1、淺析現(xiàn)代生物技術在環(huán)境污染治理的應用摘要:現(xiàn)代生物技術是在分子生物學基礎上建立的創(chuàng)建新的生物類型或新生物機能的實用技術,是現(xiàn)代生物科學和工程技術相結合的產(chǎn)物,對解決當今的環(huán)境污染問題具有很強的實用價值。本文主要介紹了現(xiàn)代生物技術的起源發(fā)展、應用、局限及發(fā)展趨勢。重點介紹了現(xiàn)代生物技術在水污染、固體廢棄物和土壤污染處理的應用。關鍵詞:現(xiàn)代生物技術環(huán)境污染應用局限趨勢Abstract: Modern biotechnology is established on the basis of molecular biology to create a new type of organism or a

2、 new biological function of practical techniques. combining modern biological science and engineering technology, and it has a strong practical value to solve todays environmental problems . This paper describes the origins of modern biotechnology development, application, limitations and trends. Hi

3、ghlights of modern biotechnology in water pollution, solid waste and soil pollution treatment applications.Keywords:Modern biotechnology Environmental Pollution Application Limitation Tendency1 前言當前,環(huán)境保護工作已經(jīng)成為全社會關注的熱點問題。隨著我國工業(yè)化進程的不斷加速和社會發(fā)展水平的不斷提高,環(huán)境污染的程度不斷加深,這給環(huán)境保護工作帶來了十分嚴峻的考驗,以往單純的環(huán)境治理方式已經(jīng)無法適應當前的實際

4、需要。生物技術以其實用性和環(huán)保性的特征,正在越來越多地被應用于環(huán)境保護工作之中。運用現(xiàn)代生物技術進行環(huán)境保護研究取得的新成果,包括運用基因工程減少作物的化肥施用量改善植物吸收重金屬的能力、消除除草劑污染源、生產(chǎn)可降解塑料以及新型基因工程殺蟲劑的開發(fā),從而起到保護生態(tài)環(huán)境的作用。在環(huán)境污染治理中,作為一種技術手段,現(xiàn)代生物技術具有高效性,反應條件溫和等優(yōu)點,它對環(huán)境污染的治理和修復發(fā)揮了巨大作用,為廢水以及固體廢物處理及再利用提供了一條十分有效的途徑,運用現(xiàn)代生物技術預防和治理環(huán)境污染,改善生態(tài)環(huán)境,具有巨大的潛力和優(yōu)勢。2 現(xiàn)代生物技術的發(fā)展概況2.1定義現(xiàn)代生物技術即生物工程,是以重組DNA

5、技術和細胞融合技術為基礎,包括基因工程、細胞工程、酶工程和發(fā)酵工程等四大體系組成的現(xiàn)代高新技術。自20世紀70年代初,以DNA重組技術和淋巴細胞雜交瘤技術的發(fā)明和應用為標志的現(xiàn)代生物技術誕生以來,迄今已走過了近30年的發(fā)展歷程。由于現(xiàn)代生物技術對解決人類面臨的重大問題如:糧食、健康、環(huán)境和能源等將開辟廣闊的前景,因此越來越為各國政府和企業(yè)界所關注,與信息、新材料和新能源技術并列成為影響國計民生的四大科學技術支柱,是21世紀高新技術產(chǎn)業(yè)的先導。2.2 起源發(fā)展現(xiàn)代生物技術和古代利用微生物的釀造技術和近代的發(fā)酵技術有發(fā)展中的聯(lián)系,但又有質(zhì)的區(qū)別。古老的釀造技術和近代的發(fā)酵技術只是利用現(xiàn)有的生物或生

6、物機能為人類服務,而現(xiàn)代的生物技術則是按照人們的意愿和需要創(chuàng)造全新的生物類型和生物機能,或者改造現(xiàn)有的生物類型和生物機能,包括改造人類自身,從而造福于人類。現(xiàn)代生物技術生物工程,是人類在建立實用生物技術中從必然王國走走向自由王國、從等待大自然的恩賜轉向主動向大自然索取的質(zhì)的飛躍。現(xiàn)代生物技術是在分子生物學發(fā)展基礎上成長起來的。1953年,美國科學家沃森和英國科學家克里克用X-衍射法搞清了遺傳的物質(zhì)基礎核酸的結構,從而使揭開生命秘密的探索從細胞水平進入了分子水平,對于生物規(guī)律的研究也從定性走向了定量。在現(xiàn)代物理學和化學的影響和滲透下,一門新的科學分子生物學誕生了。在以后的十多年內(nèi),分子生物學發(fā)展

