优选现代生物技术与环境污染治理
生物技术在环境污染治理中的应用研究进展
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调查 与分 析 ・
生 物技 术在 环境 污染 治 理 中 的应用 研 究进 展
Байду номын сангаас曾令 波
（ 中 师 范大 学 学 报 编 辑部 ， 汉 ４０ ７ ） 华 武 ３ ０ ９
摘 要 ： 日益严 重 的 环境 污 染 问题 成 为 制 约 经 济 和 社 会 发 展 的 重 要 障 碍 。 何 解 决 环 境 问 如 题 ， 摆 在 政 府 与科 技 工 作 者 面 前 的 重要 课 题 。 着环 境 生 物 技 术 的迅 猛 发 展 ， 物 技 术 在 治理 环 是 随 生 境 污 染 中的 应 用也 越 来 越 广 泛 。 文章 重点 介 绍 了生 物技 术在 环 境 污 染 治理 中的 应 用 。
国外 学者认 为生物 技术 中的三个部分 属于环 境 生物技 术范畴 ： 一是在 环境 中应用 的生 物技术 ， 二 是涉及 到环境 中的某 些可看作 为一个 生物反应 器 部分 的生物技 术 ， 是作 用 于一 些 必定 要 进入 三 环境 的材 料 的生 物技 术 。 国 内外 的研究 可 以发 从
关键词 ： 境保护； 环 生物 技 术 ； 环境 污 染
中图分类号：
文 献标 识 码 ： Ａ
文 章编 号 ：０ ６ ７ ５ （０ ８ ｂ — ０ ５ — ０ １０ — ３３ ２ ０ ） ６ ０ ２ ３
１ 前 言
含有 多种 降解 质粒 的“ 超级 细菌” 为 ８ ， ０年代环 境
生物 技 术 的发 展 奠定 了基 础 ； ９ １年 ， １８ 欧洲 生 物 技术联 盟 （ Ｆ ）首 次 将 环境 生 物 技 术 用 于 设 立 Ｅ Ｂ
术 得到了进一步 的发展ｌ 。 ２ 因此生物技术在 环境领 ］
环境生物技术在污染治理中的应用及发展趋势
环境生物技术在污染治理中的应用及发展趋势摘要：介绍了环境生物技术的特点，及其在环境治理中的应用现状，并对环境生物技术发展趋势进行了讨论。
关键词：环境生物技术,微生物,生物净化,生物修复,生物降解,反应器环境生物技术(environmental biotechnology)是利用生物的生理活动，高效净化污染环境以及将污染物转化为资源的人工技术系统。
作为一门新型的边缘学科，主要涉及生物技术、工程学、环境学和生态学等学科，不仅包含了生物技术所有的特点，还融合了环境污染防治以及其他工程技术, 其核心是微生物学过程［1］。
它是近20年来产生的一门多学科相互渗透的新兴边缘学科,环境生物技术可以按技术难易划分为三类［2］第一类是指以分子生物学技术为主体,以基因工程为主导的污染控制与监测技术,包括构建降解杀虫剂、除草剂、多环芳烃类化合物等污染物的高效基因工程菌,创造抗污染型转基因植物等。
第二类是以目前大量应用的经过改革与创新的生物处理技术,如生物流化床法、上流式厌氧甲烷发酵法和变形活性污泥法等等。
第三类包括：生物稳定塘、人工湿地和污染控制资源化生态工程等自然净化系统。
本文仅讨论后两种环境生物技术。
1.环境生物技术的特点作为高新技术之一的生物技术用于污染治理已有悠久的历史。
但是,由现代生物技术和环境工程技术相结合的环境生物技术,是20世纪80年代才诞生于欧美地区［3］。
环境生物技术是21世纪国际生物技术的一大热点领域,它将在环境治理上发挥着重要的作用。
环境生物技术产生、发展及演变与一系列的环境污染问题有着密切的联系。
近年来,随着细胞融合技术、基因工程技术、分子生物技术等的发展,环境生物技术得到了进一步的发展。
