污染預(yù)防和微生物制劑

環(huán)境污染控制環(huán)境污染治理環(huán)境污染預(yù)防清潔生產(chǎn)環(huán)境生物材料、環(huán)境友好材料廢物資源化生態(tài)農(nóng)業(yè)第一頁，共96頁。清潔生產(chǎn)清潔能源清潔原料：清潔生產(chǎn)過程清潔的產(chǎn)品：新能源開發(fā)可再生能源利用現(xiàn)有能源的清潔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)量使用中使用后減少各種不利影響第二頁，共96頁。第一節(jié)煤的生物脫硫生物脫硫的背景煤中硫的存在形式硫的生物脫除機理微生物脫硫的工藝微生物脫硫技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀和工藝第三頁，共96頁。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)境的主要污染源之一。酸雨的危害脫硫的必要性生物脫硫的優(yōu)勢脫有機硫是一個世界性難題第四頁，共96頁。化石燃料煤和石油中所含有的有機硫和無機硫是環(huán)境的重要污染源嚴重性

1998年我國有一半以上城市降水pH低于5.6。華中地區(qū)酸雨出現(xiàn)頻率大于70%，降水的年均pH低于5.0，酸雨面積占國土面積的30%，是繼歐洲、北美后世界第三大中酸雨區(qū)。迫切性隨著能源危機的逐步加劇，開采高硫化石燃料成為必然。高硫化石燃料必須預(yù)先經(jīng)過脫硫處理才能進一步使用。第五頁，共96頁。酸雨污染

絕大部分是硫酸和硝酸，主要來源于人類廣泛使用化石燃料，向大氣排放了大量的二氧化硫和氮氧化物。歐洲是世界上一大酸雨區(qū)，美國和加拿大東部也是一大酸雨區(qū)。亞洲的酸雨主要集中在東亞，其中中國西南、華南是酸雨最嚴重的地區(qū)，成為世界上第三大酸雨區(qū)。由于歐洲地區(qū)土壤緩沖酸性物質(zhì)的能力弱，酸雨使歐洲30%的林區(qū)因酸雨的影響而退化。在北歐，由于土壤自然酸度高，水體和土壤酸化都特別嚴重，有些湖泊的酸化導致魚類滅絕。美國國家地表水調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，酸雨造成了75%的湖泊和大約一半的河流酸化。加拿大政府估計，加拿大43%的土地（主要在東部）對酸雨高度敏感，有14000個湖泊是酸性的。水體酸化會改變水生生態(tài)，而土壤酸化會使土壤貧瘠化，導致陸地生態(tài)系統(tǒng)的退化。第六頁，共96頁。酸雨的危害美國紐約州，阿第倫達克山980年

泰德.史匹格爾

早春時節(jié)的酸雨酸雪污染了河川，造成一場致命的“酸流”，令溪鱒紛紛死于鰓部傷害。(國家地理雜志)第七頁，共96頁。酸雨對森林的破壞第八頁，共96頁。二、煤中硫的存在形式無機硫：占60％－70％，絕大部分以黃鐵礦硫(FeS2,FeS）的形式存在，還有少量硫酸鹽硫，微量的元素硫。有機硫：與煤中的有機質(zhì)結(jié)合為一體，分布均勻,物理法不易脫除。主要有噻吩基、巰基、硫醚和多硫鏈等官能團形式。第九頁，共96頁。有機硫類型烷基-硫醇環(huán)基-硫醇芳香基-硫醇二烷基-硫環(huán)基-硫苯并-二氫噻吩環(huán)基烷基-硫芳香基烷基-硫二烷基-硫噻吩苯并-噻吩噻吩并-噻吩二苯基-噻吩硫醇噻吩類硫化物Dibenzothiophene(DBT)

