环境生物技术及生物安全课件.ppt

第八章第八章 环境生物技术及生物安全环境生物技术及生物安全1环境生物技术及生物安全8.1 概论8.2 废物、污染物的生物处理技术8.3 生物修复技术8.4 环境友好产品的生产技术2环境生物技术及生物安全8.1.1 环境基础环境：环境是由大气圈、生物圈、水圈、岩石圈、土壤圈组成的有机平衡体系，既相互依存又相互制约，无论任何一“圈”打破平衡，都可能引发一系列的连锁反应 环境污染：•大气污染大气污染：空气中主要污染物有二氧化硫、氮氧化物、粒子状污染物、酸雨 、一氧化碳（CO）、氟化物（F）、铅及其化合物 概论概论3环境生物技术及生物安全•水体污染水体污染：氨氮、磷、石油类、高锰酸盐指数、生化需氧量、挥发酚、汞和氰化物•土壤污染：土壤污染：肥料、农药、酸雨、塑料•噪音：噪音：振幅和频率上完全无规律的震荡称之为噪声 •生物圈破坏：生物圈破坏：植被破坏，动物灭绝4环境生物技术及生物安全8.1.2环境生物技术概念￿￿￿￿环境生物技术：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机能，建立降低或消除污染物产生的生产工艺，或净化、保护环境的生物技术体系5环境生物技术及生物安全Ø废物、污染物的生物处理技术Ø生物补救与生物修复技术Ø环境友好产品的生产技术8.1.3 环境生物技术的内容6环境生物技术及生物安全废物生物处理后的终产物，无毒无害，稳定；可将废物资源化；投资省，能耗低；工艺生态化，无废生产；生物可降解制品将人类活动污染降低到最低水平；可再生资源的开发，保证了人类社会的可持续发展。

8.1.4 环境生物技术应用特点7环境生物技术及生物安全8.2.1 废水处理技术•活性污泥法(Activated￿Sludge￿Process) 活性污泥是由具有生命活力的微生物类群组成的颗粒状絮状物8环境生物技术及生物安全8.2.1 8.2.1 废水处理技术废水处理技术•稳定塘法稳定塘法( (stabilization￿pond) ) 9环境生物技术及生物安全8.2.1 8.2.1 废水处理技术废水处理技术•Wetlands10环境生物技术及生物安全8.2.1 8.2.1 废水处理技术废水处理技术•Land system11环境生物技术及生物安全8.2.1 8.2.1 废水处理技术废水处理技术•Bio-film treatment process12环境生物技术及生物安全8.2 废物、污染物的生物处理技术8.2.2 8.2.2 废气处理技术废气处理技术13环境生物技术及生物安全•生物净气塔14环境生物技术及生物安全8.2.3城市垃圾的生物处理技术城市垃圾的生物处理技术 ØØ处理的目的是使垃圾资源化、减量化和无害化处理的目的是使垃圾资源化、减量化和无害化 ØØ当前发达国家中城市生活垃圾中作为资源再利用的分率高当前发达国家中城市生活垃圾中作为资源再利用的分率高达达40%,40%,其余的部分其余的部分, ,最通用的方法是卫生填埋法最通用的方法是卫生填埋法, ,堆肥法和堆肥法和焚化法。

