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：陈夏夷 班级： F1002003学号： 5101109039专业：工业工程 课程小论文 题目编号 9 得分 序号 选题 1 “绿色革命”与农业基因工程 3 “黄金水稻”所引发的故事 U 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： 陈夏夷 班级： F1002003 学号： 5101109039 专业： 工业工程 课程小论文 题目编号 9 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 陈夏夷 (上海交通大学机械与动力工程学院工业工程与管理系，上海200240) 摘要：随着社会的发展，人口的不新增长，人类面临着五大重大危机，其中包括粮食危机、能源危机及资源 耗竭、生态恶化等。人类要解决这些危机，特别是资源紧缺这一严重问题，其必然趋势是从利用有限的非生 物资源的时代过渡到利用无限的生物资源时代。在生物资源中，微生物资源所具有的独特的生理代谢优势， 在解决人类面临的各种资源危机中将发挥着不可替代的作用。 关键词：自然资源：微生物资源：资源危机 Microorganisms Resolving the Energy Crisis Chen Xiayi (Department of Industrial Engineering Logistics Management,School of Mechanical Engineering, Shanghai Jiao Tong University,Shanghai 200240,China) Abstract:With the developing of the human society,human beings are faced with resource crises,including grain, energy and environmental pollution.In order to resolve these severe problems,human beings should find a way to use living resources instead of non-living ones as much as possible.In living resources,microbial resources have unique advantage of metabolism,which plays a very important part in resolving these crises. Key words:natural resources;microbial resources;resource crises 0引言 在全球能源危机和油价不断上涨的大背景下，各国寻找新能源的脚步也前所未有地加快。 在种类繁多的新能源中，来源广泛、应用方便、污染小的生物能源作为一种理想的可再生能 源，越来越受到世界各国的关注。据有关专家估计到本世纪中叶，采用新技术生产的生物质 能替代现有燃料的替代率将占全球总能耗的40%以上。在我国，生物质能也是仅次于煤炭的第 二大能源占全部能源消耗总量的20%。 1能源微生物研究概况 能源微生物作为生物能的主要参与者，其最大特点是清洁、高效、可再生，与石油、煤 炭等传统能源相比，有利于环境保护，与太阳能、核能、风能、水能、海洋能等新能源相比， 其来源广、成本低、受地理因素影响小。虽然目前存在一些技术问题，但开发潜力巨大，利 用前景广阔。 随着可再生能源的迅速发展，人们对能源微生物的重视程度日益增加”。能源微生物主 要包括甲烷产生菌、乙醇产生菌、氢气产生菌、生物柴油产生菌和生物电池微生物5大类，这 些微生物分别与沼气、生物乙醇、生物氢气、生物柴油和生物燃料电池等能源的转化有直接 的关系【-) 1.1能源微生物种类 根据生物质能源的生化转化技术和相关生物质产品类型，可以将能源微生物分为甲烷产 生菌、乙醇产生菌、氢气产生菌、产油微生物和生物电池微生物5类，主要涉及的微生物为细