生物与环境之间既有对立的一面,又有统一的一面,生物体靠体内调节和变异来适应环境变化,同时通过自身来影响和改变环境。
环境生物技术拥有许多其他方法不可比拟的优势,如微生物对各类污染物均有较强、较快的适应性,并可将其作为代谢底物降解和转化,具有效果好、运行费用低、无二次污染等优势。
环境污染治理的新技术与新方法
环境污染治理的新技术与新方法近年来，环境污染成为全球关注的热点问题。
无论是大气污染、水污染、土壤污染，都对人类生存和自然环境造成了巨大威胁。
随着科技的发展，研究人员提出了一系列的环境治理新技术与新方法，可以有效遏制和减少环境污染问题。
本文将介绍一些亟需落地的环境污染治理新技术与新方法。
一、氧化技术氧化技术是目前最常用的环境治理新技术之一，其主要是利用一定的氧气或氧化剂来使污染物发生氧化反应，达到降解处理的目的。
例如，常用的是高级氧化技术（Advanced Oxidation Processes，AOPs），其主要是对污染物进行臭氧、紫外线、过氧化氢等反应处理，从而提高其可降解性和降解效率。
AOPs技术广泛应用于化工、制药、印染、废水处理等领域。
二、生物技术生物技术是一种可持续的治理方式，其主要是通过利用生物修复和生物降解的方法来治理环境污染。
例如，在污水处理中，利用微生物能够分解污染物，使其还原为水、气和小分子物质，从而达到净化水质的效果。
同时，还可以利用植物、菌株等生物吸附、生物降解等方式有效地治理油污、重金属等污染物。
生物技术可以提高治理效率，并且无需使用昂贵的化学试剂和设备。
三、纳米技术纳米技术是一种应用于环境污染治理领域的新兴技术，其主要是利用纳米颗粒的吸附、催化、纯化等特性来处理废水、废气、固体废物等问题。
例如，利用纳米颗粒可以制备高效吸附材料，对于高浓度污染物适用于吸附处理；利用纳米催化剂有助于加速化学反应速率，从而提高催化降解废物的效率。
纳米技术不仅可以提高治理效率，还能减少媒体消耗和工艺流程、系统占地面积等问题。
四、机器学习技术机器学习技术是近年来应用非常普及的人工智能技术，其主要是利用大量的数据训练出智能模型，并进行预测和控制。
例如，利用机器学习技术可以建立环境监测系统，实时监测环境的污染物浓度和污染源等信息，从而及时发现和预测污染物分布情况，给出预警提示。
五、循环经济循环经济的理念是“废物即资源”，主张将我们日常生活中的产生的废弃物品重新利用起来，形成循环的生产方式。
生物技术在污染治理中的应用
生物技术在污染治理中的应用随着人口增长和经济发展的不断推进，环境污染问题日益严重。
污染治理已经成为当今社会最迫切的问题之一。
其中，生物技术作为一种创新技术，已经在环境污染治理中发挥着重要作用。
一、生物技术的应用领域生物技术是一种利用生物学知识和技术在各个领域中改善和创造产品的技术。
在环境污染治理中，生物技术主要应用于三个领域。
第一，土壤污染治理。
土壤污染是环境污染中比较常见的问题之一。
生物技术通过改良土壤微生物和植物的生长环境，大大提高了土壤的修复效率。
例如，通过生物法把生物质、人工土壤、微生物和植物结合在一起，形成人工修复生境，可以通过多种途径促进土壤和地下水的恢复。
第二，水污染治理。
水污染是影响人类健康和经济发展的主要因素之一，生物技术通过生态工程、生物处理、新型材料等手段，可以有效降解有害物质，净化水源。
例如，利用微生物在水中的代谢作用，对废水进行处理。
通过微生物代谢，可以将污染物降解成无害物质，使污水得到净化。
第三，空气污染治理。
空气污染已经成为当今社会最受关注的问题之一。
