环境生物技术省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

第第四四节节环环境境保保护护型型型型微微生生物物制制剂剂开开发发应应用用 环境保护型微生物制剂及其品种环境保护型微生物制剂及其品种环境保护型微生物制剂生产与使用环境保护型微生物制剂生产与使用 环境保护型微生物制剂展望环境保护型微生物制剂展望第1页第第四四节节环环境境保保护护型型型型微微生生物物制制剂剂开开发发应应用用环环境境保保护护型型微微生生物物制制剂剂指指将将含含有有特特定定功功效效有有益益微微生生物物大大量量繁繁殖殖后后制制成成活活菌菌体体或或菌菌体体产产生生特特定定物物质质产产品品，应应用用于于环环境境，起起到到治治理理污污染染，改改进进环环境境质质量量及及保保护护环环境境作作用用。从从源源头头控控制制污污染染，保保持持生生态态平衡，符合可连续发展标准。平衡，符合可连续发展标准。一、微生物降解剂一、微生物降解剂二、微生物二、微生物农药农药 三、微生物肥料三、微生物肥料四、生物表面活性四、生物表面活性剂剂 五、生物塑料五、生物塑料六、微生物絮凝剂六、微生物絮凝剂第2页一、微生物降解剂一、微生物降解剂对污染物降解能力强菌株扩大生产、制成产品，对污染物降解能力强菌株扩大生产、制成产品，应用于环境无害化处理，即是微生物降解剂。应用于环境无害化处理，即是微生物降解剂。降解对象是降解对象是氰氰和和腈腈化物、苯和酚、硝基化合物、化物、苯和酚、硝基化合物、石油石油烃类烃类、氯氯苯和苯和农药农药、洗、洗涤剂涤剂等各种有机物；等各种有机物；还还包含染料脱色菌、重金属吸附并包含染料脱色菌、重金属吸附并转转化菌、混合化菌、混合降解菌等降解菌等。（难处理）（难处理）第3页生物强化技术生物强化技术经过向废物处理系统中直接投加从自然界中筛选优势菌经过向废物处理系统中直接投加从自然界中筛选优势菌种或经过基因重组技术产生高效菌种，以改进原处理系种或经过基因重组技术产生高效菌种，以改进原处理系统能力，到达对某一个或某一类有害物质去除或某方面统能力，到达对某一个或某一类有害物质去除或某方面性能改进目标环境生物技术。性能改进目标环境生物技术。应用：应用：处理有毒有害难降解废水处理如：制药废水、印染废水；处理有毒有害难降解废水处理如：制药废水、印染废水；微污染水源水处理（生物强化过滤有效去除氨氮、亚硝微污染水源水处理（生物强化过滤有效去除氨氮、亚硝酸盐、有机物、铁、锰、浊度、色度等）；酸盐、有机物、铁、锰、浊度、色度等）；垃圾渗滤液处理（如用日本专利产品垃圾渗滤液处理（如用日本专利产品EM菌剂）。菌剂）。第4页二、微生物农药二、微生物农药1.1.定义：利用微生物或其基因产生或表示各种定义：利用微生物或其基因产生或表示各种 生物活性成份，用于防治植物病虫害、杂生物活性成份，用于防治植物病虫害、杂 草、鼠害各种制剂总称。草、鼠害各种制剂总称。2.2.特点：高效低毒，对人畜安全无毒，不杀伤特点：高效低毒，对人畜安全无毒，不杀伤 害虫天敌和有益生物；无残留，不污害虫天敌和有益生物；无残留，不污 染环境，利于保持生态平衡；许多是由染环境，利于保持生态平衡；许多是由 各种有效成份组成各种有效成份组成，害虫和病原菌难，害虫和病原菌难 以产生抗药性；生产工艺设备简单，以产生抗药性；生产工艺设备简单，显著开发优势。显著开发优势。第5页1 1细菌杀虫剂细菌杀虫剂 苏苏云云金金芽芽孢孢杆杆菌菌开开发发最最早早，应应用用最最成成功功，占占细细菌菌杀杀虫虫剂剂总总量量9595以以上上。对对800800余余种种昆昆虫虫有有不不一一样样程程度度致致病性，对病性，对2020各种主要农作物害虫防治效果显著。各种主要农作物害虫防治效果显著。伴伴胞胞晶晶体体：芽芽孢孢形形成成过过程程中中另另一一端端同同时时形形成成伴伴胞胞晶晶体体。形形态各各种种多多样，主主要要有有菱菱形形、球球形形、方方形形、多多边形形和和不不规则形形。是是一一个个蛋蛋白白质质，又又称称内内毒毒素素，是主要杀虫物质。是主要杀虫物质。