第十頁，共96頁。煤炭的化學結(jié)構(gòu)模型第十一頁，共96頁。三、硫的微生物脫除機理1.無機硫的脫除機理兩種觀點：細菌浸出脫硫—細菌的生化反應(yīng)有助于硫化物在水中的溶解；微生物助浮脫硫—微生物改變礦物表面性質(zhì)使黃鐵礦溶于水。第十二頁，共96頁。(1)微生物浸出脫硫的機理氧化亞鐵硫桿菌和氧化硫硫桿菌是目前對無機硫脫除效果最好的微生物；另外還有氧化亞鐵鉤端螺旋菌、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(3)2S+3O2+2H2O→2H2SO4（4）第十三頁，共96頁。(2)微生物助浮脫硫的原理一種物理浮選法和微生物處理相結(jié)合的方法。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。加入細菌后，細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，灰分也可同時下沉而被去除。第十四頁，共96頁。微生物＋水黃鐵礦煤空氣水微生物助浮脫硫過程示意圖浮選柱固液分離污水處理回用第十五頁，共96頁。2.有機硫的脫除機理

以二苯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)第十六頁，共96頁。四、微生物脫硫的工藝（1）微生物浸出脫硫技術(shù)簡單的處理空氣攪拌式反應(yīng)器（2）微生物助浮脫硫浮選柱內(nèi)進行，美國弗吉尼亞大學開發(fā)的Microcel微泡浮選柱和美國肯塔基大學開發(fā)的肯浮勞特浮選柱。第十七頁，共96頁。簡單的處理：煤炭上布灑含有微生物的溶液，水浸透在煤中實現(xiàn)脫硫。生成的硫酸在底部從煤中去除。裝置簡單，經(jīng)濟，操作容易，但處理時間長。第十八頁，共96頁?？諝鈹嚢枋椒磻?yīng)器：把粉碎了的煤與含有微生物的溶液在空氣泡中進行攪拌脫硫，比機械攪拌對微生物損傷小，同時因為能迅速微生物生長必需的二氧化碳和氧氣，可以加快浸出速度及增強浸出效果,縮短了處理時間。18－28天能脫去黃鐵礦90％－95％。第十九頁，共96頁。FeS2氧化液體粉碎過濾中和沉淀加熱水洗原煤含菌液體回流煤成品沉渣處置加水煤炭細菌脫硫工程的工藝過程粉碎過濾中和沉淀加熱原煤含菌液體回流沉渣處置加水水洗煤成品反應(yīng)器煤炭細菌脫硫工程的工藝過程無機硫的微生物脫硫工藝－微生物浸出脫硫第二十頁，共96頁。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)展到以工藝流程設(shè)計和總體設(shè)計為目的的應(yīng)用研究，致力于工業(yè)技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)用。美國、荷蘭、德國、捷克等報道了半工業(yè)化或工業(yè)性實驗，捷克北部三個露天煤礦采用氧化亞鐵硫桿菌脫除褐煤中硫，結(jié)果顯示，無機硫脫除率平均為78.5％，有機硫的脫除率平均為23.4％。中國在這方面的研究起步較晚，只限于實驗室研究。第二十一頁，共96頁。存在的問題及策略a.煤的破碎費用高；b.反應(yīng)時間長，c大規(guī)模生產(chǎn)中傳熱是一個棘手問題；d.硫氧化產(chǎn)物需進一步處理；e.煤炭中的雜質(zhì)對微生物的抑制作用。第二十二頁，共96頁。（2）存在的問題及策略解決策略：a.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，c..對脫硫液進行回收處理，實現(xiàn)廢物資源化，避免二次污染,d.設(shè)計更加合理的工藝流程。重組菌株比原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)境保護前景。第二十三頁，共96頁。第二節(jié)石油的生物脫硫一、石油中硫的存在形式原油的總硫量在0.03％－7.89％，大部分為有機硫，占總硫量的50％－70％；少量的元素硫、硫代硫酸鹽、H2S、FeS2溶解或懸浮在油中。有機硫的存在形式有硫醇、硫化物和噻吩三大類，主要為噻吩類有機硫硫醇易于去除，雜環(huán)硫較難。第二十四頁，共96頁。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菌，目前紅平紅球菌IGTS8已用于開發(fā)商業(yè)的生物脫硫技術(shù)。紅平紅球菌IGTS8中存在著120kb的線狀質(zhì)粒，含有dszA、dszB、dszC基因負責催化DBT的脫硫。這些基因已被克隆并測序，表達產(chǎn)物也被純化出來。第二十五頁，共96頁。