化解能源危机的微生物 陈夏夷 （上海交通大学机械与动力工程学院工业工程与管理系，上海 200240） 摘 要：随着社会的发展，人口的不断增长，人类面临着五大重大危机，其中包括粮食危机、能源危机及资源 耗竭、生态恶化等。人类要解决这些危机，特别是资源紧缺这一严重问题，其必然趋势是从利用有限的非生 物资源的时代过渡到利用无限的生物资源时代。在生物资源中，微生物资源所具有的独特的生理代谢优势， 在解决人类面临的各种资源危机中将发挥着不可替代的作用。 关键词：自然资源；微生物资源；资源危机 Microorganisms Resolving the Energy Crisis Chen Xiayi (Department of Industrial Engineering & Logistics Management, School of Mechanical Engineering, Shanghai Jiao Tong University, Shanghai 200240, China) Abstract: With the developing of the human society, human beings are faced with resource crises, including grain, energy and environmental pollution. In order to resolve these severe problems, human beings should find a way to use living resources instead of non-living ones as much as possible. In living resources, microbial resources have unique advantage of metabolism, which plays a very important part in resolving these crises. Key words: natural resources; microbial resources; resource crises 0 引言 在全球能源危机和油价不断上涨的大背景下，各国寻找新能源的脚步也前所未有地加快。 在种类繁多的新能源中，来源广泛、应用方便、污染小的生物能源作为一种理想的可再生能 源，越来越受到世界各国的关注。据有关专家估计到本世纪中叶，采用新技术生产的生物质 能替代现有燃料的替代率将占全球总能耗的 40%以上。在我国，生物质能也是仅次于煤炭的第 二大能源占全部能源消耗总量的 20%。 1 能源微生物研究概况 能源微生物作为生物能的主要参与者，其最大特点是清洁、高效、可再生，与石油、煤 炭等传统能源相比，有利于环境保护，与太阳能、核能、风能、水能、海洋能等新能源相比， 其来源广、成本低、受地理因素影响小。虽然目前存在一些技术问题，但开发潜力巨大，利 用前景广阔。 随着可再生能源的迅速发展，人们对能源微生物的重视程度日益增加【1】。能源微生物主 要包括甲烷产生菌、乙醇产生菌、氢气产生菌、生物柴油产生菌和生物电池微生物5大类，这 些微生物分别与沼气、生物乙醇、生物氢气、生物柴油和生物燃料电池等能源的转化有直接 的关系【2-4】。 1.1 能源微生物种类 根据生物质能源的生化转化技术和相关生物质产品类型，可以将能源微生物分为甲烷产 生菌、乙醇产生菌、氢气产生菌、产油微生物和生物电池微生物5类，主要涉及的微生物为细
菌、酵母菌和一些藻类。 1.1.1沼气发酵中的微生物 沼气的产生需要3类厌氧微生物的协同作用：水解发酵菌（分解大分子有机物）、产氢、产 乙酸菌和产甲烷菌，最终生成甲烷。目前，甲烷产生菌的主要种类有甲烷杆菌属、甲烷八叠 菌属、甲烷球菌属等。其作用是在生物质原料的厌氧发酵过程中，产生以甲烷为主的沼气。 1.1.2燃料乙醇生产微生物 燃料乙醇的生产过程包括：木质素、纤维素首先被转化成糖类，一般由微生物分泌的纤 维索酶完成：糖类在微生物作用下，经发酵作用转化成乙醇。而这样的过程中，用木质纤维 素类原料生产乙醇是当前最具挑战性的课题。目前能够应用于纤维素酶生产的菌种主要有木 霉属、曲霉属和青霉属的菌种。其中，最重要的是木霉属中的里氏木霉，其他较常用的还有 粗糙脉胞菌、运动发酵单胞菌等”。 1.1.3氢气产生菌 生物制氢可以分为蓝细菌和绿藻制氢、光合细菌制氢和细菌发酵制氢等种类型。蓝细菌 或绿藻可以在有光照、厌氧的条件下分解水产生氢气和氧气。