生物技术在环境保护上的应用及发展前景
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生物技术
在环境保护上的应用及发展前景
李学静
! 天津青年职业学院，天津 "##$%$ &
摘
要： 介绍了生物技术在环境保护领域的一些新技术
和新手段的应用及其发展前景。 关键词： 生物技术；环境保护；发展 文章编号：$##’ ( )%)) ! *##* & #) ( ##$" ( #*
源。如利用特定菌种 +,- 序列设计特定性的核酸荧 光探针， 分析环境中存在的特异性污染物。 +,- 分析 方法常在多种环境污染物联合作用分析中得到应用， 用来判断环境中污染物的种群和数量（ 浓度） 、 来源。 $/ " 生物免疫检验 利用特定的生物通过抗原或抗体存在方式检验 监测分析环境物质的生物毒性。 如生物晶片检测空气 污染物质、 空气污染风险评估等。通过生物抗原体在 环境中的特种变异来监测环境物质对环境的毒性影 响和预测等，并建立防治的一般性方法；利用免疫分 析的效感性、 特异性、 快速及应用的实效性、 经济性等 特点， 逐步取代传统的环境化学分析方法和技术。 $/ ) -B4? 试验 该试验为微生物致突变试验， 不仅可以测定环境 中化学污染物的致突变， 而且可以推测该环境污染物 潜在的致癌性。 -B4? 试验是美国加利福尼亚大学 -B4? 教授于 $%C’ 年正式发表的一种致突变测试方 法。 -B4? 试验是利用鼠伤寒沙门氏菌 （ !"#$%&’##" ()*+,$-.,-$）的组氨酸营养缺陷型菌株发生回复致突 变 的 性 能 来 检测 物 质 的 致 突 变 性 的 方法 。 $%." 年 其推荐使用的 -B4? 等重新修订充实了 -B4? 试验法， 菌株有 D-%C、 D-%.、 D-$##、 D-$#* 等四株，其中 为了 D-$#* 为新的菌株。上述菌株均有组氨酸突变， 提高检测的诱变能力，又赋予其他突变，如 <E:@、:F=9 等突变。-B4? 试验方法具有试验周期短、 灵敏度高且 待测物需量少、 一次试验可以同时作用于千万计的细 菌个体、试验易于操作且结果明确、直接反映环境中 多种污染物的联合效应等优点， 确是一种良好的环境 潜在突变的初筛警报手段。
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生物技术在环境保护领域应用前景展望
生物技术由于是高新技术， 不在环境中产生污染
或者是少污染的特点， 对保护生态环境的平衡和消除 环境污染有着积极的现实意义， 在环境保护中的应用 必然引起重视和推广。 目前按照国际生物技术在环境 保护领域应用研究的趋势， 将在以下领域的研究和推
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农业环境与发展
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广应用方面得到进一步地加强： （ 多元化信息采集和生物信息传感器的开发和 #） 研制。 随着科技进步， 环境问题的全球化， 各国将在发 展环境污染监测和环境预警、环境风险评估、生物生 态监测等方面做出新的努力， 积极发展和采用多元化 的信息手段和检测技术， 分子生物技术将在开发研制 生物传感器及其促进产业化方面发挥积极作用。 这些 耐久适用的生物传感器可以实现环境自动连续监测 方面的需要， 更有利于我们对环境污染发展趋势的判 断和预防。 （ !） 分子生物技术追踪环境污染物质的降解研 究、 重点研制和开发。 以重组 ()* 为手段的分子生物 技术，探索环境污染物质在环境中的迁移与转化、降 解规律，构建针对难降解环境污染物的生物基因库， 培育性状稳定的适用性工程菌， 应用分子生物工程技 术的新方法、 新工艺治理水体污染、 农业面源污染、 工 业“ 三废” 污染等， 进行生态修复、 污染物生物净化， 实 现清洁生产， 保护生态环境。目前我国已经开展了工 业污染物的生物降解和治理方面的研究。 （ 环境污染物质致突变性研究。环境质量的好 $） 坏关系着人体健康和社会可持续发展， 随着人们对环 境问题的关注， 环境中物质特别是环境污染物质的致 突变性研究受到人们的重视， 检测环境致突变性的方 法如 *,-. 试验法等将进一步丰富和发展，将为人们 及时发现和检测污染致突变的成因和污染来源， 为解 决和预防环境污染物的致突变提供良好的理论和实 践基础研究。 （ 预防污染生物可降解材料研究及应用。 +） 应用生物 !# 世纪将是生物技术迅速发展的时代， 技术、生物工程手段处理和防治、预防环境污染问题 将得到广泛关注，环境安全性越来越被重视，无污染 产品和清洁生产技术的推广为预防污染生物技术在 农业生产中的应用提供了广阔的空间。 例如生物产品 如生物农药、生物肥料、生物可降解塑料薄膜等将会 大量应用到生产实际当中， 逐步取代对环境存在污染 或者污染威胁的环境物质的使用 （ 如化学制成品的农 药、 化肥等） 。 为预防环境污染， 提高生态环境质量， 保 障生态安全和多样性，发展无公害食品，保障人民身 体健康方面发挥积极作用。
