基因工程技术在环境保护中的应用

1、基因工程技术在环境保护中得应用随着科技得发展 , 人类在为自己生产出越来越多生活资料得同时 , 产生有害 物质得数量与种类也大幅度增加 , 环境污染已远远超出了自然界微生物得净化能 力, 已成为人们十分关注得问题。基因工程技术就是在 NA分子水平上按照人们 得意愿进行得定向改造生物得新技术。 而利用基因工程技术提高微生物净化环境 得能力就是用于环境治理得一项关键技术。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、 能源与国防等许多部门 , 并日益显示出其巨大得潜力。一、基因工程在废水处理中得应用基因工程技术应用于废水处理就是水

2、处理领域一项具有广泛应用前景得新 兴技术。常规得废水处理方法有物化法、生物法等 . 由于一般得物化方法只就是 污染物得转移，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 渐成为废水处理得主要方法。但就是由于废水得多样性及其成分得复杂性 , 自然 进化得微生物降解污染物得酶活性往往有限 , 如果能利用基因工程技术对这些菌 株进行遗传改造 ,提高微生物酶得降解活性 ,并可大量繁殖 ,就可以定向获得具有 特殊降解性状得高效菌株， 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得一个重要研究方向， 且日益受到人们得重视。 基因工 程技术在废水处理中得应用有

3、以下几个方面 .1、基因工程在环境污染监测中得应用目前,聚合酶反应 （简称PR）技术与核酸探针技术就是常用于水环境中微生 物得检测技术。 PCR技术就是一种在体外模拟自然 NA复制过程得核酸扩增技术， 常用于监测海洋环境中存在得微生物。 标记得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得含量。 PCR技术与核酸探针技术可能取代常 规得水质分析 , 发展成为一种快速可靠水体微生物得检测技术 , 并将在细菌、病毒 及其她毒物检测中得以迅速得应用发展。、基因工程菌对水体中重金属离子得生物富集利用基因工程菌代替普通微生物处理重金属就是近年来研究得热点 基因工 程技术在重金属废

4、水治理中得作用主要体现在提高微生物菌体细胞对重金属离 子得富集容量以及提高菌体对特定重金属离子得选择性两个方面。 此法采用生物 工程技术将微生物细胞中参与富集得主导性基因导入繁殖力强、 适应性能佳得受 体菌株内，大大提高了菌体对重金属得适应性与处理效率。2、1提高重组菌重金属离子得富集容量若不考虑重组菌对特定重金属离子得选择性而只要提高重组菌重金属离子 得富集容量，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得 方法就能很好地达到目得。另外 , 将经基因技术在菌体中表达得金属结合蛋白分 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得目得。2、2同时提高重组菌得富集容量

5、与对特定重金属离子得选择性 通过特异性金属转运系统得表达 , 基因工程菌对目标重金属得富集作用就介 于特异性蛋白与目标重金属之间才存在得生物亲与力， 具有很高得排她性， 与生 物吸附法得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。、基因工程菌降解废水中得有机污染物生物处理法就是废水中有机污染物降解得主要方法 , 但就是部分难降解有机 污染物需要不同降解菌之间得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得降解效率。 首先，污染物代谢产物在不同降解菌间得跨膜 转运就是耗能过程 ,对细菌来说这就是一种不经济得营养方式

6、 ; 其次, 某些污染物 得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 得细菌得降解基因进行重组， 把分属于不同菌体中得污染物代谢途径组合起来以 构建具有特殊降解功能得超级降解菌 , 可以有效地提高微生物得降解能力。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得基因片段通过转基因工程转入絮凝菌株 , 培养 出具有絮凝与降解双功能基因得高效基因工程菌并应用于染料废水得处理。?进一步得工作就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 好与成本低得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得处理 或其它领域 .5、基因

7、工程在水产养殖废水处理中得应用伴随着生物技术得发展 , 水产养殖业越来越多地运用生物工程技术来减少排 放量与污染物数量 . 比如用微生物发酵生产与遗传工程技术将合成特定氨基酸得 基因克隆进入微生物得细胞质中， 然后借助微生物得增殖来生产蛋白质鱼类饲料 可以提高鱼对饲料得利用率 ,降低氮得排泄物 , 减少中氮得浓度；利用生物筛选技 术与基因工程培育一些去污能力强得植物 （ 特别就是藻类）与微生物来净化水产 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与减少排泄物,比如 P培育得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得紫

