生物技术及应用范文

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环境生物技术是21世纪国际生物技术的一大热点，兼有基础科学和应用科学的特点，在环境污染治理中，主要利用微生物、少部分利用植物作为污染控制的生物，是环境保护中应用最广的、最为重要的单项技术，其处理污染物通常能一步到位，最终产物大都是无毒无害、稳定的物质。在水污染控制、大气污染治理、有毒有害物质的降解、清洁可再生能源的开发、废物资源化、环境监测、环境污染的修复和重污染工业企业的清洁生产等各个方面，环境生物技术都发挥着极为重要的作用。

随着细胞融合、基因工程、分子生物等技术的发展，环境生物技术得到了进一步的开发，研究领域不断扩大，已成为一种经济效益和环境效益俱佳的解决环境污染问题的有效手段之一。同时，随着人们环境意识和生态概念的不断加强，市场对生物技术、生物产品的需要明显增多，政府也更加重视生物技术的发展，环境生物技术本身也将更加成熟。

一、环境生物技术

在废气及大气污染治理中的应用采用生物技术控制和处理废气，将废气中的有机污染物或恶臭物质降解或转化为无害或低害类物质，从而净化空气，是一项空气污染控制的新技术。目前采用的方法主要有生物过滤、生物洗涤和生物吸附法等，所采用的生物反应器为生物净气塔、渗滤器和生物滤池等。

（一）生物过滤法

生物滤池内部填充活性填料，废气经加压预湿后从底部进入生物滤池，气体中的无机污染物、有机污染物或恶臭物质与填料上附着生成的生物膜（微生物）接触，被生物膜吸收，最终被降解为水和二氧化碳或其它成分，处理过的气体从生物滤池的顶部排出。该方法的特点是设备少、操作简单、不需外加营养物、投资运行费用低、去除效率高，但反应条件较难控制、占地面积较大。

（二）生物洗涤法

生物洗涤法分为废气吸收和悬浮液再生两个阶段，通常由一个装有填料的洗涤器（吸收设备）和一个装有活性污泥或生物膜的生物反应器（再生反应器）构成废气从吸收设备底部进入，向上流动，与顶部喷淋向下的生物悬浮液在填料床中相互接触，经传质过程进入液相，再进入微生物细胞内或经微生物分泌的胞外酶作用分解，净化后的气体从吸收设备顶部排出。吸收了废气的生物悬浮液从再生反应池的底部进入，通入空气充氧，废气被微生物氧化利用的过程也就是悬浮液的再生过程，再生后的悬浮液再进入吸收设备进行顶部喷淋，吸收与再生两个过程反复进行。该方法的特点是反应条件易控制、压降低、填料不易堵塞，但设备较多，需外加营养，成本较高，对溶解度小的化合物难以处理。

二、环境生物技术在水污染治理中的应用

环境生物技术中利用微生物的降解作用来处理水中污染物的方法，通常被称为生化处理方法或生物降解法，以植物吸收为主来净化土壤与水体的方法有土地生物修复、生物塘和人工湿地技术等。

（一）生化处理技术

由于生化反应的过程、条件和参与反应的微生物种类的不同，生化处理技术可简单地分为好氧与厌氧降解两类，两类生化反应的基本过程如下：好氧降解：有机物+氧气+好氧微生物/酶水+二氧化碳+无机养分+能量。厌氧降解：有机物+厌氧与兼氧微生物/酶降解的有机产物+无机养分+能量。

（二）生物自然净化技术

生物自然净化技术体系主要包括水体生物处理系统的生物塘（厌氧塘和氧化塘）和土地处理系统的人工湿地。生物自然净化技术投资少，运行费用低，但占地面积大，出水水质不易控制。

