微生物技術(shù)在廢水處理中的應(yīng)用-基因工程菌降解污染物技術(shù)

基因工程菌在重金屬廢水處理的應(yīng)用教學(xué)內(nèi)容1.基因工程的概念2.基因工程的構(gòu)建3.基因工程菌的基本原理4.基因工程菌在重金屬廢水處理中的應(yīng)用

基因工程（geneticengineering）是在分子水平上進(jìn)行的遺傳操作，是指將某一生物（供體）的基因片段在體外經(jīng)人工與載體相接（重組），構(gòu)成重組DNA分子，然后轉(zhuǎn)入另一生物體（受體）細(xì)胞中，使外源基因在受體細(xì)胞中得到表達(dá)和遺傳。又稱重組DNA技術(shù)。

因此，供體、受體、載體是重組DNA技術(shù)的三大基本元件。1.基因工程的概念1>.多質(zhì)粒新菌株的構(gòu)建

轉(zhuǎn)入一個(gè)或多個(gè)質(zhì)粒到受體菌構(gòu)建出具有新降解能力的菌株。2>.降解質(zhì)粒DNA和染色體DNA的體外重組降解質(zhì)粒DNA和染色體DNA分子上具有能夠編碼降解酶及有助于生物降解的基因，將這些編碼降解酶的基因在體外進(jìn)行重組，然后轉(zhuǎn)移到受體細(xì)胞中，使受體細(xì)胞獲得新的降解能力。2.基因工程構(gòu)建的方法3>.原生質(zhì)體融合技術(shù)

原生質(zhì)體融合技術(shù)就是利用微生物細(xì)胞共生或互生作用的機(jī)理，將多個(gè)細(xì)胞的優(yōu)點(diǎn)集中到同一個(gè)細(xì)胞中。選擇性基因復(fù)制子啟動(dòng)子克隆PCR合成etc.基因工程的構(gòu)建目的基因重組質(zhì)粒受體菌表達(dá)產(chǎn)物3.基因工程的基本原理基本原理基因工程的操作工具基因工程的操作步驟培育轉(zhuǎn)基因大腸桿菌的簡(jiǎn)要過程：你認(rèn)為上述培育轉(zhuǎn)基因大腸桿菌的關(guān)鍵步驟有哪些？普通大腸桿菌(不能分泌胰島素)人體組織細(xì)胞提取胰島素基因與運(yùn)載體DNA拼接導(dǎo)入大腸桿菌(含胰島素基因)轉(zhuǎn)基因大腸桿菌(能分泌胰島素)培育轉(zhuǎn)基因大腸桿菌的關(guān)鍵步驟：1.ONE胰島素基因從人體細(xì)胞內(nèi)提取出來2.TWO胰島素基因與運(yùn)載體DNA連接3.THREE胰島素基因?qū)胧荏w(大腸桿菌)細(xì)胞基因的“剪刀”基因的“針線”基因的運(yùn)載體

基因操作(geneengineering)的工具基因的“剪刀”基因的“針線”基因的“運(yùn)載工具”如:EcoRI1、該限制酶只能識(shí)別GAATTC的序列，說明了限制酶具有的特性是

。2、EcoRI限制酶識(shí)別了GAATTC的序列后，將會(huì)發(fā)生什么樣的變化？積極思考專一性1.基因的剪刀—限制性核酸內(nèi)切酶

基因操作(geneengineering)的工具EcoRI剪切目的基因CTTCATGAATTCCCTAA

GAAGTACTTAAGGGATTGGCATCTTAAAATTCCGTAG

目的基因黏性末端CTTCATGAATTCCCTAA

GAAGTACTTAAGGGATTGGCATCTTAAAATTCCGTAG2.分子針線—DNA連接酶(DNAlinking-enzyme)積極思考DNA連接酶連接的是兩個(gè)脫氧核苷酸(deoxyribonucleotide)分子的什么部位？基因操作(geneengineering)的工具（1）作用對(duì)象：兩個(gè)具有相同粘性末端的DNA片段。（2）作用位置：脫氧核糖與磷酸之間的缺口（磷酸二酯鍵）。（3）作用結(jié)果：形成重組DNA。3、基因的“針線”——DNA連接酶基因的針線：DNA連接酶

