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摘 要 针对我国目前生态环境状况，论述了现代生物技术在治理环境污染，保护生态环境中的应用和发展前景。
关键词 现代生物技术 生态环境 环境保护
1 我国生态环境现状
目前我国由于工业“三废”污染、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，使得水污染日益加剧，水资源严重短缺，全国600多个城市中已有一半城市缺水，农村则有8 000万人和6 000万头牲畜饮水困难；土壤污染严重，耕地面积锐减，近10年来每年流失的土壤总量达50亿t，土地荒漠化日益加剧；森林覆盖面积下降，草场退化，每年减少森林面积达2 500万亩；人们的身体健康受到严重威胁，疾病发病率急剧上升。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。
2 现代生物技术与环境保护
现代生物技术是以DNA分子技术为基础，包括微生物工程，细胞工程，酶工程，基因工程等一系列生物高新技术的总称。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。自20 世纪 80年代以来生物技术作为一种高新技术，已普遍受到世界各国和民间研究机构的高度重视，发展十分迅猛。与传统方法比较，生物治理方法具有许多优点。
（1）生物技术处理垃圾废弃物是降解破坏污染物的分子结构，降解的产物以及副产物，大都是可以被生物重新利用的，有助于把人类活动产生的环境污染减轻到最小程度，这样既做到一劳永逸，不留下长期污染问题,同时也对垃圾废弃物进行了资源化利用。
（2） 利用发酵工程技术处理污染物质，最终转化产物大都是无毒无害的稳定物质，如二氧化碳、水、氮气和甲烷气体等，常常是一步到位，避免污染物的多次转移而造成重复污染，因此生物技术是一种既安全又彻底消除污染的手段。
（3）生物技术是以酶促反应为基础的生物化学过程，而作为生物催化剂的酶是一种活性蛋白质，其反应过程是在常温常压和接近中性的条件下进行的，所以大多数生物治理技术可以就地实施，而且不影响其他作业的正常进行，与常常需要高温高压的化工过程比较，反应条件大大简化，具有设备简单、成本低廉、效果好、过程稳定、操作简便等优点。
所以，当今生物技术已广泛应用于环境监测、工业清洁生产、工业废弃物和城市生活垃圾的处理，有毒有害物质的无害化处理等各个方面。
3 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。当今固定化酶和固定化细胞技术处理污水就是生物净化污水的方法之一。固定化酶和固定化细胞技术是酶工程技术。固定化酶又称水不溶性酶，是通过物理吸附法或化学键合法使水溶性酶和固态的不溶性载体相结合，将酶变成不溶于水但仍保留催化活性的衍生物，微生物细胞是一个天然的固定化酶反应器，用制备固定化酶的方法直接将微生物细胞固定，即是可催化一系列生化反应的固定化细胞。运用固定化酶和固定化细胞可以高效处理废水中的有机污染物、无机金属毒物等，此方面国内外成功的例子很多，如德国将能降解对硫磷等9种农药的酶，以共介结合法固定于多孔玻璃及硅珠上，制成酶柱，用于处理对硫磷废水，去除率达95%以上；近几年我国在应用固定化细胞技术降解合成洗涤剂中的表面活性剂直链烷基苯磺酸钠(LAS)方面取得较大进展，对于含100mg/L废水，降解率和酶活性保存率均在90%以上；利用固定化酵母细胞降解含酚废水也已实际应用于废水处理。污染土壤的生物修复
重金属污染是造成土壤污染的主要污染物。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。其原理是:通过生物作用(如酶促反应)改变重金属在土壤中的化学形态，使重金属固定或解毒，降低其在土壤环境中的移动性和生物可利用性，通过生物吸收、代谢达到对重金属的削减、净化与固定作用。污染土壤的生物修复过程可以增加土壤有机质的含量，激发微生物的活性，由此可以改善土壤的生态结构，这将有助于土壤的固定，遏制风蚀、水蚀等作用，防止水土流失。
3.3 白色污染的消除
废弃塑料和农用地膜经久不化解，估计是形成环境污染的重要成分。据估计我国土壤、沟河中塑料垃圾有百万吨左右。塑料在土壤中残存会引起农作物减产，若再连续使用而不采取措施，十几年后不少耕地将颗粒无收，可见数量巨大的塑料垃圾严重影响着生态和环境，研究和开发生物可降解塑料已迫在眉睫。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。同时，还需大力推行可降解塑料和地膜的研发、生产和应用。
