第四章-环境生物工程的最新进展7

第四章环境生物工程的最新进展,主讲人：李丽华联系地址：化工学院环境工程系联系电话：5929273电子邮箱：lilihua07,环境生物工程的最新进展,主要内容,4.1.1天然有机物的生物可降解性4.1.2合成有机物的生物可降解性4.1.3定向选育的方法4.1.4应用实例,4.1微生物定向选育及其应用技术,主要内容,天然有机物是自然环境的代谢产物，包括腐殖质、微生物分泌物，溶解的动植物组织及动植物物的废弃物等。因为这类化合物在自然界是以微生物合成的方法形成的，在合成过程中，很多酶参与反应，而酶反应大多数是可逆的。因此，这类化合物可以在生物降解过程中很容易被相应的酶所分解，即天然有机物的生物降解性是普遍存在的，并且已经与物质转化（循环）相平衡。自然界存在的碳循环、氧循环、氮循环、氢循环、硫循环和磷循环等都存在着天然有机物的合成与分解。微生物与碳循环之间的关系可以用一个理想化的食物网来表示，如下图所示。,4.1.1天然有机物的生物可降解性,在大多数陆地和浅水环境中，初级生产者主要是高等植物，主要的食草动物为无脊椎或脊椎动物，微生物是分解者。在极端环境中，如裸露的岩石表石、地球两极地区、高盐和高温地区，微生物是食物网主要的初级生产者和分解者。在类似于陆地和水的环境中，食物网的分解者主要是微生物，降解动物和植物的尸体，分解其他生物未完全消化的有机物，如粪便和尿素等等。对于绝大多数合成有机化合物来说，生物降解是最重要的降解过程之一，生物降解速率对于估计合成有机物在环境中的转化、归宿和风险性起着重要的作用。合成有机化合物的生物降解性可分为易生物降解和难生物降解。所谓难生物降解，是相对于易生物降解而言。如果一种化合物在自然环境中在任意长的时间内保持它的固有性质和状态，则认为它是难于生物降解；在一个不太明确停留时间系统中，如果一种化合物滞留可达几个月或几年之久，也认为是难于生物降解的；对于人工生物处理系统，例如，在活性污泥或厌氧反应器中，如果一种化合物通过一定的处理，在几天之内还未被分解或消除，则同样被认为是难于生物降解的通常使用B/C比来衡量,4.1.1天然有机物的生物可降解性,4.1.2合成有机物的生物可降解性,而影响合成有机化合物生物降解性的因素包括：,这是最重要的影响因素，包括微生物的种类、生长速率和适应-驯化程度等方面。a.微生物的种类组成：微生物的种类组成可以决定化合物降解的方向和程度。而微生物的种类组成又与环境中化学物质有关。在特殊环境中某些微生物占优势，主要是因为环境中存在能被这种微生物代谢的化学物质。例如：在含有烃类的水、土中，利用烃类的微生物占优势，这是自然富集的结果。微生物的种类组成除与底物有关外，也随温度、湿度、酸碱度、氧气和营养供应以及种间竞争等的改变而改变取决于生长特性。,微生物活性的影响,b.微生物的生长速率：在生长速率最快的对数期，代谢最旺盛，活性最强。以污染物为唯一碳源或主要碳源作降解试验（见右图），显示微生物经停滞期进入对数生长期，污染物相应由停滞期进入迅速降解期。同样道理，在微生物稀少的自然环境中可存留几天或几周的有机物，在活性污泥中几小时就被降解。,微生物活性的影响,c.适应-驯化程度污染物的降解转化，适应是一个重要因子。通过适应过程，新的、为微生物陌生的化合物能诱导必需的降解酶的合成；或由于自发突变而建立新的酶系；或虽不改变基因型，但显著改变其表现型，进行自我代谢调节，来降解转化污染物。以上过程中，微生物群体向着适应环境条件的方向变化。其中驯化是定向培育微生物的方法与过程，它通过人工措施使微生物逐步适应某特定条件，最后获得具有较高耐受力和代谢活性的菌株。