能源油料植物续随子的生物学及开发利用研究

生物能源中的生物工程与技术

生物能源中的生物工程与技术 能源是人类赖以生存和发展的基础。然而，人们在利用能源的同时又给环境造成巨大的灾难。如今，如何在不破坏环境的同时而更好的利用能源成为各国关注的焦点。地球上亿年积累的化石能源——石油、天然气、煤等，仅能支撑300年的大规模开采就将面临枯竭。如果按现有的开采技术和连续不断地日夜消耗这些化石燃料的速度推算，煤、天然气和石油的有效年限分别是100—120年、30～50年和18～30年。显然21世纪所面临的严重危机之一是能源问题。 自人类迈进二十一世纪以来 开发新能源成为全世界解决能源问题的共同出 路。与化石燃料相比 新能源具有可再生、对环境友好等特点 更符合人类可持 续发展的目标。其中 太阳能、风能、地热能、水能和潮汐能 是开发较早的新 能源 已在实际生产生活中发挥了重要作用。伴随着生物技术的飞速发展，生物能源成为一颗冉冉升起的新星。 关键词生物能源，生物技术，新能源 生物能源——又称绿色能源。是指从生物质得到的能源，它是人类最早利用的能源。古人钻木取火、伐薪烧炭，实际上就是在使用生物能源。但是通过生物质直接燃烧获得能量是低效而不经济的。随着工业革命的进程，化石能源的大规模使用，生物能源逐步被以煤和石油天然气为代表的化石能源所替代。“万物生长靠太阳”，生物能源是从太阳能转化而来的，只要太阳不熄灭，生物能源就取之不尽。其转化的过程是通过绿色植物的光合作用将二氧化碳和水合成生物质，生物能的使用过程又生成二氧化碳和水，形成一个物质的循环，理论上二氧化碳的净排放为零。生物能源是一种可再生的清洁能源，开发和使用生物能源，符合可持续的科学发展观和循环经济的理念。因此，利用高技术手段开发生物能源，已成为当今世界发达国家能源战略的重要部分。当前生物能源的主要形式有四种：沼气、生物制氢、生物柴油和燃料乙醇。 1沼气是有机物质在厌氧条件下，经过微生物发酵生成以甲烷为主的可燃气体。沼气发酵过程可分为两个阶段，即不产甲烷阶段和产甲烷阶段。沼气发酵产生的三种物质，一是沼气，以甲烷为主，是一种清洁能源；二是消化液（沼液），含可溶性N、P、K，是优质肥料；三是消化污泥（沼渣），主要成分是菌体、难分解的有机残渣和无机物，是一种优良有机肥，并有土壤改良功效。利用生物强化技术和现代生物工程技术，提高反应器中的微生物浓度，加强沼气发酵的速率和底物的转化效率，包括投加高效或特殊的微生物制剂，加强对难降解的大分子物质或有毒有害物质的生物降解；投加复合的营养制剂，提高产甲烷细菌的增殖速率和活性。 现代分子技术如PCR技术、DNA杂交技术、电泳技术、生物芯片技术和基因标记技术等的发展已是日新月异，这为我们对厌氧颗粒污泥中复杂的微生物区系和多样性分析提供了行之有效的手段，有利于对微生物区系组成和随时间、空间的分布的深入了解，从而对发酵条件和发酵过程进行优化设计，缩短发酵时间，提高产气效率 厌氧污泥中绝大部分微生物利用依赖于培养的方法分离不出来，现代分子技术使我们有可能不通过培养，从厌氧污泥中直接克隆到具有特殊功能的基因，如降解性基因或编码活性成分合成的基因；利用现代分子技术还可以构建多功能的基因工程菌，比如将能够降解农药、苯环类物质或能够富集重金属的关键酶基因。 2生物制氢，生物质通过气化和微生物催化脱氢方法制氢。在生理代谢过程中产生分子

第四版环境工程微生物学后练习题全解

环境工程微生物学 第三版_周群英 课后习题目录 第一篇微生物学基础 (1) 第一章非细胞结构的超微生物——病毒 (1) 第二章原核微生物 (3) 第三章真核微生物 (6) 第四章微生物的生理 (8) 第五章微生物的生长繁殖与生存因子 (12) 第六章微生物的遗传和变异 (16) 第二篇微生物生态 (20) 第一章微生物生态 (20) 第二章微生物在环境物质循环中的作用 (22) 第三章水环境污染控制与治理的生态工程及微生物学原理 (26) 第四章污、废水深度处理和微污染源水预处理中的微生物学原理 (28) 第五章有机固体废弃物与废气的微生物处理及其微生物群落 (31) 第六章微生物学新技术在环境工程中的应用 (34)