7、迅速,取得許多重要成果,特別是科學家們破譯了生命遺傳密碼,并在1966年編制了一本地球生物通用的遺傳密碼辭典。遺傳密碼辭典將分子生物學的研究迅速推進到實用階段。1970年,科拉納等科學家完成了對酵母丙氨酸轉移RNA的基因的人工全合成。1971年美國保羅伯格用一種限制性內(nèi)切酶,打開一種環(huán)狀DNA分子,第一次把兩種不同DNA聯(lián)結在一起。1973年,以美國科學家科恩為首的研究小組,應用前人大量的研究成果,在斯坦福大學用大腸桿菌進行了現(xiàn)代生物技術中最有代表性的技術基因工程的第一個成功的實驗。他們在試管中將大腸桿菌里的兩種不同質(zhì)粒(抗四環(huán)素和抗鏈霉素重組到一起,然后將此質(zhì)粒引進到大腸桿菌中去,結果發(fā)現(xiàn)它

8、在那里復制并表現(xiàn)出雙親質(zhì)粒的遺傳信息。1974年,他們又將非洲爪蛙的一種基因與一種大腸桿菌的質(zhì)粒組合在一起,并引入到另一種大腸桿菌中去。結果,非洲爪蛙的基因居然在大腸桿菌中得到了表達(“表達”是指該基因在大腸桿菌內(nèi)能合成生長激素抑制因子,并能隨著大腸桿菌的繁衍一代一代地傳下去。現(xiàn)代生物技術是一個復雜的技術群。基因工程僅是現(xiàn)代生物技術中具有代表性的一種,它的特征是在分子水平上創(chuàng)造或改造生物類型和生物機能。此外,在染色體、細胞、組織、器官乃至生物個體水平上也可進行創(chuàng)造或改造生物類型和生物機能的工程,例如染色體工程、細胞工程、組織培養(yǎng)和器官培養(yǎng)、數(shù)量遺傳工程等,這些,也屬于現(xiàn)代生物技術的范疇。而為這

9、些工程服務的一些新工藝體系,如現(xiàn)代發(fā)酵工程、酶工程、生物反應器工程等,同樣被納入了現(xiàn)代生物技術的系統(tǒng)。2.3 環(huán)境生物技術環(huán)境生物技術是21世紀國際生物技術的又一熱點領域。人類賴以生存的環(huán)境,由于人類活動自身造成的各種污染(包括工業(yè)廢水、廢氣、各種廢棄物、有毒化學物質(zhì)、聲、光、電磁和放射性物質(zhì)等對環(huán)境生態(tài)的破壞,已成為威脅人民健康、制約經(jīng)濟發(fā)展的嚴重問題。治理環(huán)境污染,改善人類生活環(huán)境的質(zhì)量已經(jīng)成為人類共同努力的長期任務。生物技術在環(huán)境治理上發(fā)揮著不可替代的作用。環(huán)境生物技術不是1個新概念,過去用微生物處理工業(yè)廢水就屬于這一類研究。美國更把環(huán)境生物技術作為21世紀生物技術6個主要研究領域之一,

10、美國培育的基因工程“超級菌”,幾小時就可降解自然菌種需1年才能降解的水上浮油;日本將嗜油酸單孢桿菌的耐汞基因轉入腐臭單孢桿菌,使該菌株既能有效處理環(huán)境汞污染,又能將汞回收利用。2.4 現(xiàn)代生物技術的特點生物是構成生態(tài)系統(tǒng)的要素,生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)物質(zhì)循環(huán)主要是依靠生物過程來完成的。科技的發(fā)展也充分證明生物技術是環(huán)境保護的理想武器,這一技術在解決環(huán)境問題過程中所顯示的獨特功能和顯著優(yōu)越性充分體現(xiàn)在它是一個純生態(tài)過程8。生物技術在處理環(huán)境污染物方面具有速度快、消耗低、效率高、成本低、反應條件溫和以及無二次污染等顯著優(yōu)點,受到了高度重視。隨著生物技術研究的進展和人們對環(huán)境問題認識的深入,人們已越來越意識到,