光合细菌如红螺菌【，、红细菌、 红假单胞菌、荚硫菌等，可利用较宽频谱的太阳光，不仅光转化效率高，而且产氢过程不生 成氧，是目前较有发展前景的生物产氢方法。 1.1.4产油微生物 目前，国内外围绕着如何提高油脂含量，在菌种和发酵工艺方面开展了大量的研究成功 研制国际水平的产脂微生物菌种与生产工艺。美国国家可再生能源实验室(NEL)认为，微生 物油脂发酵可能是生物柴油产业和生物经济的重要研究方向【)。 微生物油脂又称单细胞油脂(Single cel1oil,SCO),是酵母、霉菌、细菌和藻类等微 生物在一定的条件下，以碳水化合物、碳氢化合物和普通油脂作为碳源，在菌体内产生的大 量油脂。将之规模化生产，便可获得生物柴油。从20世纪40年代斯达氏油质酵母、枯红酵母、 曲霉属等油脂微生物发现至今，人们又陆续开发了多种油脂高产微生物，李永红等，筛选到 1株丝孢酵母，利用葡萄糖发酵时油脂含量可达菌体干重的65%。 1.1.5生物电池微生物 生物燃料电池是一类特殊的电池，它以自然界的微生物或酶为催化剂，直接将燃料中的 化学能转化为电能。目前己发现可用作生物电池的微生物有脱硫弧菌、大肠杆菌、腐败希瓦 菌、地杆菌、丁酸梭菌、嗜甜微生物、铜绿假单胞菌等”。 2微生物资源在解决人类资源危机中的作用 2.1微生物与粮食生产 “民以食为天”，粮食是一个国家经济健康发展的基础。我国人口仍在继续增长，估计四 十年后将达到16亿，今后半个世纪农业生产发展缓慢，农产品供求紧张将始终是一个十分严峻 的问题。解决粮食问题，除了首先考虑如何提高粮食产量，其次是寻找潜力巨大的蛋白质来源。 2.1.1微生物与粮食增产 微生物肥料可以提高土壤肥力，改善土壤条件，减少化肥使用量。因为通过无机营养可以 改善有机营养即光合作用，以增加光合产物的积累【。微生物的代谢过程和代谢产物对土壤 环境具有保护性，可以补充土壤养分，维护土壤结构。微生物肥料的施用是符合可持续发展农 业的需要，因为可持续发展的关键是资源利用的可持续性，具有环境保护的良性循环。对土壤 资源利用，一定不能不考虑资源与环境的统一，化肥的大量使用就是对土壤环境资源的一种破 坏包括土质和土壤结构等，其经济回报率只能是呈递减趋势。 生物防治是增强农作物抗性，提高产量的重要措施。传统的方法是运用化学农药，农药不 仅造成水源污染、土地毒化、不利于耕种，而且残留在食物上，导致人畜中毒。现已寻找到了 替代或部分替代化学杀虫剂的方法即生物防治，利用微生物本身或其代谢产物防治病、虫、杂
菌、酵母菌和一些藻类。 1.1.1 沼气发酵中的微生物 沼气的产生需要3类厌氧微生物的协同作用：水解发酵菌(分解大分子有机物)、产氢、产 乙酸菌和产甲烷菌，最终生成甲烷。目前，甲烷产生菌的主要种类有甲烷杆菌属、甲烷八叠 菌属、甲烷球菌属等【5】。其作用是在生物质原料的厌氧发酵过程中，产生以甲烷为主的沼气【6】。 1.1.2 燃料乙醇生产微生物 燃料乙醇的生产过程包括：木质素、纤维素首先被转化成糖类，一般由微生物分泌的纤 维索酶完成；糖类在微生物作用下，经发酵作用转化成乙醇。而这样的过程中，用木质纤维 素类原料生产乙醇是当前最具挑战性的课题。目前能够应用于纤维素酶生产的菌种主要有木 霉属、曲霉属和青霉属的菌种。其中，最重要的是木霉属中的里氏木霉，其他较常用的还有 粗糙脉胞菌、运动发酵单胞菌等【7】。 1.1.3 氢气产生菌 生物制氢可以分为蓝细菌和绿藻制氢、光合细菌制氢和细菌发酵制氢等3种类型。蓝细菌 或绿藻可以在有光照、厌氧的条件下分解水产生氢气和氧气。光合细菌如红螺菌【8】、红细菌、 红假单胞菌、荚硫菌等，可利用较宽频谱的太阳光，不仅光转化效率高，而且产氢过程不生 成氧，是目前较有发展前景的生物产氢方法。 1.1.4 产油微生物 目前，国内外围绕着如何提高油脂含量，在菌种和发酵工艺方面开展了大量的研究成功 研制国际水平的产脂微生物菌种与生产工艺。美国国家可再生能源实验室(NREL)认为，微生 物油脂发酵可能是生物柴油产业和生物经济的重要研究方向【9】。 微生物油脂又称单细胞油脂(Single cell oil，SCO)，是酵母、霉菌、细菌和藻类等微 生物在一定的条件下，以碳水化合物、碳氢化合物和普通油脂作为碳源，在菌体内产生的大 量油脂。将之规模化生产，便可获得生物柴油。从20世纪40年代斯达氏油质酵母、枯红酵母、 曲霉属等油脂微生物发现至今，人们又陆续开发了多种油脂高产微生物，李永红等【10】筛选到 l株丝孢酵母，利用葡萄糖发酵时油脂含量可达菌体干重的65％。 