上海交通大学通识教育立项核心课程 课程名称：生物技术与人类课程编号：B1906 姓名：周鑫 班级：F1102001 学号：5111109076 专业：工业工程 课程小论文 题目编号 9-化解能源危机的微生物 得分 序号 选题 1 “绿色革命”与农业基因工程 2 “黄金水稻”所引发的故事 3 美化环境的基因科学 4 世界首例艾滋病治愈前后观 5 从两性人说起性别的决定 6 DNA巧破悬案 7 从基因到药物的故事 8 耐药菌是如何生产的 9 化解能源危机的微生物 10 奥林匹克竞技场背后的基因高科技 11 姓氏背后的基因科学 12 基因间谍战 13 非典型战争一一生物战与基因武器 14 走进生物“芯”时代 15 人生预报一一透过基因看未来 16 基因的伦理 17 转基因是天使还是恶魔
上海交通大学通识教育立项核心课程 课程名称： 生物技术与人类 课程编号： BI906 姓名： 周鑫 班级： F1102001 学号： 5111109076 专业： 工业工程 课程小论文 题目编号 9----化解能源危机的微生物 得分 序号 选题 1 “绿色革命”与农业基因工程 2 “黄金水稻”所引发的故事 3 美化环境的基因科学 4 世界首例艾滋病治愈前后观 5 从两性人说起性别的决定 6 DNA 巧破悬案 7 从基因到药物的故事 8 耐药菌是如何生产的 9 化解能源危机的微生物 10 奥林匹克竞技场背后的基因高科技 11 姓氏背后的基因科学 12 基因间谍战 13 非典型战争——生物战与基因武器 14 走进生物“芯”时代 15 人生预报——透过基因看未来 16 基因的伦理 17 转基因是天使还是恶魔
化解能源危机的微生物 摘要 我国是一个化石能源十分短缺的国家，己经探明的原油、天然气储量仅占世界储量的2.4% 和12%。而且，我国也是一个化石能源消耗的大国。所以我们需要通过其他途径比如微生物 来化解能源危机。我们可以通过微生物沼气、微生物乙醇、微生物氢气。微生物燃料电池等 来化解我们国家的能源危机。这些都是可再生的能源获取方式，则我们的经济可以得到大幅 度的增长，而且不会受到其他国家的石油约束。 关键字：微生物、能源、可再生。 Abstract Ours is a country with scarce fossil fuels,has proven crude oil reserves in the world natural gas reserves account for only2.4%and 1.2%.Moreover,Chinese fossil energy consumption is a big country.So we need through other means such as micro-organisms to resolve the energy crisis.We can microbial methane,ethanol microorganisms,microbial hydrogen.Microbial fuel cells,etc.to resolve our nation's energy crisis.These are renewable energy acquisition mode,then we can geta substantial economic growth,but will not be bound oilf rom other countries. Key words:microorganism.energy reproduction. 正文 1、背景 1、1世界能源概况 据统计人类每年消耗掉的能源已经超过87亿吨石油当量，而且这一数字正义以惊人的 速度（1.6%~2.0%)增长，预计到2015年到达112~172亿吨石油当量。但资料表明，1991年 全球石油储量为1330亿吨，按每年30亿吨消费计算，全球石油仅能维持到2050年。山 1、2中国能源概况 进口石油消耗中国大量的外汇。1999-2001年，每年都需100亿美元以上的资金来进口