11、現(xiàn)代生物技術的發(fā)展,為從根本上解決環(huán)境問題提供了希望。目前生物技術應用于環(huán)境保護中主要是利用微生物。生物技術已是環(huán)境保護中應用最廣的、最為重要的單項技術,其在水污染控制、大氣污染治理、有毒有害物質(zhì)的降解、清潔可再生能源的開發(fā)、廢物資源化、環(huán)境監(jiān)測、污染環(huán)境的修復等環(huán)境保護的各個方面,發(fā)揮著極為重要的作用。應用環(huán)境生物技術處理污染物時,最終產(chǎn)物大都是無毒無害的、穩(wěn)定的物質(zhì),如二氧化碳、水和氮氣。利用生物方法處理污染物通常能一步到位,避免了污染物的多次轉移。特別是現(xiàn)代生物技術的發(fā)展,尤其是基因工程、細胞工程和酶工程等生物高技術的飛速發(fā)展和應用,大大強化了上述環(huán)境生物處理過程,使生物處理具有更高的效

12、率3。美國環(huán)保局(EPA在評價環(huán)境生物技術時也指出“生物治理技術優(yōu)于其他新技術的顯著特點在于其是污染物消除技術而不是污染物分離技術”由于大部分有機污染物適于作為生物過程反應物(底物,其中一些有機污染物經(jīng)生物過程處理后可轉化成沼氣、酒精、生物蛋白等有用物質(zhì),生物處理方法也常是有機廢物資源化的首選技術。生物過程是以酶促反應為基礎的,作為催化劑的酶是一種活性蛋白。生物反應過程通常是在常溫、常壓下進行的。酶對底物有高度的特異性,生物轉化技術的效率高,副產(chǎn)物少,這與常常需要高溫、高壓條件的化工過程相比,反應條件大大簡化,因而消耗低,效果好、過程穩(wěn)定、操作簡便。用生物過程代替化學過程可以降低生產(chǎn)活動的污染

13、水平,有利于實現(xiàn)工藝過程生態(tài)化或無廢生產(chǎn),真正實現(xiàn)清潔生產(chǎn)的目標。生物處理技術除易于大規(guī)模處理外,還可利用天然水體或土壤作為污染物處理場所。另外,生物技術的產(chǎn)品或副產(chǎn)品基本上都是可以較快生物降解的,并且都可以作為一種營養(yǎng)源加以利用。用生物制品代替一切可以取代的化學藥物、化石能源、人工合成物等,有助于把人類活動產(chǎn)生的環(huán)境污染降至最低程度6。生物是構成生態(tài)系統(tǒng)的要素,生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)物質(zhì)循環(huán)主要是依靠生物過程來完成的。利用環(huán)境生物技術可治理用其他方法難以處理的環(huán)境介質(zhì),即用生物修復技術凈化環(huán)境,使受污染的寶貴資源如水資源(包括地面水和地下水、土壤等得以重新利用,同時還可進一步強化環(huán)境的自凈能力。環(huán)境生物

14、技術不僅單純適用于環(huán)境污染治理,如今已相當廣泛地應用于環(huán)境監(jiān)測,尤其是以生物傳感器為核心的環(huán)境生物監(jiān)測技術,可在線在位迅速地提供環(huán)境質(zhì)量參數(shù),成為環(huán)境質(zhì)量預報和報警中的重要組成部分4。3 現(xiàn)代生物技術在環(huán)境污染治理方面的應用3.1現(xiàn)代生物技術水污染治理的應用3.1.1 污水的生物凈化污水的生物凈化是利用微生物自身的生命活動過程對污水中的有毒物質(zhì)進行轉移和轉化,從而使污水得到凈化的處理方法。目前,污水生物凈化技術發(fā)展迅速,好氧法、厭氧生物法以及生物發(fā)酵法已趨于成熟,本文只簡單介紹其中幾種方法:3.1.1.1 固定化微生物技術固定化微生物技術是70年代末由固定化酶技術發(fā)展起來的,它是指通過物理或化

