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1、河南师范大学生命科学学院考查课程论文 年级类别： 2010级 学科专业： 生物化学与分子生物学 学 号： 1004181008 姓 名： 王小攀 课程名称： 环境生物化学 授课教师： 邱宗波 考试分数： 现代生物化学应用于环境保护研究的进展摘 要： 论述了现代生物技术应用于环境保护研究的新进展， 包括能吞食有毒废弃物基因工程细菌的培育， 用微生物降解农药废水治理污染， 用生物传感器监测水质以及用中草药制农药防治作物病虫害等。关键词： 生物技术； 环境保护； 基因工程； 生物传感器； 生物农药美国某些世界观察人员不久前发表的一份研究报告称： 由于人口的快速增加， 自然资源的大量消耗， 全球环境状
2、况正在急剧恶化。 水资源短缺、 土壤荒漠化、 有毒化学品污染、 臭氧层破坏、 酸雨肆虐、 生物多样性遭到破坏、森林减少人类的生存和发展遇到了一场前所未有的挑战，迫使人们进行一场 “环境革命” 来拯救人类自己。 这场环境革命的意义就像18世纪的工业革命一样重大， 而且需要更加深入和彻底。 前不久由联合国主持召开的一次 “无害环境生物技术应用国际合作会议” 上， 专家们评估了生物技术应用对环境和人类健康的影响， 提出了运用现代生物工程技术预防、 阻止环境恶化， 加强自然资源持续利用， 维护生态平衡的措施。与会专家们达成了这样一个共识： 运用现代生物工程技术预防和治理环境污染具有巨大的潜力和优势。1
3、 用基因工程开发成功能吞食有毒废弃物的细菌据英国 泰晤士报 报道， 美国加利福尼亚大学的微生物学工作者培育出了一种以PCBs （聚氯联苯） 为食物的细菌。PCBs是一种污染环境的致癌物质， 它不能被一般的自然过程破坏， 这种从实验室中培育成的细菌被认为是有效解决这一难题的工具。该大学的研究人员是将一种一般土壤细菌 （恶臭假单胞菌） 的两个菌株的DNA进行交换， 产生一种杂交的突变菌株。该基因交换菌株能破坏联苯基， 而联苯基正是构成PCBs分子的一个关键基因。 它是由两个苯环组成的， 有剧毒， 在它们紧密结合时便成为潜在的致癌物。PCBs进入人体后，不能被人体的新陈代谢过程破坏， 它能从这一代传
4、给下一代。 这种物质也能长期保存在土壤中不会被分解。新培育出的这种两个菌株的遗传物质发生交换的突变菌株则能分解 PCBs， 可使这种有毒害的物质变成无害的物质 水、 二氧化碳和盐类。2 用微生物工程降解农药废水获得成功由中国科学院成都生物所主持与成都农药厂合作共同完成的国家科技攻关项目 “有机农药废水微生物降解研究” 成果， 已通过了化工部主持的专家鉴定。有机农药是重要的一类广谱化学农药， 也是我国农药行业中的基础品种， 其应用面较广。乐果是其中的主要品种之一， 其生产量大， 产生的高浓度有机废水量也大， 污染环境极其严重。统计资料显示： 每合成 1 t农药原药需消耗3 t 4 t化工原料，
5、多余的原料大部分作为未反应物或中间副产物随水排出。全国数百家农药厂排出的废水上亿吨， 给环境造成极大危害， 必须尽快解决。 为此， “有机农药废水微生物降解研究” 特批为“国家科技攻关项目” 立项。中国科学院成都生物所经过反复试验 （包括小试和中试） ， 终于找到了用微生物工程技术处理农药 （乐果） 工业废水的方法。 他们采用高效微生物菌种用于 SBR设备处理有机农药废水， 效果非常明显， 使有机磷转化率达到 96% 99%。其技术指标均达到了国标 GB 897888 中规定的排放标准。这是我国科学家在环保研究领域做出的一大贡献。专家们在鉴定这项成果时一致认为， 该研究成果工艺新颖、 技术先进