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G用同種限制酶切割目的基因(如人的胰島素基因)怎樣才能導(dǎo)入受體細(xì)胞(如大腸桿菌細(xì)胞)？3.基因的運(yùn)輸工具——運(yùn)載體

(carrying)常用的運(yùn)載體(carrying)有兩類：

1）細(xì)菌細(xì)胞質(zhì)的質(zhì)粒(plasmid)2）噬菌體(bacteriophages)或某些動(dòng)植物病毒(virus)基因操作(geneengineering)的工具大腸桿菌的質(zhì)粒

(plasmid)：運(yùn)載體(carrying)應(yīng)該具有什么特點(diǎn)呢?？基因操作(geneengineering)的工具運(yùn)載體(carrying)1能夠在宿主細(xì)胞內(nèi)復(fù)制并穩(wěn)定保存；２具有多個(gè)限制酶切點(diǎn)以便與外源基因相連；３具有標(biāo)記基因，便于進(jìn)行篩選．基因工程的基本步驟基因工程(geneengineering)的“四步曲”提取目的基因1目的基因與運(yùn)載體結(jié)合2將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞3目的基因的檢測(cè)和表達(dá)412基因工程的操作工具1.基因的剪刀

——限制性內(nèi)切酶2.基因的針線

——ＤＮＡ連接酶

3.基因的運(yùn)輸工具

——運(yùn)載體

基因工程的操作步驟1.目的基因的提取2.目的基因與運(yùn)載體結(jié)合3.目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞4.目的基因的檢測(cè)與表達(dá)基因工程(geneengineering)的原理4.基因工程的應(yīng)用

利用基因工程技術(shù)提高微生物凈化環(huán)境的能力是用于環(huán)境治理的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。這一技術(shù)發(fā)展到今天,正形成產(chǎn)業(yè)化并列為世界領(lǐng)先專業(yè)技術(shù)領(lǐng)域之一,廣泛應(yīng)用于食品、醫(yī)藥、化工、農(nóng)業(yè)、環(huán)保、能源和國(guó)防等許多部門,并日益顯示出其巨大的潛力?；蚬こ淘谥亟饘購U水處理的應(yīng)用

利用基因工程菌代替普通微生物處理重金屬是近年來研究的熱點(diǎn)。基因工程技術(shù)在重金屬廢水治理中的作用主要體現(xiàn)在以下兩個(gè)方面：提高微生物菌體細(xì)胞對(duì)重金屬離子的富集容量；提高菌體對(duì)特定重金屬離子的選擇性；1>．提高重組菌重金屬離子的富集容量若不考慮重組菌對(duì)特定重金屬離子的選擇性而只要提高重組菌重金屬離子的富集容量，則通過在微生物細(xì)胞表面表達(dá)高容量金屬結(jié)合蛋白或金屬結(jié)合肽的方法就能很好地達(dá)到目的。另外，將經(jīng)基因技術(shù)在菌體中表達(dá)的金屬結(jié)合蛋白分離后固定在某些惰性載體表面同樣也能達(dá)到重金屬離子高富集容量的目的.2．同時(shí)提高重組菌的富集容量和對(duì)特定重金屬離子的選擇性通過特異性金屬轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)的表達(dá)，基因工程菌對(duì)目標(biāo)重金屬的富集作用就介于特異性蛋白與目標(biāo)重金屬之間才存在的生物親和力，具有很高的排他性，與生物吸附法的表面吸附特性完全不同，這就使有效回收利用廢水中重金屬離子，使廢水中重金屬元素實(shí)現(xiàn)再資源化成為可能。

生長(zhǎng)在污染環(huán)境中的某些細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)存在抗重金屬的基因。這些基因能促使細(xì)胞分泌出相關(guān)的化學(xué)物質(zhì)，增強(qiáng)細(xì)胞膜的通透性，將攝取的重金屬元素沉積在細(xì)胞內(nèi)或細(xì)胞間。