微生物农药主要品种介绍微生物农药主要品种介绍 第6页1 1细菌杀虫剂细菌杀虫剂 9090年年代代以以来来，第第二二代代细细胞胞工工程程杀杀虫虫剂剂和和第第三三代代基基因因工工程程杀杀虫虫剂剂相相继继投投入入市市场场。9090年年代代初初被被同同意意登登记或进入田间试验有记或进入田间试验有1010余中遗传重组杀虫剂。余中遗传重组杀虫剂。经经过过构构建建重重组组菌菌能能够够实实现现以以下下目目标标：扩扩大大杀杀虫虫谱谱；延延长长杀杀虫虫毒毒素素特特效效期期及及改改进进释释放放性性能能；提提升升毒毒力力和杀虫晶体蛋白产量。和杀虫晶体蛋白产量。微生物农药主要品种介绍微生物农药主要品种介绍 第7页伴胞晶体杀虫原理伴胞晶体杀虫原理伴胞晶体伴胞晶体原毒素原毒素肠道碱性条件肠道碱性条件活性毒素片断活性毒素片断蛋白酶作用蛋白酶作用昆虫中肠上皮细昆虫中肠上皮细胞糖蛋白受体胞糖蛋白受体离子通道离子通道渗透平衡破坏渗透平衡破坏细胞膨胀并瓦解细胞膨胀并瓦解 芽孢从穿孔部位进入芽孢从穿孔部位进入血腔，萌发成营养细血腔，萌发成营养细胞并快速繁殖，害虫胞并快速繁殖，害虫得败血症死亡得败血症死亡 第8页2 2病毒杀虫剂病毒杀虫剂昆虫病毒突出特点是它们大都在宿主细胞内形昆虫病毒突出特点是它们大都在宿主细胞内形成成蛋白结晶性质蛋白结晶性质包含体（包含体（inclusion bodyinclusion body）。）。依据包含体在寄主细胞中部位，可分为：依据包含体在寄主细胞中部位，可分为：（1 1）核型多角体病毒（核型多角体病毒（(NPV)(NPV)），多角体于），多角体于细胞核内形成，包含体内含有多个病毒粒子。细胞核内形成，包含体内含有多个病毒粒子。（2 2）质型多角体病毒质型多角体病毒(CPV)(CPV)），多角体于细），多角体于细胞质内出现，包含体内含有多个病毒粒子；胞质内出现，包含体内含有多个病毒粒子；（3 3）颗粒体病毒颗粒体病毒(GV)(GV)，椭圆形颗粒状包含体，椭圆形颗粒状包含体存在于细胞核或细胞质内。存在于细胞核或细胞质内。微生物农药主要品种介绍微生物农药主要品种介绍 第9页杀虫机理杀虫机理在宿主消化道碱液中包含体被破坏，释放出病在宿主消化道碱液中包含体被破坏，释放出病毒颗粒。病毒颗粒进入宿主肠上皮细胞进行复毒颗粒。病毒颗粒进入宿主肠上皮细胞进行复制，以出芽方式从细胞中释放出来，进入血淋制，以出芽方式从细胞中释放出来，进入血淋巴，或是在感染组织中生成大量包含体病毒。巴，或是在感染组织中生成大量包含体病毒。宿主死亡分解后，包含体能够较长时间保护病宿主死亡分解后，包含体能够较长时间保护病毒使之不失去感染力。毒使之不失去感染力。第10页病毒杀虫剂病毒杀虫剂国际上：试制国际上：试制20各种病毒杀虫剂，大规模工业生产各种病毒杀虫剂，大规模工业生产只有几个，如美洲棉铃虫只有几个，如美洲棉铃虫NPV杀虫剂、舞毒蛾杀虫剂、舞毒蛾NPV杀虫剂、黃杉毒蛾杀虫剂、黃杉毒蛾NPV杀虫剂、赤松毛虫杀虫剂、赤松毛虫CPV杀虫剂。杀虫剂。我国：中国棉铃虫我国：中国棉铃虫NPV杀虫剂、油桐尺蠖杀虫剂、油桐尺蠖NPV杀虫杀虫剂、斜纹夜蛾剂、斜纹夜蛾NPV杀虫剂、松毛虫杀虫剂、松毛虫NPV杀虫剂、菜杀虫剂、菜 粉蝶粉蝶GV杀虫剂以及病毒杀虫剂。杀虫剂以及病毒杀虫剂。第11页3 3真菌杀虫剂真菌杀虫剂 白僵菌（白僵菌（BeaureviaBeaurevia）是广谱性寄生真菌，既能够在）是广谱性寄生真菌，既能够在活体昆虫体内寄生，又能够营腐生生活，能侵染鳞翅活体昆虫体内寄生，又能够营腐生生活，能侵染鳞翅目、鞘翅目、直翅目等各种昆虫及螨类。目、鞘翅目、直翅目等各种昆虫及螨类。白僵菌孢子侵染虫体后，适宜条件下分生孢子萌发，白僵菌孢子侵染虫体后，适宜条件下分生孢子萌发，在昆虫体内增殖，并分泌毒素和草酸钙结晶，破坏寄在昆虫体内增殖，并分泌毒素和草酸钙结晶，破坏寄主组织，使寄主代谢紊乱，最终在虫体上生出白色棉主组织，使寄主代谢紊乱，最终在虫体上生出白色棉絮状菌丝和分生孢子梗及孢子堆，虫体变成白色僵尸。絮状菌丝和分生孢子梗及孢子堆，虫体变成白色僵尸。