环境生物技术思考题.doc
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1、 绪论 思考题1、 我国的环境问题重要体现在哪些方面?水的问题、大气的问题、生活垃圾水土流失严重、荒漠化加剧;涉及淡水在内的许多资源短缺;草原退化严重、沙化和碱化面积逐年增长;濒危野生动物、植物物种增多,生物多样性锐减;自然灾害频繁发生,经济损失重大。2、 什么是环境生物技术?广义上讲: 凡是涉及环境污染控制的一切与生物技术有关的技术,都可以称为环境生物技术。严格上讲:环境生物技术指的是直接或间接运用生物或生物体的某些组成部分或某些机能来减少或消除污染物产生的生产工艺或能高效净化环境污染,同时又能生成有用物质的工程技术。3、 环境生物技术划分为几个层次?各层次的内容是什么?是否有明显的界线?从
2、技术难度和理论深度上环境生物技术一般可划分为三个层次:第一层次:是指以基因工程为主导的近代污染物防治生物技术。涉及构建降解杀虫剂、除草剂、多环芳烃类化合物等高效基因工程学,发明抗污染型转基因植物等。这个层次是以现代生物技术知识为基础,为寻求快速有效的污染治理与防止途径提供了也许,是解决目前出现的日益严反复杂的环境问题的强有力手段。第二层次:是以废物的生物解决为重要内容,既涉及传统的生物解决技术,如废水的生物解决的活性污泥法、生物膜法等,也涉及在新的理论和技术支撑下开发出的废物强化解决技术和工艺,如生物流化床等。这个层次的环境生物技术是当今废物生物解决中应用最广泛的技术,在高新技术不断渗入的过程
3、中,其自身也在不断改善,是目前环境污染治理中的主力军。第三层次:是指运用天然解决系统进行废物解决的技术,重要涉及氧化塘、人工湿地系统和农业生态工程等。这个层次的特点是最大限度地发挥自然界环境中生物生态功能;投资运营费用少,易于操作管理,是一种省力、省费用、省能耗的技术。在解决实际环境污染问题时,三个层次的技术也许会集于一体,很难有明显的界线。例如:在废物资源化生物技术中,所需要的高效菌也许是通过基因工程技术构建的,采用的工艺既也许是现代的发酵技术,也也许是传统的技术。4、 环境生物技术重要应用于哪些方面?废水生物解决技术;固体有机废物的生物解决技术;大气污染的生物防治技术;污染环境的生物修复技
4、术;环境污染防止生物技术;环境生物监测技术等。5、 环境生物技术最有应用前景的是在哪个领域?环境生物技术最有应用前景的领域是废物高效生物解决技术、污染事故的现场补救、污染环境的现场修复技术、及可降解材料的生物合成技术 第一章 生物工程技术及其在环境污染防治中的应用 思考题1、 什么是酶工程?其重要涉及的内容是什么?酶是动物、植物、微生物等生物体内自身合成的、参与生化反映、并传递电子、原子和化学集团的生物催化剂。酶学是现代生物技术领域中十分重要的学科,并与其他学科,特别是生物化学、物理化学、微生物学、遗传学、植物性农学药理学等关系密切。酶工程:是运用酶的催化作用进行物质转化(合成有用物质,分解有
5、害物质)的技术,是将酶学理论与化工技术结合而形成的新技术。酶工程涉及的内容:酶的生成、酶的分离纯化、酶分子的修饰、酶固定化、酶反映动力学、酶反映器、酶的应用等。2、 酶的应用领域有哪些?酶在环境治理中的应用,可追溯到采用微生物降解污染物质的应用。目前普遍采用的活性污泥法和生物膜法就是典型的应用酶来治理环境污染是例子。这个酶采用的是微生物细胞内的酶系统。3、 什么是酶的固定化?其方法有哪些?各方法中重要的内容、特点是什么?固定化酶:是指将酶固定在载体上,在一定的空间范围内进行催化反映的酶(其被限制在一定的空间的同时,又不妨碍底物的自由扩散)。酶的固定化方法重要有:吸附法、包埋法、结合法、交联法等
6、吸附法:采用非水溶性吸附剂,将酶或含酶菌体吸附在其表面,而使酶固定的方法就称为吸附法,为一种物理方法。可运用的吸附剂有:活性炭、高岭土、氧化铝、硅胶、硅藻土、多孔玻璃、胶原、纤维素、羟基石灰石等。影响酶与吸附剂结合限度的重要因子有:pH值、离子强度、温度、溶剂性质和种类、酶的浓度等。特点:操作简朴,条件温和,载体可以反复使用,但是酶与吸附剂吸附不牢固,容易脱落。包埋法:将酶或酶菌体包埋在凝胶微小格子或半透性的聚合物内,这样的酶固定化方法被称为包埋法。可运用的载体重要有:琼脂、琼脂糖、明胶、树脂等。特点:不易渗漏,底物分子可以在包埋结构中任意扩散,局限性是分子量大的底物在网格中扩散较困难,这种方