15、學的手段將游離的微生物固定在限定的空間區(qū)域使其保持活性并可反復利用的一項生物技術。其可以被用來處理一般高濃度有機廢水、印染廢水、含氮廢水、難降解有機廢水及其他廢水等,一些具有特異性的優(yōu)勢菌種不斷得到改造或創(chuàng)造,將這些高效專性菌如脫色菌、脫氮、脫磷菌假單胞菌等進行固定化后,菌體密度提高,大大提高了處理效率,尤其是對難降解有毒物質(zhì)有明顯優(yōu)勢。3.1.1.2 生物強化處理技術生物強化處理技術是為了提高廢水處理的效果,而向廢水中投加從自然界中篩選的優(yōu)勢菌種或通過基因組合技術產(chǎn)生的高效菌種,以去除某一種或某一類有害物質(zhì)。主要作用方式有:直接投加特效降解微生物,廢水中的微生物可以附著在載體上形成高效生物膜

16、或以游離的狀態(tài)存在;引入生物強化制劑,主要用于處理城市污水,有機物的去除率可以得到顯著提高,固體物質(zhì)的產(chǎn)生會減少、硝化作用得以增強,從而提高污水脫氮脫磷效果;固定化生物強化技術,將特定的微生物封閉在高分子網(wǎng)絡載體內(nèi),使菌體脫落少、活性高,從而提高優(yōu)勢微生物濃度,增加了其在生物處理器中的存留時間。3.1.1.3 生物反應器技術生物反應器技術,是現(xiàn)代生物技術發(fā)展的一個主要方向。生物反應器是利用酶或生物體(如微生物所具有的生物功能,在體外進行生化反應的裝置系統(tǒng),其有利于微生物附著生長形成生物膜,供氣或供給的其他反應條件優(yōu)越,污染物具有充分的時間與微生物接觸,有利于增強微生物的分解代謝能力。3.2現(xiàn)代

17、生物技術在固體廢棄物污染防治的應用固體廢棄物是人類生產(chǎn)和生活過程中產(chǎn)生的副產(chǎn)品,處理的目的是使其無害化、減量化和資源化。要綜合考慮各種因素,才能確定符合環(huán)境、經(jīng)濟和社會效益的處理方法。目前國外固體廢棄物的處理方法經(jīng)過多年的實踐和比較,正向資源化、綜合處理的方向發(fā)展,如固體廢棄物堆肥的土地利用、城市生活垃圾填埋等。固體廢棄物堆肥化處理堆肥化是將要堆腐的有機物料與填充料按一定比例混合,在合適的水份、通氣條件下,使微生物繁殖并降解有機質(zhì),從而產(chǎn)生高溫,殺死其中的病原菌及雜草種子,使有機物達到穩(wěn)定化,可包括好氧堆肥和厭氧堆肥。目前多采用好氧堆肥高溫堆肥,其堆體溫度高50一65,可以最大限度地殺滅病原菌

18、,同時對有機質(zhì)的降解速度快。不同堆肥技術的主要區(qū)另寸在于維持堆體物料均勻及通氣條件所使用的技術手段,堆肥系統(tǒng)的分類大同小異,根據(jù)技術的復雜程度可分為條垛式、通氣靜態(tài)垛式及發(fā)酵倉式系統(tǒng)。條垛式堆肥系統(tǒng)是最簡單的一種,將堆肥物料以條垛式堆置,通過定期翻堆來實現(xiàn)堆體中的有氧狀態(tài),從而提供堆體中的微生物群降解有機質(zhì)的氧氣需求。該堆肥系統(tǒng)盡管技術水平低,卻具有設備簡單、投資成本相對較低、堆肥易于干燥、填充劑易于篩分和回用、堆腐時間較長而產(chǎn)品的穩(wěn)定性相對較好等優(yōu)點但該系統(tǒng)占地面積大,需要大量的翻堆機械通氣靜態(tài)垛系統(tǒng)相對于條垛式系統(tǒng)能有效地確保堆體達到高溫條件,不同之處在于堆肥過程中不進行物料的翻堆,而通過