第12页我国使用白僵菌防治松毛虫、松针毒蛾、油桐蚜虫、我国使用白僵菌防治松毛虫、松针毒蛾、油桐蚜虫、茶叶毒蛾、大豆食心虫、杨树天牛、玉米螟、水稻茶叶毒蛾、大豆食心虫、杨树天牛、玉米螟、水稻叶蝉等害虫。叶蝉等害虫。注意：白僵菌能感染家蚕，养蚕地域控制使用；人注意：白僵菌能感染家蚕，养蚕地域控制使用；人体吸入大量孢子类似感冒，操作者要进行适当防护。体吸入大量孢子类似感冒，操作者要进行适当防护。第13页4 4杀虫杀虫抗生素抗生素阿维菌素阿维菌素 大环内酯类抗生素大环内酯类抗生素 神经末梢受体神经末梢受体氨基丁酸氨基丁酸 阿维菌素阿维菌素 促进促进氨基丁酸氨基丁酸 释放释放进入细胞氯离子进入细胞氯离子增加，细胞膜超增加，细胞膜超极化极化细胞膜受体细胞膜受体神经信号传递受抑神经信号传递受抑 产生菌为阿维链霉菌产生菌为阿维链霉菌对昆虫、线虫、螨虫有很好对昆虫、线虫、螨虫有很好杀除效果杀除效果。促进结促进结合于合于第14页5 5原生动物杀虫剂原生动物杀虫剂孢子是微孢子虫生活史中孢子是微孢子虫生活史中唯一可在宿主细胞外生存唯一可在宿主细胞外生存发育阶段，即本虫感染期。发育阶段，即本虫感染期。孢子孢子 寄主细胞寄主细胞 释放原孢释放原孢质质 分裂体分裂体 二分裂或多分裂二分裂或多分裂 重复感染重复感染 或形成母孢子或形成母孢子孢子孢子第15页6、防病抗生素、防病抗生素井冈霉素产生菌是吸水链霉菌井冈变种。井井冈霉素产生菌是吸水链霉菌井冈变种。井冈霉素是用量最大农用抗生素，对水稻纹枯冈霉素是用量最大农用抗生素，对水稻纹枯病、其它作物立枯丝核菌引发病害都有良好病、其它作物立枯丝核菌引发病害都有良好防治作用。防治作用。第16页三、微生物肥料三、微生物肥料（一）定义及种类（一）定义及种类利利用用有有益益微微生生物物为为植植物物提提供供有有效效养养料料和和促促进进生生长长微微生物制剂。生物制剂。分分为为两两类类，一一类类是是增增加加植植物物营营养养供供给给量量，代代表表是是根根瘤瘤菌菌肥肥料料；另另一一类类是是经经过过生生长长刺刺激激素素对对植植物物刺刺激激作作用用，促促进进对对植植物物营营养养元元素素吸吸收收，或或是是拮拮抗抗一一些些病病原原微微生生物物致致病病作作用用，减减轻轻病病虫虫害害而而造造成成产产量量增增加加，是是广义生物肥料，植物根际促生菌即属这类。广义生物肥料，植物根际促生菌即属这类。第17页三、微生物肥料三、微生物肥料 微生物肥料比化学肥料优点：微生物肥料比化学肥料优点：长长久久使使用用不不会会造造成成环环境境污污染染与与危危害害，作作为为有有益益微微生物群体中一分子。生物群体中一分子。但但还还不不能能从从营营养养角角度度完完全全满满足足作作物物生生长长需需要要，不不能全部取代化肥，而是降低化肥用量。能全部取代化肥，而是降低化肥用量。第18页（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根瘤瘤中中细细菌菌以以多多形形态态(类类菌菌体体)出出现现，呈呈棒棒状状、T T型型、Y Y型型。根根瘤瘤结结构构有有利利于于保保护护根根瘤瘤菌菌，预预防防其其它它微微生生物物竞竞争争。植植物物与与根根瘤瘤菌菌是是互互惠惠共共生生关关系系，植植物物经经过过光光合合作作用用合合成成糖糖类类，输输送送到到根根瘤瘤，供供给给根根瘤瘤菌菌能能源源，根根瘤瘤菌菌固固氮氮把把空空气气中中分分子子氮氮转转化化为为化化合合态态氮氮，再再转转化化为为谷谷氨氨酸酸和和谷谷氨氨酰酰类类随随时时输输出出供给植物利用，利用率可达供给植物利用，利用率可达100100，不污染环境。，不污染环境。第19页（二）主要微生物肥料（二）主要微生物肥料 2.2.植物根圈促生菌剂植物根圈促生菌剂大大多多数数植植物物根根圈圈促促生生菌菌产产生生铁铁载载体体，将将铁铁螯螯合合起起来来，限限制制有有害害微微生生物物生生长长；或或产产生生一一个个或或各各种种抗抗生生素素抑抑制制或或杀杀死死各各种种病病原原体体；或或对对杂杂草草有有害；或诱导植物产生整体抗性。害；或诱导植物产生整体抗性。第20页（二）主要微生物肥料（二）主要微生物肥料 3.3.