现代生物技术在污染生态学中的应用.pptx

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1、一、现 状 当今，环境保护已成为国际关系、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，我国成为世界上环境污染最为严重的国家之一。第1页/共26页 目前，我国社会经济仍然保持着高度发展的态势，环境保护的压力将进一步加重，由人类活动所造成的环境污染和环境质量的恶化已成为制约我国社会和经济可持续发展的障碍。如何在经济高速发展的同时控制环境污染改善环境质量，以实现社会经济可持续发展之目标是我国当前亟待解决的重要问题。第2页/共26页

2、随着生物技术研究的进展和人们对环境问题认识的深入，人们已越来越意识到，现代生物技术的发展为从根本上解决环境问题提供了无限的希望。现代生物技术不但在净化环境，减少污染和改造传统产业等方面发挥出重要的作用，还可以为保护人类生存环境和社会可持续发展做出积极的贡献。第3页/共26页二、背 景 现代生物技术是以DNA重组技术的建立为标志的多学科交叉的新兴综合性技术体系，它以分子生物学、细胞生物学、微生物学、遗传学等学科为支撑。与化学、化工、计算机、微电子和环境工程等学科紧密结合和相互渗透，极大地丰富了各学科的内涵，推动了科学理论和应用技术的发展。第4页/共26页 当今研究和应用比较广泛的有PCR技术、生

3、物传感器、生物芯片、酶联免疫技术、单细胞凝胶电泳和污染物的致癌致畸致突变性监测等方面。目前我国由于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。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。现代生物技术不仅在农作物改良、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治理污染、环境生物监测等方面发挥着重要的作用。第5页/共26页三、现代生物技术在环境保护中的应用3.1 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

4、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。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。第6页/共26页 废弃塑料和农用地膜经久不化解，是形成环境污染的重要成分。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。3.2 白色污染的消除第7页/共26页 一般情况下，使用的化学杀虫剂约会残留在土壤中

5、，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。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。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。3.3 化学农药污染的消除第8页/共26页四、现代生物技术在生态环境中的应用 转基因植物在环境保护中有两方面的作用，一是污染预防，一是污染治理。如今集两个功能于一身的转基因植物已经问世。前者主要是通过减少农作物农药用量来预防环境污染，后者是利用植物的一系列生理生化过程，部分或完全修复和消除被污染土壤中特定的有毒物质。第9页/共26页4.1 提高吸收重金属的能力 在当代矿

6、产资源的大量开采利用、工业生产的迅猛发展和化学药品的广泛使用中，带来的一个突出的问题是如何控制和减轻重金属对环境的污染。因为重金属污染会对作物生产、农产品的品质和地下水开采等多方面产生重大影响，并通过食物链影响人类的生活和健康。另一方面，重金属污染具有隐蔽性、不可逆性、生物不可降解性、稳定性等特点使重金属污染的修复比较困难。传统的治理方法在已污染环境的改良和治理方面曾起过积极的作用，但这些方法不仅所需费用昂贵，同时大多只能暂时缓解重金属的危害，还可能导致二次污染，不能从根本上解决问题。第10页/共26页 用转基因的方式获得具有修复多种重金属复合污染土壤能力的植物，改善植物对重金属这种污染源的吸

7、收已获得成效，最近，美国在一项受污染土地的试验中已证明，将进一步诱发处理某种基因引入到黄杨，使黄杨抗汞能力提高近10倍。随着基因工程技术新的开发高潮到来，初步的试验实践和生产实践显示，运用基因工程消除重金属等污染源具有廉价、安全的特点，它正在成为研究和开发的热点。第11页/共26页4.2 减少作物化肥施用量 生物固氮技术为减少化肥用量、增加作物产量、减少环境污染提供了有效途径。如利用基因工程，让非豆科植物可以像豆科植物那样可以利用空气中游离的氮。目前，已有两种技术取得了成效。一是运用现代生物技术的基因重组把固氮功能基因导入禾本科植物根际的细菌中去，使其具有固氮能力，为作物提供氮肥。我国科学家培

8、育的小麦根际固氮菌肥，试用于小麦拌种，可使小麦增产近20，大大减少了氮肥的施用量，有利于农业生态环境的保护。第12页/共26页 二是利用基因工程和细胞融合技术把固氮基因直接重组到作物细胞的基因组中，从而获得自身可以固氮的农作物，从根本上解决了固氮问题。目前，实验通过细胞融合已把豆科植物固氮基因转导到稻、麦、玉米等细胞中，成功地把肺炎克氏杆菌的固氮基因转导到大肠杆菌、酵母菌细胞中，把豆科植物的固氮基因导入胡萝卜细胞内。由此，人们看到了利用现代生物技术培育人们所需要的作物和减少化肥施用来保护生态环境的光明前景。第13页/共26页4.3 消除除草剂污染源 利用基因工程构建高效菌种来治理污染，特别是人