19、鼓風機使堆體保持好氧狀態(tài)。該技術的關鍵是通氣系統(tǒng),包括鼓風機和通氣管路。管路可以是固定式或可移動式的,管材可以是重復使用或可生物降解的。該系統(tǒng)具有設備投資相對較低、溫度及通氣條件能得到更好地控制、產(chǎn)品穩(wěn)定性好、能更有效地殺滅病原菌及控制臭味、堆腐時間相對較短、填充劑用量少、占地面積相對較小等優(yōu)點但堆肥易受氣候條件影響。發(fā)酵倉式系統(tǒng)是使物料在部分或全部封閉的容器內(nèi),控制通氣和水分條件,使物料進行生物降解和轉化。與上述兩類系統(tǒng)的根本區(qū)別是該系統(tǒng)是在一個或幾個容器內(nèi)進行,是高程度化的機械化和自動化。堆肥的整個工藝包括通風、溫度控制、水分控制、無害化控制及堆肥的腐熟等幾個方面。該系統(tǒng)按物料的流向可劃分

20、為水平流向反應器和豎直流向反應器,前者包括旋轉倉式和攪動倉式,后者包括攪動固定床式及包裹倉式。相對于條垛式、通氣靜態(tài)垛式系統(tǒng),發(fā)酵倉系統(tǒng)具有設備占地面積小、能夠進行很好的過程控制水、氣、溫、堆肥過程不受氣候條件影響、能夠對廢氣進行統(tǒng)一回收處理而防止二次污染及對熱量進行回收利用等優(yōu)點但其設備投資大、運行維護費用高、堆肥周期短、堆肥產(chǎn)品會有潛在的不穩(wěn)定性。條垛式堆肥系統(tǒng)在美國和加拿大等具有足夠土地面積的國家使用比例較高。年,美國條垛式堆肥系統(tǒng)占個堆肥項目的,加拿大98個運行的堆肥廠中,個是條垛式堆肥系統(tǒng)通氣靜態(tài)垛系統(tǒng)在美國使用最為普遍,的堆肥廠屬于通氣靜態(tài)垛系統(tǒng),年增長的40個堆肥廠中,34個為通

21、氣靜態(tài)垛系統(tǒng),占增長量的發(fā)達國家發(fā)酵倉系統(tǒng)使用較普遍,法國目前多個堆肥廠中,多采用滾筒式發(fā)酵系統(tǒng),美國發(fā)酵倉系統(tǒng)占川。城市生活垃圾的衛(wèi)生填埋是城市生活垃圾處置的一項重要手段。垃圾填埋場實際是一個龐大的生物反應器,在不同的垃圾降解階段,微生物群落的種類及作用不同。在好氧降解階段,好氧菌和真菌起主要作用,兼性厭氧菌在兼性厭氧階段起主導作用,專性厭氧水解發(fā)酵菌、專性厭氧產(chǎn)乙酸菌、專性厭氧產(chǎn)甲烷菌和纖維素分解菌等則是厭氧降解時期的主要菌種。如果適當?shù)乜刂茥l件,使不同分解階段起主導作用的微生物優(yōu)先大量繁殖,對于促進垃圾降解和加速填埋場穩(wěn)定化過程都是非常有利的,如根據(jù)細菌繁殖的特點適應期、加速期、對數(shù)期、

22、減速期、靜止期及衰亡期,在垃圾填埋作業(yè)時,加人一定量的陳垃圾或厭氧活性污泥及對新鮮垃圾進行細菌接種,可以縮短細菌的適應期,加速垃圾的降解。另外在垃圾填埋時,對底層垃圾進行好氧堆肥預處理,也能達到同樣的效果。由于垃圾填埋場穩(wěn)定化是一個較長的過程,垃圾組成、垃圾水分含量、垃圾預處理、填埋操作方式、填埋場的水文氣象條件、滲濾液的值及微生物種群等諸多因素都直接影響到填埋場的穩(wěn)定化過程。所以需要全面考察填埋場穩(wěn)定化的影響因素,研究其穩(wěn)定化過程,以達到減輕或消除填埋場的危害和確保其最大限度地安全再利用。3.3污染土壤的生物修復與治理目前工業(yè)的迅速發(fā)展,大量的人造化學物質(zhì)排放入環(huán)境中,對資源和環(huán)境構成越來越