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dsz基因在其中進行表達，比原始菌株能更有效的脫硫，如構(gòu)建的菌株銅綠假單胞菌EGSOX24小時能夠轉(zhuǎn)化95％的DBT，IGTS8僅為18％。第二十六頁，共96頁。脫硫油生物反應(yīng)器酶和細胞增殖生物催化劑和水循環(huán)利用失效的生物催化劑副產(chǎn)物回收高硫油分離油生物催化劑和水O2O2O2O2CO2CO2CO2CO2三、經(jīng)典的石油生物脫硫工藝流程營養(yǎng)物第二十七頁，共96頁。生物脫有機硫的優(yōu)勢生物催化脫硫（BDS）在常溫常壓下操作，而且能耗比加氫脫硫技術(shù)（HDS）低70%-80%。該過程還可回收有機磺酸鹽等化學品，可為煉油廠增加經(jīng)濟效益。采用BDS技術(shù)的投資額約為加氫脫硫技術(shù)(HDS)的一半，操作費用比HDS低10%-25%。從整個汽油組分來講，煉油廠每m3成品汽油的BDSUS$，低于HDS成本。第二十八頁，共96頁。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HDS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麻煩，并可提高生物脫有機硫的反應(yīng)速率；II.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)勢明顯；第二十九頁，共96頁。嗜熱耐熱性微生物的優(yōu)勢III.已發(fā)現(xiàn)的具降解DBT能力的微生物(如紅平紅球菌、諾卡氏菌)耐熱能力較差，僅能在30oC附近生長和脫硫;一些耐熱能力較強的假單胞菌、嗜酸熱硫化葉菌等微生物能在50oC左右降解DBT，但均僅能攻擊C-C鍵，而不能有效脫除DBT中的有機硫；IV.有必要尋找能耐熱、能有效攻擊C-S鍵的微生物，如能從自然界篩選到耐熱性具碳架保留途徑的脫有機硫菌株最佳，并可填補這一領(lǐng)域的研究空白，具有重要的理論價值和應(yīng)用前景。第三十頁，共96頁。四、技術(shù)經(jīng)濟分析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。可以通過其過程的副產(chǎn)品創(chuàng)造價值。第三十一頁，共96頁。第三節(jié)生物制漿一、造紙廢水的污染造紙工業(yè)中的制漿和漂白工序是污染物產(chǎn)生的主要工序。傳統(tǒng)的化學漂白采用氯或二氧化氯，廢水中含大量氯代有機物，具有致癌致畸作用。廢水中還有很高的COD、BOD，1985年更發(fā)現(xiàn)廢水中含有劇毒二噁英類化合物。（淮河的污染為例）。第三十二頁，共96頁。木質(zhì)素空腔纖維素木質(zhì)素存在于除苔蘚和藻類外所有植物的細胞壁中，由松柏醇、香豆醇和芥子醇聚合而成的高度分枝多聚物。木質(zhì)素的轉(zhuǎn)化木質(zhì)素是造紙工業(yè)有效利用纖維素的最大障礙，結(jié)構(gòu)非常復雜，與木聚糖形成復合體緊密附著在纖維上，難以去除第三十三頁，共96頁。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。影響紙漿得率，并造成環(huán)境污染。第三十四頁，共96頁。二、生物技術(shù)用于造紙的漂白（1）木聚糖酶的預(yù)漂白作用木聚糖酶對紙漿進行預(yù)漂白，可以減少隨后的化學漂白用氯量30％－40％，廢液中有機氯化物與毒性物含量顯著減少?；蚬こ獭⒌鞍踪|(zhì)工程手段獲得的耐熱耐堿木聚糖酶以成為研究熱點，幾個編碼木聚糖酶的基因已經(jīng)被克隆和測序,在大腸桿菌中表達。第三十五頁，共96頁。（2）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—木質(zhì)素過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是最晚的。漆酶可以選擇性地降解木質(zhì)素，生產(chǎn)紙漿。漆酶是一種含銅的酶蛋白,最主要的生產(chǎn)者是擔子菌中的白腐菌。漆酶的作用需要氧化還原中介物的作用（簡單的有機化合物如3－羥基鄰氨基苯甲酸3-HAA）。第三十六頁，共96頁。（2）木質(zhì)素酶的漂白作用以后的工作：選育高產(chǎn)木聚糖酶菌種；篩選生產(chǎn)過氧化物酶的菌種；基因工程菌。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。第三十七頁，共96頁。第四節(jié)生物合成替代化工合成

