現(xiàn)代生物技術在污染生態(tài)學中的應用PPT學習教案

1、會計學1現(xiàn)代生物技術在污染生態(tài)學中的應用現(xiàn)代生物技術在污染生態(tài)學中的應用 當今，環(huán)境保護已成為國際關系、經(jīng)貿(mào)合作中的一個極為重要的問題，也日益嚴重地影響著我國國民經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展。在我國過去幾十年的經(jīng)濟發(fā)展中，由于忽視了發(fā)展中的環(huán)境保護，目前環(huán)境狀況十分嚴峻。近年來雖采取了大量控制措施，但環(huán)境質量下降的趨勢仍在繼續(xù)，我國成為世界上環(huán)境污染最為嚴重的國家之一。第1頁/共26頁 目前，我國社會經(jīng)濟仍然保持著高度發(fā)展的態(tài)勢，環(huán)境保護的壓力將進一步加重，由人類活動所造成的環(huán)境污染和環(huán)境質量的惡化已成為制約我國社會和經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的障礙。 如何在經(jīng)濟高速發(fā)展的同時控制環(huán)境污染改善環(huán)境質量，以實現(xiàn)社會經(jīng)濟

2、可持續(xù)發(fā)展之目標是我國當前亟待解決的重要問題。 第2頁/共26頁 隨著生物技術研究的進展和人們對環(huán)境問題認識的深入，人們已越來越意識到，現(xiàn)代生物技術的發(fā)展為從根本上解決環(huán)境問題提供了無限的希望。 現(xiàn)代生物技術不但在凈化環(huán)境，減少污染和改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)等方面發(fā)揮出重要的作用，還可以為保護人類生存環(huán)境和社會可持續(xù)發(fā)展做出積極的貢獻。第3頁/共26頁第4頁/共26頁 當今研究和應用比較廣泛的有PCR技術、生物傳感器、生物芯片、酶聯(lián)免疫技術、單細胞凝膠電泳和污染物的致癌致畸致突變性監(jiān)測等方面。 目前我國由于農(nóng)用化肥和農(nóng)藥的污染以及廢棄塑料和農(nóng)用地膜的污染，嚴重的影響了我國的生態(tài)環(huán)境。因此加大環(huán)境保護和環(huán)境

3、治理力度，加快應用高新技術，如現(xiàn)代生物技術來控制環(huán)境污染和保持生態(tài)平衡，提高環(huán)境質量已成為環(huán)保工作者的工作重點?，F(xiàn)代生物技術不僅在農(nóng)作物改良、醫(yī)藥研究、食品工程方面發(fā)揮著重要作用，而且也隨著日益突出的環(huán)境問題在治理污染、環(huán)境生物監(jiān)測等方面發(fā)揮著重要的作用。第5頁/共26頁3.1 污水的生物凈化污水的生物凈化 污水中的有毒物質的成分十分復雜。包括各種酚類、氰化物、重金屬、有機磷、有機汞、有機酸、醛、醇及蛋白質等等。微生物通過自身的生命活動可以解除污水的毒害作用，從而使污水中的有毒物質轉化為有益的無毒物質，使污水得到凈化。 重金屬污染的生物修復是利用生物主要是微生物、植物作用，削減、凈化土壤中重金

4、屬或降低重金屬的毒性。第6頁/共26頁 廢棄塑料和農(nóng)用地膜經(jīng)久不化解，是形成環(huán)境污染的重要成分。 利用生物工程技術一方面可以廣泛地分離篩選能夠降解塑料和農(nóng)膜的優(yōu)勢微生物、構建高效降解菌，另一方面可以分離克隆降解基因并將該基因導入某一土壤微生物如根瘤菌中，使兩者同時發(fā)揮各自的作用，將塑料和農(nóng)膜迅速降解。3.2 白色污染的消除白色污染的消除第7頁/共26頁 一般情況下，使用的化學殺蟲劑約會殘留在土壤中，特別是氯代烴類農(nóng)藥是最難分解的，經(jīng)生態(tài)系統(tǒng)造成滯留毒害作用。利用微生物降解農(nóng)藥已成為消除農(nóng)藥對環(huán)境污染的一個重要方面。 將農(nóng)藥轉化為可代謝的中間產(chǎn)物，從而從環(huán)境中消除殘留農(nóng)藥，這種途徑的降解結果比較