在环境生物学中常通过驯化，获取对污染物具有较高降解效能的菌株，用于废水、废物的净化或有关科学实验中。驯化的方法有多种，最普遍的途径是以目标化合物为唯一或主要碳源来培养微生物，在逐步提高该化合物浓度的条件下，经多代传种而获得高效降解菌。,化合物的化学组成和结构的影响从60年代起，对化合物的化学结构和生物降解性关系的研究逐渐活跃，尤其是近几年，该领域的研究有了很大的发展，并逐渐应用于降解动力学和对降解机理的探讨产生了QSBR（南开戴树桂）。有机化合物本身的化学组成和结构，形成空间障碍使其具有抗降解性。规律为：结构简单的较复杂的易降解；分子量小的较分子量大的易降解；聚合物和复合物抗生物降解；烃类化合物一般是链烃比环烃容易降解；不饱和烃比饱和烃容易降解，直链烃比支链烃容易降解，支链烷基愈多愈难降解；碳原子上的氢都被烷基或芳基取代时会形成生物阻抗物质；环状化合物中环数目增加妨碍生物降解；另外，取代基对有机化合物的生物降解性影响很大，如果以偶氮染料为例具体规律有：,偶氮染料分子包括13个偶氮键(-N=N-),键上连有苯基或萘基。在苯基和萘基上一般又连有氨基(-NH2),氯基(-Cl),羟基(-OH),甲基(-CH3),硝基(-NO2)和磺酸基(-SO3-)等官能团。例如：,a.偶氮染料,（1）染料芳环上取代基的种类对其降解性有着重要影响：羟基(-OH)、氨基(-NH2)、胺基(N(CH3)2)促进染料脱色，增强其降解性；甲氧基(-OCH3)、磺酸基(-SO3-)、硝基(-NO2)、甲基(-CH3)和羧基(-COO)抑制染料的生物降解性；当芳环上同时带有促进和抑制基团的时候，染料的脱色效果要看促进基团和抑制基团的协同影响效果，即分子中的-OH，-NH2，-N(CH3)2能否抵消-SO3Na，-Cl，-NO2，-COONa的抑制作用。（2）染料芳环上相同取代基的数目也影响其生物降解性：促进基团如-NH2，-OH的数目越多，染料越容易被降解；染料芳环上的抑制基团如磺酸基(-SO3-)数目越多时，对染料降解的抑制作用越强，染料越难被降解。（3）染料芳环上取代基的位置不同，其生物降解性不同：含羧基的偶氮染料其脱色率顺序为邻位间位对位；含羟基和磺酸基的偶氮染料其脱色率顺序为对位间位邻位；含硝基的偶氮染料其脱色率则不受硝基位置的影响。,b.取代基与生物降解性关系：,（1）细胞膜对具有不同分子量和不同种类取代基的染料的吸附作用和跨越运输能力不同；Michacls和杜晓明指出，结构中带有-NH2，-N(CH3)2，-OH的偶氮染料，易被细菌吸附而被降解；而带有-CH3，-OCH3的染料不易被细菌吸附而难于降解；磺酸基和羧基因为有较强的亲水性，故难于被细菌吸附跨膜而难于降解。（2）此外，偶氮双键附近的电子云密度也是影响其降解的一个主要因素，这主要与偶氮染料的降解机理有关偶氮键断裂。偶氮键附近电子云密度越高,偶氮键就越牢固,而使得偶氮染料的还原速率降低,反之染料的还原速率提高。拉电子基团-SO3H，-SO2NH2）在对位取代时，还原速率增大。,造成降解性差异的原因,环境因素的影响,影响降解的环境因素，包括:物理条件（如温度、化合物的可接近性等）、化学条件（如PH、氧化还原电位、化合物的浓度、其他化合物分子的协同或拮抗效应等）生物条件（如适合微生物存在的条件、适合的微生物及遗传信息的结合、足够的适应时间等）。从环境因素的角度看，其生物降解性并不是化合物的固有特性，而是环境状态表现的结果。改变了环境状态，本来难降解的化合物可能变得易于降解了。