第一篇微生物学基础 第一章非细胞结构的超微生物——病毒 1 病毒是一类什么样的微生物？它有什么特点？ 答：病毒没有合成蛋白质的机构——核糖体，也没有合成细胞物质和繁殖所必备的酶系统，不具独立的代谢能力，必须专性寄宿在活的敏感宿主细胞内，依靠宿主细胞合成病毒的化学组成和繁殖新个体。其特点是：病毒在活的敏感宿主细胞内是具有生命的超微生物，然而，在宿主体外却呈现不具生命特征的大分子物质，但仍保留感染宿主的潜在能力，一旦重新进入活的宿主细胞内又具有生命特征，重新感染新宿主。 2病毒的分类依据是什么？分为哪几类病毒？ 答：依据是：病毒是根据病毒的宿主、所致疾病、核酸的类型、病毒粒子的大小、病毒的结构、有或无被膜等进行分类的。根据转性宿主分类：有动物病毒、植物病毒、细菌病毒（噬菌体）、放线菌病毒（噬放线菌体）、藻类病毒（噬藻体）、真菌病毒（噬真菌体）。按核酸分类：有DNA病毒和RNA病毒。 3病毒具有什么样的化学组成和结构？ 答：病毒的化学组成有蛋白质和核酸。还含有脂质和多糖。整个病毒体分两部分：蛋白质衣壳和核酸内芯，两者构成核衣壳。蛋白质衣壳是由一定数量的衣壳粒按一定的排列组合构成的病毒外壳。核酸内芯有两种：核糖核酸（RNA）和脱氧核糖核酸（DNA）。 4叙述大肠杆菌T系噬菌体的繁殖过程。 答：大肠杆菌T系噬菌体的繁殖过程有：吸附、侵入、复制、聚集与释放。首先，大肠杆菌T系噬菌体以它的尾部末端吸附到敏感细胞表面上某一特定的化学成分，或是细胞壁，或是鞭毛，或是纤毛。噬菌体侵入宿主细胞后，立即引起宿主的代谢改变，宿主细胞内的核酸不能按自身的遗传特性复制和合成蛋白质，而由噬菌体核酸所携带的遗传信息所控制，借用宿主细胞的合成机构复制核酸，进而合成噬菌体蛋白质，核酸和蛋白质聚集合成新的噬菌体，这个过程叫装配。大肠杆菌T系噬菌体的装配过程如下：先合成含DNA的头部，然后合成尾部的尾鞘、尾髓和尾丝，并逐个加上去就装配成一个完整的新的大肠杆菌T系噬菌体。噬菌体粒子成熟后，噬菌体的水解酶水解宿主细胞壁而使宿主细胞破裂，使菌体被释放出来重新感染新的宿主细胞一个宿主细胞可释放10到1000个噬菌体粒子。 5什么叫毒性噬菌体？什么叫温和噬菌体？ 答：侵入宿主细胞后，随即引起宿主细胞裂解的噬菌体称作毒性噬菌体。 侵入宿主细胞后，不引起宿主细胞裂解的噬菌体称作温和噬菌体。 6 什么叫溶原细胞（菌）？什么叫原噬菌体？ 答：含有温和噬菌体核酸的宿主细胞被称作溶原细胞。在溶原细胞内的温和噬菌体核酸，称为原噬菌体。 7 解释Escherichia coli K12（λ）中的各词的含义。

从中国玉米生物乙醇发展分析生物能源对粮食安全的影响

全球正面临空前的能源危机，一方面能源需求激增，另一方面能源供给有限，寻找并研制新能源替 代传统能源成为唯一破解办法。近几年来，国内也掀起发展生物能源的热浪，但是由于技术有限，发展生 收稿日期：2011-05-03 作者简介：郭玲霞（1984-），女，山西长治人，博士生；研究方向:资源与环境评价，土地经济与政策。 从中国玉米生物乙醇发展分析生物能源 对粮食安全的影响 郭玲霞1，2，黄朝禧1，2，彭开丽1，2 （1.华中农业大学经济管理-土地管理学院，湖北 武汉 430070；2.湖北现代农业产业发展研究中心，湖北武汉430070） Does Development of Bio-energy Really Affect the “food ”? ———Based on the Development of Chinese Corn Bio-ethanol Guo Lingxia 1，2，Huang Chaoxi 1，2，Peng Kaili 1，2 （1.College of Land Management,Huazhong Agricultural University ，Wuhan 430070，China ； 2.Hubei Modern Agricultural Industry Development Research Center ，Wuhan 430070，China ） Abstract:Taking bio-ethanol from corn as an example,this paper quantitatively analyzes relationship between “biological energy ”and “food ”with the means of scenario analysis.The results show that the development of corn bio-ethanol plays an impact on the demand for corn.If do a more realistic predictions to the other industrial use and rations of grain,the supply and demand conditions will be relieved to some degree.So the development of corn bio -ethanol will not impact the “food ”problem significantly.But considering stocks and exports,the relations are rather strained between supply and demand of corn.Food energy ’s development is an ordeal of technology and strategy,actively guide technological innovation,and to ensure the most basic food needs is the good way for the future. Key words:bio-energy ；bio-ethanol ；corn ；food security 摘要：本文以玉米生物乙醇为例，采用情景分析法定量分析“生物能源”与“吃饭”的关系。研究表明：（1） 设定2020年生物乙醇的产量为1000万吨、1500万吨和2300万吨，玉米生物乙醇占生物乙醇的60%、 40%和20%，则9个子情景所需玉米量最多3864万吨，最少560万吨；（2）结合其他玉米需求分析其供需 关系，发现9个子情景均未达均衡，最大和最小缺口分别为4249万吨和945万吨，说明玉米生物乙醇的发展对玉米需求造成了影响。如对口粮和其他工业用粮进行更切合实际的预测，则供求情况会有所缓解，所以玉米生物乙醇的发展不会对“吃饭”问题造成太大影响。但若考虑库存和出口则会显得供求紧张。发展粮食能源是一场技术与战略的考验，积极引导技术创新，并保证最基本的粮食需求是未来的出路。关键词：生物能源；生物乙醇；玉米；粮食安全中图分类号：F326.11；TK6 文献标识码：A