生物塘以太阳能为初始能源，通过在塘中种植水生植物，利用植物吸收等方式带走污染物以净化水体。氧化塘中除选育合适的水生植物外，还增加了曝气，以促进水体中生物的好氧降解。传统的生物塘占地面积大，污水停留时间长，处理效率较差。目前通过培育高效水生净化植物（水葫芦、芦苇、水莴苣等），建立组合曝气、水生植物、水产养殖为一体的复合生态系统，增强了生物塘的处理功能，促进了水体生物处理技术的发展。

三、环境生物技术在固体废弃物处理中的应用

利用生物技术处理固体废弃物中的城市生活垃圾和农业废弃物，主要方法是卫生填埋、堆肥和发酵沼气。

（一）卫生填埋。卫生填埋是将城市生活垃圾存积在大坑或低洼地的卫生填埋场，填埋场下层应有不透水的自然隔水基质或人工隔水层，在填埋场设置排气口和监测系统，每天填入的垃圾压实后铺盖一层土壤，并通过科学管理来恢复地貌和维护生态平衡。其原理是利用微生物将垃圾中的有机物分解。垃圾通过卫生填埋还可产生沼气。

（二）堆肥。堆肥是固体基质在有效的低温条件下的发酵过程，适用于生活垃圾的处理。其基本步骤是：废弃物―预处理―堆肥―后处理―存放。对堆肥处理器进行足够的通气是堆肥成功的关键。该技术安全性高，成本低廉。

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环境生物技术主要是通过对生物或者生物体的一些部分功能的直接或间接的利用，来对污染物进行消除的一种工艺，对环境污染问题能够做到高效的解决，而且在解决污染问题的同时还会产生出有用物质，这种工程技术在当前的环境治理中发挥着重要的作用，而且与可持续发展的思想是相一致的，有着消耗低、速度快以及效率高等特点。

 

一、环境生物技术在固体废弃物处理中的应用

 

利用环境生物技术处理固体废弃物中的生活垃圾、农业废弃物，可以采取卫生填埋的方法，它将城市生活垃圾存积在一起放入卫生填埋场，下层设置不透水的自然或人工的隔水层[1]。在处理过程中还要增加排气口与监测设备的设置，在当天的垃圾填埋结束之后在上面铺设一层土壤，然后利用科学的管理方法来对垃圾场地貌以及生态平衡状态进行恢复，主要的应用理由就是微生物对垃圾中的有机物实行分解，然后用填埋的方式还能够产生沼气进行二次利用。环境生物技术在堆肥中的应用，主要就是使废弃物在一定的温度环境中发酵，这种方法对生活垃圾的处理比较有效，处理步骤就是先对废弃物实行预处理，然后进行堆肥，后期处理之后存放，堆肥技术具有安全性高、成本低的优点。沼气发酵的手段是将牲畜禽类的粪便与农作物秸秆、污水等结合在一起，利用微生物所具备的厌氧发酵的特性，最终产生沼气，主要在农村地区具备比较大的发展优势。沼气能够在照明以及燃料等方面得到很好的利用，还可以利用沼气建立生态农场养殖模式，为绿色农业的发展做出贡献。

 

二、环境生物技术在水污染治理中的应用

 

环境生物技术中对微生物实行降解来处理水中污染物的形式，被叫作生化处理或生物降解，在生化反应中会因为微生物的差别，采取的处理技术也不同[2]。其中好氧降解技术中的生物膜法就是通过在污水处理的反应器中加入介质来实现的，介质可以承载微生物，使其获得继续的生长，进而转变成为粘液状的膜，最终会利用这种膜来对污水进行净化，在处理中膜会逐渐增厚，成为一个完整的微生态环境，这一技术不需要进行污泥的回流，而且产生的膜的生物性较高，在生化反应中比较稳定。除此之外还有生物自然的净化技术类型，比如生物塘、人工湿地等方法，生物塘就是通过太阳能作为基础能源，然后在其中种植水生植物，通过对水体中污染物进行吸收来得到净化的效果，在生物塘中可以种植水生植物，也可以加入曝气，对于水体生物的好氧降解有促进作用，现代化复合生态系统的建立使得生物塘的技术功能更加强大。人工湿地对于化工、纸浆等多种污水类型都可以进行净化处理，主要是通过自然生态系统中化学、物理及生物这三个方面的作用来操作的，污水中存在的有机物在湿地所具备的过滤、沉淀作用下进行截流，再次利用，其中可溶性的有机物在植物生物膜的反应下会被吸收、分解，湿地的再生与更换则可以通过填料来实现。