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)，通常在常溫、常壓下進行，酶對底物有高度的專一性，生物轉(zhuǎn)化效率高，副產(chǎn)物少。投資省，費用少，消耗低，過程穩(wěn)定，降低污染，有利于實現(xiàn)工藝過程生態(tài)化，真正實現(xiàn)清潔生產(chǎn)的目標。

第三十八頁，共96頁。二、以丙稀酰氨為例生物合成的應(yīng)用1.丙稀酰胺的生產(chǎn)方法以丙稀腈為原料，在催化劑的作用下，進行水合反應(yīng)生成丙稀酰胺。（1）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)生成丙稀酰胺。純度高，收率高，已實現(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：高溫高壓下進行，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。第三十九頁，共96頁。丙稀酰胺的生物催化合成法（1）微生物催化水合法用產(chǎn)生腈水合酶的微生物細胞固定后，催化水合生成丙稀酰胺。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，沒有銅離子等雜志，“三廢”少。（3）酶催化水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。第四十頁，共96頁。生物合成的優(yōu)勢

在常溫常壓下進行，與化學法相比，微生物催化法生產(chǎn)工藝要節(jié)能和節(jié)省投資百分之五十。微生物催化法生產(chǎn)丙稀酰氨過程種，產(chǎn)生“三廢”少，而化學法生產(chǎn)過程中，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，微生物催化發(fā)有利于環(huán)境保護。第四十一頁，共96頁。丙稀酰胺主要用于制造水溶液性聚合物——聚丙稀酰胺。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。

2.丙稀酰胺的主要用途

第四十二頁，共96頁。2.丙稀酰胺的主要用途

（1）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，吸附形成氫鍵生成絮團，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、效能最高的高分子有機絮凝劑，其品種有陽離子,陰離子及非離子型，適用于不同的處理對象。第四十三頁，共96頁。2.丙稀酰胺的主要用途

（2）在造紙工業(yè)中的應(yīng)用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原材料的流失和對環(huán)境的污染；二是提高紙張的強度。另外，使用聚丙稀酰胺還可以提高紙的抗撕性和多孔性，以改進視覺和印刷性能。第四十四頁，共96頁。2.丙稀酰胺的主要用途

（3）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效絮凝劑，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，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。第四十五頁，共96頁。

第八章

環(huán)保型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)保型微生物制劑的生產(chǎn)與使用環(huán)保型微生物制劑的展望第四十六頁，共96頁。

第一節(jié)

環(huán)保型型微生物制劑的開發(fā)應(yīng)用環(huán)保型微生物制劑指將具有特定功能的有益微生物大量繁殖后制成活菌體或菌體產(chǎn)生的特定物質(zhì)的產(chǎn)品，應(yīng)用于環(huán)境，起到治理污染，改善環(huán)境質(zhì)量及保護環(huán)境的作用。從源頭控制污染，保持生態(tài)平衡。一、微生物降解劑二、微生物農(nóng)藥三、微生物肥料四、生物表面活性劑五、生物塑料六、微生物絮凝劑第四十七頁，共96頁。一、微生物降解劑對污染物降解能力強的菌株擴大生產(chǎn)、制成產(chǎn)品，應(yīng)用于環(huán)境的無害化處理，即是微生物降解劑。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、洗滌劑等多種有機物；還包括染料脫色菌、重金屬吸附并轉(zhuǎn)化菌、混合降解菌等。（難處理的）第四十八頁，共96頁。生物強化技術(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的目的的環(huán)境生物技術(shù)。應(yīng)用：處理有毒有害難降解廢水的處理如：制藥廢水、印染廢水；微污染水源水的處理（生物強化過濾有效去除氨氮、亞硝酸鹽、有機物、鐵、錳、濁度、色度等）；垃圾滲濾液的處理（如用日本專利產(chǎn)品EM菌劑）。第四十九頁，共96頁。二、微生物農(nóng)藥1.定義：利用微生物或其基因產(chǎn)生或表達的各種生物活性成分，用于防治植物病蟲害、雜草、鼠害各種制劑的總稱。

第五十頁，共96頁。2.特點：高效低毒，對人畜安全無毒，不殺傷害蟲的天敵和有益生物；無殘留，不污染環(huán)境，利于保持生態(tài)平衡；許多是由多種有效成分構(gòu)成的，害蟲和病原菌難以產(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。第五十一頁，共96頁。1．細菌殺蟲劑