微生物学发展简史

1、史前期（约8000 年前一1676 ) ,各国劳动人民,①未见细菌等微生物的个体；②凭实践经验利用微 生物是有益活进行酿酒、发面、制酱、娘醋、沤肥、轮作、治病等）。 在17世纪下半叶，荷兰学者吕文虎克用自制的简易显微镜亲眼观察到细菌个体之前，对于一门学科来说尚没形成。这个时期称为微生物学史前时期。在这个时期，实际上人们在生产与日常生活中积累了不少关于微生物作用的经验规律，并且应用这些规律，创造财富，减少和消灭病害。民间早已广泛应用的酿酒、制醋、发面、腌制酸菜泡菜、盐渍、蜜饯等等。古埃及人也早已掌握制作面包和配制果酒技术。 这些都是人类在食品工艺中控制和应用微生物活动规律的典型例子。积肥、沤粪、翻土压青、豆类作物与其它作物的间作轮作，是人类在农业生产实践中控制和应用微生物生命活动规律的生产技术。种痘预防天花是人类控制和应用微生物生命活动规律在预防疾病保护健康方面的宝贵实践。尽管这些还没有上升为微生物学理论，但都是控制和应用微生物生命活动规律的实践活动。 2、初创期（1676 一1861 年）,列文虎克,①自制单式显微镜,观察到细菌等微生物的个体；②出于个人 爱好对一些微生物进行形态描述。微生物的形态观察是从安东·列文虎克（Antony Van Leeuwenhock 1632-1732）发明的显微镜开始的，它是真正看见并描述微生物的第一人，他的显微镜在当时被认为是最精巧、最优良的单式显微镜，他利用能放大50～300倍的显微镜，清楚地看见了细菌和原生动物，而且还把观察结果报告给英国皇家学会，其中有详细的描述，并配有准确的插图。1695年，安东·列文虎克把自己积累的大量结果汇集在《安东·列文虎克所发现的自然界秘密》一书里。他的发现和描述首次揭示了一个崭新的生物世界——微生物世界。这在微生物学的发展史上具有划时代的意义。这是首次对微生物形态和个体的观察和记载。随后，其他研究者凭借显微镜对于其它微生物类群进行的观察和记载，充实和扩大了人类对微生物类群形态的视野。但是在其后相当长的时间内，对于微生物作用的规律仍一无所知。这个时期也称为微生物学的创始时期。 3、奠基期（1861 一1897 年）,巴斯德,①微生物学开始建立；②创立了一整套独特的微生物学基本研究方法；③开始运用“实践―理论―实践”的思想方法开展研究；④建立了许多应用性分支学科；⑤进入寻找人类动物病原菌的黄金时期。继列文虎克发现微生物世界以后的200年间，微生物学的研究基本上停留在形态描述和分门别类阶段。直到19世纪中期，以法国的巴斯德和德国的柯赫为代表的科学家才将微生物的研究从形态描述推进到生理学研究阶段，揭露了微生物是造成腐败发酵和人畜疾病的原因，并建立了分离、培养、接种和灭菌等一系列独特的微生物技术。从而奠定了微生物学的基础，同时开辟了医学和工业微生物等分支学科。巴斯德和柯赫是微生物学的奠基人。(1)巴斯德 巴斯德原是化学家，曾在化学上做出过重要的贡献，后来转向微生物学研究领域，为微生物学的建立和发展做出了卓越的贡献。主要集中在下列三个方面：①彻底否定了“自然发生”学说。“自生说”是一个古老学说，认为一切生物是自然发生的。到了17世纪，虽然由于研究植物和动物的生长发育和生活循环，是“自生说”逐渐消弱，但是由于技术问题，如何证实微生物不是自然发生的仍是一个难题，这不仅是“自生说”

名词解释-环境工程微生物学

微生物：肉眼看不见的、必须自电子显微镜或光学显微镜下才能看见的所有微小生物的统称。 病毒：没有细胞结构，专性寄生在活的敏感宿主体内的超微小生物。他们只具有简单的独特结构，可通过细菌过滤器。 蛋白质衣壳：由一定数量的衣壳粒（由一种或几种多肽链折叠而成的蛋白质亚单位）按一定的排列组合构成的病毒外壳。 核酸内芯：即核糖核酸（RNA）和脱氧核糖核酸（DNA） 装配：借用宿主细胞的合成机构复制核酸，进而合成噬菌体的蛋白质，核酸和蛋白质聚集合成新的噬菌体。 毒性噬菌体：侵入宿主细胞后，随即引起宿主细胞裂解的噬菌体 温和噬菌体：不引起宿主细胞裂解的噬菌体（当它侵入宿主细胞后，其核酸附着并整合在宿主染色体上，和宿主的核酸共同复制，宿主细胞不裂解而继续生长。） 溶原细胞：含有温和噬菌体核酸的宿主细胞（溶原性是遗传特性） 原噬菌体（或前噬菌体）：溶原细胞内的温和噬菌体核酸 噬菌斑：原代或传代单层细胞被病毒感染后，一个个细胞被病毒蚀空成空斑（亦称蚀斑）。 PFU：病毒空斑单位——单位体积内含有病毒数：ηPFU=（n瓶内空斑平均数*病毒稀释度）/每瓶的病毒接种数 原核微生物：无核膜包被，只有称作核区的裸露DNA的原始微生物。 极端微生物（亦叫嗜极微生物）：喜在极端恶劣环境中生活的微生物。组要包括嗜酸菌、嗜盐菌、嗜热菌、嗜冷菌及嗜压菌等。 细胞壁：包围在细菌体表最外层的、坚韧而有弹性的薄膜。 原生质体：包括细胞质膜（原生质膜）、细胞质及内含物、拟核。 细胞质膜：紧贴在细胞壁的内侧而包围细胞质的一层柔软而富有弹性的薄膜。是半渗透膜。 核糖体：原核微生物的核糖体是分散在细胞质中的亚微颗粒，是合成蛋白质的部位。 内含颗粒：细菌生长到成熟阶段，因营养过剩形成的一些贮藏颗粒。 荚膜：一些细菌在其细胞表面分泌的一种把细胞壁完全包围封住的黏性物质。 黏液层：有些细菌不产荚膜，其细胞表面仍可分泌黏性的多糖，疏松地附着在细菌细胞壁表面上，与外界没有明显边缘。 菌胶团：有些细菌由于其遗传特性决定，细菌之间按一定得排列方式互相黏集在一起，被一个公共荚膜包围形成一定形状的细菌集团。（一定要先形成荚膜、黏液层才能黏成菌胶团） 衣鞘：丝状体表面的黏液层或荚膜硬质化，形成一个透明空韧的空壳。（水生境中的丝状菌多数有衣鞘） 芽孢：某些细菌在它的生活史中某一个阶段或某些细菌在它遇到外界不良环境时，在其细胞内形成的一个内生孢子。（抗逆性休眠体，是细菌的分类鉴定依据之一） 鞭毛：由细胞质膜上的鞭毛基粒长出穿过细胞壁伸向体外的一条纤细的波浪状丝状物。 菌落：由一个细菌繁殖起来的，由无数细菌组成具有一定形态特征的细菌集团。 菌落特征：细菌在固体培养基上的培养特征。 光滑型菌落：具有荚膜，表面光滑、湿润、黏稠的菌落。 粗糙型菌落：不具有荚膜，表面干燥、皱褶、平坦的菌落。 菌苔：细菌在斜面培养基接种线上长成的一片密集的细菌群落。 真核微生物：有发育完好的细胞核，有高度分化的细胞器，进行有丝分裂的微生物。 原生动物：动物中最原始、最低等、结构最简单的单细胞动物。 全动性营养：全动性营养的原生动物以其他生物（如细菌、放线菌、酵母菌、霉菌、藻类、比自身小的原声动物和有机颗粒）为食。 植物性营养：有色素的原生动物，在有光照的条件下，吸收CO2和无机盐进行光合作用，合成有机物供自身营养。腐生性营养：某些无色鞭毛虫和寄生的原生动物，借助体表的原生质膜吸收环境和寄主中的可溶性有机物作为营养。胞囊：若环境条件变坏，如水干涸、水温、pH过高或过低，溶解氧不足，缺乏食物或排泄物积累过多，污水中的有机物浓度超过原生动物的适应能力等情况，都可使原生动物不能正常生活而形成胞囊。胞囊是抵抗不良环境的一种休眠体。 微型后生动物：原生动物以外的多细胞动物叫后生动物，有些后生动物形体微小，要借助光学显微镜看清，故称为后生动物。

