生物技術(shù)在環(huán)境保護中的應用

1、生物技術(shù)在環(huán)境保護中的應用摘要：環(huán)境，是指影響人類生存和發(fā)展的各種天然和經(jīng) 過人工改造的自然因素的總體，包括大氣、水、海洋、土地、礦藏、森林、草原、野生生物、自然遺跡、等。20世紀中葉以來，環(huán)境問題已經(jīng)成為整個地球的一大危機，人類賴以生 存和發(fā)展的環(huán)境受到了嚴峻挑戰(zhàn)，人們的身體健康受到嚴重 威脅，疾病發(fā)病率急劇上升。因此，加大環(huán)境保護和環(huán)境治 理力度，刻不容緩。而且更應該加快應用高新技術(shù)，如利用 現(xiàn)代生物技術(shù)來控制環(huán)境污染和保持生態(tài)平衡，提高環(huán)境質(zhì) 量。關(guān)鍵詞：生物技術(shù) 環(huán)境技術(shù)生態(tài)環(huán)境（一）我國生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀及治理方向環(huán)境保護是跨經(jīng)濟、社會、技術(shù)等學科的綜合性科學。環(huán)境保護研究人體健康、人類生

2、產(chǎn)和生活環(huán)境的舒適程度， 以及自然資源保護和生態(tài)系統(tǒng)平衡。環(huán)境保護的基本任務是 保護和改善生活環(huán)境與生態(tài)環(huán)境，防治污染和其他公害，保 障人體健康，保護自然資源，促進社會主義現(xiàn)代化建設(shè)的發(fā) 展。面對隨經(jīng)濟的飛速發(fā)展而日益加劇的環(huán)境污染狀況，我 國由于工業(yè)“三廢”污染、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，使 得水污染日益加劇，水資源嚴重短缺，全國600多個城市中已有一半城市缺水，農(nóng)村則有 8 000萬人和6 000萬頭牲畜 飲水困難；土壤污染嚴重，耕地面積銳減，近 10年來每年 流失的土壤總量達 50億t, 土地荒漠化日益加劇；森林覆蓋 面積下降，草場退

3、化，每年減少森林面積達2 500萬畝；人們的身體健康受到嚴重威脅，疾病發(fā)病率急劇上升。如何保護環(huán)境、合理有效地處理環(huán)境污染物已迫在眉 睫。采用傳統(tǒng)的物理、化學方法可達到一定的除污凈化效果， 但成本高、過程繁瑣，并易造成二次污染。近年來，利用微 生物等環(huán)境生物技術(shù)處理環(huán)境污染物，所具有的安全、高效、廉價的優(yōu)點，逐漸引起人們的重視。二）生物技術(shù)在環(huán)境保護中的應用問題研究現(xiàn)狀生物技術(shù)是利用有機體、死細胞、活細胞以及細胞內(nèi)含 物，采用特殊的過程生產(chǎn)由特殊的產(chǎn)品應作到農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥以 及環(huán)境修復治理中，尤其是70年代基因工程的由現(xiàn)，它能改變、取代物種的基因。因此，現(xiàn)代生物技術(shù)是以DNA分子技術(shù)為基礎(chǔ)，包括微

4、生物工程，細胞工程，酶工程，基因 工程等一系列生物高新技術(shù)的總稱。現(xiàn)代生物技術(shù)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 也隨著日益突生的環(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。自20世紀80年代以來生物技術(shù)作為一種高新技術(shù)，已普遍受到世界各國和民間研究機構(gòu)的高 度重視，發(fā)展十分迅猛。與傳統(tǒng)方法比較，生物治理方法具有許多優(yōu)點(1)生物技術(shù)處理垃圾廢棄物是降解破壞污染物的分 子結(jié)構(gòu)，降解的產(chǎn)物以及副產(chǎn)物，大都是可以被生物重新利 用的，有助于把人類活動產(chǎn)生的環(huán)境污染減輕到最小程度， 這樣既做到一勞永逸，不留下長期污染問題，同時也對垃圾廢 棄物進行了資源化利用。

5、(2)利用發(fā)醉工程技術(shù)處理污染物質(zhì)，最終轉(zhuǎn)化產(chǎn)物 大都是無毒無害的穩(wěn)定物質(zhì)，如二氧化碳、水、氮氣和甲烷 氣體等，常常是一步到位，避免污染物的多次轉(zhuǎn)移而造成重 復污染，因此生物技術(shù)是一種既安全又徹底消除污染的手 段。(3)生物技術(shù)是以酶促反應為基礎(chǔ)的生物化學過程， 而作為生物催化劑的酶是一種活性蛋白質(zhì)，其反應過程是在 常溫常壓和接近中性的條件下進行的，所以大多數(shù)生物治理 技術(shù)可以就地實施，而且不影響其他作業(yè)的正常進行，與常 常需要高溫高壓的化工過程比較，反應條件大大簡化，具有 設(shè)備簡單、成本低廉、效果好、過程穩(wěn)定、操作簡便等優(yōu)點。 所以，當今生物技術(shù)已廣泛應用于環(huán)境監(jiān)測、工業(yè)清潔生產(chǎn)、工業(yè)廢棄物

