环境生物技术概论省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

环境生物技术环境生物技术Enviromental Biotechnology华南农业大学资源环境学院王金祥副教授(13265973571)林东教副教授(13392495568)l第1页王金祥王金祥 博士、副教授博士、副教授 植物营养系副主任、资环学院本科教学委员会委员植物营养系副主任、资环学院本科教学委员会委员 华南农业大学根系生物学研究中心、资源与环境学院植物营养系华南农业大学根系生物学研究中心、资源与环境学院植物营养系 l第2页lRootdevelopmentlInteractionsbetweenphytohormonesandnutrientsinrootdevelopmentandgrowthlBrassinosteroidsignalinginsoybean基金资助：国家自然科学基金省自然科学基金科技部973项目My research interests：l第3页 Inhibitory efficiency of NO on primary root growth is DELLA proteins-dependentaedcSNPafeddcbb(n21)l第4页Two-week-old wild-type(left)and slr-1 seedlingsThemoststrikingphenotypeisthelackoflateralroots.l第5页Amodelofauxin-regulatedTIR1substrateinteractions(Nature,)GWPPVmotif(degron)iscrucialforbingingofAUX/IAAwithTIR1GmSLR(IAA14,Gm10g32340)MTTMLTNEHGLSLNLKETELCLGLPGGGSEVETPRATGKRGFSETVDLKLNLQTKEDLNENLKNVSKEKTLLKDPAKPPAKAQVVGWP88P89VRSYRKNMMAVQKVSNEEVAEKTTSSTIANSGAFVKVSMDGAPYLRKVDLTMYKSYKDLSDALAKMFSSFTMGNYGAQGMIDFMNESKLMDLLNSSEYVPTYEDKDGDWMLVGDVPWEMFVGSCKRLRIMKGSEAIGLAPRAMEKCKSRSmutation1:P88Smutation2:P89Sl第6页 (LiJetal,Cell,)LoseoffunctionofBRreceptorresultsindwarfphenotypesl第7页The phenotype of BIN2 mutantwild-typebin2/+bin2-1/bin2-1(Lietal.,)l第8页GmBRI2TOLL like receptor3GmBRI1(,Science)3-D modeling of GmBRI1 and GmBRI2l第9页1j1bBGmBIN2GluThrGluThrGluThrGluThr1h8fAGmBINL1Thr(T)-isoleucine(I)Glutamic acid(E)-Lysine(K)l第10页参参 考考 书书l环境生物工程环境生物工程 伦世仪伦世仪 化学工业出版社化学工业出版社l当代环境生物技术当代环境生物技术 王建龙王建龙 文湘华文湘华 清华大学出版社清华大学出版社l环境生物技术环境生物技术:理论和应用理论和应用 Gareth M.Evans,Judith C.Furlong 邢新会邢新会(主译主译)化学工业出版社化学工业出版社l第11页上课初步安排上课初步安排l老师讲课老师讲课l专题讨论分组，同学准备，上台介绍专题讨论分组，同学准备，上台介绍l考试安排：开卷考试安排：开卷l成绩计算：平时成绩计算：平时40考试考试60l第12页二个关键问题二个关键问题l为何学习环境生物技术这门课程？环境污染、能源危机、气候危机、粮食安全l怎样学习环境生物技术？