第一章 环境生物技术概论

环境生物技术EnviromentalBiotechnology华南农业大学资源环境学院王金祥副教授(13265973571)[e-mail]林东教副教授(13392495568)[e-mail]王金祥博士、副教授植物营养系副主任、资环学院本科教学委员会委员华南农业大学根系生物学研究中心、资源与环境学院植物营养系[e-mail]RootdevelopmentInteractionsbetweenphytohormonesandnutrientsinrootdevelopmentandgrowthBrassinosteroidsignalinginsoybean基金资助：国家自然科学基金省自然科学基金科技部973项目Myresearchinterests：InhibitoryefficiencyofNOonprimaryrootgrowthisDELLAproteins-dependentaedcSNP020406080100120LerLergairgl1rgl2rgagairgasly1-DRelativeprimaryrootlength(Ler%)afeddcbb(n≥21)Two-week-oldwild-type(left)andslr-1seedlingsThemoststrikingphenotypeisthelackoflateralroots.Amodelofauxin-regulatedTIR1–substrateinteractions(Nature,2007)GWPPVmotif(degron)iscrucialforbingingofAUX/IAAwithTIR1GmSLR(IAA14,Gm10g32340)MTTMLTNEHGLSLNLKETELCLGLPGGGSEVETPRATGKRGFSETVDLKLNLQTKEDLNENLKNVSKEKTLLKDPAKPPAKAQVVGWP88P89VRSYRKNMMAVQKVSNEEVAEKTTSSTIANSGAFVKVSMDGAPYLRKVDLTMYKSYKDLSDALAKMFSSFTMGNYGAQGMIDFMNESKLMDLLNSSEYVPTYEDKDGDWMLVGDVPWEMFVGSCKRLRIMKGSEAIGLAPRAMEKCKSRSmutation1:P88Smutation2:P89S(LiJetal,Cell,2002)LoseoffunctionofBRreceptorresultsindwarfphenotypesThephenotypeofBIN2mutantwild-typebin2/+bin2-1/bin2-1(Lietal.,2001)GmBRI2TOLLlikereceptor3GmBRI1(2005,Science)3-DmodelingofGmBRI1andGmBRI21j1bBGmBIN2GluThrGluThrGluThrGluThr1h8fAGmBINL1Thr(T)-isoleucine(I)Glutamicacid(E)-Lysine(K)参考书环境生物工程伦世仪化学工业出版社现代环境生物技术王建龙文湘华清华大学出版社环境生物技术:理论和应用GarethM.Evans,JudithC.Furlong邢新会(主译)化学工业出版社上课初步安排老师授课专题讨论－分组，同学准备，上台介绍考试安排：开卷成绩计算：平时40％＋考试60％二个关键问题为什么学习环境生物技术这门课程？环境污染、能源危机、气候危机、粮食安全如何学习环境生物技术？听课自学相关期刊：NatureBiotechnologyPlantbiotechnologyjournalEnvironmentalBiotechnology环境Environment：物理环境――声、光、电、温度、湿度……化学环境――生物环境――水环境土壤环境:大气环境第一章环境生物技术概论环境污染(pollution)土壤污染：水污染：河流、湖塘、海洋、地表水、地下水大气污染：工厂废气、汽车尾气、沙尘微粒、酸雨点源污染线源污染面源污染物理污染：光污染、声污染、热污染、塑料、玻璃化学污染:化工产品、环境激素、生物污染：有害动植物，赤潮污染物和废弃物固体污染物（废弃物):城市垃圾，农业废弃物、废矿渣液体污染物（废弃物):气体污染物（废弃物):SO2、CO、N/O化合物、粉尘我国环境保护的现状环境保护已成为当前国际关系、经贸合作中的一个极为重要的问题，也日益严重地影响着我国国民经济的可持续发展。在我国过去几十年的经济发展中，由于忽视了发展中的环境保护，目前环境状况十分严峻。近年来虽采取了大量控制措施，但环境质量下降的趋势仍在继续。我国是世界上环境污染最为严重的国家之一。GDP能耗中国是美国的2.43倍，是日本的8倍,是欧盟的2.22倍。水污染从城市到乡村，我国的大气、河流、湖泊、海洋和土壤等均受到不同程度的污染。全国每年污水排放达360亿吨，仅10%的生活污水和70%的工业废水得到处理，其中约有一半工业污水处理设施的出水达不到国家排放标准。其他未经处理的污水直接排入江河湖海，致使我国的水环境遭受严重污染和破坏。据统计，全国七大水系和内陆河流的110个重点河段中，属4类和5类水体的占39%；城市地面水污染普遍严重，并呈进一步恶化的趋势，136条流经城市的河流中，属4类、5类和超过5类标准的高达76.8%；约50%的城市地下水受到不同程度的污染。全国大淡水湖如滇池、太湖和巢湖等富营养化程度逐年加剧；一些地区的饮用水源受到严重污染，对人民健康造成严重危害。