简述生物技术在环境保护领域的应用

下载贤集网APP入驻自媒体

　　生态环境是人类生存和发展的基本条件，是经济和社会持续发展的基础。我国政府十分重视生态环境保护，把可持续发展作为基本国策。然而，在人口和经济高速增长的双重压力下，环境和发展的矛盾非常突出，已成为威胁我国人民健康，制约经济发展的严重问题。
　　1生态环境现状生态环境日趋恶化主要表现在：1.1土壤污染严重，耕地资源锐减目前我国受重金属污染的耕地面积近2000万公顷，约占总耕地面积的1/5，工业“三废”污染耕地面积达1000万公顷，污水灌溉的农田面积已达330多万公顷，农药污染面积达1300~1600万公顷。由于工业污染、城市化进程的加快等原因，使耕地大量减少，近10年来每年减少耕地约54万亩。水土流失严重，我国是世界上水土流失最严重的国家，每年流失的土壤总量达50亿吨（丧失的肥力折合化肥4000 ~5000万吨）约占全球年流失量的20%，居世界第一位。土地荒漠化日益加剧，我国荒漠化土地占国土总面积的27.3%，且目前仍以每年2400多平方公里的速度扩大、蔓延，受荒漠化危害的人口达4亿多。荒漠化危害我国30个省、市、自治区的600多个县。土地荒漠化导致生态环境的急剧恶化。
　　1.2水污染加剧，水资源严重短缺近年来，我国每年大约排放工业废水300亿吨，且其中70%左右未经任何除污处理直接排入江河水域，水体污染面积达80%以上。农药与化肥的过多使用导致水质的严重污染。有关资料显示：在发展中国家，80%~90%的疾病和1/3以上疾病死因都与受污染的水有关。我国人均水资源占有量约为2400立方米，还不到世界人均占有量的1/4列世界第109位，是全世界13个贫水国家之一。全国受干旱威胁的耕地面积达3~4亿亩，由此造成的粮食减产每年达350多亿公斤。全国600多个城市中已有一半城市缺水，农村则有8000万人和6000万头牲畜饮水困难，。全国不少湖泊水域面积缩减甚至消失，河流断流增加，其中黄河断流最为严重。
　　1.3森林覆盖率降低，草场退化，生物多样性减少我国人均占有森林面积不足2亩，相当于世界人均占有森林面积的1/8，我国目前森林覆盖率为13.92列世界第116位。由于掠夺式开发、病虫害等原因每年减少森林面积达2500万亩，森林的保持水土、涵养水源、保护生物的多样性等生态功能显著下降。在我国受威胁的物种数高于全球5%.生物多样性的减少有4个主要后果：遗传资源的减少；潜在的食物资源和病虫害控制因子的相应减少；生态系统稳定性的降低；对自然灾害的缓冲能力、抵御能力降低。由于长期过度放牧，盲目开垦，我国草地50%退化，退化面积已达13亿亩。
　　1.4化学农药污染已严重影响到人类生存的方方面面近几年我国每年使用的化学农药成药为10多亿公斤，折合原药3亿公斤，其利用率为1/3左右。农药部分残留在土壤中，使土壤生态系统结构发生变化，有的通过挥发、淋溶等机制进入大气层及水体。化学农药的长期使用已经造成严重后果：农产品和土壤中的农药残留量越来越高，使农产品产量和质量严重下降，导致同过量摄入农药有关的疾病发病率的升高甚至造成严重的食物中毒；害虫的天敌密度极度下降，害虫抗药性普遍提高，害虫越打越多，尽管农药的杀虫力在逐步提高，但最终不是农药淘汰害虫，而是害虫淘汰农药，化学农药的超量使用，导致农产品生产成本逐年提高，加重了农民的负担。
　　1.5农用地膜污染不容忽视自1983年以来，我国地膜的生产和使用一直居世界首位。全国地膜覆盖面积已突破1亿亩，棚膜面积已达1000多万亩。农膜残留于土壤造成的白色污染逐年严重，据测算我国地膜年平均残留率高达20%，全国地膜覆盖耕地中的地膜残留每公顷耕地平均达60公斤，大量废旧地膜的残留带来了后果严重的环境污染问题。可控降解地膜的开发与应用迫在眉睫。