菌根菌菌根菌真真菌菌和和植植物物根根以以互互惠惠共共生生关关系系建建立立起起来来共共生生体体称称为为菌菌根根。外外生生菌菌根根真真菌菌菌菌丝丝在在根根外外形形成成致致密密鞘鞘套套，少少许许菌菌丝丝进进入入根根皮皮层层细细胞胞间间隙隙中中。植植物物根根为为真真菌菌生生长长提提供供能能源源，菌菌根根菌菌为为植植物物提提供供矿矿物物质质和和水水，还还可可产产生生植植物物之之间间抑抑制制物物质质，使使生生长长植植物物对对其其它它植植物物存存在在偏偏害害关关系系，减减弱弱外外来来者者竞竞争争，以以保保持持占占据生境。据生境。第21页四、生物表面活性剂四、生物表面活性剂(一一)生物表面活性剂定义及性质生物表面活性剂定义及性质生物在一定生长条件下，在其代谢过程中分生物在一定生长条件下，在其代谢过程中分泌产生含有一定表面或界面活性代谢产物。泌产生含有一定表面或界面活性代谢产物。理化性质同化学合成表面活性剂相同，但活理化性质同化学合成表面活性剂相同，但活性更高、无毒性，易被微生物降解，不会对性更高、无毒性，易被微生物降解，不会对环境造成二次污染，有可能成为化学合成表环境造成二次污染，有可能成为化学合成表面活性剂替换品。面活性剂替换品。第22页结构特点：结构特点：u非极性疏水基：普通为脂肪酰基链。非极性疏水基：普通为脂肪酰基链。u极性亲水基：极性亲水基：有各种形式，如中性脂酯或醇功效团、脂肪酸或有各种形式，如中性脂酯或醇功效团、脂肪酸或氨基酸羧基、磷脂中含磷部分以及糖脂中糖基。氨基酸羧基、磷脂中含磷部分以及糖脂中糖基。糖脂不溶于水，非极性糖脂溶于氯仿等憎水溶剂，糖脂不溶于水，非极性糖脂溶于氯仿等憎水溶剂，而极性糖脂溶于氯仿而极性糖脂溶于氯仿/甲醇混合溶剂。甲醇混合溶剂。第23页（二）生物表面活性剂种类（二）生物表面活性剂种类按按用用途途可可分分为为生生物物表表面面活活性性剂剂和和生生物物乳乳化化剂剂。生生物物表表面面活活性性剂剂是是分分子子量量低低小小分分子子，能能显显著著改改变变表表面面/界界面面张张力力。生生物物乳乳化化剂剂是是一一些些大大分分子子物物质质，虽虽不不能能显显著著降降低低表表面面/界界面面张张力力，但但对对油油水水界界面面表表现现出出很很强强亲亲和力，预防油滴凝聚，从而使乳状液稳定。和力，预防油滴凝聚，从而使乳状液稳定。依依据据他他们们化化学学组组成成可可分分为为糖糖脂脂、脂脂肽肽和和脂脂蛋蛋白白、中中性脂性脂/脂肪酸、磷脂、聚合物和全细胞表面本身等。脂肪酸、磷脂、聚合物和全细胞表面本身等。第24页（三）生物表面活性剂生产（三）生物表面活性剂生产1.1.生产生物表面活性剂菌株生产生物表面活性剂菌株由由很很各各种种类类微微生生物物如如细细菌菌、放放线线菌菌、酵酵母母菌菌等等合合成。成。培培养养基基碳碳源源可可分分为为3 3类类：一一类类是是以以烷烷烃烃作作为为碳碳源源微微生生物物，如如棒棒状状杆杆菌菌；一一类类是是以以水水溶溶性性底底物物为为碳碳源源微微生生物物如如芽芽孢孢杆杆菌菌；第第三三类类是是以以烷烷烃烃和和水水溶溶性性底底物二者物二者为为碳源微生物，如假碳源微生物，如假单单胞菌。胞菌。第25页2.2.表面活性表面活性剂剂合成代合成代谢调谢调整整碳碳源源影影响响 ：培培养养基基中中碳碳源源是是决决定定生生物物表表面面活活性性剂剂结结构构和和产产量量主主要要原原因因，有有微微生生物物仅仅在在烃烃类类培培养养基基上上生生长长时时才才产产生生生生物物表表面面活活性性剂剂，但但也也有有只只需需要要一一些些糖糖类类和和氨基酸就能氨基酸就能够产够产生。生。能能够够经经过过向向培培养养基基中中加加入入长长链链脂脂肪肪酸酸、烃烃、甘甘油油酯酯等等油油性性物物质质诱诱导导，是是当当前前研研究究最最多多调调整整方方式式。添添加加烃烃类类型型很很主主要要，有有细细菌菌生生产产表表面面活活性性剂剂对对烃烃类类有有一一定定专专一性。一性。第26页氮氮源源及及其其它它原原因因影影响响 ：如如C/NC/N比比能能够够决决定定假假单单胞胞菌菌对对糖糖脂脂生生产产；NaNONaNO3 3 是是石石蜡蜡酪酪杆杆菌菌 B126 B126 合合成成糖脂适宜糖脂适宜 N N 源，用源，用铵盐铵盐作作N N源源则产则产量量较较低低 。