,4.1.3定向选育的方法重点掌握随着科学技术和工业生产的飞速发展，工业废水中的合成有机化合物种类和数量激增，微生物由于缺乏与之降解相适应的酶系统，所以使之表现出难以生物降解的性能。一些新合成工业有机物大多属于难生物降解物质，对环境造成了严重污染。为此需要获得高效优势菌，即对某种特定的污染物或者特定的某种废水具有较高的去除降解效果的细菌、真菌、酵母菌等微生物。获得这些高效优势菌通过-定向选育,定向选育筛选与定向培育,筛选“众里挑一”,定向选育具体方法,定向培育“教育培训”,（1）细菌的筛选方法,天然特殊区域采样种源在被污染的水、土壤中必然存在特效降解菌，这些菌种在特定的污染环境中能够存活说明它们即使不能利用污水中的污染成分做养分来源，对环境也有一定的耐受能力。能否成功获得特种高效降解菌，种源是重要因素。,收集被采油废水长期污染的土壤、底泥和深井油泥，以无菌水做成稀释悬液，必有适应石油环境利用石油作为食物的细菌。,原理：优胜劣汰，适者生存,方式：选择性培养（天然+人工）,例如：筛选能降解石油的细菌？,人工选择性富集培养基大多数情况下，在采集的样品中，所要选择的微生物不一定是优势菌，为了增加分离特效菌株的成功率，需要设法增加待分离菌的数量需要进行富集培养，以为下一步驯化创造条件；富集培养是在目的微生物含量较少时，根据微生物的生理特点，设计一种选择性培养基，创造有利的生长条件，使目的微生物在最适的环境下迅速生长繁殖，数量增加，由原来自然条件下的劣势菌转化成人工环境中的优势菌，以便将他们从中分离出来。富集培养又称增殖培养，使用的方法需要根据筛选目的而定，主要是根据不同微生物的生长增殖对环境和培养基的特殊要求进行富集培养和分离，通常又称施加选择压力的分离方法。具有方法分：控制培养基的营养成分；控制培养条件：PH，温度，氧；抑制不需要的菌类；,以目标化合物为唯一或主要碳源（根据矿化或共代谢）通常为了使获得的高效菌适宜于实际工程应用，通常采用基本无机盐培养基即选择性富集培养基目标化合物基本无机盐培养基或/（共代谢底物）此外，厌氧培养基：氯化物，不能用硫酸盐（产生硫化氢），可添加硫化钠降低氧化还原电位，提供厌氧环境；好氧培养基：硫酸盐、氯化物也可。实例：（1）以筛选蒽醌染料中间体溴氨酸脱色菌为例，富集培养基组成：(NH4)2SO41.0g/L，MgCl26H2O0.2g/L，CaCl22H2O0.05g/L，KH2PO40.5g/L，K2HPO40.6g/L，溴氨酸2g/L，pH=7.2（2）以筛选醌还原菌为例，富集培养基组成：NaHCO35.0g/L，NH4Cl1.0g/L，KH2PO40.5g/L，K2HPO40.6g/L，MgCl26H2O0.2g/L，CaCl22H2O0.05g/L，Na2S9H2O0.037g/L，AQDS2g/L，葡萄糖1g/L,通常采用的选择性富集培养基,（2）细菌的驯化,渐变诱导法(休眠的酶基因复活+自然突变)方法：,1,选择性培养基（待降解物，如石油）浓度升高,1,大一大四,死,结果,筛选与诱导驯化可以同时进行特点:操作简便，驯化的潜力有限，慢。,目前已获得的高效优势菌,高分子合成聚合物的降解聚酯黑曲霉，枯草溶菌素己二酸、戊二酸共聚物出芽茁霉聚羟基丁酸黑曲霉,黄曲霉酰胺各种细菌和霉菌所分解聚苯酰胺枯草溶菌酶及黑曲霉降解己内酰胺黄杆菌(Flavobacteriumsp.KI72)聚乙二醇(PEG)铜绿色假单胞菌(分子量20000以上)(Pseudomonasaeruginosa)聚丙二醇(PPG)棒状杆菌属(orynebacteriumsp.No.)