8、色非硫光合细菌进行了分 离与筛选 ,筛选出来得紫色非硫光合细菌既有很强得净水能力 , 又就是鱼类得饲 料。目前国内得研究主要集中在光合细菌在水产养殖水体净化中得应用 .6、转基因水生植物治理工业废水得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得能力 , 利 用基因工程消除水体中重金属得污染。 由北京大学生命科学院蛋白质工程国家重 点实验室研究成功得转基因蓝藻 , 可分别用于吸附并排除水域中重金属镉、汞、 铅、镍污染，尤其就是水稻、人参、中草药、茶叶等多种出口产品得污染与城市 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

9、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克以上得汞,已成为国家 8项目与科技部 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得应用由于人类得活动，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、空气与人体健康造成危害。相对于其她环境介质污染,土壤污染具有隐蔽性与潜伏性、长期性与不可逆性 , 并且土壤对污染物有富集作 用。因此对于土壤污染得治理受到了广大人民得关注。主要有以下几方面。1、基因工程技术应用于含油土壤得治理落地油与含油污水对土壤造成了严重污染 , 大量得油泥，不仅造

10、成严重得环 境问题，同时也给石油行业造成重大得经济损失。 在生命科学已成为自然科学核 心得今天，一批具有特殊生理生化功能得植物、微生物应运而生 , 基因修饰、改 造、基因转移等现代生物技术得渗透推动了污油土壤处理生物技术得进一步发展，因此，利用生物技术进行油污土壤治理，具有广阔得应用前景。美国利用 DNA重组技术把降解芳烃、萜烃、多环芳烃、脂肪烃得 4 种菌体基 因链接,转移到某一菌体中构建出可同时降解 4 种有机物得“超级细菌” , 用之清 除石油污染 , 在数小时内可将水上浮油中得 2 /3 烃类降解。在石油开采过程中 , 采出得原油含有大量水分 ,原油脱下得废水中 ,含有大量得石油污染物

11、。 全向春引 入现代生物技术， 从一般得筛选工作， 转入到降解代谢途径、 降解酶系组成及其 遗传得控制机制上来 , 在此基础上 , 实现定向育种 , 定向构建具有高效生物降解能 力得基因工程菌。基因工程菌降解效率高、底物范围广、表达稳定 , 比自然环境 中得降解性微生物更具竞争力 , 例如 C 菌株得构建。基因工程菌得构 建与应用对于美化环境、 保护人类健康提供了一系列可行得途径 现代科学工作 者把PCR技术用于基因工程菌得构建并已取得了一些成绩 , 国内外正在进行这方 面得研究。随着生物技术得发展 , 基因工程菌在含油污水处理中得应用将会进一 步完善，为人类造福 .2、基因工程技术已成功开发

12、出能吞食有毒废弃物得细菌美国加利福尼亚大学得微生物学工作者培育出了一种以 PCBs （ 聚氯联苯 ） 为食物得细菌。PBs就是一种污染环境得致癌物质 , 它不能被一般得自然过程破 坏, 这种从实验室中培育成得细菌被认为就是有效解决这一难题得工具。该大学 得研究人员就是将一种一般土壤细菌 （ 恶臭假单胞菌 ） 得两个菌株得 DNA进行交 换，产生一种杂交得突变菌株。 该基因交换菌株能破坏联苯基， 而联苯基正就是 构成PB s分子得一个关键基因 . 它由两个苯环组成得 ,有剧毒，在它们紧密结合 时便成为潜在得致癌物 .P Bs进入人体后，不能被人体得新陈代谢过程破坏 , 且 能传给下一代。这种物质

13、也能长期保存在土壤中不会被分解 . 新培育出得这种两 个菌株得遗传物质发生交换得突变菌株则能分解 PCB，可使这种有毒害得物质 变成无害得物质水、二氧化碳与盐类 .3、基因工程在治理土壤中重金属污染得应用全球工业化导致大量得潜在毒性化合物释放并进入生物圈 , 不仅对环境造 成了污染 , 还会通过食物链对人体产生伤害。一般利用化学与物理方法清除土壤 中重金属得污染 , 通常因为成本太高与破坏环境而不被大规模应用。而通过植物 修复来转移 , 容纳或转化环境污染物可以达到清除污染物 , 治理环境得目得。植物修复技术就是利用植物对重金属得吸收、富集与转化能力把土壤中残 存得重金属吸收 ,富集到植物体内