目前，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)抗汞、抗隔和抗鉛等多種菌株，不過這些菌株生長(zhǎng)繁殖緩慢，直接用于凈化重金屬污染物效果欠佳。人們正視圖將抗重金屬基因轉(zhuǎn)移到繁殖迅速的受體菌中，使后者成為繁殖率高、金屬富集能力強(qiáng)的工程菌，并用于凈化重金屬污染的廢水等?；蚬こ叹谟∪?、石油廢水處理的應(yīng)用教學(xué)內(nèi)容1.基因工程菌在印染廢水的應(yīng)用2.基因工程菌在石油廢水的應(yīng)用

染整行業(yè)所用的燃料大多是合成染料，加上一些新型助劑，PVA漿料等的加入，使得印染廢水具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：1>.色度大，有機(jī)物含量高，廢水粘性大；

2>.COD和BOD變化大；

3>.堿性大；

4>.可生化性較差；

5>.水溫水量變化較大；1.基因工程菌在印染廢水的應(yīng)用

目前，國(guó)際上主要有物理化學(xué)法、化學(xué)法和生物法三類處理方法。優(yōu)點(diǎn)：處理量大，費(fèi)用少，較少產(chǎn)生二次污染優(yōu)點(diǎn)：處理效果好、速度快；缺點(diǎn)：費(fèi)用高，易造成二次污染；物化法化學(xué)法生物法

運(yùn)用生物工程技術(shù)把降解菌的基因片段通過轉(zhuǎn)基因工程轉(zhuǎn)入絮凝菌株，培養(yǎng)出具有絮凝和降解雙功能基因的高效基因工程菌并應(yīng)用于染料廢水的處理。

進(jìn)一步的工作是繼續(xù)構(gòu)建系列基因工程菌，篩選出絮凝-降解性能好、遺傳特性好和成本低的系列雙功能基因工程菌株。1983年，瑞士科學(xué)家Kulla發(fā)現(xiàn)有兩種假單胞菌，具有降解印染廢水中兩種染料的能力。其一為假單胞菌K24，具有降解1號(hào)橙偶氮染料的質(zhì)粒；其二為假單胞菌K46具有降解2號(hào)橙偶氮染料的質(zhì)粒。

他將兩個(gè)菌株進(jìn)行質(zhì)粒結(jié)合，形成具有產(chǎn)生兩種酶的細(xì)菌細(xì)胞。結(jié)果該細(xì)胞可獲得具有降解兩種染料的新菌株。2007年，Safia等從染料污染的土壤中篩選純化出了一個(gè)混合菌群JW-2，經(jīng)16S-RNA確定，它包含類芽孢桿菌、黃微球菌和球菌3中細(xì)菌，能快速高效地處理大量紡織染料廢水。JW-2在36h內(nèi)使活性紫5R脫色完全，最佳pH值和溫度分別是6.5-8.5和27-35℃，僅需少量底物（如葡萄糖0.1%g/L和酵母提取物0.05%g/L）就可以完成完全脫色。實(shí)驗(yàn)表明，次菌株可以對(duì)9種不同的染料完全降解，并已在適當(dāng)?shù)纳锓磻?yīng)器中應(yīng)用。石油的危害：

石油是一種成分十分復(fù)雜的混合物，由上千種有機(jī)化合物組成，其中，一些有毒的化學(xué)物質(zhì)具有致癌、致畸和致突變的潛在性。其在開采、煉制、運(yùn)輸和使用過程中，不可避免的會(huì)拋灑或泄露于海洋，河流和土壤，由此也造成石油對(duì)土壤、河流和海洋的嚴(yán)重危害。2.基因工程菌在石油廢水的應(yīng)用20世紀(jì)70年代，美國(guó)生物學(xué)家查克拉巴蒂（Chakrabarty）針對(duì)石油，使湖泊、江、海面造成溢油，水面浮油影響水生物，破壞水或生態(tài)的影響，研究開發(fā)出這項(xiàng)技術(shù)。

通常一種菌僅具有氧化少數(shù)幾種烴的能力，如將他們混合培養(yǎng)在一起進(jìn)行原油降解，則由于原油組分復(fù)雜，各組分降解難易程度不同，不同菌種對(duì)石油組分的利用性又差別很大，因此降解過程十分緩慢。為此，考慮將各種菌種所含降解烴的質(zhì)粒移入到一個(gè)菌株中去。

經(jīng)研究比較，選擇銅綠色假單胞菌PAO（Pseudomonasaeruginosa）作為各種