生物工艺原理论文.doc

格物致新 厚德泽人 NANCHANG UNIVERSITY 生物工艺基础论文专 业： 机械设计制造及其自动化 班 级： 机制126 学 号： 5901112240 学生姓名： 高北斗 2014年5月重组的微生物用于降解污染物的安全性摘要：随着科学技术的发展进步，人类对环境的污染也日益严重，各类污染物被排放到自然界中。污染物的自然降解俨然已是国际研究的热点，微生物对污染物的降解是自然界保持生态平衡，消除环境污染的一个重要环节。微生物具有分布广泛，数量巨大、代谢类型多样和适应突变能力强等特点，任何存在污染物的地方都可能出现相应的降解微生物，并存在或强或弱的生物代谢降解作用。一些发达国家在环境有益微生物的开发、应用等领域进行了大量的研究，取得了较大的经济、环境效益。有益微生物在水污染综合治理、有机化合物的生物降解、固体废弃物的微生物处理等方面有着重大作用，有益微生物在污染物降解中的前景广泛。微生物是地球生态系统中最重要的分解者，在污染物的降解转化中至关重要。这有利于资源的再生利用，利用微生物降解污染有机物对保护生态环境、推动农业可持续发展和增强我国农产品市场竞争力都具有十分重要的意义。关键词:微生物降解;污染物;研究进展 经过一学期的学习，我收获了很多。从最初对于选修这门课的作用产生着大大的疑问，到现在渐渐明白了这门选修课的奥妙。不得不说，我们应该学习不同的除了本专业外的其他学科来拓宽我们的视野，我们在本学期学的内容，让我知道了很多实验方法、实验设备的广泛用途，同时也让我深深的体会到在学校所学的东西的重要性。除了研究方法之外，我也学习到了一些理论方面的知识。 相对于生物的进化历史来说，有些污染物被释放到环境中的时间是非常短暂的，微生物与之相互作用的时间就更短了。但是农药等生物外源性物质的广泛使用和对环境的污染，增加了微生物生存环境中的不利因素，用科学术语来说，就是增加了微生物进化的选择压力。这起到了促进微生物的物种发生改变和进化的作用，因为只有那些发生了对微生物本身存活有利的突变（如抗药性、转化能力、降解活性）的微生物，才能继续存在于自然界中。我们人类最感兴趣和有可能加以利用的微生物的新特性，正是它们对生物外源性物质的转化和降解作用。 污染物的自然降解主要是微生物的作用，因此研究影响环境污染物生物降解的因素是研究热点的主要内容。首先,我们应该明白生物降解是什么。生物降解（Biodegradation）是细菌或其他微生物通过的酶系活动分解物质（特别是环境污染物）的过程。它和传统的分解在本质上是一样的，但又有分解作用所没有的新的特征（如代谢，降解等），因此可视为分解作用的扩展和延伸。我们从微生物本身特性、污染物特性、环境因素三个方面展开讨论： 第一，微生物本身特性在自然生态系统中，来自于生物体的每一种天然的无毒有机物几乎都有相对应的降解微生物。只要具备合适的条件，微生物就可以沿着一定的途径降解这些有机物。微生物的代谢方式：不同的微生物的代谢方式有很大差异，所需代谢营养物质不同。多糖类有机物是异养微生物的主要能源，也是生物细胞重要的结构物质和贮藏物质。微生物的酶系：每一种微生物都有自己特定的酶系以催化相应物质的代谢，因此每种微生物只能降解特定的物质。微生物的生长条件：微生物都有自己适宜的生长环境，需要不同条件下的温度、pH、水等。只有在环境条件满足微生物生长需求的条件下微生物才能生长和降解。催化酶被抑制或者失活：某些污染物可以抑制微生物的特定的酶，甚至造成酶的失活，从而影响微生物的降解。污染物浓度的影响：微生物属于细胞结构，需生长在一定的渗透压环境中，若在高渗的环境（高污染物浓度）中时，细胞吸水容易造成菌体破裂，影响降解。第二，污染物的特性生物降解有机化合物的难易程度首先决定于生物本身的特性，同时也与有机物结构特征有关。结构简单的有机物一般先降解，结构复杂的一般后降解。具体情况如下： 有机物接触不到微生物。