6、和城市生活垃圾的處理，有毒有害物質(zhì)的無害化 處理等各個方面。三)現(xiàn)代生物技術(shù)在環(huán)境保護中的應用3.1 污水的生物凈化污水中的有毒物質(zhì)的成分十分復雜，包括各種酚類、匐 化物、重金屬、有機磷、有機汞、有機酸、醛、醇及蛋白質(zhì) 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(zhì)轉(zhuǎn)化為有益的無毒物質(zhì)，使污 水得到凈化。當今固定化酶和固定化細胞技術(shù)處理污水就是 生物凈化污水的方法之一。固定化酶和固定化細胞技術(shù)是酶 工程技術(shù)。固定化酶又稱水不溶性酶，是通過物理吸附法或 化學鍵合法使水溶性酶和固態(tài)的不溶性載體相結(jié)合，將酶變 成不溶于水但仍保留催化活性的衍生物，微生物細胞是一個 天然

7、的固定化酶反應器，用制備固定化酶的方法直接將微生 物細胞固定，即是可催化一系列生化反應的固定化細胞。運 用固定化酶和固定化細胞可以高效處理廢水中的有機污染 物、無機金屬毒物等，此方面國內(nèi)外成功的例子很多，如德 國將能降解對硫磷等 9種農(nóng)藥的酶，以共介結(jié)合法固定于多 孔玻璃及硅珠上，制成酶柱，用于處理對硫磷廢水，去除率 達95%以上；近幾年我國在應用固定化細胞技術(shù)降解合成洗 滌劑中的表面活性劑直鏈烷基苯磺酸鈉(LAS)方面取得較大進展，對于含100mg/L廢水，降解率和酶活性保存率均在 90% 以上；利用固定化解母細胞降解含酚廢水也已實際應用于廢 水處理。3.2 污染土壤的生物修復重金屬污染是造

8、成土壤污染的主要污染物。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、 凈化土壤中重金屬或降低重金屬的毒性。其原理是：通過生物作用（如酶促反應）改變重金屬在土壤中的化學形態(tài)，使重金 屬固定或解毒，降低其在土壤環(huán)境中的移動性和生物可利用 性，通過生物吸收、代謝達到對重金屬的削減、凈化與固定 作用。污染土壤的生物修復過程可以增加土壤有機質(zhì)的含 量，激發(fā)微生物的活性，由此可以改善土壤的生態(tài)結(jié)構(gòu)，這 將有助于土壤的固定，遏制風蝕、水蝕等作用，防止水土流 失。3.3 白色污染的消除廢棄塑料和農(nóng)用地膜經(jīng)久不化解，估計是形成環(huán)境污染 的重要成分。據(jù)估計我國土壤、溝河中塑料垃圾有百萬噸左 右

9、。塑料在土壤中殘存會引起農(nóng)作物減產(chǎn)，若再連續(xù)使用而 不采取措施，十幾年后不少耕地將顆粒無收，可見數(shù)量巨大 的塑料垃圾嚴重影響著生態(tài)和環(huán)境，研究和開發(fā)生物可降解 塑料已迫在眉睫。利用生物工程技術(shù)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(gòu)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?qū)肽煌寥?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。同時，還需大力推行可降解塑料和地膜 的研發(fā)、生產(chǎn)和應用。有些微生物能產(chǎn)生與塑料類似的高分 子化合物即聚酯，這些聚酯是微生物內(nèi)源性貯藏物質(zhì)，可以用發(fā)醉方法進行生產(chǎn)，由此形成的塑料和地膜因有可被生物 降解、高熔

10、點、高彈性、不含有毒物質(zhì)等優(yōu)點而在醫(yī)學等許 多領(lǐng)域有極好的應用前景。為了降低成本、提高產(chǎn)量，人們 正在用重組 DNA技術(shù)對相關(guān)的微生物進行改造，此方面目 前一個研究熱點是采用微生物發(fā)醉法生產(chǎn)聚-B羥基烷酸(PHAs),研究人員正設(shè)法構(gòu)建由自溶性PHAs生產(chǎn)菌種，即將PHAs重組菌進行發(fā)醉，在積累大量的 PHAs后，加入信 號物質(zhì)，使裂解蛋白產(chǎn)生，細胞壁破壞，PHAs析由，以簡化胞內(nèi)產(chǎn)物PHAs的提取過程，降低提取成本。3.4 化學農(nóng)藥污染的消除一般情況下，使用的化學殺蟲劑約80%會殘留在土壤中，特別是氯代燒類農(nóng)藥是最難分解的，經(jīng)生態(tài)系統(tǒng)造成滯 留毒害作用。因此多年來人們一直在尋找更為安全有效的