聚氨基甲酸乙酯(1,000-8,000)真菌聚-乙丙酸内酯(1300-2900)争论产碱杆菌脂环烃环已烷诺卡氏菌(Nocardia）,具体有,芳香烃甲苯恶臭假单胞菌萘.苯并芘(a)铜绿假单胞菌硝基苯雅致小克银汉霉菌邻苯二甲酸酯食酸假单胞菌红平诺卡氏菌木质素白色腐朽菌(White-rot)采绒革盖菌(Coriolusversicolor)粉状侧孢菌(Phanerochaetechrysosporium)链霉菌(Stoeptomyces)诺卡氏菌(Nocardia)芽胞杆菌(Bacillus)气单胞菌(Aeromonas)假单胞菌(Pseudomonos),微生物去除汞化合物,毒性的分子机理,有机汞降解菌,参与催化第一步反应的酶为有机汞裂解酶，催化第二步反应的酶为汞还原酶，最后产生挥发性的Hg0。汞还原酶为诱导酶。从土壤中分离到的假单胞菌K62抗汞菌株能降解有机汞，如苯甲酸汞（PMA），降解的产物有苯和Hg0。在24h内，这株菌可以把大约70%的PMA降解掉,有机汞：苯甲酸汞(PMA)对-羟基苯甲酸（HMB）甲基氯化汞(MMC)乙基氯化汞（EMC）荧光素乙酸汞（FMA）,利用铁氧化菌处理含铁废水氧化铁硫杆菌（Thiobacillusferrooxidans）含硫废水硫酸还原菌H2SO4S=FeS,4.1.4应用实例生物强化技术生物强化技术是指在生物处理系统中，通过投加优势高效菌种来增加和改善处理系统的能力达到提高废水处理效果的手段和方法。生物强化技术的作用：提高对目标化合物的去除率；改善污泥性能和减少污泥总量；增强系统的抗冲击负荷能力和稳定性；加快系统启动速度；实施方法直接投加:简便易行,但菌株易于流失或被其他微生物吞噬。微生物固定化技术：是指将微生物固定在载体上使其高度密集并保持其生物活性功能，在适宜的条件下还可以增殖以满足应用之需的生物技术，已成为发展趋势；常见固定化方法吸附固定法包埋固定法交联固定法,吸附法，又叫载体结合法，是依据带电的微生物细胞和载体之间的静电、表面张力和粘附力的作用，使微生物细胞固定在载体表面和内部形成生物膜。包埋法，是将微生物包埋在凝胶的微小格子或微胶囊等有限空间内，微生物被包裹在该空间内不能离开，而底物和产物能自由地进出这个空间，常用的有凝胶包埋法、纤维包埋法和微胶囊法。包埋法对细胞活性影响小，它是固定化细胞常用的方法。如海藻酸钙法交联法，是通过利用含有两个或两个以上官能基团的试剂与微生物细胞表面的反应基团如梭基、氨基等发生反应，使细胞之间交联成网格结构，从而制成固定化网格，其结合力是共价键。该固定化方法微生物反应活性损失较大，且采用的交联剂大都比较昂贵，因此应用受到一定的限制。,目前常被用于处理高浓度有机废水或某些含难降解有机物的工业废水,常见固定化方法,含酚废水化工废水含芳烃废水染料废水含LAS废水洗涤废水,当前,微生物遗传学相关技术主要集中在以下几个方面：基因突变(诱变)技术、基因重组技术、基因置换、扩增技术等系列基因改造技术及染色体外遗传物质的转移、重组和改造技术；一些利用生物遗传物质(染色体DNA、RNA、质粒DNA)结构和性能上的特异性而发展起来的在基因水平上的监测技术。这些技术在环境科学领域中的应用主要集中在四大方面：筛选构建转化降解微生物；改进工程菌的遗传稳定性；提供更为科学快捷准确多样的环境监测和环境评价技术手段,以及帮助合成生物可降解新型材料。,4.2生物遗传工程及其应用技术,4.2.1遗传学遗传是亲代和子代生物学性状传递的过程，使亲代的特征在子代中重现。遗传学就是研究遗传机制的科学。