6、， 是现代微生物技术处理有机工业废水的重大突破， 达到了国际先进水平。3 用生物传感器监测水质效果显著英国科学家为加强对饮用水质的监控， 开展了多方位的研究。他们采用生物传感器来监测饮用水质情况取得了很好的效果。据英国 新科学 杂志报道， 英国科学家研究的生物传感器除能有效地对水污染进行监测外， 还能探测更加广泛的污染物 （如对杀虫药和除莠剂的监测） 。英国饮用水研究中心的科学工作者发现这些污染物能够影响 “细菌电极” 所产生的电流。他们设计了一种系统， 让一种化学媒介 （通常是氰铁化钾） 使电子在细菌和电极之间来回穿梭， 从而产生一股可测量的电流。化学媒介能有效地监测细菌的呼吸或光合作用。这
7、种代谢过程产生电子， 因而也就产生电流。 把水同化学媒介混合， 并让水淹没固定在电极上的细菌， 水中的污染物就中断了代谢过程， 电流就减弱， 从而驱动报警。到目前为止， 科学工作者已研究成功利用大肠杆菌和蓝藻细菌作为生物传感器。专家们在评审这一生物技术成果时说， 细菌对杀虫剂和除莠剂特别敏感， 这一生物特性可广泛用于环境保护领域的监测器。4 微生物治理环境污染显神通Micro Blaze是一种多种孢子形式微生物的混合体。它能吸收难以清除的污垢、 脂肪和纤维素。 试验表明， 往一池正在燃烧的油脂中倒入这种微生物混合液的浓缩物， 烈火会立即熄灭， 它还能扑灭森林草原火灾并促使草木迅速再生， 让土壤
8、中的微生物复活。Micro Blaze中的杆菌孢子不是致病的微生物。它们进入因有害物泄漏而污染的土壤15 min后就会活跃起来， 每20 min它们的群体就扩大 1倍。 用它清除污染不会产生垃圾， 其降解过程只产生无害的二氧化碳、 水和无机盐。Micro Blaze还可以作为气味控制剂， 除去油污的怪味， 我们生活中常会遇到许多物质造成环境污染， 如柴油机燃料、 电动机润滑油、 防冻复合物中的乙二醇以及餐馆产生的油腻垃圾等。 美国海关用它在停机坪对遗漏的航空汽油进行清洗， 还用它清洗机库地板、 清除油罐残渣， 居民用它疏通厨房排水管道等。Micro Blaze 在中国的应用前景非常广阔。如江湖
9、污染、 农药化肥渗漏， 由家庭、 饭店、 养殖场排出的污水， 只要向所有排水管和抽水马桶中加入一定量的 Micro Blaze就可以有效地清除污水。生产实践还表明， 这种含有微生物的水还可以帮助受污染的土壤恢复活力。我国北京蓝田中绿科技有限公司引进了这一技术， 使用后认为它在消除环境污染方面的作用确实神奇。5 我国用中草药制成生物农药 “露雨二号”近年来勃然兴起的生物农药顺应了时代发展的要求， 这就是既确保杀灭作物病虫害， 又不污染环境。 用中草药制成的生物农药 “露雨二号”做到了低毒、 无害、 无残留、 可生物降解。“露雨二号” 是根据我国传统的中医药理论研制而成的， 它是以多种中草药材为原
10、料的天然广谱杀虫剂， 其成本和药效都与目前的化学高效杀虫剂不相上下。可以说， 该产品的推出在改善农药结构及保护生态环境方面都是一个突破性的研究进展。在生物农药开发方面， 对中草药的利用必须做到对象 （原料） 要选准， 对中草药进行成分分析以及配料的搭配。生物化学及分析化学在开发中草药制生物农药方面发挥着重要作用。 “露雨二号” 生物农药开发成功， 并取得防虫和环保的双重效益是一个良好的起点。农业部药检所所长朱天纵说，目前我国已登记的 2 000多个农药品种中， 生物农药只有40 多个， 其发展空间是很大的。实施农业可持续发展战略， 必须保护生态环境， 农药必须向低毒、 无公害方向发展。6 诱发
