《环境生物技术》
环境生物技术及其应用
环境生物技术及其应用环境是人类赖以生存的基础，环境生物技术则是指将生物学、环境科学和工程学等知识融合，通过开发和利用生物资源来解决环境问题的技术。
环境生物技术在环境保护、资源开发和利用等方面有着广泛的应用前景。
一、环境生物技术的发展历程自人类工业革命以来，工业、农业、城市化等活动的快速发展造成了严重的环境问题，全球环境的恶化和污染日益严重。
为解决这些问题，人们开始探索和研究环境生物技术。
20世纪60年代，在污水处理和污染物去除方面，人们首次尝试利用微生物进行生物处理。
之后，环境生物技术不断改进和发展。
随着分子生物学、基因工程、计算机等技术的逐步应用，环境生物技术不断发展壮大，成为当今环保领域发展的重要分支。
二、环境生物技术的应用1. 污染物降解通过利用许多生物，如菌类、微藻以及光合细菌，可以有针对性地降解各种有机和无机污染物，如石油、化学工业废水、纺织业废水、农业化学品和重金属等。
2. 废物和废水处理环境生物技术在污水处理中已经得到广泛应用。
通过使用生物反应器或池塘、湖泊等，可以达到有效处理污水的目的。
此外，利用微生物降解废物，可以减轻垃圾填埋场的压力，并改善生活垃圾处理的环境。
3. 土壤修复环境生物技术在土壤修复中也有重要应用。
通过运用生物吸附、生物降解、生物复合修复等手段，有效地修复了土壤中的重金属、有机化合物和植物营养物质等污染物，从而提高了土地的质量，使其可以更好地支持种植和生长植物。
三、环境生物技术的发展趋势随着生物技术发展的加速，环境生物技术的应用前景广阔。
未来环境生物技术将在以下方面得到更多应用：1. 智能化随着计算机技术和人工智能的发展，环境生物技术将更加智能化。
如利用遥感技术监测水质，利用大数据分析各种污染物的分布以及环境变化预测等，在环境生物处理上实现智能驱动。
2. 集成化环境生物技术将逐步实现“一体化”处理。
即在生物修复、污水处理、固体废物处理等方面，融合多种生物技术手段，形成更加综合、高效的处理系统。
环境生物技术复习题及答案
环境生物技术复习生物技术：以现代生命科学为基础，结合先进的工程技术手段及其他基础学科的科学原理，按照预先的设计改造生物体或加工生物原料，为人类生产出所需产品或达到某种目的。
环境生物技术：应用于环境领域的生物技术生物技术基本特征：高效益，高智力，高投入，高竞争，高风险，高势能环境生物技术三个层次高层次是指以基因工程为主导的近现代污染防治生物技术；中层次是指传统的废物生物处理技术（如废水处理中的活性污泥法、生物膜法等）；低层次是指利用天然处理系统进行废物处理的技术（如氧化塘、人工湿地、土地处理系统、农业生态工程等）。
环境生物技术的技术组成：环境污染治理基因工程技术；环境污染生物治理技术；环境污染生物修复技术；环境污染预防生物技术；环境生物监测技术；环境生物资源化技术环境生物技术在环境中的应用：环境生物技术研究内容可分为三个部分：一，以基因工程为主导的近代防治污染生物技术；二，以废物的生物处理为注意内容；三，主要包括氧化塘、人工湿地和农药生态工程等。
生物氧化的方式:1.有氧氧化：在有氧条件下，好气生物或兼性生物吸收空气中的氧作为电子受体，可将有机物基质完全氧化分解。
2.无氧氧化：在无氧条件下，兼性生物或厌气生物能利用细胞中的氧化型物质作为电子受体，将燃料分子氧化分解。
3.无氧呼吸：以无机物分子作为氢受体。
4.厌氧发酵：以有机物作为最终氢受体。
有机污染物代谢的基本过程包括：向基质接近、吸附在固体基质上、胞外酶的分泌、基质的跨膜运输、细胞内代谢。