4.2.2经典遗传学门德尔遗传定律杂交过程的规律染色体遗传学染色体有丝分裂染色体减数分裂基因连锁一条染色体上的基因不能与自身的基因相结合，但能与另一条染色体上的基因结合。染色体交换减数分裂中，染色体发生交换。染色体畸变染色体上基因的结构重新布置。4.2.3现代遗传学,DNA的复制与合成。,复制的主要阶段：,人类活动产生的许多化学物,尤其是难降解的化学物,已成为当今环境污染的主要根源之一。利用微生物遗传工程技术筛选构建高效转化降解微生物是解决此类问题很好的途径。而获得此类高效降解菌的方法通常有两种。,筛选构建转化降解微生物,是利用物理或化学诱变剂处理均匀分散的微生物细胞群，促进其突变率大幅度提高，然后采用简便、快速和高效的筛选方法，从中挑选少数符合育种目的突变体。诱变剂：凡提高突变率的理化因子都可称诱变剂。物理诱变主要采用辐射，如紫外线、X射线、射线、激光和快中子化学诱变剂包括能与核酸碱基发生反应的化合物，如烷化剂、亚硝酸、羟胺，以及核酸碱基类似物（5溴尿嘧啶等）。核酸碱基类似物的分子结构与碱基结构类似，在DNA复制时，它们可以被错误掺人DNA，引起诱变效应,诱变法-基因突变法,基因突变的分子机制DNA碱基丢失、增多、错配等点突变染色体畸变,基因突变的特点,发生.随机性结果.无定向性基因突变在哪一个细菌中发生是随机的，突变基因的部位也是随机的。突变的发生没有固定的方向。频率.稀有性可.诱变性突变率（每一细菌在每一世代中发生某一性状突变的机率）通常为10-5-10-10。十万至一百亿个细菌中才可能有一个细菌的基因发生突变，人工诱变可提高10-105倍,.可逆性：修复成功.稳定性：修复失败，产生的变异性状是稳定的。利用基因突变的特点，可以通过人工诱变进行细菌的基因改造。,诱变育种的基本过程如下：(1)选择合适的出发菌株；(2)制备待处理的菌悬液；(3)选择合适的诱变剂剂量进行诱变处理；(4)筛选突变出的高效菌方法是采用选择性培养基；(5)保藏和扩大培养。,评价,诱变法潜力要远大于诱导法，但操作复杂。在实际诱变中，往往要经过几次不同诱变方法的诱变处理以及大量繁琐的筛选分离工作才有可能获得理想的突变体。最后这些突变体将会在实验室小试、中试的基础上被投放到生产实践中。通常生产上更多利用的是诱导法。污泥培养初期逐步提高污水比例，有些菌种不能适应被淘汰(筛选)，能产生诱导酶的菌株及自发突变体中能来降解此类废水的菌种能够生存而被保留下来，且能力逐步提高，使废水达到预期的排放标准；参见环境微生物学技术手册,基因重组法遗传工程法,一些情况下,自然界已有的,或采用传统的育种方法筛选驯化获得的处理菌株在繁殖速度、处理污染物的效率以及适应能力等方面满足不了人类治理工程的需要,但其细胞内却含有降解特定污染物的生物酶基因编码,此时可利用一定的遗传工程技术将其有关的基因转入繁殖速度快、适应能力强的受体菌细胞内,构建出兼具多种优势的新型工程菌。遗传工程方法：，,包括两个水平的研究：一种是细胞水平；另一种是基因水平。所以，又可把它分为细胞工程和基因工程。细胞工程两个细胞原生质体融合基因工程两个细胞DNA片段剪接拼接,狭义的讲，遗传工程就是基因工程。,基因工程原理人工基因重组,自然基因重组：转化、转导、接合；,人工基因重组：对遗传物质进行人工干预下的转化、接合、转导技术。用人为的方法将所需的某供体生物的遗传物质DNA分子提取出来，在离体条件下切割后，把它与作为载体的DNA分子连接起来，然后导入某一受体细胞中，让外来的遗传物质在其中进行正常的复制和表达，从而获得新物种的一种崭新的育种技术。原理：限制性核酸内切酶,基因重组：不同个体基因重新组合,提问：要获取国外的某些先进技术（部分基因）有哪些途径？