现代生物技术是以 +,- 分子技术为基础支撑， 包括微生物工程、 细胞工程、 酶工程、 基因工程等在内 的一系列生物高新技术的统称。 现代生物不仅在农业 作物改良、 医药研究、 食品工程方面发挥着重要作用， 而且也随着日益突出的环境问题在污染、 环境生物监 测等方面发挥着重要的作用。 $%%. 年经合组织发表 的《 生物技术为洁净工业产品和技术服务》 报告指出， 生物技术已经成为一个成熟的产业， 生物技术是一种 高新技术， 自 *# 世纪 .# 年代以来它普遍受到世界各 国和民间研究机构的高度重视， 发展十分迅猛。环境 科学是与许多科学相互交叉的边缘科学， 生物技术在 环境保护领域的应用和发展， 丰富和发展了环境保护 新技术。
可持续发展
Hale Waihona Puke 农业环境与发展 #$$#% &
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生物污染处理技术在环保领域的应用
*/ $ 生物膜技术 生物膜处理污染物是以大量好气性特定的微生
可持续发展
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物族群组成的生物膜为净化主体的水处理方法， 根据 介质与废水的不同接触方式有各种不同的处理装置 与方法。 由于生物膜法具有生物密度高且易于培养特 定微生物族群、 耐污能力强、 动能消耗小， 且不存在污 泥回流和膨胀问题、运行管理方便等诸多特点，而被 广泛运用在处理化工、 食品、 石油、 印染、 医药等行业 的工业污水处理上。 !" ! 基因工程技术 在处理污染物的过程中，针对特定的污染物种 类， 利用基因工程技术 （ 包括基因重组、 原生质融合、 克隆技术等）培养、驯化特定新型的高效工程菌应用 于污染物处理。如美国采用基因工程培育的 “ 超级石 油菌 ” ，几小时内就可以降解自然菌需要 # 年时间降 解的水上浮油。 目前普遍在工业中采用的如用基因工 程微生物处理原煤脱硫， 工业废水中生物脱硫、 脱酚； 农作物秸秆还田秸秆分解菌的筛选和培育等。 !" $ 发酵工程技术 在处理环境废弃物的过程中， 根据不同的环境废 弃物， 选择不同的生物菌群， 配合适当的环境条件， 进 行发酵处理， 变废为宝， 实现废物资源化。 如利用微生 物种群处理生活垃圾和农业废弃物进行的堆肥、 沤肥 处理；利用农业废弃物进行沼气发酵，参与沼气发酵 的微生物都属于嫌气性有机营养细菌， 如奥氏甲烷杆 （ 菌 !"#$%&’() *)%+’",-.(） % 甲烷八联球菌 （ -"&#’," 等等。 )%$/",’#"）
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生物监测技术在环境保护领域的应用
$/ $ 生物传感器和生物晶片 生物传感器和生物晶片是利用 +,- 或是固定化 的生物分子作为辨认元件来监测目标， 通过信号系统 将生物分子的在监测过程中物理或化学的性能变化 转化生物电信号， 再通过电子信号放大器输出被监测 的变化量，从而得到环境物质监测结果，这种监测方 法具有高特异性、选择性、高灵敏度而且可以实现即 时监测功能。 目前已经开发成功而在环境监测和环境 工程被广泛应用的有 01+ 生物传感器、压电电晶体 生物传感器（ 等。 2345647489:38 ;<=:95 8:>?9=7 @36?4A?6:） $/ * +,- 分析技术 目前在一些环境污染源分析中， 采用辨认微生物 取代以往采用生物染色或是原 +,- 分子结构的方式， 子示踪技术， 分析和辨认污染源的构成和污染物的来
作者简介： 李学静 （ ， 女， 讲师。 #/0$ — ） 收稿日期： !11# 2 ## 2 1+
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生物技术在预防污染上的应用
& # ’ 利用分子遗传技术筛选特定菌种将产品生产
过程的废弃物直接转化为能源或副产品， 如微生物化 肥；利用 ()* 重组及蛋白质工程技术快速生成特定 的酶， 应用于生产环节， 减少化学无机品用量， 从而达 到清洁生产的目的。 & ! ’ 利用分子微生物族群、 基因技术、 ()* 修复 改变某些物质的分子结构使其具有可降解性或加速 自然降解的速度。 如生物降解塑料制品、 生物农药、 生 物杀虫剂等， 降低环境中污染和废物。