7、法不适合大分子底物的测定。结合法:选择适宜的载体,使酶与载体通过共价键或离子键互相结合在一起的固定方法。特点:采用离子键相结合的方法:其条件温和,操作简便,只需要一定的pH值、温度和离子强度下即可,结合活性损失少,但结合力弱。采用共价键结合的方法:结合牢固,酶分子不易脱落,载体不易被降解,但是操作麻烦。交联法: 借助功能试剂,使酶结合到惰性载体上。功能试剂具有2个功能基团:能与酶分子中-氨基和-氮基发生共价交联。重要的试剂有:戊二醛、双偶氮苯、无水丁烯二酸一乙酸等。特点:操作简朴,结合牢固,局限性之处是固定化时需要严格控制pH值。4、 举例说明酶在环境污染治理中的应用。活性污泥法就是运用曝气池
8、内的活性污泥中的微生物,不断地从其周边的环境中摄取污水中的有机物质作为营养加以摄取和代谢。污水中的有机污染物一方面被吸附在大量微生物栖息的活性污泥的表面,并与微生物细胞表面接触,在微生物透膜酶的作用下,透过细胞壁进入微生物细胞体内,(小的有机物质直接透过细胞壁进入微生物体内,大分子的有机物质在胞外酶的作用下,被水解成小分子的有机物再进入细胞内)。在各种酶的作用下对其进行代谢反映,从而达成将水体中有机污染物去除的目的。5、 运用酶解决污废水有什么益处?能解决难以生物降解的化合物;无论污废水的浓度高或低,都合用酶来解决;操作时,pH值、温度和盐度的范围广泛;不会由于生物物质的聚合而减慢解决速度;解
9、决过程的控制简便易行。6、 对基因工程起决定性作用的三大发现及三大发明是什么?生物遗传物质DNA的发现、DNA双螺旋结构的发现、遗传信息传递方式的拟定工具酶、载体、逆转录酶7、 什么是基因工程?涉及哪些内容有哪些特点?将外源基因通过体外重组后,导入受体细胞内,使这个基因能在受体细胞内复制、转录、翻译、表达的过程,称为基因工程。基因的分离、重组、转移,以及基因在受体细胞内的复制、转录、翻译、表达的全过程基因工程的特点:DNA分子的新组合是按照工程学的方法设计和操作的;设计和操作赋予了基因工程跨越天然物种屏障的能力,克服了固有的物种间的限制;允许并扩大了定向发明新物种的也许性,这是基因工程最大的特
10、点。8基因工程实行的必要条件是什么? 工具酶、基因、载体、受体细胞9、 试举例说明,在环境污染治理中,哪项基因工程技术相对成熟,应用最广泛?最成熟的最广泛的就是质粒育种技术。例如:大肠杆菌的F因子、R因子可以通过细胞与细胞的接触而转移,质粒从供体细胞转移到受体细胞中,使受体细胞具有供体细胞的遗传性状。10、 质粒存在于哪种微生物的什么部位?是指在原核微生物中,除染色体外,携带少量遗传基因的环状DNA分子,这个就称为质粒。11、 与土著菌相比较,工程菌具有哪些特点?提高了微生物的降解速率;拓宽了底物的专一性构建的工程菌,与环境中的土著菌比较而言,前者有更强的适应能力。因此,在使用工程菌时,应防止
11、工程菌作为外来物种侵入环境,工程菌的快速物种运用性和广谱的底物运用范围成为优势菌种,使环境中的土著菌逐渐消失,破坏本地的自然环境。12、 什么是细胞工程?涉及哪些内容?是指应用微生物进行细胞水平的研究和生产。各种微生物细胞的培养:不同微生物的营养规定及培养方法;遗传性状的改造:改变微生物遗传性状,目的是进行基础性遗传学研究或选育高产菌株。微生物细胞的应用:有微生物细胞自身的应用,如产生单细胞蛋白;运用微生物细胞进行有用产物的生产13、 在细胞工程中,运用什么技术构建工程菌?质粒育种技术14、 什么是发酵工程?其重要内容是什么?是将微生物学、生物化学、化学工程学的基本原理有机地结合起来,运用微生
12、物的生长和代谢活动来产生各种有用物质的工程技术。生产菌种的选育;发酵条件的优化与控制;反映器的设计;产物的分离、提取与精制等。15、 什么是固态发酵?其过程是什么?有什么优缺陷?是指某些微生物生长需水量少,可以运用疏松而具有必要营养物的固体培养基进行发酵生产,这种发酵类型称为固态发酵。固态发酵的过程: 一般为开放式的,不是纯培养,无菌的规定不高,通常是将原料加工,煮灭菌,加入一定量的水,接种,发酵。之后出料,并进行适当的解决,提取产物。优点:设备简朴,操作方便,因地制宜的运用一些来源丰富的工农业副产品。局限性:劳动强度大,不便于机械操作,微生物品种少,且生长慢,产品有限等。第二章 污染防止的生
13、物技术 思考题1、污染防止的重要性和意义是什么?重要涉及三个方面:尽也许改善燃料结构,减少大气中污染物的排放;实行水资源的合理运用,提高水的循环运用率,减少废水的排放;改变传统的生产工业,实行清洁生产。2、 一般将环境中的污染物分为哪几类?大气中的污染物、水体中的污染物、土壤中的污染物3、 概述大气、土壤、水体中重要的污染物。烟尘及生产性粉尘、SO2、CO、烃类、H2S、CO2、Pb、Hg、Cr生活污水、垃圾、工业三废、汽车废气、农田用农药和化肥。有毒物质:某些无机盐、重金属、农药、致癌物如:苯并芘、来源于树脂焦油、石油产品、汽车废气、沥青路面等重要来自工业排放的污水、生活污水、自然降水、以及
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