,工业间谍（地下工作者）的拿来主义,引进,合作开发,细菌亦然,.转化Transformation（引进）,供体细菌研碎物中的DNA片段直接吸收进入活的受体细菌并发生基因重新组合的方式。,受体细菌获得了供体细菌的部分遗传性状“转运同化”转化现象是1928年英国的细菌学家格里菲斯首先发现的,，被命名为格里菲斯实验（证明DNA是生命遗传物质的经典实验之一）。,引进,.接合（合作）,.转导（间谍窃取）间谍？噬菌体细菌病毒通过噬菌体的携带而转移导手的基因重组现象称为转导。转导是1951年辛德尔(Zinder)和莱德贝尔格(1Jederberg)在研究鼠沙门氏伤寒杆菌重组时发现的。,细菌有性生殖,目前构建方法：（1）多质粒新菌株的构建：研究发现降解化合物所需的酶除了由染色体上的基因编码的外，还有由染色体以外的遗传物质所编码,这类遗传物质称之为降解性质粒。质粒细菌染色体外的小的双链闭合环状DNA，它是能在细胞内自我复制，在细胞分裂时保持恒定数目传递给子代的遗传因子。质粒大小在（12）106道尔顿之间，一个细胞内的质粒分子量越小，则质粒数越多，分子量越大则质粒数越少;质粒的复制类型有两种：严紧型和松弛型。严紧型质粒多半是一些具有自身传递性能力的大质粒，其DNA复制与宿主染色体DNA复制相偶联，每个细胞仅1-2个拷贝，不能充当载体。松弛型质粒DNA复制不与染色体DNA偶联，复制调控以松弛的方式进行，相当于每一个染色体的质粒数在10个15个拷贝之间，大多数基因工程使用后者;降解性质粒之间具有相容性,利用这一特性,把能够降解不同底物的质粒组合到一个菌株中,组建一个多质粒的新菌株,这一新菌株能够降解多种污染物或者能够完成降解过程中的多个环节，还可利用质粒的自身转移特性,使不带降解性质粒的菌株带上质粒,获得降解能力。,质粒的整合将某种质粒整合到另一种细菌内，使之产生新的性状。降解质粒上的降解基因，在微生物菌群之间不易通过转导方式进行转移，只能通过接合方式而实现种内或种间转移。通过接合，降解质粒的遗传信息可快速地转移到原来不具有质粒的受体菌中，既不受DNA量的限制，又不需受体细胞必须有同源DNA才能重组的限制。例如，TOL质粒和2,4-D质粒几乎可以在所有G-菌中不受限制的转移。根据质粒的功能可分为抗药性质粒、降解质粒、载体质粒等。目前已知的降解质粒有4类：石油降解质粒农药降解质粒工业污染物降解质粒抗重金属离子的质粒具体步骤：,1、目的基因的获得2、DNA体外重组3、将重组体转入受体细胞4、重组体克隆的筛选和鉴定5、外源基因表达产物的分离与提纯,(2)原生质体融合技术虽然质粒在污染物的生物降解中起到重要作用,能编码高效降解污染物的酶。但是,有一些编码降解污染物的酶的基因并不存在于质粒分子上,而是存在于微生物的染色体上。例如,在假单胞菌中,降解短链烷烃的基因都在质粒上,而在不动杆菌中,这一降解基因却位于染色体上在生物降解反应中,微生物间相互提供了彼此生长或发生降解反应所需的某种生长因子,或是由于互补作用形成一个所需降解酶类活性都很高的反应体系。原生质体融合技术就是利用微生物细胞共生或互生作用的机理,将多个细胞的优点集中到同一个细胞中。由于原生质体融合技术具致育性限制小,遗传物质能完整传递,育种的效率高,定向性好等优点。从80年代起,这一技术被广泛用于污染物处理工程菌的研究,并取得了十分喜人的研究成果。例如,我国学者降解含氯有机化合物工程菌的构建和工程菌LEY3的构建等,都是利用了原生质体融合技术取得的成果。说明这方面的研究前景十分广阔,有待进一步深入研究。,原生质体融合步骤(1)选择亲本：选择两个具有育种价值并带有选择性遗传标记的菌株作为亲本。