微生物技术在废水处理中的应用-基因工程菌降解污染物技术

基因工程菌在重金属废水处理的应用教学内容1.基因工程的概念2.基因工程的构建3.基因工程菌的基本原理4.基因工程菌在重金属废水处理中的应用

基因工程（geneticengineering）是在分子水平上进行的遗传操作，是指将某一生物（供体）的基因片段在体外经人工与载体相接（重组），构成重组DNA分子，然后转入另一生物体（受体）细胞中，使外源基因在受体细胞中得到表达和遗传。又称重组DNA技术。

因此，供体、受体、载体是重组DNA技术的三大基本元件。1.基因工程的概念1>.多质粒新菌株的构建

转入一个或多个质粒到受体菌构建出具有新降解能力的菌株。2>.降解质粒DNA和染色体DNA的体外重组降解质粒DNA和染色体DNA分子上具有能够编码降解酶及有助于生物降解的基因，将这些编码降解酶的基因在体外进行重组，然后转移到受体细胞中，使受体细胞获得新的降解能力。2.基因工程构建的方法3>.原生质体融合技术

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。选择性基因复制子启动子克隆PCR合成etc.基因工程的构建目的基因重组质粒受体菌表达产物3.基因工程的基本原理基本原理基因工程的操作工具基因工程的操作步骤培育转基因大肠杆菌的简要过程：你认为上述培育转基因大肠杆菌的关键步骤有哪些？普通大肠杆菌(不能分泌胰岛素)人体组织细胞提取胰岛素基因与运载体DNA拼接导入大肠杆菌(含胰岛素基因)转基因大肠杆菌(能分泌胰岛素)培育转基因大肠杆菌的关键步骤：1.ONE胰岛素基因从人体细胞内提取出来2.TWO胰岛素基因与运载体DNA连接3.THREE胰岛素基因导入受体(大肠杆菌)细胞基因的“剪刀”基因的“针线”基因的运载体

基因操作(geneengineering)的工具基因的“剪刀”基因的“针线”基因的“运载工具”如:EcoRI1、该限制酶只能识别GAATTC的序列，说明了限制酶具有的特性是

。2、EcoRI限制酶识别了GAATTC的序列后，将会发生什么样的变化？积极思考专一性1.基因的剪刀—限制性核酸内切酶

基因操作(geneengineering)的工具EcoRI剪切目的基因CTTCATGAATTCCCTAA

GAAGTACTTAAGGGATTGGCATCTTAAAATTCCGTAG

目的基因黏性末端CTTCATGAATTCCCTAA

GAAGTACTTAAGGGATTGGCATCTTAAAATTCCGTAG2.分子针线—DNA连接酶(DNAlinking-enzyme)积极思考DNA连接酶连接的是两个脱氧核苷酸(deoxyribonucleotide)分子的什么部位？基因操作(geneengineering)的工具（1）作用对象：两个具有相同粘性末端的DNA片段。（2）作用位置：脱氧核糖与磷酸之间的缺口（磷酸二酯键）。（3）作用结果：形成重组DNA。3、基因的“针线”——DNA连接酶基因的针线：DNA连接酶

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G用同种限制酶切割目的基因(如人的胰岛素基因)怎样才能导入受体细胞(如大肠杆菌细胞)？3.基因的运输工具——运载体

(carrying)常用的运载体(carrying)有两类：

1）细菌细胞质的质粒(plasmid)2）噬菌体(bacteriophages)或某些动植物病毒(virus)基因操作(geneengineering)的工具大肠杆菌的质粒

(plasmid)：运载体(carrying)应该具有什么特点呢?？基因操作(geneengineering)的工具运载体(carrying)1能够在宿主细胞内复制并稳定保存；２具有多个限制酶切点以便与外源基因相连；３具有标记基因，便于进行筛选．基因工程的基本步骤基因工程(geneengineering)的“四步曲”提取目的基因1目的基因与运载体结合2将目的基因导入受体细胞3目的基因的检测和表达412基因工程的操作工具1.基因的剪刀

——限制性内切酶2.基因的针线

——ＤＮＡ连接酶

3.基因的运输工具

——运载体

基因工程的操作步骤1.目的基因的提取2.目的基因与运载体结合3.目的基因导入受体细胞4.目的基因的检测与表达基因工程(geneengineering)的原理4.基因工程的应用

利用基因工程技术提高微生物净化环境的能力是用于环境治理的一项关键技术。这一技术发展到今天,正形成产业化并列为世界领先专业技术领域之一,广泛应用于食品、医药、化工、农业、环保、能源和国防等许多部门,并日益显示出其巨大的潜力。基因工程在重金属废水处理的应用