1.1.5 生物电池微生物 生物燃料电池是一类特殊的电池，它以自然界的微生物或酶为催化剂，直接将燃料中的 化学能转化为电能。目前已发现可用作生物电池的微生物有脱硫弧菌、大肠杆菌、腐败希瓦 菌、地杆菌、丁酸梭菌、嗜甜微生物、铜绿假单胞菌等【11】。 2 微生物资源在解决人类资源危机中的作用 2.1 微生物与粮食生产 “民以食为天”,粮食是一个国家经济健康发展的基础。我国人口仍在继续增长,估计四 十年后将达到16亿,今后半个世纪农业生产发展缓慢,农产品供求紧张将始终是一个十分严峻 的问题。解决粮食问题,除了首先考虑如何提高粮食产量,其次是寻找潜力巨大的蛋白质来源。 2.1.1 微生物与粮食增产 微生物肥料可以提高土壤肥力,改善土壤条件,减少化肥使用量。因为通过无机营养可以 改善有机营养即光合作用,以增加光合产物的积累【14】。微生物的代谢过程和代谢产物对土壤 环境具有保护性,可以补充土壤养分,维护土壤结构。微生物肥料的施用是符合可持续发展农 业的需要,因为可持续发展的关键是资源利用的可持续性,具有环境保护的良性循环。对土壤 资源利用,一定不能不考虑资源与环境的统一,化肥的大量使用就是对土壤环境资源的一种破 坏包括土质和土壤结构等,其经济回报率只能是呈递减趋势。 生物防治是增强农作物抗性,提高产量的重要措施。传统的方法是运用化学农药,农药不 仅造成水源污染、土地毒化、不利于耕种,而且残留在食物上,导致人畜中毒。现已寻找到了 替代或部分替代化学杀虫剂的方法即生物防治,利用微生物本身或其代谢产物防治病、虫、杂
草或者调节植物的生长，也就是通常说的微生物农药。成功的例子是苏云金芽孢杆菌的运用， 其芽孢中含有的晶体毒蛋白能特异地作用于鳞翅日昆虫，达到生物防治的目的。 农业生物技术是增产多效的有效途径，而微生物是该技术不可缺少的特殊材料。生物技术 是现代农业发展战略的重点，己在当今世界农业经济显示出令人瞩目的成就。有报导，日本学 者将固氮基因转移到水稻根际微生物中，使这些微生物提供了水稻需氮量的1/512，。2000年4 月，在菲律宾举行的国际水稻技术会议上，美国科学家宣布成功培育出了一种经过基因改造的 水稻，该品种可以使水稻的产量提高35%。走在发展中国家前列的印度已引进六七个赋予抗病 虫害或除草剂特性的有益基因。进入农田试验的转基因农作物有耐盐水稻、抗干旱芥末、含 丰富蛋白质的马铃薯等。 我国农业生物技术也取得了明显的进步。现已成功地构建了12株水稻粪产碱菌耐铵工程 菌【2，。施用这种细菌可节约化肥1/5，平均增产5%~12.5%。转基因抗虫、抗病水稻、抗病马 铃薯、抗虫玉米等也均进入了田间试验阶段。据国家科技部1999年上半年统计，转基因作物已 有6种产品进入商业化生产。在科技部制定的《国家生物技术发展纲要》中所制定的目标是： 在“十五”和2010年间要达到100个左右高产、优质、抗逆的农作物新品种通过国家品种审定 并进入大规模推广应用。 2.1.2微生物资源是巨大的蛋白质资源库 粮食资源危机必然导致食品不足，蛋白质资源短缺。蛋白质短缺是当今全球性四大危机之 一。据统计，全世界有三分之一以上的人缺乏蛋白质，处于营养不良状态。微生物蛋白不仅是 人类食物的新来源，也是补充饲料资源短缺的重要途径，为发展畜牧养殖业奠定了广阔的物质 基础。由于微生物资源既可以利用工农业废弃物中的生物性资源成分转化为人类所需要的蛋 白质，提高自然资源利用率，变废为宝，又可以消除环境污染，所以微生物作为蛋白质资源开发 的热点一直为人们所关注。微生物蛋白也称单细胞蛋白(SCP),同传统的动植物蛋白相比其特 点首先是微生物生长快，蛋白质产量高。据计算，池塘里藻类每年每公顷能生产50吨（干重）蛋 白质，此产量比大豆高出10-15倍，比玉米高出25-50倍1。其次，蛋白质含量高氨基酸组成齐 全，营养价值大。另外，生产条件不受自然环境限制，易于实现工业化。SCP作为动物饲料可以 利用能源物质生产，如细菌和酵母利用甲醇、乙醇、甲烷和多链烷烃：作为可食用蛋白可以从 有机废料的转化中得到，比如稻秸、蔗渣、柠檬酸废料、果核、糖浆等。另外，人们对利用藻 类生产SCP的兴趣日增。螺旋藻在1974年的联合国世界粮食会议上被确定为重要蛋白源。研究 表明，1g螺旋藻干粉所含的营养，相当于1000g新鲜蔬菜【2，。由此可见，微生物资源是巨大的蛋 白质资源库，具有十分诱人的开发潜力。 