焚化法ØØ最新处理技术是生物反应器式填埋场最新处理技术是生物反应器式填埋场( (Bioreactor Bioreactor landfill,BLlandfill,BL) ) 15环境生物技术及生物安全8.3生物修复技术Ø生物修复（生物修复（生物修复（生物修复（BioremediationBioremediation）：）：）：）：生物催化降解有生物催化降解有机污染物以恢复环境或消除环境中污染物的一个机污染物以恢复环境或消除环境中污染物的一个受控或自发的过程受控或自发的过程Ø基本措施：基本措施：基本措施：基本措施：vv接种微生物；接种微生物；接种微生物；接种微生物；vv添加营养物质；添加营养物质；添加营养物质；添加营养物质；vv提供电子受体；提供电子受体；提供电子受体；提供电子受体；vv提供共代谢底物以诱导共代谢酶产生；提供共代谢底物以诱导共代谢酶产生；提供共代谢底物以诱导共代谢酶产生；提供共代谢底物以诱导共代谢酶产生；vv添加表面活性剂添加表面活性剂添加表面活性剂添加表面活性剂16环境生物技术及生物安全8.4 环境友好产品的生产技术环境友好产品的生产技术8.4.1 可降解塑料 聚－聚－ββ－－羟基烷酸羟基烷酸( (简称ＰＨＡｓ简称ＰＨＡｓ) )：主要采用微生物：主要采用微生物发酵法生产。

ＰＨＡｓ实现大规模工业化的主要障碍是发酵法生产ＰＨＡｓ实现大规模工业化的主要障碍是生产成本问题生产成本问题 (1)(1)采用廉价底物；采用廉价底物；(2)(2)采用发酵技术进行ＰＨＡｓ的组装和结构调控；采用发酵技术进行ＰＨＡｓ的组装和结构调控；(3)(3)构建自溶性ＰＨＡｓ生产菌种构建自溶性ＰＨＡｓ生产菌种, ,简化胞内产物ＰＨＡ简化胞内产物ＰＨＡｓ的提取过程ｓ的提取过程, ,降低提取成本降低提取成本 (4)(4)基因工程植株生产基因工程植株生产 淀粉：淀粉：聚乳酸：聚乳酸：17环境生物技术及生物安全8.4 环境友好产品的生产技术环境友好产品的生产技术8.4.2 生物能源 －－化石能源的替代品乙醇：废弃物发酵生产乙醇：废弃物发酵生产生物柴油：生物柴油：其他：甲烷、氢能、生物燃料电池其他：甲烷、氢能、生物燃料电池18环境生物技术及生物安全9￿ 9￿生物技术安全与专利生物技术安全与专利19环境生物技术及生物安全9.1生物技术安全生物技术安全9.1.1 实验室安全实验室安全•实验设施实验设施•实验规程实验规程•实验药品试剂实验药品试剂•实验生物体实验生物体•废弃物处理废弃物处理20环境生物技术及生物安全9.1生物技术安全生物技术安全9.1.2 转基因安全关注问题转基因安全关注问题 ---基因污染基因污染(genetic contamination)•污染传统作物污染传统作物•污染自然界的生物基因库污染自然界的生物基因库•影响自然界的生态平衡影响自然界的生态平衡•影响微生态环境影响微生态环境•自然界的增殖和扩散自然界的增殖和扩散21环境生物技术及生物安全9.1生物技术安全生物技术安全9.1.2 转基因安全关注问题转基因安全关注问题 ---基因污染基因污染(genetic contamination)v防止转基因扩散的方法：防止转基因扩散的方法：Ø终止子技术：终止子技术：在转基因作物中加入终止子基因在转基因作物中加入终止子基因;得到的得到的转基因作物的种子由种子公司加上一种诱导剂转基因作物的种子由种子公司加上一种诱导剂;经诱导剂经诱导剂的作用及终止子基因间的相互作用的作用及终止子基因间的相互作用,在种子胚胎发育的后在种子胚胎发育的后期产生一种毒素期产生一种毒素;这种毒素杀死了发育后期的胚胎这种毒素杀死了发育后期的胚胎;最后得最后得到的是成熟但不萌发的种子。