11、突变菌治理有机废水造成的环境污染一项利用生物工程术治理染料废水的技术在我国广州完成。 为治理有机废水污染做出了贡献。这项生物技术工程研究课题由华南师范大学、 中山医科大学和东莞市环保局环保技术中心共同主持完成。 他们采用生物工程技术诱发突变产生变异菌新菌种， 再对不同染料的废水投加优势混合菌群， 使之能够适应环境改变酶系统特性。 选择的菌群投放后再将缺氧以及好氧工程串联起来协同处理污水。通过在东莞市施用， 该项生物工程技术获得了明显成效， 先后荣获东莞市科技进步奖和国家环保局科技进步奖。 目前该项技术已有数十家工厂采用， 在处理废水和消除污染方面均获得成功， 现已由丝绸行业扩大到食品、 制革、
12、 啤酒及制药行业。7 克隆出植物生长基因控制植物生长美国密歇根州立大学研究人员用无性繁殖 （克隆） 技术得到了控制植物生长的基因。美国农业部的专家杰里科恩在谈到这一发现时说，“基因工程技术会取代植物生长用的农药和化肥， 从而减少环境污染， 保护生态平衡。”植物生理研究表明， 植物生长依赖于一种名叫 IAA的激素。IAGLU基因制造的酶可以控制植物体内活性IAA数量的多少， 从而控制植物生长。在近期出版的 科学 杂志上， 什尔斯和他的课题组介绍了他们从玉米中提出 IAGLU基因，进行克隆并用它制取更多植物生长酶的研究成果。他们把基因导入西红柿内， 获得了表达， 表现为生长迅速， 该课题还对烟草进
13、行试验， 也获得了同样的效果。研究报告显示，罗伯特 班杜尔研究 IAA激素已有 30 多年的历史。他说： “如果我们不用农药、 化肥就能控制植物生长的话， 这对于农业将会有巨大的帮助。它将会减少食物中的有害残留物， 不污染环境， 并降低生产开支。”8 用遗传工程技术开发农产废弃物我国生化学家、 台湾旅美学者何瑗教授经过多年精心研究， 最近已成功研究出以遗传工程技术开发农产废物再利用的新技术。这种新生物技术既具有巨大的经济效益， 又具有显著的环境效益。从技术领域方面思考， 它是遗传工程应用方面的创新佳绩。研究报告指出： 过去农产废弃物的利用方式是采用微生物发酵， 制造酒精或其他副产品， 而这种方
14、法不能完全利用农产废弃物 （如占农产废弃物 20% 30%的五炭醣） 。而何教授研究本课题的创新点则是利用遗传工程基因剪切、拼接的方法， 在微生物细胞内进行 “加工” 使微生物在基因重组中表达出新性状。这些新型微生物最显著的特性是可以分解、 发酵五炭醣， 而且能将五炭醣这种废弃物变为医药、 工业用的原料。该项成果的取得是基因工程在环保领域研究的一项有非常重要应用价值的现代生物技术， 已被广泛采用。9 生物传感器用于检测环境污染与改进废物处理系统设在巴黎的经济合作和发展组织 （OECD） 最近在一份报告中指出，各成员国对生物技术在控制环境污染中潜在的应用应给予足够的重视。这份报告认为： 生物技术
15、应用于环境保护的意义的宣传， 由于公众的敌意及有些成员国环保官员因对释放基因和改善环境的生物技术和方法怀有戒心而大受影响。但在美国和法国， 已经使用生物传感器检测污染并将其用于改进废弃物处理系统， 取得了明显的成效。该报告认为，对因释放基因而改变的微生物所造成的对环境真正危害缺乏评估， 是 “相当令人不安的” 。由于缺乏评估危害的标准和方法， 许多公司往往不愿研究开发新生物技术， 特别是不敢去应用。在许多成员国， 由于规定不严格， 国家宁可对废弃物进行罚款， 也不去建立有效的工业处理规划。当今出现的生物技术应用于环境保护的生物传感检测污染新技术能有效地解决这一难题，它使检测工作变得比较简单易行。参考文献1 郭三维.植物Bt抗虫基因工程研究进展 J .中国农业科学， 1995， 28（5） ： 8- 10.2 Kenneth E Sherman.大规模生产病毒杀虫剂的可能性 J .晓岚， 译.农药译丛， 1986， 8 （6） ： 29- 30.3 程树培.环境生物技术 M .南京： 南京大学出版社， 1994.