化解能源危机的微生物 摘要 我国是一个化石能源十分短缺的国家，已经探明的原油、天然气储量仅占世界储量的 2.4% 和 1.2%。而且，我国也是一个化石能源消耗的大国。所以我们需要通过其他途径比如微生物 来化解能源危机。我们可以通过微生物沼气、微生物乙醇、微生物氢气。微生物燃料电池等 来化解我们国家的能源危机。这些都是可再生的能源获取方式，则我们的经济可以得到大幅 度的增长，而且不会受到其他国家的石油约束。 关键字：微生物、能源、可再生。 Abstract Ours is a country with scarce fossil fuels,has proven crude oil reserves in the world natural gas reserves account for only2.4% and 1.2%.Moreover, Chinese fossil energy consumption is a big country.So we need through other means such as micro-organisms to resolve the energy crisis.We can microbial methane,ethanol microorganisms, microbial hydrogen.Microbial fuel cells, etc.to resolve our nation's energy crisis.These are renewable energy acquisition mode,then we can geta substantial economic growth, but will not be bound oilf rom other countries. Key words: microorganism、energy、reproduction. 正文 1、背景 1、1 世界能源概况 据统计人类每年消耗掉的能源已经超过 87 亿吨石油当量，而且这一数字正义以惊人的 速度（1.6%~2.0%）增长，预计到 2015 年到达 112~172 亿吨石油当量。但资料表明，1991 年 全球石油储量为 1330 亿吨，按每年 30 亿吨消费计算，全球石油仅能维持到 2050 年。[1] 1、2 中国能源概况 进口石油消耗中国大量的外汇。1999~2001 年，每年都需 100 亿美元以上的资金来进口
石油。国际石油每桶升高1美元，中国每年就需多支出50亿美元，GDP讲损失150亿人民币。 只是一个严峻的事实：每当一个国家的石油进口量超过5000万吨，国际石油市场行情的变化 就会影响该国家的经济运行：超过一亿吨，石油的安全问题就要有外交、军事的手段来保证。 2☒ 2、微生物解决能源问题 2、1微生物沼气 沼气发酵是由微生物引起的。沼气发酵微生物学就是阐明沼气发酵过程中微生物学的原 理和微生物的种类、生理生化特性、作用及各类微生物群体间的相互关系。沼气发酵微生物 学和微生物学一样，是从生活实践中发现而得来的。有机物的沼气发酵并不是单一的甲烷产 生菌完成的，而是由五类分别在各阶段发挥作用的不同细菌协作而完成的结果，他们分别是： ①初级发酵菌：②氧化氢的甲烷产生菌：③裂解乙酸的甲烷产生菌：④次级发酵菌：⑤同行 乙酸产生菌。 对沼气发酵过程的进一步研究可以发现沼气发酵是一个发杂的有机物分解过程关键是微 生物的作用，增加沼气的发酵中微生物的数量，就能加速有机物的分解，促进沼气的形成。) 有机物 1发酵性细菌 胎防骏，醇类 II 产氯产乙酸萸 乙酸 IV 同型产乙酸菌 11I 产甲烷蒽 CH4 说明：1)1，Ⅱ、1为三阶段理论，1、Ⅱ、I、 IV为四类群理论； 2)所产生的田胞物质未表示在图中 图2厌氧反应的三阶段理论和四类群理论 可用如右图片表示： 2、2微生物氢气 近年，随着对绿藻光解之氢技术研究的不断深入，发现许多能够用于圣物制氢的绿藻， 主要包括淡水微藻等。田 发酵产氢微生物可以在发酵过程中分解有机物产生氢气，二氧化碳和各种有机酸。它包 括羧酸科中的说菌素等的某些种。最近还发现螺旋体门和你杆菌门，的某些种属也能发酵有 机产氢。基因工程改造产氢微生物的代谢途径改造微生物的代谢途径将有助于提高他们呢的