生物技术通过利用植物的生态功能，在城市中建立城市绿地和城市生态系统，提高空气质量。
例如，通过在城市中种植植物，可以吸收和去除有害气体，提高空气质量。
二、生物技术在污染治理中的应用案例生物技术在环境污染治理中取得了很多成功案例。
以下即是一些应用案例。
第一，利用微生物降解化学物质。
如现代工业产品中大量含有的有机物，包括苯、甲苯、二甲苯和多氯联苯等有毒有害物质，对环境带来非常大的危害。
利用微生物的降解作用，将这些有害物质降解为无害类似物，从而实现水和土壤的清洗。
第二，利用生态工程净化废水。
废水处理是当今污染治理中的重要问题之一。
生态工程利用植物、微生物等生物体对废水中的有害物质进行吸收和分解，使废水得到净化。
例如，利用人工湿地生态工程，可以有效地去除废水中的有机物质、氮、磷等。
第三，利用植物修复污染环境。
植物修复是利用植物对污染物的吸收、转化、降解等能力，恢复被污染环境的一种技术。
现代生物技术包括哪些
现代生物技术包括哪些摘要：现代生物技术是一门涵盖了多个领域的综合性学科，它利用生物技术手段，对生物体进行研究、改良和利用。
本文将介绍现代生物技术的定义、分类和应用领域，并探讨其在农业、医学和环境等方面的重要性。
引言：随着科技的不断发展，生物技术已经成为现代生命科学的重要组成部分。
现代生物技术通过利用生物的分子和细胞水平的信息和功能，以及运用先进的技术手段和计算方法，为生物学研究和应用开辟了全新的途径。
本文将探讨现代生物技术的定义、分类和应用领域，并重点关注其在农业、医学和环境等领域的重要性。
一、定义和分类现代生物技术是利用生物材料和技术手段进行生物学研究、开发和应用的学科。
根据研究对象和技术手段的不同，现代生物技术可以分为以下几个方面：1.基因工程技术：基因工程技术是生物技术中最具代表性的一个分支，它主要利用重组DNA技术对生物体的基因进行修改和调控。
通过基因工程技术，人们可以改良农作物的抗性、增加食品的营养价值，甚至开发新的药物和治疗方法。
2.细胞工程技术：细胞工程技术是指利用细胞培养和操作技术，对生物体的细胞进行研究和改良。
通过细胞工程技术，人们可以大规模培育细胞，并利用这些细胞进行生物药物和基因治疗的生产。
3.蛋白质工程技术：蛋白质工程技术是指利用基因工程手段，对蛋白质进行修改和优化。
通过蛋白质工程技术，人们可以改变蛋白质的结构和功能，从而开发出更安全、更高效的药物和生物材料。
4.生物传感器技术：生物传感器技术是指利用生物体的生物特性，将其与传感器技术相结合，实现对特定物质的检测和分析。
生物传感器技术在医学诊断、环境监测和食品安全等领域具有广泛的应用。
二、应用领域现代生物技术在许多领域都有广泛的应用，下面将重点介绍它在农业、医学和环境方面的应用。
1.农业应用：现代生物技术在农业领域的应用主要集中在农作物改良和动物育种两个方面。
通过基因工程技术，科学家可以向农作物中导入抗虫、抗病和耐旱的基因，从而提高农作物的产量和质量。
生命科学导论之现代生物技术的利与弊总结
现代生物技术的利与弊摘要现代生物技术，也称生物工程，是二十一世纪最具潜力的发展技术之一，虽然发展时间不长，却给人类的生活带来了很大的转变，在提供方便之余，也带来了很大的潜在要挟，是把锋利的双刃剑。
本文对现代生物技术的概念、起源、特点及其应用做了简练说明，在此基础上介绍了现代生物技术在医药健康、农业、能源、环境保护等方面的影响，利弊兼有之。
一、现代生物技术的概念、起源、特点及应用现代生物技术概念：现代生物技术，也称生物工程。
在分子生物学基础上成立的创建新的生物类型或新生物性能的实用技术，是现代生物科学和工程技术相结合的产物。