5、復雜，有正面效應也有負面效應。3.3 化學農(nóng)藥污染的消除化學農(nóng)藥污染的消除第8頁/共26頁 轉基因植物在環(huán)境保護中有兩方面的作用，一是污染預防，一是污染治理。如今集兩個功能于一身的轉基因植物已經(jīng)問世。前者主要是通過減少農(nóng)作物農(nóng)藥用量來預防環(huán)境污染，后者是利用植物的一系列生理生化過程，部分或完全修復和消除被污染土壤中特定的有毒物質。第9頁/共26頁4.1 提高吸收重金屬的能力提高吸收重金屬的能力 在當代礦產(chǎn)資源的大量開采利用、工業(yè)生產(chǎn)的迅猛發(fā)展和化學藥品的廣泛使用中，帶來的一個突出的問題是如何控制和減輕重金屬對環(huán)境的污染。因為重金屬污染會對作物生產(chǎn)、農(nóng)產(chǎn)品的品質和地下水開采等多方面產(chǎn)生重大影響，

6、并通過食物鏈影響人類的生活和健康。另一方面，重金屬污染具有隱蔽性、不可逆性、生物不可降解性、穩(wěn)定性等特點使重金屬污染的修復比較困難。傳統(tǒng)的治理方法在已污染環(huán)境的改良和治理方面曾起過積極的作用，但這些方法不僅所需費用昂貴，同時大多只能暫時緩解重金屬的危害，還可能導致二次污染，不能從根本上解決問題。第10頁/共26頁 用轉基因的方式獲得具有修復多種重金屬復合污染土壤能力的植物，改善植物對重金屬這種污染源的吸收已獲得成效，最近，美國在一項受污染土地的試驗中已證明，將進一步誘發(fā)處理某種基因引入到黃楊，使黃楊抗汞能力提高近10倍。 隨著基因工程技術新的開發(fā)高潮到來，初步的試驗實踐和生產(chǎn)實踐顯示，運用基因

7、工程消除重金屬等污染源具有廉價、安全的特點，它正在成為研究和開發(fā)的熱點。第11頁/共26頁4.2 減少作物化肥施用量減少作物化肥施用量 生物固氮技術為減少化肥用量、增加作物產(chǎn)量、減少環(huán)境污染提供了有效途徑。如利用基因工程，讓非豆科植物可以像豆科植物那樣可以利用空氣中游離的氮。目前，已有兩種技術取得了成效。 一是運用現(xiàn)代生物技術的基因重組把固氮功能基因導入禾本科植物根際的細菌中去，使其具有固氮能力，為作物提供氮肥。我國科學家培育的小麥根際固氮菌肥，試用于小麥拌種，可使小麥增產(chǎn)近20，大大減少了氮肥的施用量，有利于農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境的保護。第12頁/共26頁 二是利用基因工程和細胞融合技術把固氮基因直接

8、重組到作物細胞的基因組中，從而獲得自身可以固氮的農(nóng)作物，從根本上解決了固氮問題。 目前，實驗通過細胞融合已把豆科植物固氮基因轉導到稻、麥、玉米等細胞中，成功地把肺炎克氏桿菌的固氮基因轉導到大腸桿菌、酵母菌細胞中，把豆科植物的固氮基因導入胡蘿卜細胞內(nèi)。由此，人們看到了利用現(xiàn)代生物技術培育人們所需要的作物和減少化肥施用來保護生態(tài)環(huán)境的光明前景。第13頁/共26頁4.3 消除除草劑污染源消除除草劑污染源 利用基因工程構建高效菌種來治理污染，特別是人工合成物(如化學除草劑等)造成的環(huán)境污染，是現(xiàn)代環(huán)境生物技術發(fā)展的熱點之一，也是未來環(huán)境生物技術發(fā)展的趨勢所在。最近，科研工作者已經(jīng)研究出的抗蟲棉自身可以

9、分泌一種蛋白，這種蛋白可以代替化學農(nóng)藥殺死害蟲，還發(fā)現(xiàn)了一種能分泌昆蟲激素的轉基因植物，它分泌的性激素可以擾亂昆蟲之間的正常交配，從而達到消滅害蟲的效果。第14頁/共26頁 美國科學家是將細菌質粒分離而獲得一種能降解除草劑的基因片斷，將其組建到載體上并轉化到另一種繁殖快的菌體細胞內(nèi)，構建出的基因工程菌具有高效降解2，4-二氯苯氧乙酸(致癌性)的功能，大大減少了2，4-二氯苯氧乙酸除草劑對環(huán)境的危害，當然也減少了該除草劑在食品中的殘留量。 我國科學家在研發(fā)中是從龍葵植物的變形株系葉綠體DNA基因庫中分離得到了抗均二氮苯類除草劑的基因，將該種抗性基因轉導到大豆植株中，獲得轉基因大豆植株，該植株不再