合成生物学与生物燃料

济南大学研究生课程考查试卷 课程编号：QZ283001课程名称：信息与文献检索学时16 学分 1 学号：20172120470 姓名牛浩学科、领域生物工程 学生类别：全日制专业学位成绩：任课教师（签名） 1、考核形式(采用大作业、论文、调研报告、实验报告等)： 课程论文 2、考查（内容、目的等）具体要求： 写一篇与所从事专业相关的综述性论文 字数在3000字左右 书写格式规范，论述清晰，层次分明 3、成绩评定说明（含平时成绩、考核成绩）： 平时成绩主要包括考勤和平时作业，考勤共计10分，平时作业共计20分，占总成绩的30%。 期末课程论文共计70分，占总成绩的70%。 总成绩为平时成绩与课程论文成绩的加和，即100分。

合成生物学在生物燃料领域的研究 摘要：本文简要介绍了合成生物学的概念，生物燃料的研究现状、研究前景以及未来可能会遇到的一些挑战。探讨了合成生物学在生物燃料研究中的应用进展包括提高生物质原料的转化特性、开发绿色高效生物催化剂、构建微生物细胞工厂以及设计合成多种生物燃料产品。最后对合成生物学在生物燃料领域的研究做出了展望。 关键词：合成生物学；生物燃料；研究现状；前景；挑战；应用进展 1 合成生物学概述 合成生物学(synthetic biology) 是综合了科学与工程的一个崭新的生物学研究领域。它既是由分子生物学、基因组学、信息技术和工程学交叉融合而产生的一系列新的工具和方法，又通过按照人为需求( 科研和应用目标)，人工合成有生命功能的生物分子( 元件、模块或器件)、系统乃至细胞，并自系统生物学采用的“自上而下”全面整合分析的研究策略之后，为生物学研究提供了一种采用“自下而上”合成策略的正向工程学方法[1]。它不同于对天然基因克隆改造的基因工程和对代谢途径模拟加工的代谢工程，而是在以基因组解析和生物分子化学合成为核心的现代生物技术基础上，以系统生物学思想和知识为指导，综合生物化学、生物物理和生物信息技术与知识，建立基于基因和基因组、蛋白质和蛋白质组的基本要素( 模块) 及其组合的工程化的资源库和技术平台，旨在设计、改造、重建或制造生物分子、生物部件、生物系统、代谢途径与发育分化过程，以及具有生命活动能力的生物部件、体系以及人造细胞和生物个体。 2 生物燃料研究现状与挑战 2.1 生物燃料的研究现状 生物燃料主要包括纤维素生物燃料(乙醇、丁醇等)、微藻生物燃料(生物柴油、航空生物燃料等)，以及最近两年研究较热的新型优质生物液体燃料(高级醇、脂肪醇、脂肪烃等)和利用新技术路线合成的生物乙醇与生物柴油(蓝藻乙醇、微生物直接利用纤维素水解糖体内合成生物柴油等)等。“可持续性”是生物燃料的核

生物能源与粮食安全

生物能源与粮食安全 （Food Security and the Surge Toward Biofuels … and Food Insecurity?）Michael Glantz (NCAR) 著何皓 (HIT) 翻译叶谦 (NCAR) 校对一场大的争论正在酝酿之中，可以预计，这场争论将会愈演愈烈，而人们争论的中心是：种植农作物是用来满足人类食物和喂养牲畜的需求，还是为了将其转换成生物能源。这听上去是一个简单的问题，只不过是从食物和能源中选择一个而已。但是，两者都是社会所必需的。即使目前还没有被认识到，这个问题还涉及到伦理学。这是因为，富裕的国家可以两者兼得，而贫穷的国家却不可能，除非他们做出一定的牺牲。 将耕种土地的目的从食物生产转变成生物能源生产，将可能会带来一系列的得与失，利益与成本。我们有足够的理由相信，那些从土地利用目标转换过程中获利的国家将不会去帮助那些由此遭受损失的国家！诚然，由于不同人观察角度的不同，对这个问题的正反两个方面可以有许多不同的观点。而对于我们这些有关食物和能源问题的外行，首先所面对的一个问题就是，在你听到另外一种观点的论证之前，两种完全不同的观点—-无论是赞成将耕地用于种植粮食还是用于生产生物能---都具有说服力。 虽然揭示和澄清这个争论的各个方面不会让食物还是能源的选择更加容易，但会有助于揭示食物-生物能-环境之间相互作用的内在联系.