美国政府技术顾问的概念是：应用生物或来自生命体的物质制造或改变一种商品的技术，还包括改良有重要经济价值的植物与动物和利用微生物改良环境的技术。
一般以为生物技术包括基因工程、细胞工程、发酵工程和和蛋白质（酶）工程，这四个部份虽然应用于不同领域，可是又相辅相成、彼此联系、彼此渗透，互为补充为一个有机整体。
、现代生物技术的特点：现代的生物技术是依照人们的意愿和需要创造全新的生物类型和生物性能，或改造现有的生物类型和生物性能，包括改造人类自身，从而造福于人类。
现代生物技术生物工程，是人类在成立实用生物技术中从必然王国走走向自由王国、从等待大自然的恩赐转向主动向大自然索取的质的飞跃。
就基因工程，可直接在遗传物质核酸上动手术，因此创造新的生物类型的速度可以大大加速，可以按照人们的意愿、目的，定向地改造生物遗传特性，乃至创造出地球上还不存在的新的生命物种，能打破物种之间的界限。
另外，现代生物技术有高技术（精密和细密的复杂技术）、高投入（尤其是前期的高投入）、高利润的特点。
、现代生物技术的应用：现代生物技术普遍应用于高尖端医药、农业、海洋、环境等领域，给个领域带来了翻天覆地的转变。
在粮食、健康、环境、能源等领域开辟了广漠的前景。
二、现代生物技术之利现代生物技术给人类带来了庞大的利益。
极大的提高了有关领域的生产力，提高了人民生活水平，本文就在四个领域浅谈现代生物技术给人类带来的有利的地方。
环境污染防治的新技术有哪些
环境污染防治的新技术有哪些在当今社会，环境污染问题日益严峻，对人类的生存和发展构成了巨大威胁。
为了应对这一挑战，科学家们不断探索和创新，研发出了一系列环境污染防治的新技术。
这些新技术为改善环境质量、保护生态平衡提供了有力的支持。
一、生物技术在环境污染防治中的应用生物技术作为一种新兴的科学领域，在环境污染防治方面发挥着重要作用。
其中，微生物修复技术是一项引人注目的技术。
微生物具有强大的代谢能力，能够分解和转化各种污染物。
例如，某些特定的细菌和真菌可以降解石油、农药等有机污染物，将其转化为无害物质。
通过在受污染的土壤或水体中引入这些有益微生物，可以加速污染物的降解过程，恢复生态系统的功能。
此外，植物修复技术也逐渐受到关注。
一些植物具有吸收、积累和转化污染物的能力。
例如，某些水生植物能够吸收水体中的重金属离子，从而降低水体中的重金属含量。
利用植物修复技术，可以在污染区域种植特定的植物，实现对土壤和水体的净化。
二、纳米技术在环境污染治理中的创新纳米技术为环境污染治理带来了新的机遇。
纳米材料具有独特的物理和化学性质，如高比表面积、强吸附能力等。
纳米吸附剂能够高效地去除水中的重金属离子、有机污染物等。
其吸附性能远远优于传统的吸附材料，能够大大提高污染治理的效率。
纳米催化剂在环境污染治理中也表现出色。
例如，纳米级的光催化剂可以利用光能将空气中的有害气体如甲醛、苯等分解为无害物质。
在污水处理中，纳米催化剂可以促进有机物的氧化分解，提高废水处理的效果。
三、膜分离技术在污水处理中的应用膜分离技术是一种高效的污水处理技术。
它通过半透膜的选择性透过作用，实现对污水中不同物质的分离和提纯。
例如，反渗透膜可以去除水中的盐分、重金属离子等，超滤膜能够去除水中的大分子有机物和微生物。
膜生物反应器（MBR）是膜分离技术与生物处理技术的结合。
它将微生物固定在膜组件上，实现了高效的生物降解和膜过滤。
MBR 具有占地面积小、处理效率高、出水水质好等优点，在城市污水处理和工业废水处理中得到了广泛的应用。
第七章现代生物技术
第五节 发酵工程在环境污染治理中的应用