自然界中生物有机物分解的代谢途径1，好氧降解：多糖类-单糖类|脂肪类-甘油+脂肪酸类|--丙酮酸-氧化脱羧--乙酰-CoA-三羧酸循环-CO2+H20蛋白质类-氨基酸类|木质素-芳香族单体|2.厌氧降解第一阶段：水解发酵阶段：多糖-（水解）-单糖-（糖酵解）-乙醇和脂肪酸蛋白质-（水解）氨基酸-(脱氨基）-脂肪酸和氨第二阶段：产氢、产乙酸阶段，由产氢产乙酸细菌将丙酸、丁酸等脂肪酸和乙醇等转化为乙酸、H2和CO2。
《环境生物技术》课件
01
微生物通过分解有机物，将复杂的有机物转化为简单的无机物
，为其他生物提供能量和养分。
转化能量
02
微生物在生态系统中扮演着生产者和消费者的角色，通过光合
作用或分解有机物获得能量，维持生态平衡。
净化环境
03
微生物可以降解和转化有毒有害物质，净化水体、土壤和空气
等环境介质。
微生物的ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ解原理
酶促反应
微生物通过分泌酶来分解有机物，酶是一种具有高度选择性的生物 催化剂，能够加速有机物的分解。
技术瓶颈与挑战
技术应用范围有限
目前的环境生物技术主要集中在 某些特定领域，对于一些复杂的 环境问题，技术的适应性和效果 有待提高。
技术转化率低
尽管有一些环境生物技术的研究 成果，但这些成果在实际应用中 的转化率较低，难以实现大规模 应用。
缺乏系统性的解决
方案
针对环境问题的复杂性，需要提 供系统性的解决方案，而不仅仅 是单一的技术应用。
生物膜法
通过生物膜上的微生物降解废水中的 有机物，常见的有生物滤池、生物转 盘等。
厌氧生物处理
在无氧条件下，利用厌氧微生物将废 水中的有机物转化为甲烷和二氧化碳 等，实现废水的净化。
固体废物处理
总结词
利用生物技术对固体废物进行稳定化和减量化处理，减少对环境的危 害。
堆肥化
将有机固体废物堆放在一定条件下，利用微生物的作用将其转化为稳 定的腐殖质，实现废物的资源化利用。
通过显微观察和生理生化实验等方法 对分离得到的微生物进行鉴定和纯度 检测。
培养基的使用
根据分离的微生物种类和目的，选择 适合的培养基，以保证微生物的生长 和繁殖。
PART 03
环境生物技术
环境生物技术环境生物技术是近些年来备受关注的一个领域。
随着环境污染问题的日益严重，人们开始寻找新的途径来解决这一问题。
环境生物技术的发展，提供了一种非常具有前景的解决方案。
什么是环境生物技术？环境生物技术是一种利用生物学原理和技术来控制、修复和改善自然环境的方法。
这一技术主要将生物体的能力和环境功能相结合，以实现保护和修复环境的目的。
该技术通过利用微生物和其他生物活动，降解和去除有害物质，修复受损的生态系统，并维护和保护自然资源。
环境生物技术的应用范围非常广泛，包括废水处理、土壤修复、环境监测、环境保护等领域。
环境生物技术的应用领域环境生物技术的应用领域包括废水处理、土壤修复、环境监测和环境保护等。
在废水处理方面，环境生物技术被广泛应用于废水处理厂和污水处理设施。
该技术通过运用微生物降解和去除废水中的有机物、氮和磷等有害物质，达到对废水进行净化的目的。
在土壤修复方面，环境生物技术可以帮助人们去除土壤中的有害物质，使污染土壤变得适合植被生长。
这种技术非常适用于修复受损的农田和化工厂周边的污染土地。
在环境监测方面，环境生物技术可以监测大气、土壤、水体和生物资源等领域。
通过利用生物学技术，可以更准确地监测环境中的各种有害物质，同时也可以追踪和评估生物资源的变化情况。
在环境保护方面，环境生物技术通过维护和保护自然资源，使环境变得更加健康和可持续。
该技术可以通过增加生态系统的多样性和稳定性，减少环境污染和生物多样性的丧失。
通过环境生物技术的应用，环境质量得以提高，生态系统的健康得以维持，同时也保护了人类的健康和安全。
环境生物技术的特点和优点环境生物技术具有一系列独特的特点和优点。
首先，该技术对环境资源的需求非常低。
相比于传统的环境修复技术，环境生物技术不需要大量采集和使用原材料，更不需要大量能源的消耗。
