现代生物技术在环保中的应用和发展前景

现代生物技术在环保中的应用和发展前景
摘 要:针对我国目前生态状况，随着我国人口和经
济的快速增长，自然资源的消耗也日益增加，此过程中，产
生大量环境污染物是无疑的，本文综合论述了现代生物技术
在治理环境污染，保护生态环境中的应用和发展前景。
关键词: 现代生物技术 生态环境 环境保护

1.我国生态环境现状
环境保护已成为当前国际关系、经贸合作中的一个极为重要
的问题也日益严重地影响着我国国民经济的可持续发展。在我国过
去几十年的经济发展中由于忽视了发展中的环境保护目前环境
状况十分严峻。近年来虽采取了大量控制措施但环境质量下降的趋
势仍在继续。我国是世界上环境污染最为严重的国家之一，从城市到
乡村我国的大气、河流、湖泊、海洋和土壤等均受到不同程度的污
染。目前我国由于“三废”污染、农用化肥和农药的污染以及废弃塑
料和农用地膜的污染，严重的影响了我国的生态环境，使得水污染日
益加剧，水资源严重短缺，全国600多个城市中已有一半城市缺水，
则有8 000万人和6 000万头牲畜饮水困难；土壤污染严重，耕地面
积锐减，近10年来每年流失的土壤总量达50亿t，土地荒漠化日益
加剧；森林覆盖面积下降，草场退化，每年减少森林面积达2 500万
亩；人们的身体健康受到严重威胁，疾病发病率急剧上升。因此，加
大环境保护和环境治理力度，加快应用高新技术，如现代生物技术来
控制环境污染和保持生态平衡，提高环境质量已成为环保工作者的工
作重点。
2 现代生物技术与环境保护
现代生物技术是以DNA分子技术为基础，包括微生物工程，
细胞工程，酶工程，基因工程等一系列生物高新技术的总称。现代生
物技术不仅在农作物改良、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治理污染、环境生物监测等方面发挥
着重要的作用。与传统方法比较，生物治理方法具有许多优点。
（1）生物技术处理垃圾废弃物是降解破坏污染物的分子结构，
降解的产物以及副产物，大都是可以被生物重新利用的，有助于把人
类活动产生的环境污染减轻到最小程度，这样既做到一劳永逸，不留
下长期污染问题,同时也对垃圾废弃物进行了资源化利用。
（2） 利用发酵工程技术处理污染物质，最终转化产物大都
是无毒无害的稳定物质，如二氧化碳、水、氮气和甲烷气体等，常常
是一步到位，避免污染物的多次转移而造成重复污染，因此生物技术
是一种既安全又彻底消除污染的手段。
（3）生物技术是以酶促反应为基础的生物化学过程，而作为
生物催化剂的酶是一种活性蛋白质，其反应过程是在常温常压和接近
中性的条件下进行的，所以大多数生物治理技术可以就地实施，而且
不影响其他作业的正常进行，与常常需要高温高压的化工过程比较，
反应条件大大简化，具有设备简单、低廉、效果好、过程稳定、操作
简便等优点。
所以，当今生物技术已广泛应用于环境监测、工业清洁生产、
工业废弃物和城市生活垃圾的处理，有毒有害物质的无害化处理等各
个方面。
3 现代生物技术在环境保护中的应用
(1) 污水的生物净化
污水中的有毒物质的成分十分复杂，包括各种酚类、氰化物、
重金属、有机磷、有机汞、有机酸、醛、醇及蛋白质等等。微生物通
过自身的生命活动可以解除污水的毒害作用，从而使污水中的有毒物
质转化为有益的无毒物质，使污水得到净化。当今固定化酶和固定化
细胞技术处理污水就是生物净化污水的方法之一。固定化酶和固定化
细胞技术是酶工程技术。固定化酶又称水不溶性酶，是通过吸附法或
化学键合法使水溶性酶和固态的不溶性载体相结合，将酶变成不溶于
水但仍保留催化活性的衍生物，微生物细胞是一个天然的固定化酶反
应器，用制备固定化酶的方法直接将微生物细胞固定，即是可催化一
系列生化反应的固定化细胞。