听课自学相关期刊：NatureBiotechnologyPlantbiotechnologyjournalEnvironmentalBiotechnologyl第13页环境环境Environment：l物理环境声、光、电、温度、湿度l化学环境l生物环境l水环境l土壤环境:l大气环境第一章第一章 环境生物技术概论环境生物技术概论l第14页环境污染环境污染(pollution)l土壤污染：l水污染：河流、湖塘、海洋、地表水、地下水l大气污染：工厂废气、汽车尾气、沙尘微粒、酸雨l点源污染l线源污染l面源污染l物理污染：光污染、声污染、热污染、塑料、玻璃l化学污染:化工产品、环境激素、l生物污染：有害动植物，赤潮l第15页污染物和废弃物污染物和废弃物l固 体 污 染 物（废 弃 物):城市垃圾，农业废弃物、废矿渣l液体污染物（废弃物):l气体污染物（废弃物):SO2、CO、N/O化合物、粉尘l第16页我国环境保护现实状况 l环境保护已成为当前国际关系、经贸合作中一个极为主要问题，也日益严重地影响着我国国民经济可连续发展。在我国过去几十年经济发展中，因为忽略了发展中环境保护，当前环境情况十分严峻。近年来虽采取了大量控制办法，但环境质量下降趋势仍在继续。l我国是世界上环境污染最为严重国家之一。lGDP能耗中国是美国2.43倍，是日本8倍,是欧盟2.22倍。l第17页水污染水污染l从城市到乡村，我国大气、河流、湖泊、海洋和土壤等均受到不一样程度污染。l全国每年污水排放达360亿吨，仅10%生活污水和70%工业废水得处处理，其中约有二分之一工业污水处理设施出水达不到国家排放标准。其它未经处理污水直接排入江河湖海，致使我国水环境遭受严重污染和破坏。据统计，全国七大水系和内陆河流110个重点河段中，属4类和5类水体占39%；城市地面水污染普遍严重，并呈深入恶化趋势，136条流经城市河流中，属4类、5类和超出5类标准高达76.8%；约50%城市地下水受到不一样程度污染。l全国大淡水湖如滇池、太湖和巢湖等富营养化程度逐年加剧；一些地域饮用水源受到严重污染，对人民健康造成严重危害。l第18页l贵阳、重庆、北京、兰州等五个城市位于世界十大空气污染最严重城市中之列，全国600多个城市中、大气质量符合国家一级标准不足1%。全国范围酸雨危害程度和区域日益扩大。空气污染空气污染l第19页土壤污染土壤污染l农用化工产品：化肥，杀虫剂，杀菌剂,除草剂l其它化学物品：石油污染，重金属污染等l工业废弃物：塑料，玻璃制品，电池等l农业废弃物：塑料，秸秆l第20页城市污染城市污染l城市垃圾和工业固体废弃物与日俱增，工业废弃物累计堆积量已超出66亿吨，占地超出5万公顷，使200多个城市陷入垃圾包围之中。l第21页环境污染治理与修复：环境污染治理与修复：l物理伎俩：过滤、沉淀、吸附、粉碎、燃烧、填埋、隔离、光降解l化学伎俩：分解、中和、聚合、结合、改性l生物伎俩：降解、转化、修饰、富集、替换、阻隔、修复l第22页处理方案l技术路径：技术路径：提升资源利用率降低污染提升资源利用率降低污染 开发新替换品开发新替换品 污染治理技术污水处理污染治理技术污水处理 废物资源化技术（污染物有益化）循环废物资源化技术（污染物有益化）循环 经济提出经济提出l第23页生态环境生态环境l严重生态破坏，加重了1998年长江洪水灾难，给人民生命财产及国民经济造成了严重损失。l酸雨l水污染l土壤污染l大气污染l第24页l当前我国社会经济依然保持着高度发展态势，环境保护压力将深入加重，由人类活动所造成环境污染和环境质量恶化已成为制约我国社会和经济可连续发展障碍。l我国环境污染和生态破坏造成经济损失每年超出5000亿元人民币。怎样在经济高速发展同时控制环境污染，改进环境质量，以实现社会经济可连续发展之目标是我国当前亟待处理主要问题。l第25页Chapter 1 绪绪 论论l1.1 资源与环境是人类面临重大问题资源与环境是人类面临重大问题 1.1.1问题问题 资源有限，替换开发迟缓资源有限，替换开发迟缓 利用效率低下利用效率低下 环境污染严重，威胁人类生存环境污染严重，威胁人类生存 食品安全、饮水安全、居住安全食品安全、饮水安全、居住安全l第26页Chapter 1 绪绪 论论l1.1 资源与环境是人类面临重大问题资源与环境是人类面临重大问题 1.1.1问题（依据污染结果）问题（依据污染结果）空气污染（酸雨、有毒气体、灰尘等）空气污染（酸雨、有毒气体、灰尘等）水体污染（有害化合物、重金属、富营水体污染（有害化合物、重金属、富营养化）养化）土壤污染（有害化合物、重金属）土壤污染（有害化合物、重金属）辐射污染辐射污染 噪音污染噪音污染l第27页Chapter 1 绪绪 论论l1.1 资源与环境是人类面临重大问题资源与环境是人类面临重大问题 1.1.1问题（依据污染起源）问题（依据污染起源）工业污染（生产步骤造成污染）工业污染（生产步骤造成污染）交通污染（不完全燃烧排放）交通污染（不完全燃烧排放）农业污染（农药和化肥过量使用）农业污染（农药和化肥过量使用）生活污染生活污染（日常生活产生污染）（日常生活产生污染）事故污染事故污染 （事故造成污染）（事故造成污染）战争污染战争污染 （破坏设施造成污染）（破坏设施造成污染）l第28页环境污染事故几个例子环境污染事故几个例子lDTT事件-寂静春天.l切尔诺贝尔核电站.l1986年10月江西省修水县上桥乡发觉金矿，竞相开采，1991年陆续出现100多名矽肺患者。