引发这个争论的根本原因就是汽油价格的飙升。如果汽油的价格不是如此之高（并且还在继续上涨），生物能源的开发是不会如此引人注目。各国政府需要能源以保持经济运行和增长。与此同时，化石燃料的燃烧，化肥的使用，土地利用的改变（如对热带雨林的破坏）正让人们高度担心由此引发的全球气候变暖。很多政府，或是出于对全球气候变暖的重视或是看到了生物能源能够致富或省钱的机遇，都迅速开始了或是供国内使用或是为出口的生物能源生产计划。一些国家将注意力集中在将玉米转化成酒精(如美国)，另一些国家则集中在利用甘蔗(如巴西)，还有些国家则关心油棕榈的使用(如印度尼西亚)。种植这些东西需要土地，这对那些没有足够土地资源的地区而言，生物能源的生产商对政府所施加的巨大压力，使粮食种植地(还有自然保护区)成为当然的挤占对象，. 一种显而易见—虽然尚未被证实—的担心就是，扩大用于生产生物能源的土地面积会对生产粮食的土地.造成一种称为“零和”的矛盾。零和是指从生产生物能源所得就会伴随着粮食安全某种程度上的降低。生物能源生产商和一些支持者反对此说法。他们指出，可以用那些目前没有种植食用农作物的土地来生产生物能源农作物。

现代化工生物能源技术

现代化工生物能源技术 洁净新能源有绿色能源之称，它的最大特点是燃烧或使用后不造成环境污染，有利于维持生态平衡。发展洁净新能源是未来能源业建设的发展方向。 21世纪所面临的最大难题及困境可能不是战争及食品，而是能源。因为目前整个人类发展和工农业生产，几乎都是依赖于这些很有限的化石能源。随着地球上化石能源的不断耗尽，寻找、改善及提高可再生能源利用率和发明创造新技术以最大限度地开采不可再生能源的做法很可能是今后几十年内人类从地球上获取能源的有效举措。虽然以水力、潮汐、风力为动力的发电设备及太阳能捕获器、地热已为人类提供一定的能源，但离人类对能源的需求还相差甚远。设法利用新技术创造更多的能源并代替不可再生的化石燃料，用于满足人类生存的需求，也将是人类寻找新能源惟一明智的做法。然而，这种新技术实际上已被和正在被人类所利用，即生物技术创造能源。微生物技术与石油开采 一微生物培养技术在勘探石油上的运用 1937年，地质科学工作者在进行直接分析底土(原生风化土)中的烃含量(气测法)，并用于判断地下油气的储存量时，发现油区底土中的重烃含量与季节变化存在一定联系。这种依季节而变的起因是由于微生物活动引起的。因而提出了油气田中的气态烃可借扩散方式抵达地面，及地表底土中存在能利用气态烃为碳源的微生物等看法。此外，这些菌在土壤中的含量与底土中的烃浓度存在对应的关系，所以可作为勘探地下油气田的指示菌。随着微生物培养技术及菌数测定方法的不断改进，利用微生物勘探石油这项技术得到迅速发展。美国、前苏联、捷克斯洛伐克、波兰、匈牙利和日本等国家都用。1957年有人报道，用微生物勘探确认的16个油矿中，其中有13个有开采价值的油气田及3个无开采价值的油气田，油气区准确率100%。近十几年来，虽然随着计算机应用的普及和先进的分析技术不断地涌现，勘探石油的技术也随之日益更新且准确率不断地提高，但利用微生物勘探石油这一项生物工程技术仍是一项行之有效的辅助性并具有科学性的技术。

环境工程微生物学考试复习题库(全面版)

环境工程微生物学题库 一、名词解释 1.病毒：没有细胞结构，专性活细胞寄生的一类由核酸和蛋白质等少数几种成分组成的超显微非细胞生物 2.噬菌体：是感染细菌、真菌、放线菌或螺旋体等微生物的病毒的总称 3.温和性噬菌体：噬菌体侵入宿主细胞后，其核酸附着并整合在宿主染色体上，和宿主的核酸同步复制，宿主细胞不裂解 而继续生长 4.溶原性：病毒感染细菌后，其基因组整合到宿主的染色体中，在宿主内进行复制并且引起细菌细胞的裂解 5.质粒：是核以外的遗传物质，能自我复制，把所携带的生物形状传给子代 6.芽孢：某些细菌在其生活史的某个生长阶段或某些细菌在遇到不良环境时，在细胞质内生成的内生孢子 7.菌胶团：细菌之间按一定排列方式互相粘结在一起，被一个公共荚膜包围形成的细菌集团 8.菌落：一个细菌在固体培养基上迅速生长繁殖形成的一个由无数细菌组成的具有一定形态特征的细菌集团 9.酶：由细胞产生的，能在体内或体外起催化作用的一类具有活性中心和特殊构象的生物大分子 10.酶的活性中心：酶蛋白分子中与底物结合，并起催化作用的小部分氨基酸微区 11.酶的竞争性抑制：有些抑制剂的结构与底物结构类似，影响底物和酶的结合，使反应速率下降 12.新陈代谢：生物从外界环境不断摄取营养物质，经过一系列生物化学反应，转变成细胞的组成，同时产生废物并排除体 外 13.内源呼吸：外界没有供给能源，利用自身内部贮存的能源物质进行呼吸 14.EMP途径（糖酵解）：在无氧条件下，1mol葡萄糖逐步分解产生2mol丙酮酸、2molNADH+H+、2molATP的过程 15.TCA循环（三羧酸循环）：丙酮酸有氧氧化过程的一系列步骤的总称。由丙酮酸开始，先经氧化脱羧作用，并乙酰化形 成乙酰辅酶A和1molNADH+H+，乙酰辅酶A进入三羧酸循环，并最终氧化为CO2和H2O 16.底物水平磷酸化：微生物在基质氧化过程中，可形成多种含高自由能的中间产物，这些中间产物将高能键交给ADP，使 ADP磷酸化生成ATP 17.氧化磷酸化：微生物在好氧呼吸和无氧呼吸时，通过电子传递体系产生ATP 18.光合磷酸化：光引起叶绿素、菌绿素或菌紫素逐出电子，通过电子传递体系产生ATP 19.分批培养：将一定量的微生物接种在一个封闭的、盛有一定体积液体培养基的容器内，保持一定的温度、pH和溶解氧量， 微生物在其中生长繁殖 20.恒浊连续培养：使细菌培养液的浓度恒定，以浊度为控制指标的培养方式 21.恒化连续培养：维持进水中的营养成分恒定，以恒定流速进水，以相同流速流出代谢产物，使细菌处于最高生长速率状 态下生长的培养方式 22.灭菌：通过超高温或其他物理化学方法将所有微生物的营养细胞和芽孢或孢子全部杀死 23.消毒：通过物理化学方法致病菌或所有营养细胞和一部分芽孢 24.光复活现象：经紫外辐射照射的菌体或孢子悬液，随即暴露于蓝色区域可见光下，有一部分受损伤的细胞可恢复其活力 25.抗生素：微生物在代谢过程中产生的、能杀死其他微生物或抑制其他微生物的生长的化学物质 26.生长限制因子：处于较低浓度范围内，可影响生长速率和菌体产量的营养物 27.竞争关系：不同的微生物种群在同一环境中，对食物等营养、溶解氧、空间和其他共同要求的物质互相竞争，互相受到 不利影响 28.互生关系：两种可以单独生活的生物共存于同一环境中，相互提供营养及其他生活条件，双方互为有利，相互受益 29.共生关系：两种不能单独生活的微生物共同生活于同一环境中，各自执行优势的生理功能，在营养上互为有利而所组成 的共生体 30.拮抗关系：共存于同一环境的两种微生物，一种微生物在代谢过程中产生一些代谢产物，其中有些产物对一种（或一类） 微生物生长不利、抑制或者杀死对方 31.捕食关系：微生物不是通过代谢产物对抗对方，而是吞食对方

