫線、骨骼代用品或骨板、術(shù)后無需取出，還可用于血管替代品，板、術(shù)后無需取出，還可用于血管替代品，長效藥物的生物降解載體長效藥物的生物降解載體。 PHBPHB的生物相容性：的生物相容性：研究發(fā)現(xiàn)，研究發(fā)現(xiàn)，PHBPHB的降解產(chǎn)物的降解產(chǎn)物D(-)D(-)3 3羥基丁羥基丁酸是普遍存在于高等動物中的中間