提提升升产产率率方方法法：调调整整碳碳源源（烷烷烃烃、蔗蔗糖糖）、氮氮源源；低稀释率；诱变筛选或构建工程菌。低稀释率；诱变筛选或构建工程菌。第27页1.1.应应用用于于石石油油开开采采业业(石石油油开开采采微微生生物物技技术术，技术技术)（1 1）微生物强化采油技术）微生物强化采油技术 往往油油层层中中注注入入一一些些微微生生物物和和营营养养物物质质，微微生生物物产产生生表表面面活活性性物物质质。降降低低原原油油与与水水两两相相界界面面张张力力，使使地地层层毛毛细细管管孔孔隙隙中中夹夹持持原原油油大大量量释释放放出出来来，从从而而提提升升原原油油采采收收率率。微微生生物物不不但但可可沿沿注注水水压压差差方方向向移移动动，还还可可在在油油层层中中纵纵深深迁迁移移，能能与与水水驱驱难难以以扫扫及及原原油油作作用用，大大大大提提升升涉涉及及效效率率。还还会会产产生生一一些些小小分分子子有有机机酸酸、有有机机溶溶剂剂等等，既既能能降降低低油油水水界界面面张张力力，又又使使油油层层通透性增强。通透性增强。第28页鼠李糖脂与石油磺酸盐鼠李糖脂与石油磺酸盐PSD-2PSD-2复配，使大庆原油复配，使大庆原油界面张力大大下降。界面张力大大下降。发酵液与磺酸盐发酵液与磺酸盐B-100B-100复合使用，使表面张力降复合使用，使表面张力降得更低，比水驱采油提升采收率得更低，比水驱采油提升采收率20%20%，成为高效，成为高效廉价驱油剂。廉价驱油剂。第29页2 2、在、在环环境生物工程上境生物工程上应应用用 增溶作用和乳化作用。污染环境中增溶作用和乳化作用。污染环境中加入微生物加入微生物或表面活性或表面活性剂剂(生物或化学合成生物或化学合成),),能能够够增增强强憎水性憎水性化合物化合物亲亲水性和生物可利用性水性和生物可利用性,使使进进入入环环境境污污染染物不停地降解，有利于物不停地降解，有利于污污染染环环境生物修复。境生物修复。糖脂糖脂类类生物表面活性生物表面活性剂剂不但可提升不但可提升烷烃烷烃去除率去除率,而且可加速而且可加速烷烃矿烷烃矿化程度化程度,缩缩短可被微生物利用短可被微生物利用适适应时间应时间。第30页3 3、在食品工、在食品工业业和精和精细细化工中化工中应应用用 蔗糖蔗糖酯酯、卵磷脂、山梨聚糖等都是当前食品工、卵磷脂、山梨聚糖等都是当前食品工业惯业惯用乳用乳化化剂剂。另外。另外,生物表面活性生物表面活性剂还剂还能能够够用作食品加工用作食品加工业业和精和精细细化工中保湿化工中保湿剂剂、防腐、防腐剂剂、润润湿湿剂剂、起泡、起泡剂剂、增稠、增稠剂剂、润润滑滑剂剂等等 。如生物乳化剂作色拉调味剂。如生物乳化剂作色拉调味剂。槐糖脂含有良好皮肤亲和性，可作为皮肤保湿剂用于化装槐糖脂含有良好皮肤亲和性，可作为皮肤保湿剂用于化装品中。品中。蔗糖蔗糖酯酯也能也能够够改改进进化装品洗化装品洗涤涤性能，增加皮肤光性能，增加皮肤光润润和滑和滑腻腻性。性。第31页（五）问题和发展前景（五）问题和发展前景 问题：生产成本较高310倍解决议略：(1)经过选育高产菌株(2)找到廉价发酵原料（3）改进发酵工艺、用先进下游技术（4）开发出它二次产品,提高其附加值。第32页五、生物塑料五、生物塑料 已已经经商商品品化化可可生生物物降降解解塑塑料料主主要要包包含含脂脂肪肪族族聚聚酯酯、淀淀粉粉-聚聚乙乙烯烯、热热塑塑性性淀淀粉粉共共混混物物、聚聚乳乳酸酸和和聚聚己己内内酯酯。（一）聚（一）聚羟基烷酸（羟基烷酸（PHAsPHAs）结构）结构当当R R为甲基、为甲基、m m为为1 1时，单体为时，单体为羟基丁酸羟基丁酸（HBHB），聚合物为），聚合物为PHBPHB。两种或两种以上单体。两种或两种以上单体还能形成共聚物，经典代表为还能形成共聚物，经典代表为PHBVPHBV，是，是羟基丁酸和羟基丁酸和羟基戊酸（羟基戊酸（HV)HV)聚合物。聚合物。第33页线状线状羟基烷酸聚酯。多聚物相对分子质量羟基烷酸聚酯。