10、吸收環(huán)境中的均二氮苯類除草劑，生產(chǎn)出的大豆也不富集這類除草劑殘毒，避免了該類除草劑對人類健康的危害。第15頁/共26頁 現(xiàn)代生物技術的污染控制應用主要有活性污泥法、生物膜法、厭氧生物處理法、生物脫氮法、生物除磷法。 此外，還有城市生活垃圾的微生物處理，污泥的微生物處理，禽畜糞便處理與資源化工程，生物修復，微生物脫臭廢棄物的微生物資源化，固定化微生物技術及其在污染控制中的應用，綠色環(huán)保產(chǎn)品的開發(fā)和應用等等。第16頁/共26頁 在環(huán)境污染治理中，我國以環(huán)境污染的生物治理為主，開展環(huán)境微生物學的基礎，應用基礎和應用研究，為重金屬廢水，石油廢水，印染廢水，油脂廢水，農(nóng)藥廢水，生活污水等提供效果好的，成

11、本低的生物治理技術和設備，以促進我國的環(huán)境工程建設。 我國在環(huán)境污染治理中應用的技術主要有：第17頁/共26頁5.1 固體廢物的生物處理技術固體廢物的生物處理技術 沼氣發(fā)酵是有機物在隔絕空氣和保持一定水分、溫度、酸堿度等條件下，微生物分解有機物的過程。堆肥是垃圾、糞便處理方法之一；堆肥是在人工控制的條件下，利用微生物的作用，將堆料中的有機物分解，產(chǎn)生高熱，以達到殺死寄生蟲卵和病原菌的目的；細菌冶金是利用某些微生物的生物催化作用，使礦石或固體廢物中的金屬溶解出來，從而能夠較為容易地從溶液中提取所需要的金屬。特別適用于處理廢礦、尾礦和爐渣，可綜合浸出，分別回收多種金屬。第18頁/共26頁5.2 含

12、油污泥生物處理技術含油污泥生物處理技術 對于我國大中型油田、煉油廠、石化企業(yè)等行業(yè)中含油污泥、煉油浮渣等進行生物治理，通過生物處理達到回收石油資源和污泥達標排放。第19頁/共26頁5.3 廢水的生物處理技術廢水的生物處理技術 生物曝氣濾池處理生活污水及資源化利用技術集生物處理和過濾兩種功能于一體，出水水質優(yōu)良，是一種高效的新型生物反應器，極適用于生活污水和工業(yè)有機廢水的處理及資源化利用。 生物工程技術處理油脂化工廢水利用來自于自然界又經(jīng)培養(yǎng)馴化的功能菌株，根據(jù)廢水和污水的不同性質，組成，配制不同菌株，通過發(fā)酵培養(yǎng)形成多功能復合型菌液，用于油脂化工，化工有機廢水，食品，印染，生活污水，工業(yè)廢水的

13、處理。第20頁/共26頁 通過對大中型油田煉油廠廢水石油污染物樣品采集，降解微生物菌株的分離，篩選，獲得石油降解優(yōu)勢微生物，針對含油廢水的不同水質特征，選用不同的微生物菌劑處理，使其穩(wěn)定達標排放。 此外，環(huán)境生物技術不僅單純適用于環(huán)境污染治理，如今已相當廣泛地應用于環(huán)境監(jiān)測，尤其是以生物傳感器為核心的環(huán)境生物監(jiān)測技術，可在線在位迅速地提供環(huán)境質量參數(shù)，成為環(huán)境質量預報和報警中的重要組成部分。第21頁/共26頁 生物技術的環(huán)境保護功能顯得越來越重要，其明顯的經(jīng)濟效益、環(huán)境效益和社會效益引起越來越大的關注。目前所有的工作都應該圍繞提高效率、降低成本來展開。 例如， 生物傳感器、PCR、生物芯片等技術以其獨特的優(yōu)勢將會不斷發(fā)展和完善，有可能取代現(xiàn)有的水細菌學檢測方法而成為一種常規(guī)檢測手段。第22頁/共26頁 另一方面，現(xiàn)代生物技術的發(fā)展，給環(huán)境生物技術的縱深發(fā)展增添了強大的動力，環(huán)境生