在环境保护上的应用及发展前景
李学静
! 天津青年职业学院，天津 "##$%$ &
摘
要： 介绍了生物技术在环境保护领域的一些新技术
和新手段的应用及其发展前景。 关键词： 生物技术；环境保护；发展 文章编号：$##’ ( )%)) ! *##* & #) ( ##$" ( #*
源。如利用特定菌种 +,- 序列设计特定性的核酸荧 光探针， 分析环境中存在的特异性污染物。 +,- 分析 方法常在多种环境污染物联合作用分析中得到应用， 用来判断环境中污染物的种群和数量（ 浓度） 、 来源。 $/ " 生物免疫检验 利用特定的生物通过抗原或抗体存在方式检验 监测分析环境物质的生物毒性。 如生物晶片检测空气 污染物质、 空气污染风险评估等。通过生物抗原体在 环境中的特种变异来监测环境物质对环境的毒性影 响和预测等，并建立防治的一般性方法；利用免疫分 析的效感性、 特异性、 快速及应用的实效性、 经济性等 特点， 逐步取代传统的环境化学分析方法和技术。 $/ ) -B4? 试验 该试验为微生物致突变试验， 不仅可以测定环境 中化学污染物的致突变， 而且可以推测该环境污染物 潜在的致癌性。 -B4? 试验是美国加利福尼亚大学 -B4? 教授于 $%C’ 年正式发表的一种致突变测试方 法。 -B4? 试验是利用鼠伤寒沙门氏菌 （ !"#$%&’##" ()*+,$-.,-$）的组氨酸营养缺陷型菌株发生回复致突 变 的 性 能 来 检测 物 质 的 致 突 变 性 的 方法 。 $%." 年 其推荐使用的 -B4? 等重新修订充实了 -B4? 试验法， 菌株有 D-%C、 D-%.、 D-$##、 D-$#* 等四株，其中 为了 D-$#* 为新的菌株。上述菌株均有组氨酸突变， 提高检测的诱变能力，又赋予其他突变，如 <E:@、:F=9 等突变。-B4? 试验方法具有试验周期短、 灵敏度高且 待测物需量少、 一次试验可以同时作用于千万计的细 菌个体、试验易于操作且结果明确、直接反映环境中 多种污染物的联合效应等优点， 确是一种良好的环境 潜在突变的初筛警报手段。
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生物技术在环境保护领域应用前景展望
生物技术由于是高新技术， 不在环境中产生污染
或者是少污染的特点， 对保护生态环境的平衡和消除 环境污染有着积极的现实意义， 在环境保护中的应用 必然引起重视和推广。 目前按照国际生物技术在环境 保护领域应用研究的趋势， 将在以下领域的研究和推
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农业环境与发展
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广应用方面得到进一步地加强： （ 多元化信息采集和生物信息传感器的开发和 #） 研制。 随着科技进步， 环境问题的全球化， 各国将在发 展环境污染监测和环境预警、环境风险评估、生物生 态监测等方面做出新的努力， 积极发展和采用多元化 的信息手段和检测技术， 分子生物技术将在开发研制 生物传感器及其促进产业化方面发挥积极作用。 这些 耐久适用的生物传感器可以实现环境自动连续监测 方面的需要， 更有利于我们对环境污染发展趋势的判 断和预防。 （ !） 分子生物技术追踪环境污染物质的降解研 究、 重点研制和开发。 以重组 ()* 为手段的分子生物 技术，探索环境污染物质在环境中的迁移与转化、降 解规律，构建针对难降解环境污染物的生物基因库， 培育性状稳定的适用性工程菌， 应用分子生物工程技 术的新方法、 新工艺治理水体污染、 农业面源污染、 工 业“ 三废” 污染等， 进行生态修复、 污染物生物净化， 实 现清洁生产， 保护生态环境。目前我国已经开展了工 业污染物的生物降解和治理方面的研究。 （ 环境污染物质致突变性研究。环境质量的好 $） 坏关系着人体健康和社会可持续发展， 随着人们对环 境问题的关注， 环境中物质特别是环境污染物质的致 突变性研究受到人们的重视， 检测环境致突变性的方 法如 *,-. 试验法等将进一步丰富和发展，将为人们 及时发现和检测污染致突变的成因和污染来源， 为解 决和预防环境污染物的致突变提供良好的理论和实 践基础研究。 （ 预防污染生物可降解材料研究及应用。 +） 应用生物 !# 世纪将是生物技术迅速发展的时代， 技术、生物工程手段处理和防治、预防环境污染问题 将得到广泛关注，环境安全性越来越被重视，无污染 产品和清洁生产技术的推广为预防污染生物技术在 农业生产中的应用提供了广阔的空间。 例如生物产品 如生物农药、生物肥料、生物可降解塑料薄膜等将会 大量应用到生产实际当中， 逐步取代对环境存在污染 或者污染威胁的环境物质的使用 （ 如化学制成品的农 药、 化肥等） 。 为预防环境污染， 提高生态环境质量， 保 障生态安全和多样性，发展无公害食品，保障人民身 体健康方面发挥积极作用。