多聚物相对分子质量可高达可高达2x102x106 6；PHBPHB是是100100立体专一性，全部立体专一性，全部不对称碳原子都是不对称碳原子都是D(-)D(-)构型，所以构型，所以PHBPHB是高度是高度结晶晶体。结晶晶体。在物理性质甚至在分子结构上与聚丙稀很相同，在物理性质甚至在分子结构上与聚丙稀很相同，如熔点、玻璃态温度、结晶度、抗张度等，而如熔点、玻璃态温度、结晶度、抗张度等，而且含有相对密度大、透氧率低、抗紫外线照射、且含有相对密度大、透氧率低、抗紫外线照射、含有光学活性、阻湿性和压电性等优点。含有光学活性、阻湿性和压电性等优点。PHAsPHAs理化性质理化性质第34页PHAsPHAs用途用途PHAsPHAs这这类类热热塑塑性性聚聚酯酯能能够够纺纺丝丝、压压膜膜或或注注塑塑，在工业上能够用作各类包装材料；在工业上能够用作各类包装材料；农农业业上上用用作作农农用用薄薄膜膜、长长期期有有效效农农药药或或肥肥料料生生物降解载体；物降解载体；在在医医药药方方面面可可作作外外科科缝缝线线、骨骨骼骼代代用用具具或或骨骨板板、术术后后无无需需取取出出，还还可可用用于于血血管管替替换换品品，长长期期有有效药品生物降解载体效药品生物降解载体。第35页PHBPHB生物相容性：生物相容性：研究发觉，研究发觉，PHBPHB降解产物降解产物D(-)D(-)3 3羟基丁羟基丁酸是普遍存在于高等动物中中间产物，在酸是普遍存在于高等动物中中间产物，在原核生物真核生物中发觉含有原核生物真核生物中发觉含有100100200200个个单体小分子量单体小分子量PHBPHB含有组成细胞膜离子含有组成细胞膜离子通道组成作用，而且在人体血浆中也检测通道组成作用，而且在人体血浆中也检测到它大量存在。因而有理由相信，植入哺到它大量存在。因而有理由相信，植入哺乳动物组织乳动物组织PHBPHB不会对机体产生毒性作用。不会对机体产生毒性作用。第36页PHBPHB存在两个缺点：存在两个缺点：一是融化稳定性较差：一是融化稳定性较差：其其分分解解温温度度约约为为200200度度，与与熔熔点点（175175度度）相相近近。可可经经过过发发酵酵过过程程中中加加入入3HV前前体体合合成成PHBV共共聚聚体体或或将将PHB与与其其它它多多聚聚物物混混合合使使用来处理；用来处理；二二是是易易老老化化发发脆脆：能能够够经经过过简简单单淬淬火火处处理理来来处理。处理。第37页（二）（二）PHAsPHAs微生物合成微生物合成1.1.合成合成PHAsPHAs主要微生物主要微生物当前研究较多用于合成当前研究较多用于合成PHAsPHAs微生物有：微生物有：产碱杆菌，假单胞菌属，甲基营养菌，固氮产碱杆菌，假单胞菌属，甲基营养菌，固氮菌属；红螺菌属。这些微生物分别利用不一样菌属；红螺菌属。这些微生物分别利用不一样碳源生产不一样碳源生产不一样PHAsPHAs。最初用来生产有。最初用来生产有真氧产碱杆菌、固氮菌和甲基营养菌，但固真氧产碱杆菌、固氮菌和甲基营养菌，但固氮菌氮菌PHBPHB产量低，甲基营养菌产量低，甲基营养菌PHBPHB分子量分子量小而被淘汰。当前大多采取真养产碱杆菌和小而被淘汰。当前大多采取真养产碱杆菌和重组大肠埃希氏菌。重组大肠埃希氏菌。第38页PHAsPHAs合成及合成及调调控控 PHAsPHAs发发酵生酵生产产中，将中，将发发酵分酵分为为两个两个阶阶段段进进行行控制：控制：第一第一阶阶段段为为菌体菌体细细胞形成胞形成阶阶段，在此段，在此阶阶段微段微生物利用基生物利用基质质形成大量菌体，而形成大量菌体，而PHAsPHAs积积累极累极少；少；第二第二阶阶段段为为多聚体形成多聚体形成阶阶段，当氮、磷、段，当氮、磷、镁镁或氧某种或氧某种营营养耗尽养耗尽时时，细细胞胞进进入入PHAsPHAs形成形成阶阶段，在此段，在此阶阶段段PHAsPHAs大量形成而菌体大量形成而菌体细细胞基本胞基本不繁殖。不繁殖。第39页PHAsPHAs合成及合成及调调控控 可采取流加可采取流加发发酵法酵法对营对营养物养物质进质进行控制。菌体行控制。