贵阳、重庆、北京、兰州等五个城市位于世界十大空气污染最严重的城市中之列，全国600多个城市中、大气质量符合国家一级标准的不足1%。全国范围的酸雨危害的程度和区域日益扩大。空气污染土壤污染农用化工产品：化肥，杀虫剂，杀菌剂,除草剂其它化学物品：石油污染，重金属污染等工业废弃物：塑料，玻璃制品，电池等农业废弃物：塑料，秸秆城市污染城市垃圾和工业固体废弃物与日俱增，工业废弃物累计堆积量已超过66亿吨，占地超过5万公顷，使200多个城市陷入垃圾包围之中。环境污染的治理与修复：物理手段：过滤、沉淀、吸附、粉碎、燃烧、填埋、隔离、光降解化学手段：分解、中和、聚合、结合、改性生物手段：降解、转化、修饰、富集、替代、阻隔、修复解决方案技术途径：提高资源利用率－减少污染开发新的替代品污染治理技术－污水处理废物资源化技术（污染物有益化）－循环经济提出生态环境严重的生态破坏，加重了1998年的长江洪水灾难，给人民的生命财产及国民经济造成了严重损失。酸雨水污染土壤污染大气污染当前我国社会经济仍然保持着高度发展的态势，环境保护的压力将进一步加重，由人类活动所造成的环境污染和环境质量的恶化已成为制约我国社会和经济可持续发展的障碍。我国环境污染和生态破坏造成的经济损失每年超过5000亿元人民币。如何在经济高速发展的同时控制环境污染，改善环境质量，以实现社会经济可持续发展之目标是我国目前亟待解决的重要问题。Chapter1绪论1.1资源与环境是人类面临的重大问题1.1.1问题资源有限，替代开发缓慢利用效率低下环境污染严重，威胁人类生存食品安全、饮水安全、居住安全Chapter1绪论1.1资源与环境是人类面临的重大问题1.1.1问题（依据污染结果）空气污染（酸雨、有毒气体、灰尘等）水体污染（有害化合物、重金属、富营养化）土壤污染（有害化合物、重金属）辐射污染噪音污染Chapter1绪论1.1资源与环境是人类面临的重大问题1.1.1问题（依据污染来源）工业污染（生产环节造成污染）交通污染（不完全燃烧排放）农业污染（农药和化肥的过量使用）生活污染（日常生活产生污染）事故污染（事故造成污染）战争污染（破坏设施造成污染）环境污染事故的几个例子DTT事件----寂静的春天.切尔诺贝尔核电站.1986年10月江西省修水县上桥乡发现金矿，竞相开采，1991年陆续出现100多名矽肺患者。05年底吉林中石化化工厂笨泄漏，哈尔滨停水.06年春广东北江镉污染.08太湖蓝藻爆发09湖南陕西血铅事件1.1资源与环境是人类面临的重大问题1.1.2危害1）生物生存环境恶化；2）食品供应和安全；3）危害生物（人类）健康。1.1资源与环境是人类面临的重大问题1.1.3人类和自然的关系原则：和谐合理保护解决环境问题的根本途径:控制人口,增强环境意识,强化环境管理,依靠科技进步。1.1.3解决方案非技术途径：政策法规公民环保、节约资源意识等。1.1资源与环境是人类面临的重大问题环境规划与管理1经济刺激2环境行政33宣传教育4法律、法规的制定和严格执行《环境法》国内法规：《中华人民共和国宪法》《中华人民共和国环境保护法》《中华人民共和国海洋环境保护法》《中华人民共和国水污染防治法》《中华人民共和国大气污染防治法》《中华人民共和国固体废物污染环境防治法》《中华人民共和国环境噪声污染防治法》《中华人民共和国自然保护区条例》地方性法规国际公约《〈联合国气候变化框架公约〉京都议定书》《生物多样性公约》《关于消耗臭氧层物质的蒙特利尔议定书》《防止海洋石油污染的国际公约》《捕渔与养护公海生物资源公约》《大陆架公约》《世界气象组织公约》《核材料实物保护公约》《核事故或辐射事故紧急情况援助公约》Chapter1绪论1.2环境生物技术1.2.1环境生物技术的定义现代生物技术与环境工程结合产生交叉学科。直接或间接利用完整生物体或生物的某些机能，建立降低或消除污染物产生的生产工艺生产有用物质，或高效净化环境污染的技术体系。包括基因工程、细胞工程、酶工程和发酵工程等Chapter1绪论1.2环境生物技术1.2.2环境生物技术的生物学基础生物多样性---极端环境条件下生物生理、生化过程的分子基础现代生物技术的新发展Chapter1绪论1.2环境生物技术1.2.2环境生物技术的内容复杂综合从技术难度和理论深度角度分为三个层次：现代环境生物技术（基因工程为主导）传统的生物处理技术（生物处理）自然生物修复功能（氧化塘、农业生态工程）Chapter1绪论1.2环境生物技术1.2.3环境生物技术的发展1940-1970Cornell的Martin环境中农药残留和降解。1970-至今环境污染物的可生物降解性研究。1980-至今可降解微生物及降解机理研究。2000-至今可持续发展条件下能源、清洁生产。Chapter1绪论1.2环境生物技术1.2.4环境生物技术的范围1）解决基因工程菌的应用（遗传稳定、高效、生态安全）；2）开发废物资源化和能源化技术；3）建立无害化清洁生产新工艺；4）发展对环境污染物的生理毒性及生态影响的检测技术。1.2环境生物技术1.2.4环境生物技术的市场1）巨大：全球2500～3000亿美元2）增长迅速：每年增长25％3）效益多：经济和社会效益4）市场专业化：Chapter1绪论一、环境有关的概念：1．气候2.大气圈、水圈、岩石圈、土壤圈、生物圈3．生物圈：食物链――能量金字塔4．生物环境、化学环境、物理环境、人文环境5．水环境、大气环境、土壤环境、气候环境1.环境生物技术的研究内容，第一层次为现代环境生物技术，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