有些微生物能产生与塑料类似的高分子化合物即聚酯，这些聚酯是微生物内源性贮藏物质，可以用发酵方法进行生产，由此形成的塑料和地膜因有可被生物降解、高熔点、高弹性、不含有毒物质等优点而在医学等许多领域有极好的应用前景。为了降低成本、提高产量，人们正在用重组DNA技术对相关的微生物进行改造，此方面目前一个研究热点是采用微生物发酵法生产聚-β羟基烷酸(PHAs)，研究人员正设法构建出自溶性PHAs生产菌种，即将PHAs重组菌进行发酵，在积累大量的PHAs后，加入信号物质，使裂解蛋白产生，细胞壁破坏，PHAs析出，以简化胞内产物PHAs的提取过程，降低提取成本。
3.4 化学农药污染的消除
一般情况下，使用的化学杀虫剂约80%会残留在土壤中，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。因此多年来人们一直在寻找更为安全有效的办法，而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。能降解农药的微生物，有的是通过矿化作用将农药逐渐分解成终产物CO2和H2O，这种降解途径彻底，一般不会带来副作用；有的是通过共代谢作用，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。为了避免负面效应，就需要用基因工程的方法对已知有降解农药作用的微生物进行改造，改变其生化反应途径，以希望获得最佳的降解、除毒效果。要想彻底消除化学农药的污染，最好全面推广生物农药。
所谓生物农药是指由生物体产生的具有防止病虫害和除杂草等功能的一大类物质总称，它们多是生物体的代谢产物，主要包括微生物杀虫剂、农用抗生素制剂和微生物除草剂等。其中微生物杀虫剂得到了最广泛的研究，主要包括病毒杀虫剂、细菌杀虫剂、真菌杀虫剂、放线菌杀虫剂等。长期以来并没有得到广泛的使用。现在人们正在利用重组DNA技术克服其缺点来提高杀虫效果，例如目前病毒杀虫剂的一个研究热点是杆状病毒基因工程的改造，人们正在研究将外源毒蛋白基因如编码神经毒素的基因克隆到杆状病毒中以增强杆状病毒的毒性；将能干扰害虫正常生活周期的基因如编码保幼激素酯酶的基因插入到杆状病毒基因组中，形成重组杆状病毒并使其表达出相关激素,以破坏害虫的激素平衡，干扰其正常的代谢和发育从而达到杀死害虫的目的。
参考文献
1 孔繁翔. 环境生物学[M]. 北京:高等教育出版社,2000
2 陈坚. 环境生物技术[J]， 生物工程进展，2001(5)
3 姜成林,徐丽华. 微生物资源的开发与利用[M].北京:中国轻工业出版社，2001
《应用与环境生物学报》期刊简介及投稿须知
《应用与环境生物学报》（双月刊）创刊于1995年，是由中国科学院主管、中国科学院成都生物研究所主办的全国性学术科技期刊（学报级），是我国应用生物学和环境生物学的核心刊物。本刊宗旨：交流国内外生物学及相关学科领域的新成果、新技术、新方法和新进展，加强生物科学研究为国民经济建设、提高人民生活水平服务的功能。内容涵盖：生物学及相关学科中的资源开发利用与可持续发展、环境整治、退化生态系统的恢复与重建，以及在农、林、牧、医、能源、轻工、食品等领域（中文核心[2011],
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它涉及到环境物理学、环境化学、环境生物学和环境数学等自然科学，环境伦理、环境法学、环境管理、环境经济等社会科学，清洁生产、环境污染物治理和环境监测等环境工程技术科学等等。 环境学导论作为环境科学与工程专业的专业课教学在我校已有五年的时间，通过该课程的教学，环境科学与工程的学生可以掌握环境科学的基本概念、当前世界所面临的主要环境问题、主要污染物的来源及基本的处理处置方法等，为进一步学习打下了基础。由于环境学导论涉及面较广，牵涉到自然科学、工程技术、医学和社会科学等，而且学科本身还处于初生阶段，属于尚未成熟的边际学科，虽然有些专业教材，但其主要内容侧重点不同。所以设立本课程以后，我们在授课内容上逐年进行了补充和修改，几年来该课程在华南师范大学得到了逐步推广。起先的授课对象为环境科学专业学生，从2005年起面向环境工程专业学生。 补充： 《环境学导论》不仅对环境专业的学生比较重要，任何专业都有必要学习“环境学导论”，如清华大学等高校在70年代末80年代初就在全校开设了《环境学导论》课程选修课，他们比较重视该课程的建设，每年有很多学生选修该课，学生来自各个专业，理工、文史及经管和法学院等学生都有，这与环境学的特点相吻合。