石油。国际石油每桶升高 1 美元，中国每年就需多支出 50 亿美元，GDP 讲损失 150 亿人民币。 只是一个严峻的事实：每当一个国家的石油进口量超过 5000 万吨，国际石油市场行情的变化 就会影响该国家的经济运行；超过一亿吨，石油的安全问题就要有外交、军事的手段来保证。 [2] 2、微生物解决能源问题 2、1 微生物沼气 沼气发酵是由微生物引起的。沼气发酵微生物学就是阐明沼气发酵过程中微生物学的原 理和微生物的种类、生理生化特性、作用及各类微生物群体间的相互关系。沼气发酵微生物 学和微生物学一样，是从生活实践中发现而得来的。有机物的沼气发酵并不是单一的甲烷产 生菌完成的，而是由五类分别在各阶段发挥作用的不同细菌协作而完成的结果，他们分别是： ①初级发酵菌；②氧化氢的甲烷产生菌；③裂解乙酸的甲烷产生菌；④次级发酵菌；⑤同行 乙酸产生菌。 对沼气发酵过程的进一步研究可以发现沼气发酵是一个发杂的有机物分解过程关键是微 生物的作用，增加沼气的发酵中微生物的数量，就能加速有机物的分解，促进沼气的形成。[3] 可用如右图片表示： 2、2 微生物氢气 近年，随着对绿藻光解之氢技术研究的不断深入，发现许多能够用于圣物制氢的绿藻， 主要包括淡水微藻等。[4] 发酵产氢微生物可以在发酵过程中分解有机物产生氢气，二氧化碳和各种有机酸。它包 括羧酸科中的说菌素等的某些种。最近还发现螺旋体门和你杆菌门，的某些种属也能发酵有 机产氢。基因工程改造产氢微生物的代谢途径改造微生物的代谢途径将有助于提高他们呢的
产氢能力。最近一项研究以大肠杆菌SR13为出发菌株，对厌氧发酵过程中的乳酸和琥珀酸途 径进行阻断，构建了菌株，是系统中有更多的还原力和电子用于产生氢气。) 同时，还可以通过光发酵产氢的微生物。在光照条件下，紫色硫细菌利用无机物HS,紫 色非硫细菌利用有机酸作为质子和电子供体产氢，由于这类反应在厌氧条件下进行，类似发 酵过程，所以这种产氢方式常被称作光发酵产氢。阿 2、3微生物燃料乙醇 化学合成是以乙烯加水合成乙醇，该方法的杂质较多，且乙烯是石油的工业副产物，在 石油日益缺乏的情况下，放方法应用受到限制。生物发酵法师以淀粉为原料、糖蜜原料，通 过微生物产生乙醇，该方法生产出的乙醇杂质含量低，广泛应用于饮料、食品、香精、调味 品、化妆品和医药等行业。 乙醇发酵过程中最关键的因素是产乙醇的微生物，生产汇总能够发酵生产乙醇的微生物 只要有酵母菌和细菌。目前工业上生产乙醇应用的菌株主要是酿酒酵母，这是因为它发酵条 件要求粗放，对无菌无要求。 酵母是典型的真核生物，且细胞都是粗短的形状，在细胞间充满毛细管水，一般有湿润、 较光滑、有一定的透明度、容易挑起等特点。 在微生物体内，葡萄糖转化的途径只要是酵解途径。酵解途径是将葡萄糖降解成酮酸并 伴随生成能量形式ATP的过程。在好痒有机体中，酵解生成的丙酮酸进入线粒体，经三羧酸 循环被彻底氧化成CO2和H2O。由葡萄糖到乙醇的过程主要分为两个阶段，即糖酵解阶段和 丙酮酸转化为乙醇的阶段。在糖酵解阶段葡萄糖经过转化型号曾丙酮酸。酵母菌在无氧条件 下，丙酮酸继续降解，生成乙醇，其反应过程为，丙酮酸在Mg2+存在的情况下，脱羧酸生成 乙醛。乙醛在乙醇脱氢酶及NADH的作用下，还原成乙醇。) 2、4微生物燃料电池 目前，己经用于微生物燃料电池的微生物根据其电子传递途径的差异可以分为两类：第 一类微生物，如脱硫弧菌等，需要外援中间参加代谢，产生电子才能传递到电极表面：第二 类微生物，如地杆菌属等，代谢产生的电子可通过细胞膜直接传递到电极表面。通常第一类 微生物接种的微生物燃料称为间接MFC,第二类微生物接种的燃料电池成为直接MFC。MFC 研究中的微生物菌种大多为单一菌种，直接来自于微生物菌种库，而今年来的研究表明，直 接来自天然厌氧环境的混合菌种接种电池，可以使电流输出成倍增加，且在阳极表面富集了 优势微生物菌属
产氢能力。最近一项研究以大肠杆菌 SR13 为出发菌株，对厌氧发酵过程中的乳酸和琥珀酸途 径进行阻断，构建了菌株，是系统中有更多的还原力和电子用于产生氢气。[5] 同时，还可以通过光发酵产氢的微生物。在光照条件下，紫色硫细菌利用无机物 H2S，紫 色非硫细菌利用有机酸作为质子和电子供体产氢，由于这类反应在厌氧条件下进行，类似发 酵过程，所以这种产氢方式常被称作光发酵产氢。[6] 2、3 微生物燃料乙醇 化学合成是以乙烯加水合成乙醇，该方法的杂质较多，且乙烯是石油的工业副产物，在 石油日益缺乏的情况下，放方法应用受到限制。生物发酵法师以淀粉为原料、糖蜜原料，通 过微生物产生乙醇，该方法生产出的乙醇杂质含量低，广泛应用于饮料、食品、香精、调味 品、化妆品和医药等行业。 乙醇发酵过程中最关键的因素是产乙醇的微生物，生产汇总能够发酵生产乙醇的微生物 只要有酵母菌和细菌。目前工业上生产乙醇应用的菌株主要是酿酒酵母，这是因为它发酵条 件要求粗放，对无菌无要求。 酵母是典型的真核生物，且细胞都是粗短的形状，在细胞间充满毛细管水，一般有湿润、 较光滑、有一定的透明度、容易挑起等特点。 