菌体细细胞形成胞形成阶阶段，在一些必段，在一些必须营须营养成份成养成份成为为生生长长限制原因之前，限制原因之前，对对其其进进行定量流加，延行定量流加，延长细长细胞胞对对数期，从而可取得数期，从而可取得较较高菌体高菌体浓浓度。度。为为降低生降低生长阶长阶段段对对多聚体多聚体积积累，需累，需经过经过流加法控制培养流加法控制培养液中氨离子液中氨离子浓浓度大于度大于200mg/L200mg/L，不然会降低多聚，不然会降低多聚体最体最终终得率。而在多聚体形成得率。而在多聚体形成阶阶段，将以段，将以较较低低速度限量流加氮源。流加法能速度限量流加氮源。流加法能够针对够针对微生物生微生物生长长和聚合物和聚合物积积累累过过程特点程特点实实施灵活控制施灵活控制 。第40页（三）（三）PHBPHB提取方法提取方法 第41页（三）（三）PHBPHB提取方法提取方法 第42页（三）（三）PHBPHB提取方法提取方法3.3.酶酶法提取法提取 4.4.表面活性表面活性剂剂次次氯氯酸酸钠钠法法 第43页（四）（四）PHBPHB在在环环境中降解境中降解PHB能被土壤中发觉能被土壤中发觉295种微生物降解。种微生物降解。PHBV在好氧污水污泥培养在好氧污水污泥培养20oC、10周已降解大部分。周已降解大部分。降解第一步是表面降解第一步是表面OH和和COOH基团数量增基团数量增加，第二步是细菌解聚反应，解聚酶将高聚物加，第二步是细菌解聚反应，解聚酶将高聚物降解成单体。假单胞菌解聚酶可将降解成单体。假单胞菌解聚酶可将PHB降解为降解为3羟基丁酸单体、二体和三聚体，从而进入细羟基丁酸单体、二体和三聚体，从而进入细胞参加代谢。胞参加代谢。第44页（五）（五）PHAsPHAs工业化与发展现实状况工业化与发展现实状况PHAsPHAs以细菌发酵工艺为主，最初生产价格昂贵，以细菌发酵工艺为主，最初生产价格昂贵，（PHB15PHB15美元美元/kg/kg）,缺乏对应市场竞争力，难以大缺乏对应市场竞争力，难以大规模推广应用。经过努力和探索价格降至规模推广应用。经过努力和探索价格降至5.585.58美美元元/kg/kg左右，但与聚丙稀价格（左右，但与聚丙稀价格（1 1美元美元/kg/kg）仍高出）仍高出许多。许多。主要研究：菌种改良，提升对各种原料利用能力主要研究：菌种改良，提升对各种原料利用能力和转化率；发酵技术研究提升生产强度；新型反和转化率；发酵技术研究提升生产强度；新型反应器研究提升传氧效率；产品提取工艺开发。应器研究提升传氧效率；产品提取工艺开发。第45页（五）（五）PHAsPHAs工业化与发展现实状况工业化与发展现实状况极端嗜盐菌比普通细菌产生极端嗜盐菌比普通细菌产生PHAsPHAs中中PHVPHV（聚（聚羟羟基戊酸）含量较高，可处理当前以基戊酸）含量较高，可处理当前以PHBPHB（聚（聚羟羟基丁酸）制备塑料韧性不够问题；而且因为嗜盐基丁酸）制备塑料韧性不够问题；而且因为嗜盐菌在低盐中细胞自溶特点，将大大简化后处理生菌在低盐中细胞自溶特点，将大大简化后处理生产工艺，有望降低成本，为当前生产产工艺，有望降低成本，为当前生产PHBPHB因为价格因为价格问题而限制大规模生产提供新出路。问题而限制大规模生产提供新出路。第46页第二节第二节环环境保境保护护型微生物制型微生物制剂剂生生产产与使与使用用 一、菌种选育一、菌种选育（一）选择大规模生产菌种依据（一）选择大规模生产菌种依据1.1.培养基价格低廉，培养条件要求不高且易控制；培养基价格低廉，培养条件要求不高且易控制；2.2.生生长长速速度度和和代代谢谢速速度度快快，较较短短培培养养周周期期内内到到达达微微生生物量及目标代谢物量较高目标；物量及目标代谢物量较高目标；3.3.抗噬菌体能力强；抗噬菌体能力强；4.4.菌种不易变异退化；菌种不易变异退化；5.5.不不是是人人畜畜病病原原菌菌，不不产产生生污污染染环环境境、危危害害人人体体活活性性物质物质。第47页（二）自然筛选高效菌株（二）自然筛选高效菌株1.1.准备工作（文件调查、策略研究、方案设计）；准备工作（文件调查、策略研究、方案设计）；2.2.采取标本（在适当环境中取）；采取标本（在适当环境中取）；3.3.