蘇云金芽孢桿菌開發(fā)最早，應(yīng)用最成功，占細菌殺蟲劑總量的95％以上。對800余種昆蟲有不同程度的致病性，對20多種重要農(nóng)作物害蟲防治效果顯著。伴胞晶體：芽孢形成的過程中另一端同時形成伴胞晶體。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。是一種蛋白質(zhì)，又稱δ－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

第五十二頁，共96頁。1．細菌殺蟲劑

90年代以來，第二代細胞工程殺蟲劑和第三代基因工程殺蟲劑相繼投入市場。90年代初被批準登記或進入田間試驗的有10余中遺傳重組殺蟲劑。微生物農(nóng)藥的主要品種簡介

第五十三頁，共96頁。伴胞晶體的殺蟲原理伴胞晶體原毒素腸道堿性條件活性毒素片斷蛋白酶作用昆蟲中腸上皮細胞糖蛋白受體離子通道滲透平衡破壞細胞膨脹并瓦解

芽孢從穿孔部位進入血腔，萌發(fā)成營養(yǎng)細胞并迅速繁殖，害蟲得敗血癥死亡

第五十四頁，共96頁。2．病毒殺蟲劑昆蟲病毒突出的特點是它們大都在宿主細胞內(nèi)形成蛋白結(jié)晶性質(zhì)的包含體（inclusionbody）。根據(jù)包含體在寄主細胞中的部位，可分為：（1）核型多角體病毒（(NPV)），多角體于細胞核內(nèi)形成，包含體內(nèi)含有多個病毒粒子。（2）質(zhì)型多角體病毒(CPV)），多角體于細胞質(zhì)內(nèi)出現(xiàn)，包含體內(nèi)含有多個病毒粒子；（3）顆粒體病毒(GV)，橢圓形顆粒狀包含體存在于細胞核或細胞質(zhì)內(nèi)。微生物農(nóng)藥的主要品種簡介

第五十五頁，共96頁。病毒殺蟲劑國際上：試制20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NPV殺蟲劑、舞毒蛾NPV殺蟲劑、黃杉毒蛾NPV殺蟲劑、赤松毛蟲CPV殺蟲劑。我國：中國棉鈴蟲NPV殺蟲劑、油桐尺蠖NPV殺蟲劑、斜紋夜蛾NPV殺蟲劑、松毛蟲NPV殺蟲劑、菜粉蝶GV殺蟲劑以及病毒殺蟲劑。第五十六頁，共96頁。3．真菌殺蟲劑白僵菌（Beaurevia）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，能侵染鱗翅目、鞘翅目、直翅目等的多種昆蟲及螨類。白僵菌的孢子侵染蟲體后，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梗及孢子堆，蟲體變成白色僵尸。第五十七頁，共96頁。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；人體吸入大量的孢子類似感冒，操作者要進行適當?shù)姆雷o。第五十八頁，共96頁。4．殺蟲抗生素—阿維菌素

—大環(huán)內(nèi)酯類抗生素

神經(jīng)末梢受體γ－氨基丁酸

阿維菌素

促進γ－氨基丁酸釋放進入細胞的氯離子增加，細胞膜超極化細胞膜受體神經(jīng)信號傳遞受抑

產(chǎn)生菌為阿維鏈霉菌對昆蟲、線蟲、螨蟲有很好的殺除效果。促進結(jié)合于第五十九頁，共96頁。5．原生動物殺蟲劑孢子是微孢子蟲生活史中唯一可在宿主細胞外生存的發(fā)育階段，即本蟲的感染期。

孢子寄主細胞釋放原孢質(zhì)分裂體二分裂或多分裂重復感染或形成母孢子孢子第六十頁，共96頁。6、防病抗生素井岡霉素產(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。第六十一頁，共96頁。三、微生物肥料

（一）定義及種類利用有益微生物為植物提供有效養(yǎng)料和促進生長的微生物制劑。分為兩類，一類是增加植物營養(yǎng)的供應(yīng)量，代表是根瘤菌肥料；另一類是通過生長刺激素對植物的刺激作用，促進對植物營養(yǎng)元素的吸收，或是拮抗某些病原微生物的致病作用，減輕病蟲害而導致產(chǎn)量增加，是廣義的生物肥料，植物根際促生菌即屬此類。第六十二頁，共96頁。三、微生物肥料