l底吉林中石化化工厂笨泄漏，哈尔滨停水.l春广东北江镉污染.l08太湖蓝藻暴发l09湖南陕西血铅事件l第29页1.1资源与环境是人类面临重大问题l1.1.2危害危害 1）生物生存环境恶化；生物生存环境恶化；2）食品供给和安全；食品供给和安全；3）危害生物（人类）健康。危害生物（人类）健康。l第30页1.1资源与环境是人类面临重大问题l1.1.3人类和自然关系标准：友好合理保护处理环境问题根本路径:控制人口,增强环境意识,强化环境管理,依靠科技进步。l第31页1.1.3 处理方案处理方案非技术路径：非技术路径：政策政策 法规法规 公民环境保护、公民环境保护、节约资源意识等。节约资源意识等。1.1资源与环境是人类面临重大问题环境规划与管理环境规划与管理1经济刺激经济刺激2环境行政环境行政33宣传教育宣传教育4l第32页法律、法规制订和严格执行法律、法规制订和严格执行l环境法国内法规国内法规：中华人民共和国宪法中华人民共和国宪法 中华人民共和国环境保护法中华人民共和国环境保护法 中华人民共和国海洋环境保护法中华人民共和国海洋环境保护法 中华人民共和国水污染防治法中华人民共和国水污染防治法 中华人民共和国大气污染防治法中华人民共和国大气污染防治法 中华人民共和国固体废物污染环境防治法中华人民共和国固体废物污染环境防治法 中华人民共和国环境噪声污染防治法中华人民共和国环境噪声污染防治法 中华人民共和国自然保护区条例中华人民共和国自然保护区条例l地方性法规l第33页国际条约联合国气候改变框架条约联合国气候改变框架条约京都议定书京都议定书 生物多样性条约生物多样性条约 关于消耗臭氧层物质蒙特利尔议定书关于消耗臭氧层物质蒙特利尔议定书预防海洋石油污染国际条约预防海洋石油污染国际条约捕渔与养护公海生物资源条约捕渔与养护公海生物资源条约 大陆架条约大陆架条约 世界气象组织条约世界气象组织条约 核材料实物保护条约核材料实物保护条约 核事故或辐射事故紧急情况援助条约核事故或辐射事故紧急情况援助条约l第34页Chapter 1 绪绪 论论l1.2环境生物技术环境生物技术 1.2.1 环境生物技术定义环境生物技术定义 当代生物技术与环境工程结合产生交叉学科。当代生物技术与环境工程结合产生交叉学科。直接或间接利用完整生物体或生物一些机能，建直接或间接利用完整生物体或生物一些机能，建立降低或消除污染物产生生产工艺生产有用物质，立降低或消除污染物产生生产工艺生产有用物质，或高效净化环境污染技术体系。包含基因工程、或高效净化环境污染技术体系。包含基因工程、细胞工程、酶工程和发酵工程等细胞工程、酶工程和发酵工程等l第35页 Chapter 1 绪绪 论论l1.2环境生物技术环境生物技术 1.2.2 环境生物技术生物学基础环境生物技术生物学基础 生物多样性生物多样性-极端环境条件下生物极端环境条件下生物 生理、生化过程分子基础生理、生化过程分子基础 当代生物技术新发展当代生物技术新发展 l第36页Chapter 1 绪绪 论论l1.2环境生物技术环境生物技术 1.2.2 环境生物技术内容环境生物技术内容 复杂复杂 综合综合 从技术难度和理论深度角度分为三个层次：从技术难度和理论深度角度分为三个层次：当代环境生物技术（基因工程为主导）当代环境生物技术（基因工程为主导）传统生物处理技术（生物处理）传统生物处理技术（生物处理）自然生物修复功效（氧化塘、农业生态工程）自然生物修复功效（氧化塘、农业生态工程）l第37页Chapter 1 绪绪 论论l1.2环境生物技术环境生物技术 1.2.3 环境生物技术发展环境生物技术发展 1940-1970 Cornell Martin环境中农药残留和降解。环境中农药残留和降解。1970-至今至今 环境污染物可生物降解性研究。环境污染物可生物降解性研究。1980-至今至今 可降解微生物及降解机理研究。可降解微生物及降解机理研究。-至今至今 可连续发展条件下能源、清洁生产。可连续发展条件下能源、清洁生产。