因此，该技术有助于减少环境对资源的依赖和消耗，进而减轻对环境的负担。
其次，环境生物技术能够提高环境修复的效率。
环境生物技术
环境生物技术（一）生物技术的内容基因工程：在基因水平上操作并改变生物遗传的技术，它的核心是重组DNA 技术。
细胞工程：应用细胞培养、细胞融合等细胞生物学方法，以改善品种，生产生物制品及其组分的技术。
酶工程：在一定生物反应装置中利用酶的催化作用，将相应的原料转化成有用物质的技术。
发酵工程：培养活细胞以取得生物体或代谢产物的技术。
蛋白质工程：运用基因工程全套技术改变蛋白质结构的技术。
染色体工程：探索基因在染色体上的定位，异源基因导入、染色体结构改变。
生化工程：生物反应器及产品的分离、提纯技术。
生物反应器：利用酶或生物体（微生物、动植物细胞）具有的功能，在生物体外进行化学反应的装置系统。
（二）、环境生物技术环境生物技术的定义可以由生物技术的定义延伸扩展而获得，即直接或间接利用完整的生物体或生物体的某些组成部分或某些机能．建立降低或消除污染物产生的生产工艺，或者能够高效净化环境污染以及同时生产有用物质的人工技术系统，称之为环境生物技术。
二、环境生物技术的研究内容第一层次-现代环境生物技术，是指以基因工程为主导的现代污染防治生物技术．如构建降解杀虫剂、除草剂、多环芳烃类化合物等污染物的高效基因工程菌，创造抗污染型转基因植物等。
这一层次知识密集，为快速、有效地防治污染开辟了新途径，使解决日益出现的大量环境难题成为可能。
第二层次是指传统的废物生物处理技术，如活性污泥法、生物膜法，及其在新的理论和技术背景下产生出的强化处理技术和工艺，如生物流化床、生物强化工艺等。
这是目前广泛使用的治理污染的生物技术，仍在不断强化和改进，已为控制现时的环境质量起到了极其重要的作用。
第三层次是指利用天然处理系统进行废物处理的技术，如氧化塘、人工湿地和农业生态工程等，其特点是最大限度地发挥自然界的生物环境功能，投资运行费用少，易于操作管理。
三、环境生物技术的应用环境生物监测：监测追踪污染物(精确、敏感、即時)生物修复：大气污染的治理,水污染的治理,污染土壤的生物修复污染生物预防清洁生产、绿色技术、降低污染：转基因植物增加抗病虫害，減少农药使用生物燃料、生物塑胶重点研究范围：（1）解决基因工程菌从实验室进入模拟系统和现场应用过程中，其遗传稳定性、功能高效性和生态安全性等方面的问题；（2）无害化或无污染生物生产工艺技术研究，如生物制浆、生物絮凝剂、生物冶金等；（3）生物反应器和固定化技术高效处理废水的工业应用研究；（4）废物资源化和能源化研究，利用废物生产单细胞蛋白、生物塑料、生物肥料以及甲烷、氢气等；（5）发展对环境污染物的生理毒性及其对生态影响的检测技术。
环境生物技术课程教学大纲
《环境生物技术》课程教学大纲课程英文名称：Environmental biotechnology课程编号：1832172002课程计划学时：32学分：2课程简介：《环境生物技术》课程是为生物工程专业和环境工程专业的本科生所开设的一门专业选修课，是在学生具备了生物化学、微生物学或环境工程微生物学的基础知识之后才可进行选修的专业技术基础课。
该课程在这两个专业的本科生培养过程中占有比较重要的地位。
该课程主要讲述生物技术中的基因工程、发酵工程、酶工程以及细胞工程在环境污染的治理以及环境友好材料的生产中的应用，同时还包括生物农药等内容，所涉及的知识面较广。
其中重点为基因工程和发酵工程在环境治理中的应用，要求学生掌握基因工程和发酵工程原理和应用，为学生将来在环境科学领域的发展打下坚实的基础。
学生通过对本门课程的学习不仅是掌握了生物工程的基本技术在环境治理领域的应用，由于这些基本技术的原理是一致的，又可以将这些所学知识与食品生产、化工产品的生产以及在制药方面的应用联系起来，为学生将来在其他领域的发展可奠定一定的基础。