有机化合物分子量的大小对生物降解能力有重要的影响，聚合物和复合物的分子能抵抗生物降解，主要因为微生物所必需的酶不能靠近并破坏化合物分子内部敏感的反应键。 不饱和脂肪族化合物(如丙烯基和羰基化合物)一般是可降解的，但有的不饱和脂肪族化合物（如苯代亚乙基化合物）有相对不溶性，会影响它的生物降解程度。有机化合物主要分子链上除碳元素外还有其他元素（如醚类、饱和对氧氮乷和叔胺等），就会增强对生物降解作用的抵抗力。 脂肪族和环状化合物较芳香化合物容易被生物降解。 具有被取代基团的有机化合物，其异构体的多样性可能影响生物的降解能力。如伯醇、仲醇非常容易被生物降解，而叔醇则能抵抗生物降解。 增加或去除某一功能团会影响有机化合物的生物降解程度。例如羟基或胺基团取代到苯环上，新形成的化合物比原来的化合物容易被生物降解，而卤代作用能抵抗生物降解。很多种有机化合物在低浓度时完全能被生物降解；而在高浓度时，生物的活动会受到毒性的抑制，酚便是一例。第三，环境因素营养条件营养物对微生物的作用是：（1）提供合成细胞物质时所需要的物质；（2）作为产能反应的反应物，为细胞增长的生物合成反应提供能源；（3）充当产能反应所释放电子的受氢体。所以微生物所需要的营养物质必须包括组成细胞的各种元素和产生能量的物质。因此污染物应该能够提供微生物所需要的物质才能够被分解。温度对生物降解的影响温度对微生物具有广泛的影响，不同的反应温度，就有不同的微生物和不同的生长规律。从微生物总体来说，生长温度范围是080。根据各类微生物所适应的温度范围，微生物可分为高温性（嗜热菌）、中温性、常温性和低温性（嗜冷菌）四类。 微生物的全部生长过程都取决于化学反应，而这些反应速率都受温度的影响。在最低生长温度和最适温度范围内，若反应温度升高，则反应速率增快，微生物增长速率也随之增加，处理效果相应提高。但当温度超过最高生长温度时，会使微生物的蛋白质变性及酸系统遭到破坏而失去活性，严重时蛋白质结构会受到破坏，导致发生凝固而使微生物死亡。低温对微生物往往不会致死，只有在频繁的反复结冰和解冻，才会使细胞受到破坏而死亡。但是低温将使微生物的代谢活力降低，通常在5以下，细菌的代谢作用就大大受阻，处于生长繁殖的停止状态。PH值 微生物的生化反应是在酶的催化作用下进行的，酶的基本成分是蛋白质，是具有离解基团的两性电解质。PH值对微生物生张繁殖的影响体现在酶的离解过程中，电离形式不同，催化性质也就不同；此外，酶的催化作用还决定了基质的电离状况，PH值对基质电离状况的影响也进而影响到酶的催化作用。一般认为PH值是影响酶的活性的最重要因素之一。 在生物降解过程中，一般细菌、真菌、藻类和原生动物的PH值适应范围在410之间。细菌就大多数来讲在中性和弱碱性（pH=6.57.5）范围内生长最好，但也有的细菌如氧化硫化杆菌，喜欢在酸性环境中生存，其最适pH值为3，亦可在pH值1.5的环境中生存。酵母菌和霉菌要求在酸性或偏酸性的环境中生存，最适pH值为36，适应范围为pH1.510之间。由此可见，在生物降解中，保持微生物的最适pH范围是十分重要的。否则，将对微生物的生长繁殖产生不良影响，甚至会造成微生物死亡，破坏生物降解的正常进行。溶解氧 根据微生物对氧的要求，可分为好氧微生物、厌氧微生物及兼性微生物。好氧微生物在降解有机物的代谢过程中以分子氧作为受氢体，如果分子氧不足，降解过程就会因为没有受氢体而不能进行，微生物的正常生长规律就会受到影响，甚至被破坏。 而厌氧微生物对氧气很敏感，当有氧存在时，它们就无法生长。这是因为在有氧存在的环境中，厌氧微生物在代谢过程中由脱氢酶所活化的氢将与氧结合形成H2O2，而厌氧微生物缺乏分解H2O2的酸，从而形成H2O2积累，对微生物细胞产生毒害作用。所以使用厌氧微生物降解时要注意隔绝空气。有毒物质 在被降解物质中有时存在着对微生物具有抑制和杀害作用的化学物质。有毒物质对微生物的毒害作用，主要表现在使细菌细胞的正常结构遭到破坏以及使菌体内的酶变质，并失去活性。有毒物质可分为：重金属离子（铅、铜、铬、砷、铜、铁、锌等）；有机物类（酚、甲醛甲醇、苯、氯苯等）；无机物类（硫化物、氰化钾、氯化钠、硫酸根、硝酸根等）。