9、工合成物(如化学除草剂等)造成的环境污染，是现代环境生物技术发展的热点之一，也是未来环境生物技术发展的趋势所在。最近，科研工作者已经研究出的抗虫棉自身可以分泌一种蛋白，这种蛋白可以代替化学农药杀死害虫，还发现了一种能分泌昆虫激素的转基因植物，它分泌的性激素可以扰乱昆虫之间的正常交配，从而达到消灭害虫的效果。第14页/共26页 美国科学家是将细菌质粒分离而获得一种能降解除草剂的基因片断，将其组建到载体上并转化到另一种繁殖快的菌体细胞内，构建出的基因工程菌具有高效降解2，4-二氯苯氧乙酸(致癌性)的功能，大大减少了2，4-二氯苯氧乙酸除草剂对环境的危害，当然也减少了该除草剂在食品中的残留量。我国科

10、学家在研发中是从龙葵植物的变形株系叶绿体DNA基因库中分离得到了抗均二氮苯类除草剂的基因，将该种抗性基因转导到大豆植株中，获得转基因大豆植株，该植株不再吸收环境中的均二氮苯类除草剂，生产出的大豆也不富集这类除草剂残毒，避免了该类除草剂对人类健康的危害。第15页/共26页五、现代生物技术在污染控制工程中的应用 现代生物技术的污染控制应用主要有活性污泥法、生物膜法、厌氧生物处理法、生物脱氮法、生物除磷法。此外，还有城市生活垃圾的微生物处理，污泥的微生物处理，禽畜粪便处理与资源化工程，生物修复，微生物脱臭废弃物的微生物资源化，固定化微生物技术及其在污染控制中的应用，绿色环保产品的开发和应用等等。第1

11、6页/共26页 在环境污染治理中，我国以环境污染的生物治理为主，开展环境微生物学的基础，应用基础和应用研究，为重金属废水，石油废水，印染废水，油脂废水，农药废水，生活污水等提供效果好的，成本低的生物治理技术和设备，以促进我国的环境工程建设。我国在环境污染治理中应用的技术主要有：第17页/共26页5.1 固体废物的生物处理技术 沼气发酵是有机物在隔绝空气和保持一定水分、温度、酸碱度等条件下，微生物分解有机物的过程。堆肥是垃圾、粪便处理方法之一；堆肥是在人工控制的条件下，利用微生物的作用，将堆料中的有机物分解，产生高热，以达到杀死寄生虫卵和病原菌的目的；细菌冶金是利用某些微生物的生物催化作用，使矿

12、石或固体废物中的金属溶解出来，从而能够较为容易地从溶液中提取所需要的金属。特别适用于处理废矿、尾矿和炉渣，可综合浸出，分别回收多种金属。第18页/共26页5.2 含油污泥生物处理技术 对于我国大中型油田、炼油厂、石化企业等行业中含油污泥、炼油浮渣等进行生物治理，通过生物处理达到回收石油资源和污泥达标排放。第19页/共26页5.3 废水的生物处理技术 生物曝气滤池处理生活污水及资源化利用技术集生物处理和过滤两种功能于一体，出水水质优良，是一种高效的新型生物反应器，极适用于生活污水和工业有机废水的处理及资源化利用。生物工程技术处理油脂化工废水利用来自于自然界又经培养驯化的功能菌株，根据废水和污水的

13、不同性质，组成，配制不同菌株，通过发酵培养形成多功能复合型菌液，用于油脂化工，化工有机废水，食品，印染，生活污水，工业废水的处理。第20页/共26页 通过对大中型油田炼油厂废水石油污染物样品采集，降解微生物菌株的分离，筛选，获得石油降解优势微生物，针对含油废水的不同水质特征，选用不同的微生物菌剂处理，使其稳定达标排放。此外，环境生物技术不仅单纯适用于环境污染治理，如今已相当广泛地应用于环境监测，尤其是以生物传感器为核心的环境生物监测技术，可在线在位迅速地提供环境质量参数，成为环境质量预报和报警中的重要组成部分。第21页/共26页六、前 景 展 望 生物技术的环境保护功能显得越来越重要，其明显的

14、经济效益、环境效益和社会效益引起越来越大的关注。目前所有的工作都应该围绕提高效率、降低成本来展开。例如，生物传感器、PCR、生物芯片等技术以其独特的优势将会不断发展和完善，有可能取代现有的水细菌学检测方法而成为一种常规检测手段。第22页/共26页 另一方面，现代生物技术的发展，给环境生物技术的纵深发展增添了强大的动力，环境生物技术无论是在生态环境保护方面，还是在污染防治方面和环境监测方面，都显示了独特的功能和优越性。现代环境生物技术面临的主要任务是：(1)高效降解污染物的基因工程菌和抗污染型转基因植物的研究。(2)无害化或无污染生物生产工艺技术研究。第23页/共26页(3)生物反应器和固定化技术高效处理废水的工业应用研究。(4)废物资源化工程研究。(5)引入DNA扩增和其他生物技术的环境监测方法研究。第24页/共26页谢 谢第25页/共26页感谢您的观看！第26页/共26页