微生物肥料比化學肥料的優(yōu)點：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，不能全部取代化肥，而是減少化肥的用量。第六十三頁，共96頁。（二）主要微生物肥料1.根瘤菌肥料根瘤中細菌以多形態(tài)(類菌體)出現(xiàn)，呈棒狀、T型、Y型。根瘤的結(jié)構(gòu)有利于保護根瘤菌，防止其他微生物的競爭。植物與根瘤菌是互惠共生關(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輸出供給植物利用，利用率可達100％，不污染環(huán)境。第六十四頁，共96頁。（二）主要微生物肥料2.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死多種病原體；或?qū)﹄s草有害；或誘導植物產(chǎn)生整體抗性。第六十五頁，共96頁。（二）主要微生物肥料3.菌根菌真菌和植物根以互惠共生關(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的鞘套，少量菌絲進入根皮層細胞的間隙中。植物根為真菌的生長提供能源，菌根菌為植物提供礦物質(zhì)和水，還可產(chǎn)生植物之間的抑制物質(zhì)，使生長植物對其他植物存在偏害關(guān)系，削弱外來者的競爭，以保持占據(jù)的生境。第六十六頁，共96頁。四、生物表面活性劑

(一)

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，在其代謝過程中分泌產(chǎn)生的具有一定的表面或界面活性的代謝產(chǎn)物。理化性質(zhì)同化學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，不會對環(huán)境造成二次污染，有可能成為化學合成表面活性劑的替代品。第六十七頁，共96頁。結(jié)構(gòu)特點：非極性疏水基：一般為脂肪酰基鏈。極性的親水基：有多種形式，如中性脂的酯或醇功能團、脂肪酸或氨基酸的羧基、磷脂中含磷的部分以及糖脂中的糖基。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/甲醇混合溶劑。第六十八頁，共96頁。（二）生物表面活性劑的種類按用途可分為生物表面活性劑和生物乳化劑。生物表面活性劑是分子量低的小分子，能顯著改變表面/界面張力。生物乳化劑是一些大分子物質(zhì)，雖不能顯著降低表面/界面的張力，但對油水界面表現(xiàn)出很強的親和力，防止油滴凝聚，從而使乳狀液穩(wěn)定。依據(jù)他們的化學組成可分為糖脂、脂肽和脂蛋白、中性脂/脂肪酸、磷脂、聚合物和全細胞表面本身等。第六十九頁，共96頁。（三）生物表面活性劑的生產(chǎn)1.

生產(chǎn)生物表面活性劑的菌株由很多種類的微生物如細菌、放線菌、酵母菌等合成。培養(yǎng)基的碳源可分為3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，如假單胞菌。

第七十頁，共96頁。2.表面活性劑合成的代謝調(diào)節(jié)碳源的影響：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，有的微生物僅在烴類培養(yǎng)基上生長時才產(chǎn)生生物表面活性劑，但也有的只需要一些糖類和氨基酸就可以產(chǎn)生?？梢酝ㄟ^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，是目前研究最多的調(diào)節(jié)方式。添加烴的類型很重要，有的細菌生產(chǎn)表面活性劑對烴類有一定的專一性。第七十一頁，共96頁。氮源及其他因素的影響：如C/N比可以決定假單胞菌對糖脂的生產(chǎn)；NaNO3是石蠟酪桿菌B126合成糖脂的適宜N源，用銨鹽作N源則產(chǎn)量較低。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。第七十二頁，共96頁。應(yīng)用于石油開采業(yè)技術(shù)（1）微生物強化采油技術(shù)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)。降低原油與水兩相界面的張力，使地層毛細管孔隙中夾持的原油大量釋放出來，從而提高原油采收率。第七十三頁，共96頁。鼠李糖脂與石油磺酸鹽PSD-2復配，使大慶原油的界面張力大大下降。發(fā)酵液與磺酸鹽B-100復合使用，使表面張力降得更低，比水驅(qū)采油提高采收率20%，成為高效廉價驅(qū)油劑。第七十四頁，共96頁。2、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)境中加入微生物或表面活性劑(生物的或化學合成的),能夠增強憎水性化合物的親水性和生物可利用性,使進入環(huán)境的污染物不斷地降解，有助于污染環(huán)境的生物修復。糖脂類生物表面活性劑不僅可提高烷烴的去除率,而且可加速烷烴的礦化程度,縮短可被微生物利用的適應(yīng)時間。第七十五頁，共96頁。3、在食品工業(yè)和精細化工中的應(yīng)用