(2)制备原生质体：经溶菌酶除去细胞壁，释放出原生质体，并置高渗液中维持其稳定。(3)促融合：聚乙二醇加入到原生质体以促进融合。聚乙二醇为一种表面活性剂，能强制性的促进原生质体融合。在有Ca2+、Mg2+离子存在时，更能促进融合。(4)原生质体再生：原生质体已失去细胞壁，虽有生物活性，但在普通培养基上不生长，必须涂布在再生培养基上，使之再生。(5)检出融合子：利用选择培养基上的遗传标记，确定是否为融合子。(6)融合子筛选产生的融合子中可能有杂合双倍体和单倍重组体不同的类型，前者性能不稳定，要选出性能稳定的单倍重组体，反复筛选出生产性能良好的融合子。,一、生物传感器研究起源第一个生物传感器的诞生：20世纪的60年代,Updike和Hicks把葡萄糖氧化酶(GOD)固定化膜和氧电极组装在一起,首先制成了第一种生物传感器,即葡萄糖酶电极。到80年代生物传感器研究领域已基本形成：标志性事件是:1985年生物传感器国际刊物在英国创刊;1987年生物传感器经典著作在牛津出版社出版;1990年,首届世界生物传感器学术大会在新加坡召开90年代开始生物传感器处于快速发展阶段。,4.3生物传感器及其应用,生物传感器是一个非常活跃的研究和工程技术领域,它与生物信息学、生物芯片、生物控制论、仿生学、生物计算机等学科一起,处在生命科学和信息科学的交叉区域。共同特征是:探索和揭示出生命系统中信息的产生、存储、传输、加工、转换和控制等基本规律,探讨应用于人类经济活动的基本方法。生物传感器技术研究重点是:广泛地应用各种生物活性材料与传感器结合,研究和开发具有识别功能的换能器,并成为制造新型的分析仪器和分析方法的原创技术,研究和开发它们的应用。生物传感器主要由生物感应元件（生物活性材料）和信号传导器两部分组成。可用来制作生物感应元件的物质有酶、酶组分、生物体、组织、细胞、抗体、核酸、有机物分子等,其主要功能是对被测物质进行选择性作用,即识别被测物质；信号传导器的主要形式有电势测量式、电流测量式、电导率测量式、阻抗测定式、光强测量式、热量测定式、声强测量式、机械式等,其主要功能是将生物元件与被测物质相互作用所产生的物理化学效应转变为可以输出的电信号。,二、生物传感器简介,将具有分子识别功能的生物物质通过特殊加工技术涂敷固定在固态载体上(例如高分子膜等)，形成功能膜，当其与被测物质相接触时，膜内的感应物质首先与被测物质选择性地吸附，发生相互作用形成复合物，从而表现为化学变化、热变化、光变化或直接产生电信号方式等；化学变化、热变化和光变化由信号传导器转化为易于输出的，与待测物质浓度成比例的电信号，这个信号能够进一步被放大、处理或储存，然后利用电子仪器进行测量，记录，从而达到分析检测的目的。固定化技术,三、生物传感器的原理,三、生物传感器的种类按照其感受器中所采用的生命物质分类,可分为:微生物传感器、免疫传感器、组织传感器、细胞传感器、酶传感器、DNA传感器等；按照传感器器件检测的原理分类,可分为:热敏生物传感器、场效应管生物传感器、压电生物传感器、光学生物传感器、声波道生物传感器、酶电极生物传感器、介体生物传感器等；按照生物敏感物质相互作用的类型分类,可分为：亲和型和代谢型两种。,（1）BOD测试仪：以微生物的单一菌种或混合种群作为BOD微生物电极，由于水体中BOD物质的加人或降解代谢的发生，用于制作BOD生物传感器的微生物主要有酵母、假单胞菌、芽抱杆菌、发光菌和嗜热菌等。一般是将微生物夹膜固定在溶解氧探头上,当样品溶液通过传感器检测系统时,渗透过多孔膜的有机物被固定化的