现代生物技术是以 +,- 分子技术为基础支撑， 包括微生物工程、 细胞工程、 酶工程、 基因工程等在内 的一系列生物高新技术的统称。 现代生物不仅在农业 作物改良、 医药研究、 食品工程方面发挥着重要作用， 而且也随着日益突出的环境问题在污染、 环境生物监 测等方面发挥着重要的作用。 $%%. 年经合组织发表 的《 生物技术为洁净工业产品和技术服务》 报告指出， 生物技术已经成为一个成熟的产业， 生物技术是一种 高新技术， 自 *# 世纪 .# 年代以来它普遍受到世界各 国和民间研究机构的高度重视， 发展十分迅猛。环境 科学是与许多科学相互交叉的边缘科学， 生物技术在 环境保护领域的应用和发展， 丰富和发展了环境保护 新技术。
可持续发展
Hale Waihona Puke 农业环境与发展 #$$#% &
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生物污染处理技术在环保领域的应用
*/ $ 生物膜技术 生物膜处理污染物是以大量好气性特定的微生
可持续发展
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物族群组成的生物膜为净化主体的水处理方法， 根据 介质与废水的不同接触方式有各种不同的处理装置 与方法。 由于生物膜法具有生物密度高且易于培养特 定微生物族群、 耐污能力强、 动能消耗小， 且不存在污 泥回流和膨胀问题、运行管理方便等诸多特点，而被 广泛运用在处理化工、 食品、 石油、 印染、 医药等行业 的工业污水处理上。 !" ! 基因工程技术 在处理污染物的过程中，针对特定的污染物种 类， 利用基因工程技术 （ 包括基因重组、 原生质融合、 克隆技术等）培养、驯化特定新型的高效工程菌应用 于污染物处理。如美国采用基因工程培育的 “ 超级石 油菌 ” ，几小时内就可以降解自然菌需要 # 年时间降 解的水上浮油。 目前普遍在工业中采用的如用基因工 程微生物处理原煤脱硫， 工业废水中生物脱硫、 脱酚； 农作物秸秆还田秸秆分解菌的筛选和培育等。 !" $ 发酵工程技术 在处理环境废弃物的过程中， 根据不同的环境废 弃物， 选择不同的生物菌群， 配合适当的环境条件， 进 行发酵处理， 变废为宝， 实现废物资源化。 如利用微生 物种群处理生活垃圾和农业废弃物进行的堆肥、 沤肥 处理；利用农业废弃物进行沼气发酵，参与沼气发酵 的微生物都属于嫌气性有机营养细菌， 如奥氏甲烷杆 （ 菌 !"#$%&’() *)%+’",-.(） % 甲烷八联球菌 （ -"&#’," 等等。 )%$/",’#"）
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生物监测技术在环境保护领域的应用
$/ $ 生物传感器和生物晶片 生物传感器和生物晶片是利用 +,- 或是固定化 的生物分子作为辨认元件来监测目标， 通过信号系统 将生物分子的在监测过程中物理或化学的性能变化 转化生物电信号， 再通过电子信号放大器输出被监测 的变化量，从而得到环境物质监测结果，这种监测方 法具有高特异性、选择性、高灵敏度而且可以实现即 时监测功能。 目前已经开发成功而在环境监测和环境 工程被广泛应用的有 01+ 生物传感器、压电电晶体 生物传感器（ 等。 2345647489:38 ;<=:95 8:>?9=7 @36?4A?6:） $/ * +,- 分析技术 目前在一些环境污染源分析中， 采用辨认微生物 取代以往采用生物染色或是原 +,- 分子结构的方式， 子示踪技术， 分析和辨认污染源的构成和污染物的来
作者简介： 李学静 （ ， 女， 讲师。 #/0$ — ） 收稿日期： !11# 2 ## 2 1+
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生物技术在预防污染上的应用
& # ’ 利用分子遗传技术筛选特定菌种将产品生产
过程的废弃物直接转化为能源或副产品， 如微生物化 肥；利用 ()* 重组及蛋白质工程技术快速生成特定 的酶， 应用于生产环节， 减少化学无机品用量， 从而达 到清洁生产的目的。 & ! ’ 利用分子微生物族群、 基因技术、 ()* 修复 改变某些物质的分子结构使其具有可降解性或加速 自然降解的速度。 如生物降解塑料制品、 生物农药、 生 物杀虫剂等， 降低环境中污染和废物。