一、课程教学内容及教学基本要求第一章环境生物技术引论本章重点为生物技术发展简史的四个阶段，难点为生物技术发展简史的四个阶段所特有的代表性产品。
第一节生物技术的学科体系与发展简史本节要求了解生物技术的定义，生物技术的学科体系(考核概率10%)，理解生物技术的高新特征(考核概率30%)，掌握生物技术的发展简史(考核概率60%)。
1生物技术的定义2 生物技术的学科体系3 生物技术的发展简史4 生物技术的高新特征第二节环境生物技术的学科体系本节要求了解环境生物技术的定义，环境生物技术的学科体系(考核概率10%)，理解环境生物技术的层次性(考核概率30%)，掌握环境生物技术的主要研究范围 (考核概率60%)。
1 环境生物技术的定义2 环境生物技术的技术体系与学科结构3 主要研究范围第二章环境生物技术的生物学基础本章重点为微生物学、酶学以及生态学中的基础知识，难点为生态系统的自净作用。
环境生物技术
名词解释:SVI:污泥体积指数。
是评价污泥絮凝性能的重要指标，指单位质量污泥所具有的容积。
SVI=SV*10/MLSS。
污染物降解动力学：研究污染物降解速率与污染物浓度、生物量浓度、温度、pH等理化因素间定量关系的一门学科。
RAPD：随机扩增多态性DNA。
是一种建立在PCR基础之上的一种可对整个未知序列的基因组进行多态性分析的分子技术。
利用合成的随机引物（一般为8~10个碱基）对基因组DNA进行PCR扩增，然后电泳检测PCR产物的多态性。
环境基因组:基因组中环境应答基因的总和。
DGGE：变性梯度凝胶电泳。
FISH：荧光原位分子杂交。
混合悬浮固体（MLSS）：1L活性污泥中含干固体的毫克数。
问答：“蓝白斑”原理:进行阳性重组子筛选和鉴定的方法。
一般情况下，当载体进入受体细胞后，载体质粒（pUC）中的半乳糖苷酶基因N端前146个aa编码区，可与受体细胞中含β-半乳糖苷酶LacZ基因C端的875个aa编码区结合，通过“α互补”形成LacZ基因的全序列，从而正常表达出半乳糖苷酶。
当目的基因未插入载体时，载体中无活性的146个aa编码区完整，可与受体细胞形成“α互补”，表达出完整的半乳糖苷酶，降解X-gal，菌落呈蓝色。
当目的基因插入载体时，载体中146个aa编码区被破坏，无法与受体细胞形成“α互补”，无法表达出完整的半乳糖苷酶，X-gal不被降解，形成白色菌落。
白色菌落即为筛选出的阳性重组子。
DNA变性：DNA复性：应用：PCR，DNA测序，分子克隆，分子杂交等。
分子克隆：采用人工的方法将一个基因的片段插入到载体DNA中，构成重组DNA分子，再将它转入受体细胞中复制扩增，即进行无性繁殖的过程，是基因工程的核心技术。
内容包括基因分子与合成，DNA重组与转化，阳性重组子的筛选与鉴别，外源基因的转录与表达。
一般的操作流程：抽提目标DNA->PCR扩增目标DNA->DNA重组->转化阳性重组子（用重组DNA转化受体细胞，用Ca离子预处理，通过蓝白斑实验筛选和鉴别阳性重组子）->基因工程下游技术。
《环境生物学》 第七章
结论： （1）生化呼吸线位于内源呼吸线之上，表明该有机物或废水可被微生物 氧化分解。两条呼吸线之间的距离越大，有机物或废水的生物降解性越好； 反之亦然（图7-1A）。 （2）生化呼吸线与内源呼吸线基本重合，表明该有机物不能被活性污泥 微生物氧化分解，但对微生物的生命活动无抑制作用（图7-1B）。 （3）生化呼吸线位于内源呼吸线之下，说明该有机物不能被微生物分解， 且对微生物生长产生了有害抑制作用，生化呼吸线越接近横坐标，抑制作 用越大（图7-1C）。 3、测定相对耗氧速率曲线
第七章 生物净化和治理的传 统方法
[本章要点]