富集培养（投其所好，取其所抗）；富集培养（投其所好，取其所抗）；4.4.平板分离；平板分离；5.5.基础培养基培养；基础培养基培养；6.6.菌种初筛（平板或摇瓶发酵）；菌种初筛（平板或摇瓶发酵）；7.7.平板分离；平板分离；8.8.摇瓶发酵复筛；摇瓶发酵复筛；9.9.平板分离；平板分离；10.10.菌种摇瓶发酵复筛；菌种摇瓶发酵复筛；11.11.接种较优菌种斜面，深入性能判定，也可作为诱变育接种较优菌种斜面，深入性能判定，也可作为诱变育种出发菌株。种出发菌株。第48页（三）人工构建新菌株（三）人工构建新菌株1.1.诱变育种诱变育种2.2.原生质体融合原生质体融合复复习习原原生生质质体体融融合合关关键键步步骤骤：原原生生质质体体制制备备（脱脱去去或或破破坏坏细细胞胞壁壁，原原生生质质体体逸逸出出）；原原生生质质体体融融合合（促促融融剂剂聚聚乙乙二二醇醇加加CaCa2+2+、MgMg2+2+等等阳阳性性离离子子，或或电电融融合合技技术术）；原原生生质质体体再再生生（高高渗渗培培养养基基或或加加入入蔗蔗糖糖溶溶液液增增加加再再生生率率）；原原生生质质体体选选择择（营营养养缺缺点点型得到互补，或用荧光染色）。型得到互补，或用荧光染色）。黄黄孢孢原原毛毛平平革革菌菌、土土著著细细菌菌YZ1YZ1、酿酿酒酒酵酵母母三三亲亲株株之之间间进进行行真真核原核二界核原核二界细细胞融合。得到胞融合。得到FhhhFhhh遗传遗传工程菌含有高降解性。工程菌含有高降解性。3.3.基因工程菌基因工程菌第49页二、菌数扩增与生产二、菌数扩增与生产（一）种子培养（一）种子培养1.1.种子具备特征种子具备特征（1 1）生活力强，接种至发酵罐迟缓期较短，能快速繁殖；生活力强，接种至发酵罐迟缓期较短，能快速繁殖；（2 2）生理性状稳定；生理性状稳定；（3 3）菌体总量及浓度满足发酵罐要求；菌体总量及浓度满足发酵罐要求；（4 4）无杂菌污染；无杂菌污染；（5 5）保持稳定生产能力。保持稳定生产能力。第50页2.2.种子制备工艺流程种子制备工艺流程保藏菌种斜面菌种摇瓶液体培养逐层种子罐培养保藏菌种斜面菌种摇瓶液体培养逐层种子罐培养第51页（二）发酵生产（二）发酵生产注意几个关键问题：灭菌和无菌操作；适当营注意几个关键问题：灭菌和无菌操作；适当营养供给包含各种营养浓度及百分比；其它发酵工养供给包含各种营养浓度及百分比；其它发酵工艺参数：温度、艺参数：温度、pHpH、溶解氧浓度、菌体浓度、产、溶解氧浓度、菌体浓度、产物浓度。物浓度。第52页.降解石油工程细菌降解石油工程细菌70年年代代美美国国生生物物学学家家查查克克捡捡巴巴蒂蒂(Chakrabarty)针针对对海海洋洋输输油油，造造成成浮浮油油污污染染，影影响响海海洋洋生生态态等等问问题题进进行行了了研研究究。石石油油成成份份复复杂杂，是是由由饱饱和和、不不饱饱和和、直直链链、支支链链、芳芳香香烃烃类类组组成成，不不溶溶于于水水。而而海海水水含含盐盐量量高高，虽虽发发觉觉90各各种种微微生生物物有有不不一一样样程程度度降降解解烃烃类类能能力力，但但不不一一定定能能在在海海水水中中大大量量繁繁殖殖生生存存，而而且且降降解解速速率率也也较较馒馒，查查氏氏将将能能降降解解脂脂(含含质质粒粒A)一一个个假假单单胞胞菌菌作作受受体体细细菌菌，分分别别将将能能降降解解芳芳烃烃(质质粒粒B)、芳芳烃烃(质质粒粒C)和和多多环环芳芳烃烃(质质粒粒D)质质粒粒，用用遗遗传传工工程程方方法法人人工工转转入入受受体体细细菌菌，取取得得多多质质粒粒“超超级级细细菌菌”，可可除除去去原原油油中中23烃烃。浮浮油油在在普普通通条条件件下下降降解解需需一一年年以以上上时时间间，用用“超超级级细细菌菌”只只需需几几小小时时即即可可把把浮浮油油去去除除，速速度度快快效效率率高高。见见下列图。下列图。第53页三、微生物制剂保留和使用保留：04oC冷库中，适量水分使用：存活大量繁殖占优势第54页微生物制剂迟效与失效问题迟效：迟效：适应、繁殖、作用适应、繁殖、作用失效：本身变异，环境条件问题失效：本身变异，环境条件问题第55页