2.2微生物与能源开发 20世纪能源的主要形式是化石能源，即石油、煤炭等，但其能源贮量是有限的。在寻求新 能源的开发中，生物能源将是最有希望的新能源之一。 2.2.1乙醇一一最具希望的石油替代能源 通过微生物的作用将地球上贮量巨大的生物资源转化为能源是具有十分广阔的前景。据 估计，我国年产植物秸秆大约6×109t,如将其中的10%经微生物发酵转化，就可生产出燃料酒 精近8×106t,生产酒精后的残渣还可以用作饲料和肥料【。以巴西国为例，由于该国盛产甘 蔗，乙醇发酵原料充足，到1988年时，88%的新轿车的发动机都使用乙醇作燃料，在1000万辆汽 车中有120万辆用乙醇，其余的使用含23%的乙醇燃料2。这些足以说明，乙醇是最有希望的替 代能源。 2.2.2其它生物性然料的开发与应用 工农业生产过程中产生的废弃物，如作物的秸秆、杂草、粪便、污泥、有机性工业废料以 及生活垃圾等，被微生物转化为可燃气体是生物能源显见成效的具体体现。沼气就是一例，其 主要成分是甲烷，是微生物在严格厌氧条件下分解有机物的产物。沼气发酵能把有机物中90% 左右的化学能释放出来，转换成机械能，电能及热能，并加以利用，目前己作为一种燃料源，通 过管道输送到世界各地，供家庭及工业使用或转化为甲醇作为内燃机的辅助性燃料。经沼气发 酵的固体残渣还可当作良好的无臭的有机肥料，可以最大限度地有效地利用生物资源
草或者调节植物的生长,也就是通常说的微生物农药。成功的例子是苏云金芽孢杆菌的运用, 其芽孢中含有的晶体毒蛋白能特异地作用于鳞翅目昆虫,达到生物防治的目的。 农业生物技术是增产多效的有效途径,而微生物是该技术不可缺少的特殊材料。生物技术 是现代农业发展战略的重点,已在当今世界农业经济显示出令人瞩目的成就。有报导,日本学 者将固氮基因转移到水稻根际微生物中,使这些微生物提供了水稻需氮量的1/5【12】。2000年4 月,在菲律宾举行的国际水稻技术会议上,美国科学家宣布成功培育出了一种经过基因改造的 水稻,该品种可以使水稻的产量提高35%。走在发展中国家前列的印度已引进六七个赋予抗病 虫害或除草剂特性的有益基因。进入农田试验的转基因农作物有耐盐水稻、抗干旱芥末、含 丰富蛋白质的马铃薯等。 我国农业生物技术也取得了明显的进步。现已成功地构建了12株水稻粪产碱菌耐铵工程 菌【12】。施用这种细菌可节约化肥1/5,平均增产5%～12.5%。转基因抗虫、抗病水稻、抗病马 铃薯、抗虫玉米等也均进入了田间试验阶段。据国家科技部1999年上半年统计,转基因作物已 有6种产品进入商业化生产。在科技部制定的《国家生物技术发展纲要》中所制定的目标是: 在“十五”和2010年间要达到100个左右高产、优质、抗逆的农作物新品种通过国家品种审定 并进入大规模推广应用。 2.1.2 微生物资源是巨大的蛋白质资源库 粮食资源危机必然导致食品不足,蛋白质资源短缺。蛋白质短缺是当今全球性四大危机之 一。据统计,全世界有三分之一以上的人缺乏蛋白质,处于营养不良状态。微生物蛋白不仅是 人类食物的新来源,也是补充饲料资源短缺的重要途径,为发展畜牧养殖业奠定了广阔的物质 基础。由于微生物资源既可以利用工农业废弃物中的生物性资源成分转化为人类所需要的蛋 白质,提高自然资源利用率,变废为宝,又可以消除环境污染,所以微生物作为蛋白质资源开发 的热点一直为人们所关注。微生物蛋白也称单细胞蛋白(SCP),同传统的动植物蛋白相比其特 点首先是微生物生长快,蛋白质产量高。据计算,池塘里藻类每年每公顷能生产50吨(干重)蛋 白质,此产量比大豆高出10-15倍,比玉米高出25-50倍【13】。其次,蛋白质含量高氨基酸组成齐 全,营养价值大。另外,生产条件不受自然环境限制,易于实现工业化。SCP作为动物饲料可以 利用能源物质生产,如细菌和酵母利用甲醇、乙醇、甲烷和多链烷烃;作为可食用蛋白可以从 有机废料的转化中得到,比如稻秸、蔗渣、柠檬酸废料、果核、糖浆等。另外,人们对利用藻 类生产SCP的兴趣日增。螺旋藻在1974年的联合国世界粮食会议上被确定为重要蛋白源。研究 表明,1g螺旋藻干粉所含的营养,相当于1000g新鲜蔬菜【12】。由此可见,微生物资源是巨大的蛋 白质资源库,具有十分诱人的开发潜力。 2.2 微生物与能源开发 20世纪能源的主要形式是化石能源,即石油、煤炭等,但其能源贮量是有限的。在寻求新 能源的开发中,生物能源将是最有希望的新能源之一。 