一是因为从可持续发展战略看，环境生态不维护好，发展不可能持续，而环境与任何行业、专业的人才都需要懂环境保护的基本原理和方法，否则不可能做好工作；二是污染治理以前都认为“末端处理”是环境专业人员的事，现在世界潮流是“源头控制”、“清洁生产”、“绿色化学”、“污染预防”，它与全过程有关，即不仅与非环境专业的工程技术人员有关，还与管理、经济、法律等几乎所有的专业有关。所以希望该课程不仅作为环境专业的入门课，也应作为全学院高年级学生的必修或选修课，并从现在起面向华南师范大学全校开设选修课。 补充： 一、 我校“环境学导论”课程的教学状况 环境科学是一个多学科的庞大体系组成的新兴学科，在现阶段，环境科学主要是运用自然科学和社会科学的有关学科的理论、技术和方法来研究环境问题，形成与其有关的学科相互渗透、交叉的许多分支学科。 随着环境问题越来越突出，环境保护与各行业之间的密切关系越来越受到重视，世界各国纷纷推行源头控制、绿色化学等清洁生产工艺。我国许多大学都设置了环保课程，而我校开设环境学导论教学课程只有五年多的时间，大大滞后于其它重点院校。 虽然近五年来我校的环境学教学得到了长足的发展，但与全国的重点高校相比显得较为滞后。如清华大学等高校在70年代末80年代初就在全校开设了《环境学导论》课程选修课。而我校的《环境学导论》课程在全校推广还没有开始。 二、本课程特色 随着社会的进一步发展，环境问题越来越突出，环保与各行业之间的密切关系越来越受到人们的重视。在开设本课程时，针对不同专业学生侧重点应有所不同。对于环境科学与工程专业的学生，由于培养目标就是将来从事环境保护工作的人才，所以相对的要求比较高，授课的内容也比较深，除介绍环境科学基本知识外，环境科学专业重点放在环境保护对策方面，环境工程专业重点放在环境污染防治技术等方面。而对于将来面向化学教育专业的学生重点阐述化学废水、废气、废渣的污染控制及资源化，并以一定的篇幅介绍绿色化学以及化学可持续发展等最新内容。对全校非环境学类专业学生将来开设的《环境学导论》，开课的主要目的是使学生学习这门课后能够全面理解环境和环境保护的基本内容，以利于提高他们的环境意识，同时可以满足他们在今后工作中所碰到的环境问题。如学法律的可能会涉及到环境法规的有关问题，学经济的可能会解决有关环境经济学的问题。更长远的目的是通过环境教育，不断提高年轻一代的环境意识，所以内容安排上要有全面系统、深入浅出的特点，针对不同的专业编写出不同的教材。 补充： 三、授课特色 环境教育既不同于专业教育，又不同于行业教育，而是对人的一种素质教育。因此，环境教育不仅是环境保护事业的重要组成部分。因此，除了环境专业教育之外，环境保护的社会教育也显得较为重要，通过学习可以提高全民族环境意识。本课程的教学主要有如下特色。 1、强调基本原理和方法，拓宽知识面。为了更好地满足“面向21世纪人才培养方案”关于培养“厚基础、宽专业、能力强、素质高”的专业人才的要求，授课中应该继续加强基本原理与方法的讲授，同时对不同的授课对象侧重点应有所不同。由于环境学的内容变化快，每年的授课中将增加较多的新内容，拓宽知识面，以适应社会的发展和变化。 2、较大篇幅地介绍该学科的新发展，体现内容的先进性。由于本课程的内容在不断变化，而且不同行业环境问题各不相同，如化学行业是环境问题出现最多的行业之一，有其特殊性，绿色化学和清洁生产工艺等及时在教材中得到反映，同时有关“三废”治理主要针对化学工艺生产中产生的“三废”，内容上比较新颖，学生学习有其必要性。 补充： 3、采取多种教学方式 调动学生学习的主动性。教学过程是一种教师与学生们的互动的过程,让学生们参与到教与学的过程中,才能使他们提高学习的兴趣和乐趣。因此，除了从图书馆获得的辅助书籍和期刊作为课外补充材料外，同时在课堂上利用新闻媒介包括网络资源进行学习来普及环境保护知识，增强环境意识，逐步形成良好的环境道德风尚。因为近年来，新闻媒介进一步加强了对环境保护的宣传报道，报纸、网络资源、电台、电视台经常有大量的环境保护节目，它们还对一些污染严重的地区和单位进行了报道。因此,我们将这些新闻图片、音像资料穿插到课件中，从而使教学内容生动、丰富。此外，针对不同的教学内容,经常启发性地组织小组讨论。另外，还有组织同学们到现场参观，将学到的理论知识与实践相结合，使同学们对环境科学与工程这门学科将来要从事的工作有感性认识，如学习完大气环境、水环境和固体废物处理处置章节后,组织同学参观污水处理厂、广州本田汽车有限公司的废气、废水和固体废物处理处置工艺以及广州兴丰垃圾填埋场等，使同学们对这门学科有感性认识，并与所学的理论相结合，从而使所学的理论知识掌握得更牢靠。还就野外实践中某一方面的观感进行深入的论述,注意启发每位同学认真思考现象背后涉及的真正原因。 补充： 总之，本课程的内容比较充实丰富，但授课学时有限，而且学生的基础差异较大，不可能在较短的时间内掌握全部内容，所以授课时进行有选择地重点讲授，部分内容可以让学生自学。