　　1.6农林牧及水产养殖环保问题刻不容缓随着经济的发展，畜牧、水产养殖的规模越来越大，由此产生的排泄物预计2000年将达27亿吨。此外，我国每年约有5 ~6亿吨农作物秸秆、4000万吨糟渣、1600万吨饼粕等以及大量的畜禽和轻工业下脚料有待处理，所有这些因素造成的环境问题越来越严重。
　　2生物技术在资源与环境保护领域中的应用由于环境污染物一般来讲性质相对稳定，难于用物理或化学的方法将其进行无害化的处理，于是人们采用了生物学的方法来解决这一问题。微生物对各类污染物均有较强、较快的适应能力，在环境污染的治理中发挥着独特的作用。如何从种类繁多，数量惊人的微生物中，筛选到人们所需要的微生物菌株以及按照人们的意愿构建新的具有特殊本领的遗传工程微生物高效菌、超级菌，从而在治理环境污染的过程中，实现对污染物的减量化、无害化、资源化，这便是生物技术在资源环境保护领域中所要解决的问题，应用微生物工程及在生物技术我们可以做到：21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：3，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。应用生物技术：（1）筛选合适的微生物菌株如，能产生特殊的酶类（如还原酶、裂解酶等）以降解重金属的微生物菌株；对重金属具有较强亲和力的菌株；对重金属具有更强的吸附及富集能力的菌株等；对重金属具有耐性或积累能力的植物。（2）选育重金属耐性植物重金属耐性植物是指在富含重金属的环境中仍能正常生长、繁殖的一类植物。通过在污染的耕地种植这类植物，利用其对重金属的吸收、积累和耐性除去重金属。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。
　　2.2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。
　　应用遗传工程技术构建符合人们需要的微生物高效菌以及具有降解多种污染物功能的超级菌，目的是提高对污染物的降解能力、加快降解速度以增强净化污水的效力。如：能够将氰化物（氰化钾、氰氢酸、氰化亚铜等）分解成二氧化碳和氨的微生物高效菌；专门分解硫化物的微生物，利用它们从废水中回收硫磺；能够降解石油烃的超级菌，以清除油对水质的污染等。还可以将大量的微生物高效菌凝聚在泥粒上形成活性污泥，用来分解和吸附废水中的有毒物质，污水净化后沉积的污泥中，存在丰富的氮、磷、钾等元素，是很好的有机肥料。
　　2.3化学农药污染的治理生物农药的研制与开发在生态系统中，微生物对农药的降解起着重要作用。研究发现，对几大类农药（如：有机氯、有机磷、有机汞、除草剂等）都存在着降解菌。利用基因工程手段筛选或诱发微生物突变株、构建高效降解菌是减轻、消除农药污染的有效途径。随着人们环保意识的日益增强，化学农药将被逐步淘汰，取而代之的是生物农药，因其不污染环境、对人和动植物安全、选择性强、不伤害害虫天敌、害虫难以产生抗药性，而受到世界各国的的高度重视，被等），能够利用分解过程中产生的有害物质（氨气、硫化氢等）及其他分解产物进行再合成的微生物组成高效微生物群，通过这种微生物群对畜禽粪便进行一系列处理来生产有机肥料。植物纤维素、畜禽粪便通过微生物发酵还可以生产沼气，其主要成分是甲烷，可用作燃料或化工原料。也许沼气会成为第四代能源。此外，植物纤维素在微生物的作用下，能够产生可用于制造农膜的原料。这种农膜易被降解，符合未来农膜的发展方向。