23、嚴重的破壞。化石燃料的開采和使用,工業(yè)三廢的排放,農(nóng)村化肥和農(nóng)藥的大量使用,給我們賴以生存的環(huán)境造成了難以估量的污染。3.3.1 重金屬污染是造成土壤污染的主要污染物(1植物修復。植物修復是一種利用植物去除和消減污染物的環(huán)境治理技術,是一種新興的綠色生物修復技術,能在不破壞土壤生態(tài)環(huán)境、保持土壤結構和微生物的狀況下,通過植物的根系直接將大量的重金屬吸收,從土壤中移去從而修復被污染的土壤,它是環(huán)境污染治理的重要手段。(2微生物修復。微生物修復是利用微生物(細菌、藻類和酵母等的生物活性對重金屬的親和吸附或轉化為低毒產(chǎn)物,從而降低重金屬的污染程度。3.3.2 使用化學殺蟲劑也會造成土壤污染給農(nóng)作物使

24、用化學殺蟲劑等,在防止病蟲草害的同時,也造成了土壤污染嚴重,破壞了生態(tài)平衡,影響了農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展,威脅著人類的身心健康。目前,利用生物技術降解農(nóng)藥,有多種方法,具體如下:(一利用微生物降解農(nóng)藥:土壤中的微生物,包括細菌、真菌、放線菌和藻類等,其中細菌類對農(nóng)藥分解起主要作用,其可以利用自身生化上的多種適應能力,誘發(fā)突變菌株,例如假單胞菌對敵敵畏;曲霉菌、鐮孢霉菌對敵百蟲;芽孢桿菌、曲霉、青霉、假單胞桿菌、瓶型酵母等對甲胺磷。通過微生物的作用,把環(huán)境中的有機污染物轉化為CO2和H2O等無毒無害或毒性較小的其他物質(zhì)。且這種降解途徑徹底,一般不會帶來副作用。(二共代謝作用:共代謝作用是指微生物在有它

25、可利用的唯一碳源存在時,對它原來不能利用的物質(zhì)也能分解代謝的現(xiàn)象。通過共代謝作用,即微生物從其他化合物獲得碳源和能源后,將農(nóng)藥轉化為可代謝的中間產(chǎn)物,甚至完全降解。能進行共代謝反應的微生物,細菌有假單胞菌屬、不動桿菌屬、諾卡氏菌屬、芽孢桿菌屬、分枝桿菌屬、甲基彎曲菌屬和節(jié)桿菌屬等;真菌有青霉屬和絲核菌屬等。(三推廣使用生物農(nóng)藥:生物農(nóng)藥,在傳統(tǒng)意義上主要是指可以用來防治病、蟲、草等有害生物的生物活體,利用細菌、病毒、真菌、線蟲及拮抗微生物等來控制病蟲草害的制劑。其具有安全、無毒、不污染環(huán)境等特點,目前已得到國內(nèi)外農(nóng)藥行業(yè)的高度重視。現(xiàn)今,我國對生物農(nóng)藥的研發(fā)創(chuàng)制已出具規(guī)模,主要研制的農(nóng)藥品種有

26、B.t.殺蟲劑、農(nóng)用抗生素、植物源農(nóng)藥、轉基因植物、病毒類農(nóng)藥、真菌類農(nóng)藥、植物生長調(diào)節(jié)類農(nóng)藥等。隨著生物技術、生物化學工程的不斷進步,生物農(nóng)藥以其高效、廣譜、對人畜安全及與生態(tài)環(huán)境相容等優(yōu)勢,將成為農(nóng)藥市場上的主流產(chǎn)品,值得推廣使用。4 現(xiàn)代生物技術局限性及發(fā)展趨勢4.1 發(fā)展問題及局限性現(xiàn)代生物技術的廣泛應用為人類社會帶來了美好的前景,它在為人類解決大量實際問題的同時,也有可能帶來一些不利的影響,產(chǎn)生社會問題。4.1.1轉基因生物產(chǎn)品可能會對人體健康產(chǎn)生影響當人體食入轉基因食品,就有可能出現(xiàn)過敏反應。目前已經(jīng)出現(xiàn)了飲用轉基因大豆豆?jié){過敏、轉基因西紅柿導致過敏、堅果作為基因被導入其他生物引起