 

三、环境生物技术在废气和大气污染治理中的应用

 

环境生物技术对废气进行处理，及时将其中的有机污染物或恶臭物质降解或转化，达到净化空气的效果，属于一项空气污染处理的新技术[3]。环境生物技术对气体类的污染物的处理主要有生物过滤法和洗涤法、植物修复法等几种手段，生物过滤法就是通过活性物质的填充对废气进行加压与预湿，然后在生物滤池中使得气体中含有的污染物与生物膜相结合吸收，最后被降解从滤池的顶部排出。这一处理方式具有操作简便、设备投入少、效率高等优点，但是通常需要较大的占地面积。生物洗涤法要经过废气吸收与悬浮再生两个环节，由洗涤器与生物反应器组成，废气与生物悬浮液相互反应被分解净化后在反应池上部排出，然后对生物悬浮液进行充氧，产生的废气就会被微生物氧化、利用，而悬浮液也会在处理中实现再生，属于一个反复的过程。

 

四、未来环境生物技术的应用发展探究

 

环境生物技术在废水处理技术中的应用已比较成熟，实现了广泛的发展。好氧与厌氧工艺实现了相结合的发展以及无害化的生产处理过程，自动化程度不断提升，在今后的发展中针对不容易降解污染物的生物基因库的建设与特殊功能微生物的培养实验是主要的研究趋势。在当前科技的进步中，分子生物技术在传感器研究领域有着重要的支持作用，传感器能够使环境达到自动、连续的观测，判断环境污染状态，还可以对讲解规律进行分析，得出污染的发生原因，促进环境生物技术更全面的进步。另外，环境生物技术在发展中还需要不断的与相关科技相结合。将环境生物技术与光、声、电搭配，可提升技术作用效率，对高浓度的有害、难降解废水有效的处理，如电化学高级氧化-高效生物处理技术、辐射分解-生物处理组合技术等，这也是环境生物的未来发展趋势。

 

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脊椎动物体内的HA具有多种不同的功能：皮肤中，保持水分；软骨中，联于蛋白聚糖，调节水和离子浓度，维系软骨组织的物理特性和细胞一底物间的相互作用。HA的生物效能与HA受体的结合有关，可诱导细胞增殖速率、细胞移动及血管形成的改变。在炎症、纤维化以及癌症等疾病过程中，发现过量的HA。有直接的证据证明，HA参与癌症的转移。

本文分析评价HA及其衍生物的生产工艺、理化特性和己确定或潜在的应用。1 HA的生产

HA的工业生产，主要有两种方法：从动物组织提取(如牛眼和鸡冠)：微生物大规模发酵。上述两种方法将在下面讨论。此外，最近的文献中报道了由新型的基因改造的微生物生产HA以及化学一酶法合成方法生产HA。

1.1传统的提取工艺

传统的HA生产是用溶剂从动物组织提取物中提取，然后由氯化十六烷基吡啶(CPC)沉淀得到。

最早1968年由Swann报道，生产工艺如下：(1)机械切片，获得小块的鸡冠；　(2)乙醇洗涤(鸡冠1 kg中加入4L乙醇)，重复多次，直至乙醇液不显浑浊；　(3)用水／氯仿的混台液提取(鸡冠2.5kg中加入10 L水及0.5 L氯仿)，搅拌至鸡冠溶胀：　(4)过滤，滤液中加入氯化钠，氯仿提取；　(5)离心，蛋白酶(链霉蛋白酶)酶解。