到的是成熟但不萌发的种子 22环境生物技术及生物安全9.1生物技术安全生物技术安全抑制子基因重组酶基因重组酶基因重组酶基因重组酶基因毒素基因毒素基因PPLP阻断子阻断子重组酶重组酶毒素基因毒素基因LP阻断子阻断子毒素基因毒素基因LP毒素毒素无毒素产生无毒素产生正常种子正常种子死种子死种子加诱导剂加诱导剂不加诱导剂不加诱导剂23环境生物技术及生物安全9.1生物技术安全生物技术安全9.1.2 转基因安全关注问题转基因安全关注问题 ---基因污染基因污染(genetic contamination)v防止转基因扩散的方法：防止转基因扩散的方法：•不育：不育：美国超级鲑鱼美国超级鲑鱼•植物质体转化植物质体转化 ：：24环境生物技术及生物安全9.1生物技术安全生物技术安全9.1.3 生物技术社会安全问题生物技术社会安全问题 ---基因伦理基因伦理•社会结构：社会结构：•社会分歧：社会分歧：•人的价值问题：人的价值问题：25环境生物技术及生物安全9.1生物技术安全生物技术安全9.1.4 食品、医疗安全食品、医疗安全•毒副作用、过敏反应：毒副作用、过敏反应：•跨物种感染：跨物种感染：•免疫反应：免疫反应：26环境生物技术及生物安全9.1生物技术安全生物技术安全9.1.5 生物技术安全管理机制生物技术安全管理机制 国际：国际：《生物技术和植物遗传资源以及生物技术守则《生物技术和植物遗传资源以及生物技术守则ⅢⅢ》》《《2121世纪议程》世纪议程》《生物多样性公约》《生物多样性公约》《卡塔赫纳生物安全议定书草案》《卡塔赫纳生物安全议定书草案》《国际生物技术安全技术指南》《国际生物技术安全技术指南》27环境生物技术及生物安全9.1生物技术安全生物技术安全9.1.5 生物技术安全管理机制生物技术安全管理机制 美国：美国： 基于产品的管理基于产品的管理《病毒《病毒- -血清血清- -毒素法》、《联邦植物害虫法》、《植物检疫法》、毒素法》、《联邦植物害虫法》、《植物检疫法》、《通过遗传工程所产生或改变的属于植物害虫类有机体的引入规定《通过遗传工程所产生或改变的属于植物害虫类有机体的引入规定》、《联邦杀虫剂、杀真菌剂、杀鼠剂法》、《毒物控制法》》、《联邦杀虫剂、杀真菌剂、杀鼠剂法》、《毒物控制法》、《公共卫生服务法》《公共卫生服务法》、《联邦食品、药物和化妆品法》《联邦食品、药物和化妆品法》、《生物安《生物安全法》全法》欧洲：基于过程的管理欧洲：基于过程的管理 “环境释放和商品化生产环境释放和商品化生产”(90/220/(90/220/ＥＥＣＥＥＣ) )和和“封闭使用封闭使用”(90/219/(90/219/ＥＥＣＥＥＣ) ) 《食品管理法》《食品管理法》28环境生物技术及生物安全9.1生物技术安全生物技术安全9.1.5 生物技术安全管理机制生物技术安全管理机制 日本：日本：《综合性大学研究设施中重组ＤＮＡ试验准则》《综合性大学研究设施中重组ＤＮＡ试验准则》( (教育部制定教育部制定) )、《重组ＤＮＡ试验准则》、《重组ＤＮＡ试验准则》6 6个针对工业应用的准则个针对工业应用的准则:1):1)《重组ＤＮＡ生物在农业、《重组ＤＮＡ生物在农业、渔业、林业、食品工业和其他相关工业中的应用准则》渔业、林业、食品工业和其他相关工业中的应用准则》;2);2)《重组ＤＮＡ生物在饲养业中应用的安全评估准则》《重组ＤＮＡ生物在饲养业中应用的安全评估准则》;3);3)《重组ＤＮＡ技术在饲料添加剂中应用的安全评估准《重组ＤＮＡ技术在饲料添加剂中应用的安全评估准则》则》;4);4)《重组ＤＮＡ技术生产的食物和食品添加剂准则《重组ＤＮＡ技术生产的食物和食品添加剂准则》》;5);5)《重组ＤＮＡ技术在制药等行业中的应用准则》《重组ＤＮＡ技术在制药等行业中的应用准则》;6);6)《重组ＤＮＡ技术工业化准则》《重组ＤＮＡ技术工业化准则》29环境生物技术及生物安全9.1生物技术安全生物技术安全9.1.5 生物技术安全管理机制生物技术安全管理机制 中国现有法规：中国现有法规：•《基因工程产品质量控制标准》《基因工程产品质量控制标准》。