27、人體過敏等現(xiàn)象。在進行轉基因作物實驗時,較為常見的標記基因是使用抗生素抗性基因來充當,這也有可能讓人體對抗生素的耐藥性增加。食用轉入生長激素的轉基因食品,可能會對人體的正常生長發(fā)育產(chǎn)生影響,而這些影響往往需要通過較長時間的觀測才能被發(fā)現(xiàn)。轉基因微生物有可能會與其他生物進行遺傳物質(zhì)交換,這樣就會增強有害生物的危害性或產(chǎn)生新的有害生物,導致疾病流行。4.1.2轉基因生物可以破壞生態(tài)環(huán)境和影響生物多樣性運用現(xiàn)代生物技術生產(chǎn)出抗旱、抗鹽堿、抗病毒、抗害蟲作物的同時,可能會導致生物多樣性遭到破壞,甚至一些物種會滅絕,還可能會加速土壤侵蝕和沙漠化。當轉基因植物中的某種抗性基因通過雜交轉移到其野生或半馴化種

28、中去,結果就是這些植物的雜草化特性將在特定條件下增強,破會生態(tài)環(huán)境。一部分具有抗蟲性的轉基因植物,不僅能對害蟲產(chǎn)生毒害,還會對一些有益生物產(chǎn)生不良影響。這些含有抗蟲性的轉基因植物還可能因為其抗蟲性而大量生存下來,在數(shù)量上將超過同一區(qū)域其他物種,導致這個區(qū)域的生物群落遭到破壞。當轉基因植物大面積種植時,由于轉基因植物病毒載體使用可能導致病毒基因在全部細胞中普遍存在,它的重組風險比普通植物要高出許多,將會出現(xiàn)難以預料的問題。4.1.3生物武器已經(jīng)成為對全人類生命健康的巨大威脅在以往使用生物武器的戰(zhàn)爭中,其殺傷力之大讓人觸目驚心。生物武器具有致病性強、使用簡單、傳染途徑多、污染面積大、危害時間長以及

29、不易被發(fā)現(xiàn)等特點。目前生物武器已發(fā)展到了基因武器階段。基因武器可以根據(jù)人類不同種群的基因特征來選擇殺傷對象,這種武器對敵方有殺傷,而對己方?jīng)]有任何影響。這樣的武器甚至有可能“安靜”地消滅一些種群。國際禁止生物武器公約于1975年3月生效,中國于1984年11月15日加入該公約。該公約在禁止和銷毀生物武器、防止生物武器擴散等方面起著不可替代的重要作用。4.2 發(fā)展趨勢現(xiàn)代生物技術已經(jīng)成為高技術領域的核心,其應用領域也越來越廣泛。酶催化技術、轉基因動植物、基因治療、物種基因庫、克隆技術等正在深刻改變著人類社會生產(chǎn)與消費、環(huán)境與發(fā)展、健康與長壽、倫理與道德、軍事與科技、人與自然等一系列傳統(tǒng)觀念。目前

30、,現(xiàn)代生物技術的應用已經(jīng)進入產(chǎn)業(yè)化階段。隨著人類基因組序列圖繪制成功,基因研究就進入了后基因組時代。后基因組主要研究基因的多態(tài)性和功能基因組學。基因組中的差異就是多態(tài)性,其中最普遍的是單核苷酸多態(tài)性,“是指特定堿基位置上出現(xiàn)不同堿基的現(xiàn)象,其頻率大約是0.1%,所以人類基因組中大約有300 萬個多態(tài)性位點”。基因多態(tài)性主要研究方法有DNA 測序或再測序以及多態(tài)性遺傳標記等。功能基因學是以全面研究基因功能為中心,并結合基因功能解決生物醫(yī)學中的基礎和應用問題,這淺析現(xiàn)代生物技術在環(huán)境污染治理中的應用 些功能直接或間接與基因轉錄有關。包括轉錄組學、蛋白質(zhì)組學、藥物基因組學 和疾病基因組學。 快速發(fā)展

31、的基因技術， 廣泛應用到了醫(yī)療衛(wèi)生領域的各個層面， 基因導入療法在臨床領域的運用不斷完善。可能成為人類“器官庫”的轉基因動 物，將對人類器官移植進行供給。在轉基因植物的研究方面也有了重大突破，大 量的抗病毒、抗蟲、耐干旱、耐鹽堿農(nóng)作物已到了產(chǎn)業(yè)化階段，這將給農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè) 結構的調(diào)整帶來深遠的影響。 生物芯片技術是近些年來在現(xiàn)代生物技術領域中快速發(fā)展起來的一項新技 術，是指通過微加工和微電子技術在固體芯片表面構建微型生物化學分析系統(tǒng)。 它的主要目的是快速、準確、大量地實現(xiàn)對生命機體的組織、蛋白質(zhì)、細胞、糖 類、核酸以及其他生物組分的檢測。生物芯片主要分為 DNA 芯片、蛋白質(zhì)芯 片、 組織芯片和芯片