l第38页Chapter 1 绪绪 论论l1.2环境生物技术环境生物技术 1.2.4 环境生物技术范围环境生物技术范围 1）处理基因工程菌应用（遗传稳定、高效、）处理基因工程菌应用（遗传稳定、高效、生态安全）；生态安全）；2）开发废物资源化和能源化技术；）开发废物资源化和能源化技术；3）建立无害化清洁生产新工艺；）建立无害化清洁生产新工艺；4）发展对环境污染物生理毒性及生态影响检）发展对环境污染物生理毒性及生态影响检测技术。测技术。l第39页l1.2环境生物技术环境生物技术 1.2.4 环境生物技术市场环境生物技术市场 1）巨大：）巨大：全球全球25003000亿美元亿美元 2）增加快速：每年增加）增加快速：每年增加25 3）效益多：经济和社会效益）效益多：经济和社会效益 4）市场专业化：）市场专业化：Chapter 1 绪绪 论论l第40页一、环境相关概念：l1气候l2.大气圈、水圈、岩石圈、土壤圈、生物圈l3生物圈：食物链能量金字塔l4生物环境、化学环境、物理环境、人文环境l5水环境、大气环境、土壤环境、气候环境l第41页1.环境生物技术研究内容，环境生物技术研究内容，l第一层次为当代环境生物技术，是指以基因工程为主导当代污染防治生物技术如构建降解杀虫剂、除草剂、多环芳烃类化合物等污染物高效基因工程菌，创造抗污染型转基因植物等。这一层次知识密集，为快速、有效地防治污染开辟了新路径，使处理日益出现大量环境难题成为可能。l第二层次是指传统生物处理技术，如活性污泥法、生物膜法，及其在新理论和技术背景下产生出强化处理技术和工艺，如生物流化床、生物强化工艺等。这是当前广泛使用治理污染生物技术，仍在不停强化和改进，已为控制现时环境质量起到了极其主要作用。l第三层次是指利用天然处理系统进行废物处理技术，如氧化塘、人工湿地和农业生态工程等，其特点是最大程度地发挥自然界生物环境功效，投资运行费用少，易于操作管理。应该指出是,环境生物技术中三个层次没有主要与不主要之分。l第42页应用环境生物技术处理环境污染问题特点应用环境生物技术处理环境污染问题特点l生物技术处理污染物时，最终产物都是无毒无害、稳定物质。l大部分有机污染物作为生反应过程底物，经生物处理后可转化为沼气、酒精和生物蛋白等有用物质。l生物反应以酶促反应为基础，常在常温常压下进行。l可实现清洁生产，降低生产活动污染水平。l可节约处理过程费用l可使生物产品替换化学产品，把环境污染程度降低。l第43页2.环境生物技术应用环境生物技术应用l生态修复生态修复l食物链重建食物链重建l污染治理污染治理大气污染治理水污染治理污染土壤生物修复环境友好产品生产城市生活垃圾煤、原油生物脱氮脱硫技术l第44页l（1）处理基因工程菌从试验室进入模拟系统和现场应用过程中，其遗传稳定性、功效高效性和生态安全性等方面问题；l（2）无害化或无污染生物生产工艺技术研究，如生物制浆、生物絮凝剂、生物冶金等；l（3）生物反应器和固定化技术高效处理废水工业应用研究；l（4）废物资源化和能源化研究，利用废物生产单细胞蛋白、生物塑料、生物肥料以及甲烷、氢气等；l（5）发展对环境污染物生理毒性及其对生态影响检测技术。l第45页(1)生态修复生态修复l三北防护林l黄土高原小流域治理l长江上游水土保持工程l近海红树林工程l珊瑚礁恢复工程l湿地保护与恢复l西北地域植被工程l第46页(2)食物链重建食物链重建l珊瑚礁恢复工程l湿地保护与恢复l野生动物保护l水系治理l第47页(3)废水生物处理l第48页废水厌氧生物处理工程 l第49页废水好氧生物处理工程 l第50页生物膜法废水处理工艺生物膜法废水处理工艺l第51页生物转盘法处理废水生物转盘法处理废水l第52页废水生物脱氮除磷技术l第53页（4）危险性化合物微生物降解）危险性化合物微生物降解美国化学文摘中登记化学物质已达600万种之多，而其中大部分是在自然界中从未发觉过新化合物。另外，据预计，已经有96000种化学物质进人了人类环境。许多有害化合物被用于溶剂、冷却剂、增塑剂、汽油和其它石化产品中，以及作为农药、杀虫剂、木材防腐剂等，最终经过工业排放、泄漏、废弃物、沉积物、地下水和空气等路径进人环境。l微生物含有降解自然产生有机化合物代谢机制，从而促使地球有机碳平衡。而在自然界中含有新奇结构合成化合物（异型生物质，又称非生物性物质）往往对微生物降解表现出很强抗逆性。l还未进化出降解这类难降解化合物代谢机制。这些合成化合物大多数对环境含有毒害作用，因而也称之为危险性化合物，它们共同特点是对人有致畸、致突变和致癌作用，其起源大都是人工合成杀虫剂、除草剂、防腐剂、溶剂主要成份或石油化工产品中间产物，其中卤代芳烃和卤代烷烃占了很大百分比。l第54页土壤修复土壤修复l第55页大气污染控制与治理大气污染控制与治理l第56页