有毒物质对微生物产生毒害作用有一个量的概念，即达到一定浓度时显示出毒害作用，在允许浓度以内，微生物则可以承受。由于某种有毒物质的毒性随pH值、温度以及其他毒物的存在等环境因素不同而有很大差异，或者毒性加剧，或者毒性减弱；另外，不同种类的微生物对同一种毒物的忍受能力也不同。因此，对某一降解物进行生物降解时，要通过一定的实验来确定毒物的允许浓度。综上所述，微生物特性、污染物特性、环境因素等对生物降解有着很大的影响。 微生物降解污染物的影响因素:v物质的化学结构,生物降解有机物的难易程度首先取决于生物本身的特性，同时也与有机物的结构特征有关。共代谢作用,环境中的污染物常通过共代谢而获降解；尤其对一些结构复杂的有机污染物更是如此。环境物理化学因素,包括微生物生长所需的营养元素、通气情况、酸碱度、温度、水分、光照和毒物等，均会影响微生物对污染物降解的范围与速度。v中间体或终产物可能变成更复杂的物质，或者毒性增加，比原始污染物更为有害在自然生态系统中，来自于生物体的每一种天然的无毒有机物几乎都有相对应的降解微生物。只要具备合适的条件，微生物就可以沿着一定的途径降解这些有机物。 几十年的研究表明,大部分的有机污染物都能被微生物不同程度地降解或转化,许多污染物在微生物中的代谢途径也不断得到了阐明。这些污染物可以被分为几类,各类中的物质间根据它们类似的降解机理,通过共同的中间物连接起来,形成一条代谢的“主干”途径。 生物技术在环境领域的应用已有多年历史,其中有较早的活性污泥法处理工业废水以及近20年来发展起来的生物修复技术。微生物可降解的污染物种类大致可分为多环芳烃(PAHs)、有机染料和颜料、表面活性剂、农药、酚类和卤代烃等。目前,应用生物降解原理治理被污染的环境所具有的潜在优势得到了广泛认可。它不仅经济、安全,而且所能处理的污染物阈值低、残留少,其应用前景看好。应用微生物来治理环境污染(比如处理有毒难降解有机污染物)的研究正受到世界各国的普遍重视,相关研究也十分活跃。基因重组微生物在造福人类的同时,如使用不好或管理不善,有可能对人类造成严重的生物威胁,影响到人类健康、农业和环境安全。随着生物技术的快速发展,我国国内已有不少实验室在从事微生物基因组的操作,包括进行基因突变、拼接和改造。但是,相对于技术的发展,我国基因重组微生物安全性管理相对滞后。我们要防范基因重组微生物可能引起的威胁,合理平衡技术发展与生物安全的关系。基因重组技术可能对微生物的降解作用存在安全问题。 通过这学期的学习，并将其知识与我们现在的实际相联系，我渐渐认识到学校所教予的东西的重要性，知道了很多现代生物技术在实际生活中的应用，这些极大拓宽了我的视野，我将在以后的学习中尽量的多学习各个学科的知识，以此丰富自己的知识面，在学习中与其联系，以便抓住重点，力求进一步的自我提升。通过这学期的学习更让我体会到学习外语的重要性，以后一定要加强对此的学习，因为在学习的过程中我发现很多的名词都是用英语写的，要是自己能看懂那些外文，对于我学习这门学科肯定有很大的作用，通过取长补短，一定会对我以后的工作、学习和生活产生重大影响。 最后，我要感谢老师，由于他她引导，以及介绍大量的相关的知识，才会激起我的学习兴趣，我才会好好的、仔细的了解这些知识，也才对生物工程技术有了更深一步的了解，增强了自己的知识面，让我看到交叉学科的魅力，了解了更多的知识，同时也为自己迈出下一步奠定了良好的基础。 一个不能靠自己的能力改变命运的人，是不幸的，也是可怜的，因为这些人没有吧命运掌握在自己的手中，反而成为命运的奴隶，而人的一生中究竟有多少个春秋，有多少事是值得回忆和纪念的？生命就像一张白纸，等待着我们去描绘，去谱写。 通过学习这门选修课，我认识到了自己的不足。我们要用发展的眼光对待自己所学习的知识，同时要正确认识自己。著名哲学家苏格拉底把镂刻在古希腊特尔斐神庙的名句“认识你自己”，可见，认识自我对自己以后定位目标有很大的好