本章介绍了环境生物技术的定义、研究 内容和在环境领域中的应用，阐述了微生物 处理污染物的特点、原理、影响因素和传统 微生物处理法的工作原理和方法。
环境生物技术（environmental biotechnology）诞生的背景：
由于人们的生产，生活活动对环境造成了各种各样的污染，人类 的生存和发展面临着严峻的挑战，迫使人类必须发动一场“环境革命” 来拯救自身，环境生物技术因此而诞生并日益受到重视，人们把生物 技术开发和应用的注意力转向环境保护。
6.废物强化处理技术研究
7.环境的生物监控技术研究
四个热门方向：
基因工程菌从实验室进入模拟系统和现场应用过程中，如何解决其遗传 稳定性、功能高效性和生态安全性等方面问题
开发废物资源化和能源化技术，利用废物生产单细胞蛋白、生物塑料、 生物农药、生物肥料以及利用废物生产生物能源，例如甲烷、氢气、乙醇 等
耗氧速率就是单位生物量在单位时间内的耗氧量，生物量可用活性污
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《环境生物技术》
一、课程基本信息
课 程 编 号：2522310
课程中文名称：环境生物技术
课程英文名称：Environmental Biotechnology
课 程 类 型：(专业限选课)
总 学 时：36+18 理论学时：36 实验学时18
学 分：2
适 用 专 业：生物技术
先 修 课 程：普通生物学/2531000，生物化学/2501030，微生物学/2580030
开 课 单 位：生命科学学院
二、课程性质和任务
《环境生物技术》是一门生物技术专业的选修课。
通过本课程的学习，可使学生了解环境生物技术的全貌、最新成果和发展方向，初步了解污染物的类型与一般特征，掌握废水、废气、固体废弃物等生物处理的基本原理和基本工艺；了解污染土壤和水体的生物修复技术及其基本原理；了解污染预防及环境生物检测基本技术；了解生物能源、生物源表面活性剂和生物农药的应用及生产工艺。
达到拓展学生视野的目的，并为今后从事废物、废水生物处理、污染场地生物修复和生物活性环保产品开发等工作提供相关的理论知识背景。
三、课程教学目标
在学完本课程之后，学生能够了解：
1. 了解污染物的类型及环境行为，污染物对生物的影响；
2. 了解污染与净化指标，污染物的在生物体内的转运与转化；
3. 了解微生物动力学；
4. 熟悉废水的生物处理技术；
5. 了解污染环境的生物修复技术；
6. 了解生物技术与资源开发；
7. 掌握基本的环境检测技术。
四、理论教学环节和基本要求
（一）绪论
1. 环境的概念及分类
2. 全球环境问题
3. 现代环境生物技术的发展史
4. 环境生物技术的作用及市场状况
本章的重点：环境问题
本章的难点：环境的内涵
（一）环境中的微生物
1．了解大气中的微生物、水体中的微生物、土壤中的微生物、极端环境中的微生物的分类；
2．掌握微生物的检测方法；
3．了解微生物与碳、氮、磷、硫物质循环。
本章的重点是：环境微生物的分类。
本章的难点是：微生物与碳、氮、磷、硫物质循环。
（二）环境污染对生物的影响
1．了解污染物的类型；
2．掌握污染环境的类型；
3．了解污染物的迁移规律及物理、化学转化规律；
4．了解污染物在分子、细胞、组织、个体及群体水平上对生物的影响。
本章的重点是：污染环境的类型。
本章的难点是：污染物的迁移规律及物理、化学转化规律。
（三）环境污染的生物净化作用
1．掌握污染环境的净化指标；
2．理解BOD，COD，TOD，TOC的含义及其相互关系；
3．掌握BOD的测定方法；
4．了解污染物的生物转化途径；
5．理解氧垂曲线的含义。
本章的重点是：BOD的测定方法
本章的难点是：BOD，COD，TOD，TOC的含义及其相互关系。
（四）现代生物技术与环境污染治理