合成生物学相关文献(免费共享)

合成生物学相关文献（免费共享） 摘要：通过将组成生物系统的各类单元模块化、标准化，合成生物学希望达成一种新的生物技术发展模式：即从主要开发里欧那个天然生物系统既有功能，变为用人工设计合成的生物系统来完成天然系统不能完成或者完成效率低的功能。合成生物学通过开展生物元件或者器件、生物途径等多个层次的工程化研究来实现上述目标。 ◆综述: 1.Boyle PM,Silver PA.2009. Harnessing nature’s toolbox: regulatory elements for synthetic biology. J R Soc Interface, doi；10.1098.rsif.f8.0521.focus 2.McArthur IV GH，Fong SS.2010. Toward engineering synthetic microbial metabolism. J Biomed Biotechnol,doi:10.1155/2010/459760。 综述了元器件工程（components engineering）、和途径工程（pathway engineering）的进展。 3.Andrianantoandro E,Basu S,Karig D,et al.2006.Synthetic biology:new engineering rules for an emerging discipline. Mol Syst Biol,2:14-27。 ◆合成生物学元器件工程： 利用不同调控机制的人工调控器件: 4.Boyle PM,Silver PA.2009. Harnessing nature’s toolbox: regulatory elements for synthetic biology. J R Soc Interface, doi；10.1098.rsif.f8.0521.focus。 系统的综述了国际上相关工作研究:细胞中的转录调控、RNA调控、蛋白质信号转导等生物调控机制都已经被成功的用于构建合成生物调控元件。 转录调控

环境工程微生物学习题及答案

环境工程微生物学 习题目录 第一篇微生物学基础 (2) 第一章非细胞结构的超微生物——病毒 (2) 第二章原核微生物 (7) 第三章真核微生物 (13) 第四章微生物的生理 (18) 第五章微生物的生长繁殖与生存因子 (27) 第六章微生物的遗传和变异 (37) 第二篇微生物生态 (44) 第一章微生物生态 (44) 第二章微生物在环境物质循环中的作用 (50) 第三章水环境污染控制与治理的生态工程及微生物学原理 (58) 第四章污、废水深度处理和微污染源水预处理中的微生物学原理 (63) 第五章有机固体废弃物与废气的微生物处理及其微生物群落 (68) 第六章微生物学新技术在环境工程中的应用 (74)

第一篇微生物学基础 第一章非细胞结构的超微生物——病毒 1 病毒是一类什么样的微生物？它有什么特点？ 答：病毒没有合成蛋白质的机构——核糖体，也没有合成细胞物质和繁殖所必备的酶系统，不具独立的代谢能力，必须专性寄宿在活的敏感宿主细胞内，依靠宿主细胞合成病毒的化学组成和繁殖新个体。其特点是：病毒在活的敏感宿主细胞内是具有生命的超微生物，然而，在宿主体外却呈现不具生命特征的大分子物质，但仍保留感染宿主的潜在能力，一旦重新进入活的宿主细胞内又具有生命特征，重新感染新宿主。 2病毒的分类依据是什么？分为哪几类病毒？ 答：依据是：病毒是根据病毒的宿主、所致疾病、核酸的类型、病毒粒子的大小、病毒的结构、有或无被膜等进行分类的。根据转性宿主分类：有动物病毒、植物病毒、细菌病毒（噬菌体）、放线菌病毒（噬放线菌体）、藻类病毒（噬藻体）、真菌病毒（噬真菌体）。按核酸分类：有DNA病毒和RNA病毒。 3病毒具有什么样的化学组成和结构？ 答：病毒的化学组成有蛋白质和核酸。还含有脂质和多糖。整个病毒