替代的方法：动物组织粗提取物经由表氯醇，三乙醇胺(ECTEOLA)色谱法提纯后，CPC分级分离。另外，在CPC(1％)沉淀前后，有报道用乙醇(1：3水／／,醇)多次乙醇沉淀。在这些方法中，HA沉淀后，用灭菌滤器过滤，最终配制成医疗器械和医药产品。HA纯化的收率超过90％(按糖醛酸计)。

然而，由于收集鸡冠，以及生产过程中提取纯化耗时耗力，导致HA价格昂贵。事实上，由于动物组织的HA复合于蛋白聚糖，且往往与HA降解酶共存，导致分离高纯度、高相对分子质量的HA较困难。而且，由动物组织提取的HA在医药上的应用面临跨物种病毒和其他外来剂污染的风险。因此，从上世纪80年代开始，微生物发酵法生产HA正逐步取代从动物组织中提取HA。

1.2 HA的生物技术生产

已知的可合成HA的细菌是A和C群链球菌(Streptococci)，革兰阳性菌如马链球菌(Steptococcusequi，一种马病原体)，类马链球菌(Streptococcusequisimilis，可以在不同种动物间传染)，化脓性链球菌(Streptococcus pyogenes，人类病原体)，链球菌(Streptococcus uber~，牛病原体)。这些B增；血性细菌在琼脂培养时，在细菌群周围出现黏稠半透明层，这可归因于HA的合成。

DeAngelis等人1998年报道出血性巴斯德菌(Pasteurellamultocida，一种革兰阴性病原菌)可以在其荚膜中制造HA。无论是链球菌还是巴斯德菌，HA荚膜均是一种毒性因子，可保护细菌，使免疫系统无法识别。此荚膜也可以保护细菌抵抗白细胞释放的活性氧化物。最后，HA英膜利用CD44介导的组织应答，帮助细菌通过上皮层。因此，HA荚膜在微生物致病性上，起到很大的作用。

兽疫链球菌(Streptococcus zooepidemicus)和出血性巴斯德菌通过特殊的与膜结合的糖基转移酶(HA合酶)作用于活性底物(核苷酸糖类)生成HA。近期，有研究者用出血性巴斯德菌HA合酶通过酶化学(chemoenzymatic)法合成HA，其中也涉及了获得确定的HA的可能性。目前工业生产工艺是基于诱变的链球菌发酵。

在细菌发酵生产HA的过程中，约5％～10％的碳被代谢。在兽疫链球菌发酵的生产中，通过~3CNMR研究表明，组成HA的D一葡糖醛酸和N一乙酰氨基葡糖分别由6，磷酸葡糖和6一磷酸果糖衍生而来。

合成1 mol HA--糖，需消耗5 mol核苷三磷酸(3ATP和2UTP)，2 tool葡萄糖和1mol乙酰辅酶A；同时产生2mol还原当量物(NADH)。由于在HA的生产过程中要消耗ATP生成NADH，所以ATP的水平以及细胞内的NADH在生物合成中起到关键作用。除了合成HA，也可生成组成细菌细胞壁的3种主要成分：肽聚糖、磷壁酸和细胞壁多糖抗原，这三种物质占细胞干重的20％。

1.2.1参与HA合成的酶HA合酶是合成HA的关键酶。自从1993年发现A群链球菌HA合酶的第一个基因编码，在其他菌类及真核细胞中，许多其他类似的HA合酶基因被确定。

1.2.2链球菌发酵链球菌是不形成孢子和非游动的细菌，光学显微镜下，呈现小球形或卵球形，外部环绕大范围的荚膜。通常情况下，HA荚膜是细胞体直径的1～3倍。从20世纪80年代初通过c群链球菌，特别是马链球菌马亚种和兽疫亚种发酵开始，HA已实现商业化生产。基于HA溶液的高黏度，发酵超过5～7 g／L的产物不实际。通常，多糖按消耗碳源计的收率约为0.05~0.1 g／g，多糖的Mr平均为(1-2)×10。报道的最大Mr是5.9×10。重要的发酵工艺。