发酵（Fermentation）的基本概念 ▪ 在微生物的产能代谢中，发酵指微生物细胞将有机物氧化 释放的电子直接交给底物本身未完全氧化的某种中间产物， 同时释放能量并产生各种不同的代谢产物。
▪ 在发酵条件下，有机物只是部分被氧化，故发酵的结果只 是积累某些有机物，产生多种多样的发酵产品。
发酵过程的四个阶段
第一阶段：发酵原料的预处理 ▪ 发酵原料可以是薯类、谷类、有机废弃物等，预处理 包括粗选、除杂、粉碎、蒸煮、水解等过程。
第二阶段：发酵过程的准备 ▪ 发酵前必须进行微生物菌种种子的制备和发酵原料的 无菌消毒。
第三阶段：发酵过程 ▪ 包括厌氧发酵（如乙醇发酵和乳酸发酵等）和好氧发 酵（如氨基酸发酵和抗生素发酵等）两种方法。
第三节 细胞工程与环境污染生物治理
细胞工程
▪ 细胞工程是利用细胞学技术，有计划地改造细胞遗 传结构，从而培育出人们所需要的生物品种或具有 某些新性状的细胞群体。
细胞工程的内容 ▪ 细胞培养：即使细胞在继续体外生长和繁殖。 ▪ 细胞融合：在一定条件下，将两个或多个细胞融合 为一个细胞的过程，又称细胞杂交。
生物技术的内容
▪ 基因工程：主要涉及遗传物质核酸分离、提取、体外 剪切、重组以及扩增与表达等技术。
▪ 细胞工程：细胞的离体培养、繁殖、再生、融合以及 细胞核、细胞质乃至染色体与细胞器的移植改建等技 术。
▪ 酶学工程：利用酶，借助固定化技术、生物反应器和 生物传感器等新技术、新装置，高效优质地生产特定 产品的技术。
▪ 细胞重组：在体外条件下，运用试验技术从活细胞 中分离出各种细胞的结构或组件，再根据需要把它 们在不同的细胞之间重新进行装配，成为具有生物 活性的细胞。
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环境生物技术的定义
直接或间接利用生物或生物体的某些组成部分或某些机能， 建立降低或消除污染物产生的生产工艺，或者能够高效净化环 境污染，同时又生产有用物质的工程技术。
环境生物技术的内容
环境生物技术可分为高、中、低三个层次——
➢ 高层次是指以基因工程为主导的现代污染防治生物技术，如基因工程
菌的构建、抗污染型转基因植物的培育等；
细胞工程——包括一切生物类型的基本单位—细胞的离体培养、繁
殖、再生、融合以及细胞核、细胞质乃至染色体与细胞器的移植改建 等操作技术。
酶工程——利用生物有机体内酶所具有的某些特异催化功能，借助
固定化技术、生物反应器等新技术、新装置，高效优质地生产特定产 品的一种技术。
发酵工程——亦称为微生物工程，就是为微生物提供最适宜的发酵
如淀粉、糖蜜、纤维素等有机物，也包括一些无机化合物，甚至某些矿 石。
—为人类生产出所需的产品：包括粮食、医药、食品、化工原料、能
源、金属等各种产品。
—达到某种目的：则包括疾病的预防、诊断与治疗，环境污染的检 测与治理等。
生物技术的内容
基因工程——主要涉及一切生物类型所共有的遗传物质—核酸的分
离、提取、体外剪切、拼接重组以及扩增与表达等技术。
验；日本培育出克隆牛，英美等 国培育出克隆鼠
★ 现代生物技术发展的主要事件
2003
人类基因组计划：1990年10月美国正式启动人类
基因组计划，2003年4月14日，美国国家人类基因组研 究项目负责人弗朗西斯 ·柯林斯博士在华盛顿宣布，美、 英、日、法、德和中国科学家经过13年努力共同绘制完 成了人类基因组序列图，人类基因组计划所有目标全部 实现。基因组序列图首次在分子层面上为人类提供了一 份生命“说明书”。
★ 现代生物技术发展的主要事件
1980 美国最高法院对经基因工程操作的微生物授予专利 1981 第一台商业化生产的DNA自动测序仪诞生；第一个单克