合成生物学在工业微生物菌种优势最小基因组改造中的应用

合成生物学在工业微生物菌种优势最小基因组改造中的应用 随着许多生物体全基因组测序的完成，兴起了最小基因组的研究，即一个能独立生活的生物体最少需要多少个基因。对最小基因组的研究将深入了解生命起源、生物进化和生物代谢调控；并在此基础上，以人类的意愿合成自然界不可能产生的生命体。依据核糖体RNA 序列，现存的生命形式被分为3个域，即真细菌、古细菌和真核生物。这些生物的遗传物质都是核酸，其基因组大小变化很大，从数十万碱基对到几十亿碱基对不等；所含基因数目则为数百乃至数万。而原核生物的基因组较小，基因结构和基因调控网络相对简单。因此最小基因组的研究主要以原核生物为研究对象。 细胞是生命活动的基本单位，细胞生命的3大特征是维持正常代谢平衡、进行繁殖（自我复制）以及进化。所谓最小基因组就是维持细胞三大特征的必需基因数，尽管不同物种间总基因数目变动很大，但维持自由生活细胞的必需基因数目大约为300个左右，相应的基因组大小约为300~400 kb。随着技术的进步，以大规模高通量分析为特征的各种组学应运而生，包括基因组学、转录组学、蛋白组学和代谢组学等，这些新生的研究体系将基因组复制、基因转录、翻译和基因调控网络、蛋白质相互作用和物质能量代谢等不同层次的的信息相互关联，以揭示错综复杂的生命活动。生物信息学、计算生物学和系统生物学就是为整合和诠释这些海量的数据而产生的，其重要性也日益突出。在人类基因组测序完成的后基因组时代，最小基因组的确切大小仍是未解之谜。与此同时，人工建立最小基因组的工作已经开始进行，其中最为突出的成果是“人造细胞”的诞生。 1 鉴定必需基因和最小基因组的方法 在一个生物体包含的全部基因中，有一部分是必需基因，必需基因是现代生物学研究的重中之重。必需基因是指在一定环境条件下，维持某种生物体的生命活动所必不可少的基因。这些基因所编码蛋白质的功能被认为是生命的基础，其突变通常是致死性的。由于细菌自身的特性，细菌特定基因的必要性还取决于环境条件。因为寄主细胞内环境条件稳定，营养供应充足，由此使得细胞内共（寄）生细菌细胞结构和代谢途径通常极度简化，细胞壁退化乃至消失。目前发现细菌Carsonellaruddii的基因组最小，仅为160 kb，基因分布非常致密，有182 个开放阅读框，90％的相邻开放阅读框间有所重叠。总体而言，细菌的必需基因是合成细胞结构成分、信息传递和加工不可或缺的基因。确定必需基因和最小基因组的方法主要有比较基因组学和系统性基因失活法。 1.1 比较基因组学方法 相对而言，原核生物基因组简单，重复序列较少，因此短枪测序法适合于微生物基因组测序。其基本思路是必需基因应该是在细菌基因组中非常保守的基因，而非必需基因则不会在所有基因组中出现。美国国家生物技术信息中心（NCBI）的Mushegian和Koonin通过对流感嗜血杆菌和生殖支原体基因组的比较分析，发现大约256个基因为两者所共有的保守基

合成生物学的关键技术及应用进展

DOI:10.3969/cmba.j.issn.1673-713X.2012.05.007 · 综述· 合成生物学的关键技术及应用进展 邢玉华，谭俊杰，李玉霞，凌焱，刘刚，陈惠鹏 20 世纪的生物学研究一直着眼于对生物系统的不断分解，解剖至细胞中单个蛋白或基因，研究其结构和功能来解释生命现象。但随着当代分子生物学技术的迅猛发展，以系统化设计和工程化构建为理念的合成生物学成为新一代生物学的发展方向。合成生物学旨在对多种天然的或人工设计的生物学元件进行合理而系统的组合以获得重构的或非天然的“生物系统”，其涵盖的研究内容可以大体分为 3 个层次：一是利用已知功能的天然生物模体（motif）或模块（module）构建成新型调控网络并表现出新功能；二是采用从头合成（de novo synthesis）的方法，人工合成基因组 DNA 并重构生命体；第三个层次则是在前两个研究领域得到充分发展之后，创建完整的全新生物系统乃至人工生命体（artificial life）。合成生物学强调利用工程化的设计理念，实现从元件到模块再到系统的“自下而上”设计。利用生物系统最底层的 DNA、RNA、蛋白质等作为设计的元件，利用转录调控、代谢调控等生物功能将这些底层元件关联起来形成生物模块，再将这些模块连接成系统，实现所需的功能。这是一门涉及微生物学、分子生物学、系统生物学、遗传工程、材料科学以及计算科学等多个领域的综合性交叉学科。它有别于传统的基因工程，其目的在于组装各种生命元件来建立人工生物体系，让它们能像电路一样在生物体内运行，使生物体能按预想的方式完成各种生物学功能。合成生物学的最高境界是灵活设计和改造生命，重塑生命体。 本文就目前合成生物学采用的关键技术和研究应用进展两方面进行综述。 1 基因组的人工合成技术 2010 年 5 月 20 日，Science报道了 Venter 研究组采用化学方法合成了一个 1.08 Mb 的蕈状支原体基因组，并将其移植入一个山羊支原体受体细胞，从而创造了一个仅由合成基因组控制的新的蕈状支原体细胞[1]。这项成果在合成生物学的发展史中具有里程碑的意义。在此之前，也有许多基因组合成的成功报道。2002 年，纽约州立大学 Wimmer 实验室合成了脊髓灰质炎病毒，这是人类历史上第一个人工合成的病毒。多年来，Venter 等一直致力于合成基因组的研究。2003 年，合成了长达 5386 bp 的ΦX174 噬菌体基因组，实现了用寡核苷酸合成的方法精确合成了 5 ~ 6 kb 的 DNA 序列；2008 年，Venter 实验室又合成了生殖支原体基因组，该基因组全长 582970 bp，是已知的生物体中独立生存的最小基因组[2]；2010 年 10 月他们又发明了迄今最简单有效的基因合成技术，并以此合成了实验小鼠的线粒体基因组[3]。Dymond 等[4]的研究更进了一步，他们于 2011 年报道成功设计合成了酿酒酵母的部分染色体，这是酿酒酵母基因组人工合成计划（SC2.0 Project）取得的第一个成果，该项目的最终目标是人工合成构建酿酒酵母基因组。酵母基因组人工合成将是合成生物学发展史上又一重要的里程碑。 DNA 合成是支撑合成生物学发展的核心技术，它不依赖于 DNA 模板，可根据已知的 DNA 序列直接合成，在基因及生物元件的合成、基因回路和生物合成途径的重新设计组装，以及全基因组的人工合成中发挥重大作用。由于化学合成的 DNA 片段长度有限，要合成长的 DNA 片段需要先合成短的寡核苷酸，然后再将寡核苷酸进行拼接。因此，基因组合成的基本思路为：①按照原始基因组序列设计合成寡核苷酸；②利用各种方法将寡核苷酸拼接成较长的 DNA 序列；③以较长的序列为基础，进一步拼接得到更长的DNA 序列，拼接成完整的基因组；④将合成的基因组移植到细胞中，并验证其功能。 1.1 寡核苷酸的合成 目前寡核苷酸一般采用固相亚磷酰胺三酯法合成。寡核苷酸的长度是一个重要的参数，随着长度的延长，产率下降，纯度也降低，积累的合成错误大大增加。较短的寡核苷酸会有较少的错误，但是需要增加组装所需的重叠序列，使合成成本增加。使用 60-mer 的寡核苷酸，可以最大程度地降低错配率和生产成本[5]。 1.2 由寡核苷酸拼接成较长的 DNA 片段 寡核苷酸可以通过各种方法拼接成几百 bp 到几千 bp 的 DNA 片段。常用的体外拼接方法有以下两种：连接酶链式反应（ligase chain reaction，LCR）和快速聚合酶链式组装法（polymerase chain assembly，PCA）。 LCR 法利用 Taq 连接酶将首尾相连、重叠杂交的寡核苷酸片段连接起来，连接反应在较高温度下进行，因而可以排除 DNA 二级结构的干扰；但是基因合成的成本大大增加。 PCA 法是两条具有部分重叠的寡核苷酸互为引物互为模板进行聚合酶的延伸，延伸得到的序列再通过与其他寡核苷酸退火、延伸，进行多次循环后，最终合成目的序列。PCA 法合成成本较连接酶法大大降低。这种方法逐渐得到广泛使 基金项目：国家高技术研究发展计划（863 计划）子课题（2012AA 022001-03D） 作者单位：100071 北京，军事医学科学院生物工程研究所（邢玉华、谭俊杰、李玉霞、凌焱、刘刚、陈惠鹏）；130012 长春，吉林大学生命科学学院（邢玉华） 通讯作者：刘刚，Email：jueliu@https://www.wendangku.net/doc/547779960.html, 收稿日期：2012-07-16