蔗糖酯、卵磷脂、山梨聚糖等都是目前食品工業(yè)常用的乳化劑。另外,生物表面活性劑還可以用作食品加工業(yè)和精細化工中的保濕劑、防腐劑、潤濕劑、起泡劑、增稠劑、潤滑劑等。如生物乳化劑作色拉調(diào)味劑。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。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。第七十六頁，共96頁。（五）問題和發(fā)展前景

問題：生產(chǎn)成本較高3～10倍解決策略：(1)通過選育高產(chǎn)菌株(2)找到廉價發(fā)酵原料（3）改進發(fā)酵工藝、用先進的下游技術(shù)（4）開發(fā)出它的二次產(chǎn)品,提高其附加值。第七十七頁，共96頁。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、淀粉-聚乙烯、熱塑性淀粉共混物、聚乳酸和聚己內(nèi)酯。（一）聚β－羥基烷酸（PHAs）的結(jié)構(gòu)當R為甲基、m為1時，單體為β－羥基丁酸（HB），聚合物為PHB。兩種或兩種以上的單體還能形成共聚物，典型代表為PHBV，是β－羥基丁酸和β－羥基戊酸（HV)的聚合物。第七十八頁，共96頁。線狀的β－羥基烷酸的聚酯。多聚物的相對分子質(zhì)量可高達2x106；PHB是100％立體專一性的，所有不對稱碳原子都是D(-)構(gòu)型，因此PHB是高度結(jié)晶的晶體。

在物理性質(zhì)甚至在分子結(jié)構(gòu)上與聚丙稀很相似，如熔點、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、抗紫外線照射、具有光學活性、阻濕性和壓電性等優(yōu)點。PHAs的理化性質(zhì)第七十九頁，共96頁。PHAs的用途PHAs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；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；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，長效藥物的生物降解載體。

第八十頁，共96頁。PHB的生物相容性：研究發(fā)現(xiàn)，PHB的降解產(chǎn)物D(-)－3－羥基丁酸是普遍存在于高等動物中的中間產(chǎn)物，在原核生物真核生物中發(fā)現(xiàn)的含有100－200個單體的小分子量的PHB具有組成細胞膜離子通道組成的作用，并且在人體血漿中也檢測到它的大量存在。因而有理由相信，植入哺乳動物組織的PHB不會對機體產(chǎn)生毒性作用。第八十一頁，共96頁。PHB存在兩個缺點：一是融化穩(wěn)定性較差：其分解溫度約為200度，與熔點（175度）相近?？赏ㄟ^發(fā)酵過程中加入3－HV的前體合成PHBV共聚體或?qū)HB與其他多聚物混合使用來解決；二是易老化發(fā)脆：可以通過簡單的淬火處理來解決。第八十二頁，共96頁。（二）PHAs的微生物合成1.

合成PHAs的主要微生物目前研究較多的用于合成PHAs的微生物有：產(chǎn)堿桿菌，假單胞菌屬，甲基營養(yǎng)菌，固氮菌屬；紅螺菌屬。這些微生物分別利用不同的碳源生產(chǎn)不同的PHAs。目前大多采用真養(yǎng)產(chǎn)堿桿菌和重組大腸埃希氏菌。第八十三頁，共96頁。PHAs的合成及調(diào)控

PHAs的發(fā)酵生產(chǎn)中，將發(fā)酵分為兩個階段進行控制：第一階段為菌體細胞的形成階段，在此階段微生物利用基質(zhì)形成大量的菌體，而PHAs的積累很少；第二階段為多聚體形成階段，當?shù)?、磷、鎂或氧某種營養(yǎng)耗盡時，細胞進入PHAs的形成階段，在此階段PHAs大量形成而菌體細胞基本不繁殖。

第八十四頁，共96頁。PHAs的合成及調(diào)控

可采用流加發(fā)酵法對營養(yǎng)物質(zhì)進行