该标准只对生物技术产品的品质加以限制,对基因工程实验研究、中间试验及应用过程等的安全性未做具体规定•《基因工程安全管理办法》《基因工程安全管理办法》；•《农业生物基因工程安全管理实施办法》《农业生物基因工程安全管理实施办法》30环境生物技术及生物安全9.2生物技术专利生物技术专利9.2.1 概念概念• 专利专利:是政府对一项发明创造的首创者授予的在一定是政府对一项发明创造的首创者授予的在一定时间内受保护的独享权益时间内受保护的独享权益• 授予专利的目的是：鼓励发明创造，以一定时间的垄授予专利的目的是：鼓励发明创造，以一定时间的垄断获利补偿发明创造活动期间的投入；兼顾公平和保断获利补偿发明创造活动期间的投入；兼顾公平和保证科学技术的不断进步证科学技术的不断进步31环境生物技术及生物安全9.2生物技术专利生物技术专利申请专利的要求：申请专利的要求：•发明必须具有新颖性（发明必须具有新颖性（novelty）•发明必须有创造性（发明必须有创造性（creativity）•发明必须是有用的（发明必须是有用的（useful）有有一一些些发发明明和和发发现现是是不不能能申申请请专专利利的的；；专专利利法法中中还还有有一一个个原原则则，，就就是是自自然然存存在在物物不不能能申申请请专专利，如：新物种的发现。

利，如：新物种的发现32环境生物技术及生物安全9.2生物技术专利生物技术专利9.2.2 现代生物技术专利类型现代生物技术专利类型类类 型型事事 例例产产品品发发明明物物 质质克克隆隆的的基基因因、、重重组组蛋蛋白白、、单单克克隆隆抗抗体体、、质质粒粒、、启启动动子子、、载载体体、、cDNA序序列列、、单单价价疫疫苗，苗，DNA片断片断物物质质的的组组分分或或生生物体物体多多价价疫疫苗苗、、生生物物肥肥料料、、生生物物杀杀虫虫剂剂、、药药用用混合物、微生物、转基因生物混合物、微生物、转基因生物装置（设备）装置（设备）脉脉冲冲电电泳泳仪仪、、DNA序序列列分分析析仪仪、、微微注注射射基基因转移系统因转移系统过过程程制备过程制备过程DNA分分离离、、合合成成双双链链DNA、、载载体体插插入入构构件、件、PCR应用、重组蛋白的纯化应用、重组蛋白的纯化方法发明方法发明核核酸酸杂杂交交分分析析、、诊诊断断程程序序、、PCR检检测测系系统统、、突突变体分析变体分析应用发明应用发明使使用用生生物物肥肥料料和和生生物物杀杀虫虫剂剂、、重重组组微微生生物物的的发发酵酵、、非治疗性动物治疗系统非治疗性动物治疗系统33环境生物技术及生物安全￿￿￿￿￿￿￿￿2005年5月23日，在京举行的“纪念5·22国际生物多样性日”专家报告会上，中国生态学会理事长李文华院士介绍说，近几年外来入侵物种给我国带来每年约1300亿元人民币的损失。

　　目前全国大多数自然保护区都已发现有害外来物种，它们的总数在200种左右，对我国生物多样性的保护构成了很大威胁，已造成严重的经济损失我国常见的外来入侵物种有水葫芦、水花生、紫茎泽兰、飞机草、豚草、薇甘菊、大米草等34环境生物技术及生物安全。