(2) 污染土壤的生物修复
重金属污染是造成土壤污染的主要污染物。重金属污染的生
物修复是利用生物(主要是微生物、植物)作用，削减、净化土壤中重
金属或降低重金属的毒性。其原理是:通过生物作用(如酶促反应)改变
重金属在土壤中的化学形态，使重金属固定或解毒，降低其在土壤环
境中的移动性和生物可利用性，通过生物吸收、代谢达到对重金属的
削减、净化与固定作用。污染土壤的生物修复过程可以增加土壤有机
质的含量，激发微生物的活性，由此可以改善土壤的生态结构，这将
有助于土壤的固定，遏制风蚀、水蚀等作用，防止水土流失。
(3) 白色污染的消除
废弃塑料和农用地膜经久不化解，估计是形成环境污染的重
要成分。据估计我国土壤、沟河中塑料垃圾有百万吨左右。塑料在土
壤中残存会引起农作物减产，若再连续使用而不采取措施，十几年后
不少耕地将颗粒无收，可见数量巨大的塑料垃圾严重影响着生态和环
境，研究和开发生物可降解塑料已迫在眉睫。利用生物工程技术一方
面可以广泛地分离筛选能够降解塑料和农膜的优势微生物、构建高效
降解菌，另一方面可以分离克隆降解基因并将该基因导入某一土壤微
生物(如：根瘤菌)中，使两者同时发挥各自的作用，将塑料和农膜迅
速降解。同时，还需大力推行可降解塑料和地膜的研发、生产和应用。
有些微生物能产生与塑料类似的高分子化合物即聚酯，这些
聚酯是微生物内源性贮藏物质，可以用发酵方法进行生产，由此形成
的塑料和地膜因有可被生物降解、高熔点、高弹性、不含有毒物质等
优点而在等许多领域有极好的应用前景。为了降低成本、提高产量，
人们正在用重组DNA技术对相关的微生物进行改造，此方面目前一
个研究热点是采用微生物发酵法生产聚-β羟基烷酸(PHAs)，研究人员
正设法构建出自溶性PHAs生产菌种，即将PHAs重组菌进行发酵，
在积累大量的PHAs后，加入信号物质，使裂解蛋白产生，细胞壁破
坏，PHAs析出，以简化胞内产物PHAs的提取过程，降低提取成本。
(4) 化学农药污染的消除
一般情况下，使用的化学杀虫剂约80%会残留在土壤中，特
别是氯代烃类农药是最难分解的，经生态系统造成滞留毒害作用。因
此多年来人们一直在寻找更为安全有效的办法，而利用微生物降解农
药已成为消除农药对环境污染的一个重要方面。能降解农药的微生物，
有的是通过矿化作用将农药逐渐分解成终产物CO2和H2O，这种降
解途径彻底，一般不会带来副作用；有的是通过共代谢作用，将农药
转化为可代谢的中间产物，从而从环境中消除残留农药，这种途径的
降解结果比较复杂，有正面效应也有负面效应。为了避免负面效应，
就需要用基因工程的方法对已知有降解农药作用的微生物进行改造，
改变其生化反应途径，以希望获得最佳的降解、除毒效果。要想彻底
消除化学农药的污染，最好全面推广生物农药。
所谓生物农药是指由生物体产生的具有防止病虫害和除杂草等
功能的一大类物质总称，它们多是生物体的代谢产物，主要包括微生
物杀虫剂、农用抗生素制剂和微生物除草剂等。其中微生物杀虫剂得
到了最广泛的研究，主要包括病毒杀虫剂、细菌杀虫剂、真菌杀虫剂、
放线菌杀虫剂等。长期以来并没有得到广泛的使用。现在人们正在利
用重组DNA技术克服其缺点来提高杀虫效果，例如目前病毒杀虫剂
的一个研究热点是杆状病毒基因工程的改造，人们正在研究将外源毒
蛋白基因如编码神经毒素的基因克隆到杆状病毒中以增强杆状病毒
的毒性；将能干扰害虫正常生活周期的基因如编码保幼激素酯酶的基
因插入到杆状病毒基因组中，形成重组杆状病毒并使其表达出相关激
素,以破坏害虫的激素平衡，干扰其正常的代谢和发育从而达到杀死
害虫的目的。

4、生物技术在环境保护应用中的前景
多元化信息采集和生物传感器的研发和研制，随着科学进
步，环境问题的全球化，各国将在环境监测和环境预警，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 采用多元化信
息手段和技术检测，分子生物技术将在开发研制生物传感器及其促进
产业化发展方面发挥积极作用，这些耐久实用的生物传感器可以环境
自动连续检测方面的需要，更有利于我们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DNA为手段的分子生物技术，探索环境污染物质在环
境中德迁移与转化、降解规律，构建针对难降解的环境污染物的生物
基因库，培育性状稳定的适用性工程菌，应用分子生物技术的新方法，
新工艺治理水污染、农业源污染、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。
5、总 结：
随着人类对环境保护意识的不断增强，生物技术在环境监测、治
理和保护领域的应用得到进一步的发展，有着美好的发展前景，必将
为人类做出更大更好的贡献。

参考文献：
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