1.3 HA的分离与提纯

HA在生物医学上的广泛应用，归结于下述特性：(1)高吸湿性；(2)黏弹性；(3)良好的生物相容性(4)非免疫原性；　(5)降解产物安全。

1.HA保水性与其亲水的化学性质有关。由于分子链中羧基的存在，生理pH下(HApKa=2.9)，HA是高分子电解质；有水存在下，HA分子可溶胀1000倍形成水舍物。

2.HA的黏弹性是指HA水溶液的流变学行为，表现为凝胶的弹性及流体的黏性。HA溶液表现假塑性，在高切变速率下，溶液的黏度降低。HA医学应用基于切变表现稀薄行为，流变性与Mr、浓度以及环境条件如DH有关。

3.作为人体许多组织的组成物质，HA具有高的生物相容性，这是在生物医学领域应用必须具有的属性。

4.HA分子在所有物种和所有组织中具有相同的结构，因此免疫系统从不对其“警戒”。

5.HA在体内降解主要通过透明质酸酶催化水解，降解产物安全。皮肤中HA的半衰期约为24 h，服内HA的半衰期约为24,36 h，软骨中为1-3周，玻璃体中为70dt。

由于以上的突出优点，HA的开发及其商业化程度日趋加强。HA主要用于骨关节炎的治疗、化妆品、眼科学、美容医学、外科和创伤愈合、局部给药和组织工程学中。

2.2市售制剂中的HA：线性、衍生物及交联物。

应用于已述领域时，HA为原始的线性结构。然而，为了其他的目的，需要对HA进行化学修饰。通常对HA做衍生化(线性链的修饰)或交联处理(在HA链之间形成共价键，从而形成HA的三维网状结构)。

修饰HA是为了降低体内HA的高转化率。例如。如果皮下注射线性HA，降解迅速而不能有效的发挥其功能。相反，修饰后的HA，不易受化学和酶解的影响，因此在体内作用时间较久，效果更好。修饰HA，尤其是交联处理，也可以改善HA某些特定的力学特性。

HA的化学修饰一般涉及其分子结构中的羟基或羧基。

HA的衍生化策略包括酯化及硫酸化。硫酸化发生在HA链的羟基位置，得到的产物具有类肝素的活性(与硫酸化的程度有关)。酯化过程涉及分子链上的羧基，羧基转化为酯后，导致产物疏水性增加。因此，随着HA修饰程度的增加其水溶性降低，从而使其在体内环境下更稳定。在所有HA衍生物中，HA的苄酯衍生物具有更好的市场。

过去的10年中，多种方法可制得交联HA，许多交联HA产品上市。交联的方法包括：双一碳二亚胺交联，碳二亚胺[R1-N》N―R，如EDC：l一乙基(3，3一二甲氨基丙基础二亚胺)]和辅助活化剂(co-activators，如，N一羟基硫代琥珀酰亚胺，sulfo-NHS，或1，羟基苯并三唑HOBt)介导的多价酰肼交联，二硫化物交联，由碳二亚胺和一种辅助活化剂介导的自交联，甲基吡啶碘(CMPI)介导的自交联，光致交联，上述的交联过程均涉及HA链中的羧基。其他的交联方式涉及HA链中的羟基，包括二乙烯基砜交联和双环氧化物(di-epoxide)交联。

2.3线性HA的应用

线性HA主要用于化妆品、眼科以及促进伤口愈合。化妆品中，由于HA的亲水性，其作为保水性物质，目前主要的化妆品品牌中均含有HA。

HA在药物局部给药系统应用中受到关注。如，Solaraze，处方为含有双氯芬酸(3％)的HA凝胶(25％)，临床用于治疗局部光线性角化病。与对照或其他给药系统比较，HA可明显提高双氯芬酸对角质层的渗透性，并能提高表皮中药物的滞留及定位。