在微生物体内，葡萄糖转化的途径只要是酵解途径。酵解途径是将葡萄糖降解成酮酸并 伴随生成能量形式 ATP 的过程。在好痒有机体中，酵解生成的丙酮酸进入线粒体，经三羧酸 循环被彻底氧化成 CO2和 H2O。由葡萄糖到乙醇的过程主要分为两个阶段，即糖酵解阶段和 丙酮酸转化为乙醇的阶段。在糖酵解阶段葡萄糖经过转化型号曾丙酮酸。酵母菌在无氧条件 下，丙酮酸继续降解，生成乙醇，其反应过程为，丙酮酸在 Mg2+存在的情况下，脱羧酸生成 乙醛。乙醛在乙醇脱氢酶及 NADH 的作用下，还原成乙醇。[7] 2、4 微生物燃料电池 目前，已经用于微生物燃料电池的微生物根据其电子传递途径的差异可以分为两类：第 一类微生物，如脱硫弧菌等，需要外援中间参加代谢，产生电子才能传递到电极表面；第二 类微生物，如地杆菌属等，代谢产生的电子可通过细胞膜直接传递到电极表面。通常第一类 微生物接种的微生物燃料称为间接 MFC，第二类微生物接种的燃料电池成为直接 MFC。MFC 研究中的微生物菌种大多为单一菌种，直接来自于微生物菌种库，而今年来的研究表明，直 接来自天然厌氧环境的混合菌种接种电池，可以使电流输出成倍增加，且在阳极表面富集了 优势微生物菌属
当阳极电势较高时，微生物利用呼吸链进行代谢，电子和质子通过NADH脱氢酶、辅酶 Q和细胞色素进行传递。MFC中产生的电流能够被多种电子呼吸链的抑制剂所阻断。当阳极 电势下降，且溶液中没有硝酸盐、硫酸盐、和其他电子受体时，溶液中发生的主要是发酵过 程。而像乙酸，丁酸这样的发酵产物则可以在更低的阳极电势下，由地菌属微生物代谢，将 电子传送到电极。8图 3、总结 虽然我们的化石能源缺乏，但是现在我们可以通过微生物的各种发酵工程或则是微生物 的燃料电池来获取能源，解决我国的化石能源危机。我们可以通过微生物沼气、微生物乙醇、 微生物氢气。微生物燃料电池等来化解我们国家的能源危机。这些都是可再生的能源获取方 式，则我们的经济可以得到大幅度的增长，而且不会受到其他国家的石油约束。 [1、宋安东等，2009可再生能源的微生物转化技术。北京：科学出版社：1~2 [2]、宋安东等，2009.可再生能源的微生物转化技术。北京：科学出版社：2~3 [3引、宋安东等，2009.可再生能源的微生物转化技术。北京：科学出版社：23~25 [4、宋安东等，2009.可再生能源的微生物转化技术。北京：科学出版社：73~81 [5]、宋安东等，2009.可再生能源的微生物转化技术。北京：科学出版社：83-85 [6、宋安东等，2009.可再生能源的微生物转化技术。北京：科学出版社：86~87 [7、宋安东等，2009.可再生能源的微生物转化技术。北京：科学出版社：110~117 [8]、宋安东等，2009.可再生能源的微生物转化技术。北京：科学出版社：250~254
当阳极电势较高时，微生物利用呼吸链进行代谢，电子和质子通过 NADH 脱氢酶、辅酶 Q 和细胞色素进行传递。MFC 中产生的电流能够被多种电子呼吸链的抑制剂所阻断。当阳极 电势下降，且溶液中没有硝酸盐、硫酸盐、和其他电子受体时，溶液中发生的主要是发酵过 程。而像乙酸，丁酸这样的发酵产物则可以在更低的阳极电势下，由地菌属微生物代谢，将 电子传送到电极。[8] 3、总结 虽然我们的化石能源缺乏，但是现在我们可以通过微生物的各种发酵工程或则是微生物 的燃料电池来获取能源，解决我国的化石能源危机。我们可以通过微生物沼气、微生物乙醇、 微生物氢气。微生物燃料电池等来化解我们国家的能源危机。这些都是可再生的能源获取方 式，则我们的经济可以得到大幅度的增长，而且不会受到其他国家的石油约束。 [1]、宋安东等，2009.可再生能源的微生物转化技术。北京：科学出版社：1~2 [2]、宋安东等，2009.可再生能源的微生物转化技术。北京：科学出版社：2~3 [3]、宋安东等，2009.可再生能源的微生物转化技术。北京：科学出版社：23~25 [4]、宋安东等，2009.可再生能源的微生物转化技术。北京：科学出版社：73~81 [5]、宋安东等，2009.可再生能源的微生物转化技术。北京：科学出版社：83~85 [6]、宋安东等，2009.可再生能源的微生物转化技术。北京：科学出版社：86~87 [7]、宋安东等，2009.可再生能源的微生物转化技术。北京：科学出版社：110~117 [8]、宋安东等，2009.可再生能源的微生物转化技术。北京：科学出版社：250~254