基因工程技术在环境保护中的应用

基因工程技术在环境保护中的应用随着科技的发展,人类在为自己生产出越来越多生活资料的同时,产生有害物质的数量和种类也大幅度增加,环境污染已远远超出了自然界微生物的净化能力，已成为人们十分关注的问题。基因工程技术是在DNA分子水平上按照人们的意愿进行的定向改造生物的新技术。而利用基因工程技术提高微生物净化环境的能力是用于环境治理的一项关键技术。这一技术发展到今天,正形成产业化并列为世界领先专业技术领域之一,广泛应用于食品、医药、化工、农业、环保、能源和国防等许多部门,并日益显示出其巨大的潜力。

一、基因工程在废水处理中的应用

基因工程技术应用于废水处理是水处理领域一项具有广泛应用前景的新兴技术。常规的废水处理方法有物化法、生物法等。由于一般的物化方法只是污染物的转移，不能从根本上治理，且容易造成二次污染，成本也较高，生物法逐渐成为废水处理的主要方法。但是由于废水的多样性及其成分的复杂性，自然进化的微生物降解污染物的酶活性往往有限，如果能利用基因工程技术对这些菌株进行遗传改造，提高微生物酶的降解活性，并可大量繁殖，就可以定向获得具有特殊降解性状的高效菌株，方便有效地应用于水污染处理。因此，构建基因工程菌成为现代废水处理技术的一个重要研究方向，且日益受到人们的重视。基因工程技术在废水处理中的应用有以下几个方面。

1、基因工程在环境污染监测中的应用

目前，聚合酶反应（简称PCR）技术和核酸探针技术是常用于水环境中微生物的检测技术。PCR技术是一种在体外模拟自然DNA复制过程的核酸扩增技术，常用于监测海洋环境中存在的微生物。标记的核酸探针可以用于待测核酸样本中特定基因序列，如监测饮用水中病毒的含量。PCR技术和核酸探针技术可能取代常规的水质分析，发展成为一种快速可靠水体微生物的检测技术，并将在细菌、病毒及其他毒物检测中得以迅速的应用发展。

2、基因工程菌对水体中重金属离子的生物富集

利用基因工程菌代替普通微生物处理重金属是近年来研究的热点。基因工程技术在重金属废水治理中的作用主要体现在提高微生物菌体细胞对重金属离子

的富集容量以及提高菌体对特定重金属离子的选择性两个方面。此法采用生物工程技术将微生物细胞中参与富集的主导性基因导入繁殖力强、适应性能佳的受体菌株内,大大提高了菌体对重金属的适应性和处理效率。

2.1提高重组菌重金属离子的富集容量

若不考虑重组菌对特定重金属离子的选择性而只要提高重组菌重金属离子的富集容量，则通过在微生物细胞表面表达高容量金属结合蛋白或金属结合肽的方法就能很好地达到目的。另外，将经基因技术在菌体中表达的金属结合蛋白分离后固定在某些惰性载体表面同样也能达到重金属离子高富集容量的目的。2.2同时提高重组菌的富集容量和对特定重金属离子的选择性

通过特异性金属转运系统的表达，基因工程菌对目标重金属的富集作用就介于特异性蛋白与目标重金属之间才存在的生物亲和力，具有很高的排他性，与生物吸附法的表面吸附特性完全不同，这就使有效回收利用废水中重金属离子，使废水中重金属元素实现再资源化成为可能。

3、基因工程菌降解废水中的有机污染物

生物处理法是废水中有机污染物降解的主要方法，但是部分难降解有机污染物需要不同降解菌之间的协同代谢或共代谢等复杂机制才能最终得以降解,这无疑降低了污染物的降解效率。首先,污染物代谢产物在不同降解菌间的跨膜转运是耗能过程,对细菌来说这是一种不经济的营养方式；其次,某些污染物的中间代谢产物可能具有毒性，对代谢活性有抑制作用。因此,将不同种属、来源的细菌的降解基因进行重组,把分属于不同菌体中的污染物代谢途径组合起来以构建具有特殊降解功能的超级降解菌,可以有效地提高微生物的降解能力。

4、絮凝降解高效基因工程菌处理染料废水

运用生物工程技术把降解菌的基因片段通过转基因工程转入絮凝菌株，培养出具有絮凝和降解双功能基因的高效基因工程菌并应用于染料废水的处理。

进一步的工作是继续构建系列基因工程菌，筛选出絮凝-降解性能好、遗传特性好和成本低的系列双功能基因工程菌株。并将该技术应用于染料生产废水的处理或其它领域。

5、基因工程在水产养殖废水处理中的应用

伴随着生物技术的发展，水产养殖业越来越多地运用生物工程技术来减少排放量和污染物数量。比如用微生物发酵生产和遗传工程技术将合成特定氨基酸的基因克隆进入微生物的细胞质中，然后借助微生物的增殖来生产蛋白质鱼类饲料，可以提高鱼对饲料的利用率，降低氮的排泄物，减少中氮的浓度；利用生物筛选技术和基因工程培育一些去污能力强的植物(特别是藻类)和微生物来净化水产养殖；利用生物工程对鱼类进行生理修正，使鱼类提高耐污能力和减少排泄物，比如Phelps培育的鱼类对沙门氏菌属形成抗体，这种鱼类就可以在污染水体中生长。郑耀通等对具有高效净化水产养殖水体的紫色非硫光合细菌进行了分离和筛选，筛选出来的紫色非硫光合细菌既有很强的净水能力，又是鱼类的饲料。目前国内的研究主要集中在光合细菌在水产养殖水体净化中的应用。

6、转基因水生植物治理工业废水的重金属污染

根据一些藻类等水生物植物具有从水环境中大量积累重金属离子的能力，利用基因工程消除水体中重金属的污染。由北京大学生命科学院蛋白质工程国家重点实验室研究成功的转基因蓝藻，可分别用于吸附并排除水域中重金属镉、汞、铅、镍污染，尤其是水稻、人参、中草药、茶叶等多种出口产品的污染和城市工业污水、矿业污水、电镀污水等，使其达到国际出口标准。此外，还可美化城市街道，防止环境再度污染。目前这项成果已经完成实验室阶段工作，可望尽快推广应用。每公斤转基因蓝藻可吸附１０克以上的汞，已成为国家８６３项目和科技部九五重点攻关项目，并处于国际领先水平。

二、基因工程在土壤污染中的应用

由于人类的活动，使得污染物进入土壤并积累到一定程度，引起土壤环境质量恶化，对生物、水体、空气和人体健康造成危害。相对于其他环境介质污染，土壤污染具有隐蔽性和潜伏性、长期性和不可逆性，并且土壤对污染物有富集作用。因此对于土壤污染的治理受到了广大人民的关注。主要有以下几方面。

1、基因工程技术应用于含油土壤的治理

落地油和含油污水对土壤造成了严重污染,大量的油泥,不仅造成严重的环境问题,同时也给石油行业造成重大的经济损失。在生命科学已成为自然科学核心的今天,一批具有特殊生理生化功能的植物、微生物应运而生,基因修饰、改造、基因转移等现代生物技术的渗透推动了污油土壤处理生物技术的进一步发展,因