[生物,能源,粮食安全]生物能源与粮食安全及减排温室气体效应

生物能源与粮食安全及减排温室气体效应 生物能源与粮食安全及减排温室气体效应 2dash;“就是把美国全部的耕地都改种玉米等，也只能满足其石油年需量的11％”，典型地反映了目前一般习惯于将生物能源直接与粮食／食油划等号的思维。 有文章预言，美国发展生物乙醇将用掉自产玉米的大部分。事实上，美国的有关方面就从未设想过今后主要靠玉米制燃料乙醇。在某种意义上说，用玉米制乙醇只是权宜之计。除了在2007年总统国情咨文中，寄巨大希望于“第二代生物乙醇”——由木质纤维类原料制取乙醇，要求5年内达到工业化生产规模之外，美有关部门从未有过今后要大量增加用玉 米等粮食制取生物燃料的计划。相反，由美国能源部(DOE)和农业部(USDA)完成的未来30 年生物能源原料的规划研究宣布，要在2030—2050年期间，使生物质能满足替代年石油消费量的30％的目标：①替代5％的燃油发电量；②替代20％的交通运输用燃油；③替代25％的石化材料工业用石油。并完全可以在不影响食物、饲料和玉米、大豆等出口的情况下，提供10亿多万吨生物质原料。其中，用于生物燃料的谷物仅为每年8700万t，仅比当前的 用量多出不到1000万t。 国际上正在如火如荼研发的第三代生物燃油(含油藻类制乙／丁醇、生物柴油)，预示了生物燃料不会与农业争耕地的前景。据SEibert M.King等发表的最新研究结果表明，对第一代(玉米)乙醇而言，用相当于目前玉米种植面积的4倍的耕地，能全部取代美国的汽油。 第二代(纤维类)乙醇要全部取代汽油消费量，需要稍大于目前的玉米种植面积的边际土地。至于第三代燃油，所需的废地／水面面积更是只相当于美国国土面积的约3％。 其次，谷物乙醇与粮食安全的关系真的像有些人描述的那样，是绝对势不两立，对中国来说是洪水猛兽?否。 当前我国玉米最主要的消费对象是畜、禽和水产饲养业。2007年，用作饲料的玉米，占玉米总产量的60％。而且饲用玉米量仍在以每年400万t以上的速度增加。预计2008年将占到玉米总产量的66％。我国饲 料业最短缺的就是蛋白原料，为此不得不每年进口3500万t大豆和超过100万t的鱼粉。今 后蛋白饲料的缺口还将进一步扩大。 与发达国家的农民享受着高额的农业补贴完全不同，包括我国在内的发展中国家的农民长期以来饱受粮、油低价格TBE(甲基叔丁基醚)会造成很重的空气和地下水污染。美国一些 空气污染严重的州如加利福 至于欧盟国家，更是将生物能源的减排温室气体效应，作为发展生物柴油等生物燃料的首要目标和议事出发点。因为它们都签署了具有国际约束力的“京都议定书”。而且在即将进人“后京都时代”之际，又都相继制定了更雄心勃勃的温室气体减排规划。瑞典首相20