隆抗体诊断试剂盒在美国被批准使用 1982 用DNA重组技术生产的第一个动物疫苗在欧洲批准 1983 基因工程Ti质粒（植物根癌诱癌质粒）用于植物转化 1988 美国对肿瘤敏感的基因工程鼠授予专利；PCR技术问世 1990 美国批准第一个体细胞基因治疗方案 1997 英国培养出第一只克隆绵羊多莉 1998 美国批准艾滋病疫苗进行人体实
条件，生产特定产品的一种技术。
这些技术并不是各自独立的，而是相互联系、相互渗透的。基因工程技 术是核心技术，它能带动其它技术的发展，如通过基因工程对细菌或细胞改 造后获得的工程菌或细胞，必须通过发酵工程或细胞工程来生产有用物质。
基因工程、酶工程、细胞工程与发酵工程之间的关系
微生物
工程技术与环境污染治理
环境生物学
优选现代生物技术与环境污染 治理
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—先进的工程技术手段：是指基因工程、酶工程、细胞工程和发酵工
程等新技术。
—改造生物体：是指获得优良品质的动物、植物或微生物品系。
—生物原料：是指生物体的某一部分或生物生长过程中所能利用的物质，
➢ 中层次是指传统的生物处理技术，如活性污泥法、生物膜法，及其在
新的理论和技术背景下产生的强化处理技术和工艺，如生物流化床、生物 强化工艺等；
➢ 低层次是指利用天然处理系统进行废物处理的技术，如氧化塘、人工
湿地系统等。
※ 环境生物技术的三个层次均是污染治理不可缺少的生物技术手段。为了 解决日益严重的环境污染问题，需配合使用高、中、低三个层次的技术， 针对不同的问题，采用不同的技术或不同技术的组合。
中国 1%
德国 2.20% 法国 2.80% 日本 7%
33%
英国
54%
美国
国际人类基因组计划各国承担的工作量
7.1.2 环境生物技术（Environmental Biotechnology）
环境生物技术的产生
现代环境生物技术是现代生物技术应用于环境污染防治的一门新兴边 缘学科。它诞生于1980s末期，以高新技术为主体，并包括对传统生物技术 的强化与创新。环境生物技术涉及众多的学科领域，主要由生物技术、工 程学、环境学和生态学等组成。它是由生物技术与环境污染防治工程及其 它工程技术紧密结合形成的，既具有较强的基础理论，又具有鲜明的技术 应用特点。
Bioengineering》杂志创刊 1966 Nireberg等人破译遗传密码 1967 发现DNA连接酶
★ 现代生物技术发展的主要事件
1970 Smith和Wilcox分离出第一个限制性内切酶Hind Ⅱ； Baltimore和Temin等人发现逆转录酶，打破了中心法则， 使真核基因的制备成为可能
蛋白质或酶
蛋白质工程 或酶工程
动植物个体或细胞
细胞工程
优良动植物品系
产品
生物技术的发展
传统生物技术 酿造技术
近代生物技术 微生物发酵技术
现代生物技术 生物工程
现代生物技术在1970s开始异军突起，近一、 二十年来发展极为神速。它与微电子技术、新材 料技术和新能源技术并列为影响未来国计民生的 四大科学技术支柱，被认为是21世纪世界知识经 济的核心。
★ 现代生物技术发展的主要事件
1917 Karl Ereky(匈牙利)首次使用“生物技术”这一名词 1943 大规模工业生产青霉素（penicillin－盘尼西林） 1944 Avery，MacLeod和McCarty通过实验证明DNA是遗传
物质 1953 Watson和Crick发现了DNA的双螺旋结构 1958 Crick提出了遗传信息传递的中心法则 1961 Monod和Jacob提出操纵子学说；《Biotechnology and