32、實驗室四大類。生物芯片技術中最早實現(xiàn)商品化發(fā)展最成熟 的就是 DNA 芯片，它是根據(jù)核酸探針互補雜交技術理論研制出來的。現(xiàn)階段 主要采用化學的方法處理固相基質(zhì)， 再把蛋白質(zhì)分子或 DNA 片段按順序排列在 片基上來制備 DNA 芯片。檢測細胞基因表達水平的基因表達譜芯片和檢測基 因圖片的 DNA 芯片是目前比較完善的產(chǎn)品。蛋白質(zhì)芯片是將蛋白質(zhì)按一定順 序固定于滴定板、 濾膜和載玻片等載體上成為檢測用的芯片。蛋白質(zhì)芯片可以比 現(xiàn)有技術更快更準的識別特定蛋白質(zhì)表達物、開展蛋白質(zhì)水平的藥物篩選、揭示 蛋白激酶的作用以及測定血清中的小分子物質(zhì)含量， 可以應用在遺傳性疾病和癌 癥的診斷和療效判定。 組織

33、芯片是將數(shù)量眾多的個體標志物按順序排列在一張玻 片上進行篩選分析， 為成千上萬的候選基因中篩選到與某個疾病類型特異相關個 體標志物提供了新的手段。 組織芯片的應用主要有進行乳腺癌、 前列腺癌、 腎癌、 肺癌、肝癌、膀胱癌、結直腸癌等腫瘤分子標志物研究。芯片實驗室是“指把生 物和化學等領域中所涉及的樣品制備、生物與化學反應、分離、檢測等基本操作 單元集成或基本集成一塊幾平方厘米的芯片上， 用以完成不同的生物或化學反應 過程，并對其產(chǎn)物進行分析的技術” 。芯片實驗室是生物芯片技術發(fā)展的終極目 標，其潛在應用范圍包括臨床檢測、環(huán)境監(jiān)測、空間生物學、高效篩選、現(xiàn)場分 析、高效 DNA 檢測、生物戰(zhàn)爭試

34、劑測試等。 生物能源是指通過加工轉化含有大量能源的生物， 生產(chǎn)出生物燃料和生物電 能等二次能源。 生物燃料是指由生物提取或組成的氣體燃料、固體燃料和液體燃 11 淺析現(xiàn)代生物技術在環(huán)境污染治理中的應用 料，主要產(chǎn)物有甲醇和乙醇。生物電能是通過燃燒快速生長的生物來產(chǎn)生電能。 生物能源不僅可以解決能源短缺的問題，還可以在一定程度上改善環(huán)境污染，主 要表現(xiàn)為能源植物在生長過程中釋放氧氣吸收二氧化碳， 減少二氧化碳在空氣中 的含量，另外生物燃料的燃燒較為干凈，在自然界中可以更好地進行分解。大力 發(fā)展生物能源產(chǎn)業(yè)是經(jīng)濟與環(huán)境和諧共進的重要途徑。 人造生命是指從其他生命體中提取基因，建立新染色體，隨后將其嵌入已經(jīng) 被剔除了遺傳密碼的細胞之中， 最終由這些人工染色體控制這個細胞，發(fā)育變成 新的生命體。2007 年 10 月 8 日，美國科學家 C文特爾（Craig Venter）宣 布他已經(jīng)在實驗室成功地制造出一個合成的人造染色體。2010 年，世界首例人 造生命誕生，命名為“辛西婭” （Synthia） ，這個單細胞細菌完全是由人造基因控 制的。這個新的生命體是在實驗室里制造出來，不是進化來的。人造生命不同于 克隆，兩者間有著質(zhì)的區(qū)別，克隆是通過現(xiàn)有遺傳信息“復制”生命，而人造生 命是通過核苷等組成 DNA 的基本要素來創(chuàng)造新的生命。