HA有助于皮肤炎症及伤口的愈合。如Jaloplast Cream(Fidia，Italy)就是一种以HA为主要成分(0.2％w／w)的产品，涂抹于伤口(擦伤、皮肤移植、外科手术、一和二度烧伤、血管变形和溃疡、褥疮)表面，促使伤口更快结痂愈合。

整形外科生物再生(bio―revitalization)，是指HA皮下给药，抵抗皮肤衰老。面部HA皮下给药后，可以修正面部线条，平复皱纹。面部小剂量注射HA，可以帮助皮肤恢复和保持弹性，显得健康。经常用于眉线、鱼尾纹及嘴角纹。注射HA后，可以使皮肤更光滑、细密、有光泽。

眼科手术中，HA溶液用于保护眼组织，可以在眼科手术时提供足够的空间。这主要利用了HA的黏弹性。高黏的HA溶液固定后(静态)，可以维持眼科手术空间。高剪切率下HA黏度较低，可使其更易注射。HA的高弹性可以保护眼组织不受外科器械及植入物的伤害。

常用产品为Healon，来自美国雅培医疗光学公司。该产品是一种含透明质酸钠(1％，w／w,pH 7.0-7.5)的黏弹性生理溶液，辅助用于白内障摘除、人工晶状体植入、角膜移植、青光眼滤过术及视网膜附件手术。

Viseaot(黏弹性的眼内注射液，Cilco，USA)，主要含透明质酸钠(30 mg／mL)，硫酸软骨素钠(40 mg／mL)及缓冲体系。主要用于自内障摘除及人工晶状体植入。

眼科中，线性HA在许多洗眼液处方中作为活性成分。如，意大利Sift公司生产的Hyalistil，含有0.2％透明质酸钠，可以稳定泪膜，保湿和角膜。可以有效提高佩戴隐形眼镜的舒适性。HA的吸湿性和黏弹性是其作用的基础。美国雅培医疗光学公司产的Blink Contacts是一种含0.15％(w／w)HA的滴眼液，可以增加隐形眼镜的舒适性。

泌尿外科应用，膀胱内缓慢输入线性HA溶液被用来治疗间质性膀胱炎、复发性尿路感染和出血性膀胱炎。HA是膀胱上皮的保护屏障，炎症导致GAG层损坏，可能增加细菌黏附及感染的可能性。目前临床关于HA治疗上述病症的资料较少。

2.4交联HA的应用

交联HA主要用于美容医学，骨关节炎(OA)治疗以及组织工程。

最近十年，交联HA在美容医学上的应用逐渐兴起。HA作为皮下填充物，在非手术软组织填充中反响较好。皮下注射HA可平滑皱纹，增加软组织体积(如唇部、)。根据美国美容整形外科学会统计，2008年使用的皮肤填充产品中，85％含有HA。因为巨大的临床商业价值，几乎每家美容器械公司均生产含HA的皮下填充产品。

交联及线性HA可用来治疗OA。HA是关节滑液的组成成分，关节炎症时，关节滑液中HA的浓度降低。关节内注射HA溶液，对炎症有治疗作用。有研究表明，HA可以抑制软骨变性，保护关节软组织表面，使滑液的流变学特性正常并能降低痛感。1997年，FDA批准Synvisc上市，其主要成分为Hylan GF-20，一种交联的HA衍生物。Hyalgan(Fidia)，Orthovisc(Anika)以及synovial(IBSA)是市场上广泛应用的以线性HA为基础的治疗OA的产品。