2.2.1 乙醇——最具希望的石油替代能源 通过微生物的作用将地球上贮量巨大的生物资源转化为能源是具有十分广阔的前景。据 估计,我国年产植物秸秆大约6×109t,如将其中的10%经微生物发酵转化,就可生产出燃料酒 精近8×106t,生产酒精后的残渣还可以用作饲料和肥料【13】。以巴西国为例,由于该国盛产甘 蔗,乙醇发酵原料充足,到1988年时,88%的新轿车的发动机都使用乙醇作燃料,在1000万辆汽 车中有120万辆用乙醇,其余的使用含23%的乙醇燃料【12】。这些足以说明,乙醇是最有希望的替 代能源。 2.2.2 其它生物性燃料的开发与应用 工农业生产过程中产生的废弃物,如作物的秸秆、杂草、粪便、污泥、有机性工业废料以 及生活垃圾等,被微生物转化为可燃气体是生物能源显见成效的具体体现。沼气就是一例,其 主要成分是甲烷,是微生物在严格厌氧条件下分解有机物的产物。沼气发酵能把有机物中90% 左右的化学能释放出来,转换成机械能,电能及热能,并加以利用,目前已作为一种燃料源,通 过管道输送到世界各地,供家庭及工业使用或转化为甲醇作为内燃机的辅助性燃料。经沼气发 酵的固体残渣还可当作良好的无臭的有机肥料,可以最大限度地有效地利用生物资源
氢气能源是未来可燃气新能源中最理想的气体燃料之一。因为，氢气燃烧所释放的发热量 3倍于汽油，并且不会造成环境污染，堪称绿色燃料。同时，氢还是导弹和新型航天飞机的燃料。 早期，氢的制取是采用物理化学方法，现在却能利用太阳光和微生物产氢。常见的放氢微生物 有光合微生物如藻类等，和非光合微生物如厌氧菌等。此外，把产氢基因克隆到水生藻类中，可 使产氢量大幅度提高。 生物燃料电池多数由微生物参与构成的，尽管还处在试验阶段，但人类对其兴趣越来越浓， 有关这方面的研究动向不断有报道。 利用微生物可以提高化石能源石油的开采率。目前石油的一次采油仅能开采储量的30%。 二次采油也只能获得储量的20%。深层石油因吸附在岩石空隙间难以开采，加入能分解蜡质的 微生物后，使石油流动性增加而获取石油，称之为三次采油。 2.3微生物与环境治理 人类社会经济建设的发展带来了许多生态环境问题，如工业“三废”、农药残留、生活垃 圾等等，使人类所处的生存与发展的环境日见恶化。“环境革命”必然到来，否则人类将会毁 灭自己。在这场“革命”中，微生物治理是很重要的方面。 对污水处理有稳定塘法和生物膜等方法。稳定塘法是污水或废水进入人工塘后，在多种微 生物的作用下发生物质转化反应，如分解、硝化、光合反应等，达到降低有机物污染成分的目 的。通常是将数个不同类型的塘结合起来使用，如兼性塘、厌氧塘、好氧高效塘等。生物膜处 理法是在系统中，生物膜中的各类微生物形成一个平衡的生态系统，污水或废水不断与生物膜 接触，被生物膜吸附、氧化分解其中有机物以供微生物自身生长利用。 对固体垃圾处理有填埋法和堆肥法。现代人们已开始将填埋地当作生物反应器进行管理， 如设置甲烷等有害气体排气口，既防止气体爆炸起火又便于收集利用。还设有监测系统以便监 测地下水、表面水和环境中空气的污染情况。与填埋法一样，堆肥法原理也是基于微生物的生 命代谢活动，将垃圾中的有机废料降解并转换成稳定的腐殖质。未来的处理技术，要求避免对 环境造成污染如有害污染物渗漏地下污染水源等，并力争形成终产品市场。 对污染环境的废气，如工业生产排放的C02、C0和$02等大量有害气体，有生物过滤法、生 物洗涤法和生物吸收法等。 对工农业生产活动所导致的土壤污染，如石油污染、农药残留的有害或有毒化合物及重金 属污染等，可利用微生物部分降解或转化其中的有毒成分。现在可以利用生物恢复技术即调节 最适合的环境条件使微生物降解速率提高。方法有两种，一是通过增加营养促使微生物在原位 置生长。另一种是通过生物反应器培养有益微生物，然后将其混合类群接种到污染地生长繁 殖。生物恢复是一项新技术，目前在美国，这些技术的商业市场规划是23亿到57.1亿美元(1995 年止)【2，。 3展望 为了实施可持续发展战略，寻求能源合理利用的新途径，开发可再生的清洁能源己成为 人类迫切需要解决的难题。以可再生资源为原料生产燃料酒精、生物柴油和氢气，具有清洁、 高效、可再生等突出特点，因此，发展生物质能源的功能体现于多方面、多层次，包括能源 安全、生态环境、农村经济、社会生活等。生物质能源具有如此重要的战略地位，我国政府 有关决策部门有必要紧密地配合，协调科研单位、企业、地方政府等各方面力量，加大对生 物质能源发展的支持力度，科研单位也可以通过对能源微生物的开发和应用等方面人手，逐 渐丰富能源微生物的应用前景，为未来生物质能源产业的形成和发展提供技术支撑。 [参考文献] [1]吴创之，马隆龙.生物质能现代化利用技术[们.北京：化学工业出版社，2003. [2]祖波，祖建，周富春，等.产甲烷菌的生理生化特性[J刀.环境科学与技术，2008,31(3)：