14、，然后收获植物 , 从而减少土壤中重金属得含量 实现环境修复得目标。可以利用土壤中天然微生物资源或人为添加得目得菌株 , 甚至就是构建得特异降解功能菌株 , 将滞留得重金属降解与转化成无害得物质 .三、基因工程在农业环保中得应用随着科技得发展 ,人类在为自己生产出越来越多得生活资料得同时，也向大 自然排放了越来越多得有害与难降解物质，例如：农药、化肥等,这些物质正严重破坏环境与危害着人类得身体健康。因此 ,有意识地利用生物界中存在得净化 能力进行生物治理， 已渐渐成为环境治理得主要手段。 基因工程在农业方面得应 用前景就是相当广阔得 ,除、抗虫害，还可能培育出能固氮得转基因作物 ,能抗旱、 抗

15、寒得转基因植物等 .主要有以下几个方面。1、基因工程技术应用微生物降解农药农田长期过量施用农药 ,严重破坏生态平衡，造成土壤水质及食品中残留毒 性增加 ,给人畜带来潜在危害。因微生物在物质循环中得重要作用 ,因此对环境修 复也有着重要作用 ,然而农药 （特别就是难降解农药 ） 恰恰限制了微生物得降解能 力。应用基因工程原理与技术 ,对微生物进行改造，构建高效得基因工程菌可以 显著提高农药降解效率。利用环境微生物知识中对细菌中得农药降解基因、 降解途径等许多农药降解 机制得阐述 ,可构建具有高效降解性能得工程菌。例如，现已开发出有净化农药 （如 DDT） ，降解水中染料以及环境中有机氯苯类与氯酚

16、类、多氯联苯得基因工 程菌”。农杆菌得到得 OpdA （编码有机磷降解基因 ）构建原核表达质粒 ,并转到大 肠杆菌正 E、 l Hl 中表达 ,对其表达产物进行研究 ,发现 pdA 能对 几种农药有酶解作用。、基因工程应用于生物替代合成农药、化肥农作物在生长过程中容易受到致病菌及害虫得影响， 因此在作物种植过程中 往往需要使用大量得农药控制病虫害 ,这就是造成食物中农药残留及环境污染得 主要原因。2、1 微生物农药代替合成农药、化肥基因工程技术得发展，为防治农林害虫提供了有效得新技术手段 , 微生物农 药因此在世界范围受到广泛重视 . 微生物农药就是指非化学合成 ,具有杀虫防病 作用得微生物制

17、剂 ,如微生物杀虫剂、杀菌剂、农用抗生素等 ,这类微生物包括杀 虫防病得细菌、真菌与病毒。微生物杀虫剂对人畜安全无毒，不污染环境；杀虫 作用具有一定得特异性与选择性 ,不会致死天敌与非目标昆虫 ;易与其她生物手段 结合综合防治害虫 ,维持生态平衡 ;由于杀虫活性蛋白得多样性，昆虫产生抗性较 缓慢 ;可以通过发酵法生产 ;生产成本较低；可以通过基因工程技术途径筛选或构 建优良性能得菌株来满足生产应用得需要等。科学工作者正在对固氮酶及国氮酶基因进行深入得研究， 并利用基因工程技 术对固氮酶基因进行修饰改造，一方面提高固氮菌得固氮能力,另一方面扩大能与固氮菌共生得作物种类。 随着基因工程技术得发展与对固氮菌分子生物学机理 研究得不断深入 ,将会有越来越多得农作物通过固氮菌得作用直接利用空气中得 氮气。从而减少化学肥料得使用量。2、2 转基因农作物代替合成农药、化肥利用基因工程技术使作物获得抗病、 抗虫得能力就是替代合成农药最直接有 效得方法。目前 .已采用基因工程技术将各种抗病、抗虫基因转移到大豆、玉米 与水稻等多种重要农作物中， 利用转基因植物自身得能力抵抗外界病、 虫得危害， 达到减少农药使用得目得 .3、基因工程技术应用于植物，改善环境、1 基