利用基因工程菌代替普通微生物处理重金属是近年来研究的热点。基因工程技术在重金属废水治理中的作用主要体现在以下两个方面：提高微生物菌体细胞对重金属离子的富集容量；提高菌体对特定重金属离子的选择性；1>．提高重组菌重金属离子的富集容量若不考虑重组菌对特定重金属离子的选择性而只要提高重组菌重金属离子的富集容量，则通过在微生物细胞表面表达高容量金属结合蛋白或金属结合肽的方法就能很好地达到目的。另外，将经基因技术在菌体中表达的金属结合蛋白分离后固定在某些惰性载体表面同样也能达到重金属离子高富集容量的目的.2．同时提高重组菌的富集容量和对特定重金属离子的选择性通过特异性金属转运系统的表达，基因工程菌对目标重金属的富集作用就介于特异性蛋白与目标重金属之间才存在的生物亲和力，具有很高的排他性，与生物吸附法的表面吸附特性完全不同，这就使有效回收利用废水中重金属离子，使废水中重金属元素实现再资源化成为可能。

生长在污染环境中的某些细菌细胞内存在抗重金属的基因。这些基因能促使细胞分泌出相关的化学物质，增强细胞膜的通透性，将摄取的重金属元素沉积在细胞内或细胞间。

目前，已经发现抗汞、抗隔和抗铅等多种菌株，不过这些菌株生长繁殖缓慢，直接用于净化重金属污染物效果欠佳。人们正视图将抗重金属基因转移到繁殖迅速的受体菌中，使后者成为繁殖率高、金属富集能力强的工程菌，并用于净化重金属污染的废水等。基因工程菌在印染、石油废水处理的应用教学内容1.基因工程菌在印染废水的应用2.基因工程菌在石油废水的应用

染整行业所用的燃料大多是合成染料，加上一些新型助剂，PVA浆料等的加入，使得印染废水具有以下几个特点：1>.色度大，有机物含量高，废水粘性大；

2>.COD和BOD变化大；

3>.碱性大；

4>.可生化性较差；

5>.水温水量变化较大；1.基因工程菌在印染废水的应用

目前，国际上主要有物理化学法、化学法和生物法三类处理方法。优点：处理量大，费用少，较少产生二次污染优点：处理效果好、速度快；缺点：费用高，易造成二次污染；物化法化学法生物法

运用生物工程技术把降解菌的基因片段通过转基因工程转入絮凝菌株，培养出具有絮凝和降解双功能基因的高效基因工程菌并应用于染料废水的处理。

进一步的工作是继续构建系列基因工程菌，筛选出絮凝-降解性能好、遗传特性好和成本低的系列双功能基因工程菌株。1983年，瑞士科学家Kulla发现有两种假单胞菌，具有降解印染废水中两种染料的能力。其一为假单胞菌K24，具有降解1号橙偶氮染料的质粒；其二为假单胞菌K46具有降解2号橙偶氮染料的质粒。

他将两个菌株进行质粒结合，形成具有产生两种酶的细菌细胞。结果该细胞可获得具有降解两种染料的新菌株。2007年，Safia等从染料污染的土壤中筛选纯化出了一个混合菌群JW-2，经16S-RNA确定，它包含类芽孢杆菌、黄微球菌和球菌3中细菌，能快速高效地处理大量纺织染料废水。JW-2在36h内使活性紫5R脱色完全，最佳pH值和温度分别是6.5-8.5和27-35℃，仅需少量底物（如葡萄糖0.1%g/L和酵母提取物0.05%g/L）就可以完成完全脱色。实验表明，次菌株可以对9种不同的染料完全降解，并已在适当的生物反应器中应用。石油的危害：

石油是一种成分十分复杂的混合物，由上千种有机化合物组成，其中，一些有毒的化学物质具有致癌、致畸和致突变的潜在性。其在开采、炼制、运输和使用过程中，不可避免的会抛洒或泄露于海洋，河流和土壤，由此也造成石油对土壤、河流和海洋的严重危害。2.基因工程菌在石油废水的应用20世纪70年代，美国生物学家查克拉巴蒂（Chakrabarty）针对石油，使湖泊、江、海面造成溢油，水面浮油影响水生物，破坏水或生态的影响，研究开发出这项技术。

通常一种菌仅具有氧化少数几种烃的能力，如将他们混合培养在一起进行原油降解，则由于原油组分复杂，各组分降解难易程度不同，不同菌种对石油组分的利用性又差别很大，因此降解过程十分缓慢。为此，考虑将各种菌种所含降解烃的质粒移入到一个菌株中去。

经研究比较，选择铜绿色假单胞菌PAO（Pseudomonasaeruginosa）作为各种