1．掌握基因工程和蛋白质工程的基本原理
2．理解蛋白质的定向进化技术。
本章的重点是：蛋白质工程的基本原理。
本章的难点是：蛋白质的定向进化技术。
（五）微生物动力学
1．掌握Monod方程；
2. 环境对生物的影响。
本章的重点与难点：Monod方程及各参数的生物学意义。
（六）反应器与活性污泥动力学
1．了解反应器的基本类型；
2．掌握反应器的物料平衡方程；
3．了解活性污泥动力学。
本章的重点是：反应器的物料平衡方程。
本章的难点是：推流式反应器的物料平衡方程。
（七）废水的生物处理技术
1．了解常见的活性污泥废水处理技术；
2．掌握好氧活性污泥废水处理工艺的原理；
3．了解厌氧活性污泥废水处理工艺的原理及基本的工艺类型。
本章的重点是：好氧活性污泥废水处理工艺的原理。
本章的难点是：不同活性污泥废水处理工艺的优缺点。
（八）生物修复技术
1．了解生物修复技术与生物恢复；
2．了解生物修复技术的主要工艺；
3．了解水体污染的生物修复技术；
4．了解土壤污染的生物修复技术；
5．了解石油污染的生物修复技术。
本章的重点是：大型水生植物处理系统(MATS)
本章的难点是：植物降解、根际降解、植物挥发、水力控制、重金属超富集植物富集重金属的分子机理。
（九）固体废弃物生物处理及处置技术
1．了解固体废物的堆肥法生物处理技术；
2．体废物的焚烧与填埋处置技术。
本章的重点是：固体废物的焚烧与填埋处置技术。
本章的难点是：填埋处置技术的二次污染的预防。
（十）废气治理生物技术
1．了解有机废气的类型与特点；
2．掌握有机废气生物处理的基本原理；
3．了解有机废气生物处理的方法与应用。
本章的重点是：有机废气生物处理的方法。
本章的难点是：有机废气生物处理与废水生物处理工艺的结合。
（十一）生物技术与资源开发
1．了解固体废物资源化方法；
2．掌握单细胞蛋白的生产技术；
3．掌握可生物降解塑料PHAs的生产技术。
本章的重点是：单细胞蛋白的生产技术。
本章的难点是：资源化处理所需微生物的培育。
（十二）污染物的生物检测
1．了解生物传感器的基本组成和工作原理；
2．了解生物传感器的分类及其在环境监测中的应用；
3．掌握PCR技术在环境监测中的应用；
4．了解现代生物技术的安全性问题。
本章的重点是：PCR技术在环境监测中的应用。
本章的难点是：生物传感器的基本组成和工作原理。
五、有关教学环节的说明
教学条件为多媒体教学，以教师讲授为主，穿插学生的专题报告；考核方式为考查。
实验课成绩为30分，理论课成绩为70分。
其中平时成绩（实验报告、专题论文，报告等）占30%，实验考察与课程论文占70%。
六、学时分配
章 次各教学环节学时分配小计讲授实验上机习题讨论课外备 注绪论22第一章环境中的微生物423第二章 环境污染对生物的影响734第三章 环境污染的生物净化作用733第四章 现代生物技术与环境污染治理44第五章 微生物动力学22第六章 反应器与活性污泥动力学22第七章 废水的生物处理技术1064第八章 生物修复技术22第九章 固体废弃物生物处理及处置技术44第十章 废气治理生物技术22第十一章 生物技术与资源开发22第十二章 污染物的生物检测624合 计553618
七、教材及主要教学参考书目
推荐教材：
王建龙主编，《现代环境生物技术》，第一版，清华大学出版社，2001.
教学参考书：
1．加雷思M.埃文斯主编．《环境生物技术-理论和应用》．第1版．化学工业出版社，2006
2．《环境生物技术及应用》．张景来．北京：化学化工出版社，2002
3．刘湘华主编．《环境生物技术原理与应用》．第一版，清华大学出版社．2004
4．任南琪主编．《环境生物技术丛书--厌氧生物技术原理与应用 》．第一版．化学工业出版社．2004
执笔人：杨树德 教研室主任：肖波 教学院长（主任）：张萍。