氢气能源是未来可燃气新能源中最理想的气体燃料之一。因为,氢气燃烧所释放的发热量 3倍于汽油,并且不会造成环境污染,堪称绿色燃料。同时,氢还是导弹和新型航天飞机的燃料。 早期,氢的制取是采用物理化学方法,现在却能利用太阳光和微生物产氢。常见的放氢微生物 有光合微生物如藻类等,和非光合微生物如厌氧菌等。此外,把产氢基因克隆到水生藻类中,可 使产氢量大幅度提高。 生物燃料电池多数由微生物参与构成的,尽管还处在试验阶段,但人类对其兴趣越来越浓, 有关这方面的研究动向不断有报道。 利用微生物可以提高化石能源石油的开采率。目前石油的一次采油仅能开采储量的30%。 二次采油也只能获得储量的20%。深层石油因吸附在岩石空隙间难以开采,加入能分解蜡质的 微生物后,使石油流动性增加而获取石油,称之为三次采油。 2.3 微生物与环境治理 人类社会经济建设的发展带来了许多生态环境问题,如工业“三废”、农药残留、生活垃 圾等等,使人类所处的生存与发展的环境日见恶化。“环境革命”必然到来,否则人类将会毁 灭自己。在这场“革命”中,微生物治理是很重要的方面。 对污水处理有稳定塘法和生物膜等方法。稳定塘法是污水或废水进入人工塘后,在多种微 生物的作用下发生物质转化反应,如分解、硝化、光合反应等,达到降低有机物污染成分的目 的。通常是将数个不同类型的塘结合起来使用,如兼性塘、厌氧塘、好氧高效塘等。生物膜处 理法是在系统中,生物膜中的各类微生物形成一个平衡的生态系统,污水或废水不断与生物膜 接触,被生物膜吸附、氧化分解其中有机物以供微生物自身生长利用。 对固体垃圾处理有填埋法和堆肥法。现代人们已开始将填埋地当作生物反应器进行管理, 如设置甲烷等有害气体排气口,既防止气体爆炸起火又便于收集利用。还设有监测系统以便监 测地下水、表面水和环境中空气的污染情况。与填埋法一样,堆肥法原理也是基于微生物的生 命代谢活动,将垃圾中的有机废料降解并转换成稳定的腐殖质。未来的处理技术,要求避免对 环境造成污染如有害污染物渗漏地下污染水源等,并力争形成终产品市场。 对污染环境的废气,如工业生产排放的CO2、CO和SO2等大量有害气体,有生物过滤法、生 物洗涤法和生物吸收法等。 对工农业生产活动所导致的土壤污染,如石油污染、农药残留的有害或有毒化合物及重金 属污染等,可利用微生物部分降解或转化其中的有毒成分。现在可以利用生物恢复技术即调节 最适合的环境条件使微生物降解速率提高。方法有两种,一是通过增加营养促使微生物在原位 置生长。另一种是通过生物反应器培养有益微生物,然后将其混合类群接种到污染地生长繁 殖。生物恢复是一项新技术,目前在美国,这些技术的商业市场规划是23亿到57.1亿美元(1995 年止)【12】。 3 展望 为了实施可持续发展战略，寻求能源合理利用的新途径，开发可再生的清洁能源已成为 人类迫切需要解决的难题。以可再生资源为原料生产燃料酒精、生物柴油和氢气，具有清洁、 高效、可再生等突出特点，因此，发展生物质能源的功能体现于多方面、多层次，包括能源 安全、生态环境、农村经济、社会生活等。生物质能源具有如此重要的战略地位，我国政府 有关决策部门有必要紧密地配合，协调科研单位、企业、地方政府等各方面力量，加大对生 物质能源发展的支持力度，科研单位也可以通过对能源微生物的开发和应用等方面人手，逐 渐丰富能源微生物的应用前景，为未来生物质能源产业的形成和发展提供技术支撑。 [参考文献] [1]吴创之，马隆龙.生物质能现代化利用技术[M]．北京：化学工业出版社，2003． [2]祖波，袒建，周富春，等.产甲烷菌的生理生化特性[J]．环境科学与技术，2008，31(3)：