11、辦 法，而利用微生物降解農(nóng)藥已成為消除農(nóng)藥對環(huán)境污染的一 個重要方面。能降解農(nóng)藥的微生物，有的是通過礦化作用將 農(nóng)藥逐漸分解成終產(chǎn)物 CO2和H2O,這種降解途徑徹底， 一般不會帶來副作用；有的是通過共代謝作用，將農(nóng)藥轉(zhuǎn)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(jié)果比較復雜，有正面效應也有負面效應。為了避 免負面效應，就需要用基因工程的方法對已知有降解農(nóng)藥作 用的微生物進行改造，改變其生化反應途徑，以希望獲得最 佳的降解、除毒效果。現(xiàn)在人們正在利用重組DNA技術(shù)克 服其缺點來提高殺蟲效果，例如目前病毒殺蟲劑的一個研究 熱點是桿狀病毒基因工程的改造，人們正在研究將外源毒蛋

12、 白基因如編碼神經(jīng)毒素的基因克隆到桿狀病毒中以增強桿 狀病毒的毒性；將能干擾害蟲正常生活周期的基因如編碼保 幼激素酯酶的基因插入到桿狀病毒基因組中，形成重組桿狀 病毒并使其表達由相關(guān)激素，以破壞害蟲的激素平衡，干擾其 正常的代謝和發(fā)育從而達到殺死害蟲的目的。3.5 對大氣污染的生物處理隨著現(xiàn)代工、農(nóng)業(yè)的發(fā)展，大量有毒、有害氣體被排由， 嚴重污染環(huán)境。微生物對污染物能較快地適應，并可使廢物、廢氣得到降解和轉(zhuǎn)化。同傳統(tǒng)空氣污染控制技術(shù)如活性炭吸 附、濕法洗滌和燃燒等相比，微生物法以其處理效果好、投 資及運行費用低、易于管理等優(yōu)點，逐漸應用于空氣污染控 制中O 近年來，采用把煤的物理選煤技術(shù)之一的浮

13、選法和 微生物處理相結(jié)合的方法而把煤和黃鐵礦分開，進而達到脫 硫。美國利用 CBl菌株可脫去18% 47%的有機硫。捷克 斯洛伐克1991年在其北部三個露天煤礦用氧化亞鐵硫桿菌 脫褐煤中硫，平均能脫去無機硫78. 5%0有機硫23. 4%。德國和荷蘭用生物膜過濾器處理含硫化氫廢氣，其控制效率 達90%以上。新西蘭、英國、日本和美國也有在工業(yè)上規(guī)模 應用的報導。結(jié)束語：現(xiàn)代生物技術(shù)是環(huán)境保護廣泛應用和十分重要的技術(shù)， 其在污水的生物凈化、工業(yè)清潔生產(chǎn)、工業(yè)廢棄物、城市生 活垃圾的處理、有毒有害物質(zhì)的降解、廢物資源化、環(huán)境生 物監(jiān)測、環(huán)境修復和污染嚴重的工業(yè)企業(yè)的清潔生產(chǎn)等方面 發(fā)揮著重要的作用。

14、隨著全球范圍內(nèi)對環(huán)境保護的高度重視 和越來越嚴厲的環(huán)境法，市場對環(huán)境生物技術(shù)的需求會越來 越廣泛，且隨著現(xiàn)代生物技術(shù)的不斷發(fā)展，在未來的社會發(fā) 展中，運用現(xiàn)代生物技術(shù)預防和治理環(huán)境污染，改善生態(tài)環(huán) 境具有巨大的潛力和優(yōu)勢。隨著科技的進步，生物科學和生 物工程、以及生物技術(shù)將被越來越廣泛地應用于生物多樣性 保護、人類健康、環(huán)境污染防治和環(huán)境、經(jīng)濟、社會的可持 續(xù)發(fā)展，同時在攻克環(huán)境保護的科技難關(guān)中有廣闊的發(fā)展前 景。21世紀，實現(xiàn)生物多樣性保護，合理開發(fā)生物資源，有 效利用生物技術(shù)，必將是本世紀的重要課題。我國是污染嚴 重的國家，我們要構(gòu)建一個有利于現(xiàn)代生物技術(shù)在環(huán)保中應 用的良好環(huán)境，同時最大限度地減少和預防與這些技術(shù)伴生 的對人類和環(huán)境的危害。參考文獻1孫毅.現(xiàn)代生物