　　基因工程菌的突出优点是比自然菌效力强、速度快、作用范围广，因此利用基因工程手段构建具有较强竞争力的基因工程菌是现代生物技术的主要目标之一。
　　此外，应用生物技术还可以对生物资源进行有效的保护和合理利用。我国的种质资源非常丰富，这将为挖掘新基因、创建新种质提供更为广泛和有效的选择，可从中分离各类具有抗逆功能的基因，如抗盐、抗旱、抗寒、抗缺氧等功能的基因，将这些基因导入植物以增强其对环境的适应性，用以改造中低产田和解决水土流失、干旱等问题，也可为防治土地荒漠化提供新的途径。为了防止生物多样的减少，需要建立和发展种子资源库，可以采用生物技术方法，如组织培养、基因工程等保存遗传资源，创造新种质资源。
　　我国是一个资源约束型国家，面临的资源与环境问题日趋严重，因此走可持续发展的道路是必然选择。可持续发展应以资源合理适度开发为基础，结合自然资源的构成特点，从资源、环境、经济协调发展的观点出发，将合理开发利用与持续发展兼顾，开发与保护和改善生态环境相结合，依靠科技进步实现中国经济的高速发展、生态资源的永续供给、生态环境的不断改善和人民生活质量的逐步提高。随着生物技术的迅猛发展，生物技术的研究成果在资源与环境保护领域的应用前景将愈来愈广阔。
　　誉为“绿色农药”，是今后农药发展的理想选择。
　　利用基因工程技术筛选分离、克隆新的杀虫、抗病基因，也可以将具有不同杀虫（抗病）机理、不同杀虫谱的基因组合在同一个表达载体中，构建杀虫谱更宽，毒力更强，持效期更长，虫、病兼治的优良的遗传工程菌。
　　目前，在我国农药施用中，生物农药所占的比例仅占1%左右，且效价低、品种少。根据农业部最新农药登记公告显示，生物农药仅18个品种。
　　生物农药的市场需求潜力很大。我国的微生物资源优势，为微生物的遗传改良提供了有利的条件，生物技术与传统技术的结合将进一步拓宽微生物的研究与应用领域随着人们环保意识的增强，生物农药在我国将具有更广阔的市场前景。
　　24消除农膜造成的白色污染农用塑料薄膜多由聚乙烯化合物和增塑剂组成，有毒，很难被降解。利用生物工程技术一方面可以广泛地分离筛选能够降解农膜的优势微生物、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，使农膜迅速降解。为了消除农膜的污染，今后农膜的发展范围应控制在微生物易降解的范围内，即可控降解农膜：无塑可降解农膜一以秸秆等植物纤维素为原料，不含任何塑料成分的草纤维农膜；改性农膜一由易于降解的聚希烃、增塑剂和添加剂组成的农膜光解农膜一由遇光易分解的原料制造的农膜。
　　25农林废弃物及畜禽排泄物的有效利用利用基因工程手段可以对微生物的遗传物质进行修饰与改造，获得符合人们要求的具有不同功能的遗传工程微生物，如：对某种物质（纤维素酶、某种生物大分子等）具有很强的富集能力的遗传工程菌，从而使人们更容易大量地获得这种物质。农林废弃物中以植物纤维素的量最大（农作物秸秆、糠麸、饼粕等），利用纤维素酶可以将其转化为葡萄糖，后者通过微生物发酵可以产生醇、酸等工业基础原料。利用纤维素、醇等作为原料可以生产单细胞蛋白（SCP），它可以作为动物蛋白的替代品以补充人们对蛋白质食物的需求，还可以用于食品添加剂来改善食品的风味51.此外，单细胞蛋白还是很好的饲料，尤其适于水产养殖的需要。
　　利用生物工程技术选择或构建能够对畜禽粪便进行有效发酵分解的微生物（乳酸菌、酵母菌
(完)