5-7. [3]LASER M,SEHULMAN D,AILEN S G.A comparison of liquid hot water and steam pretreatments Of sugar cane bagasse for bioconversion to ethanol[J].Bioresource Technology,2002, 81(1):33-44. [4]樊耀亭，廖新成，卢会杰，等.有机废物氢发酵制备生物氢气的研究[J].环境科学，2003， 24(3):10-13. [5]王刘阳，尹小波，胡国.分子生物学技术在产甲烷古菌研究中的应用[J].中国沼气，2008。 26(1):19-24. [6]刘亭亭，曹靖瑜.产甲烷菌的分离及其生长条件研究[J刀.黑龙江水专学报，2007,34(4)： 120-122. [7]刘娜，石淑兰.木质纤维素转化为燃料乙醇的研究进展[J].现代化工，2005,25(3)：19 -22. [8]NAJAFPOUR,YOUNESI H.Bioconversion of synthesis gas to hydrogen using a light-dependent photosynthetic bacterium,Rhodospirillum rubrum [J].World J Microbial Biotechnol, 2007(23):275-2842007(23) [9]蒲海燕，贺稚非，刘春芬.微生物功能性油脂研究概况[J].粮食与油脂，2003(11)：12-14 [10]李永红，刘波，孙艳.广谱碳源产油酵母菌的筛选[J].中国生物工程杂 志，2005,25(12)：39-44 [11]IEROPOULOS I A,GREENMAN J,MELHUISH C,et al.Comparative study of three types of microbial fuel cell[J].Enzyme Microbial Technol,2005,37:238-245 [12]宋思扬，楼士林.生物技术概论[M].北京：科学出版社，2000. [13]程东升.资源微生物学[M.哈尔滨：东北林业大学出版社，1995. [14]潘瑞植，董愚得.植物生理[M.北京：高等教育出版社，1998
5—7． [3]LASER M, SEHULMAN D, AILEN S G ． A comparison of liquid hot water and steam pretreatments 0f sugar cane bagasse for bioconversion to ethanol[J]．Bioresource Technology，2002， 81(1)：33—44． [4]樊耀亭，廖新成，卢会杰，等．有机废物氢发酵制备生物氢气的研究[J]．环境科学，2003， 24(3)：10—13． [5]王刘阳，尹小波，胡国．分子生物学技术在产甲烷古菌研究中的应用[J]．中国沼气，2008。 26(1)：19—24． [6]刘亭亭，曹靖瑜．产甲烷菌的分离及其生长条件研究[J]．黑龙江水专学报，2007，34(4)： 120—122． [7]刘娜，石淑兰．木质纤维素转化为燃料乙醇的研究进展[J]．现代化工，2005，25(3)：19 —22． [8]NAJAFPOUR, YOUNESI H. Bioconversion of synthesis gas to hydrogen using a light-dependent photosynthetic bacterium, Rhodospirillum rubrum [J]. World J Microbial Biotechnol, 2007(23)：275—2842007(23) [9]蒲海燕，贺稚非，刘春芬.微生物功能性油脂研究概况[J].粮食与油脂,2003(11):12-14 [10] 李 永 红 ， 刘 波 ， 孙 艳 . 广 谱 碳 源 产 油 酵 母 菌 的 筛 选 [J]. 中 国 生 物 工 程 杂 志,2005,25(12):39-44 [11]IEROPOULOS I A, GREENMAN J, MELHUISH C, et al. Comparative study of three types of microbial fuel cell[J]．Enzyme Microbial Technol,2005,37:238-245 [12]宋思扬,楼士林.生物技术概论[M].北京:科学出版社,2000. [13]程东升.资源微生物学[M].哈尔滨:东北林业大学出版社,1995. [14]潘瑞植,董愚得.植物生理[M].北京:高等教育出版社,1998