为防止术后粘连，建议使用交联HA。例如，意大利Fidia公司的ACP(AutoCrosslinked Polymer，白交联聚合物，HA分子链上的羟基和羧基可以形成分子内或分子间的酯键)，在动物模型及I临床试验中，可有效的减少腹腔手术后的粘连。美国Genzyme Biosurgery公司生产的Seprafilm为一种粘连屏障(隔膜)，由HA和羧甲基纤维素(CMC)制得。据推测，该产品中的HA可能部分衍生化，部分交联。临床表明，该产品可有效降低腹腔手术后粘连的发生频率及粘连程度。

2.5 HA衍生物的应用

HA的酯在此类高分子中利用最多，尤其是在组织工程中。HYAFF(Fidia Advanced Biopolymers，Italy)为HA苄酯。HYAFF，11(完全酯化的HA衍生物)医学上应用广泛，如组织修复、药物控释、神经再生、创伤敷裹。它可以作为皮肤和软骨再生的支架。医学上应用的几种形式：薄膜、喷雾、海绵、管及微球。LaserskintlHyalograff cAutograft,Hyaffj基础的商品。Laserskin是直径40-500m的HYAFF。11的微球，成功用于治疗烧伤及皮肤病灶。Hyalograft C Autograft为3D的HYAFF一1 l，已成功用于治疗软骨缺失。3结语

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中图分类号: x-01 文献标识码:a

1 生物技术的特点

生物技术在处理环境污染物方面具有速度快、消耗低、效率高、成本低、反应条件温和以及无二次污染 等显著优点。随着生物技术研究的进展和人们对环境问题认识的深入，人们已越来越意识到，现代生物技术的发展，为从根本上解决环境问题提供了希望。

目前生物技术应用于环境保护中主要是利用微生物，少部分利用植物作为环境污染控制的生物。生物技术已是环境保护中应用最广的、最为重要的单项技术，其在水污染控制、大气污染治理、有毒有害物质的降解、清洁可再生能源的开发、废物资源化、环境监测、污染环境的修复和污染严重的工业企业的清洁生产等环境保护的各个方面，发挥着极为重要的作用。应用环境生物技术处理污染物时，最终产物大都是无毒无害的、稳定的物质，如二氧化碳、水和氮气。利用生物方法处理污染物通常能一步到位，避免了污染物的多次转移，因此它是一种消除污染安全而彻底的方法。特别是现代生物技术的发展，尤其是基因工程、细胞工程和酶工程等生物高技术的飞速发展和应用，大大强化了上述环境生物处理过程，使生物处理具有更高的效率，更低的成本和更好的专一性，为生物技术在环境保护中的应用展示了更为广阔的前景。

由于大部分有机污染物适于作为生物过程反应物(底物)，其中一些有机污染物经生物过程处理后可转化成沼气、酒精、生物蛋白等有用物质，因此，生物处理方法也常是有机废物资源化的首选技术。生物过程是以酶促反应为基础的，作为催化剂的酶是一种活性蛋白，因此，生物反应过程通常是在常温、常压下进行的。另外，酶对底物有高度的特异性，因此，生物转化技术的效率高，副产物少，这与常常需要高温、高压条件的化工过程相比，反应条件大大简化，因而投资省、费用少、消耗低，而且效果好、过程稳定、操作简便，同时，在多数情况下，它还可和其他技术结合使用。用生物过程代替化学过程可以降低生产活动的污染水平，有利于实现工艺过程生态化或无废生产，真正实现清洁生产的目标。另外，生物技术的产品或副产品基本上都是可以较快生物降解的，并且都可以作为一种营养源加以利用。用生物制品代替一切可以取代的化学药物、化石能源、人工合成物等，有助于把人类活动产生的环境污染降至最低程度，使经济发展进入可持续发展的轨道。生物是构成生态系统的要素，生态系统内物质循环主要是依靠生物过程来完成的。因此，利用环境生物技术可治理用其他方法难以处理的环境介质，即用生物修复技术净化环境，使受污染的宝贵资源如水资源(包括地面水和地下水)、土壤等得以重新利用，同时还可进一步强化环境的自净能力。

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。

2.1 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。

2.2 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。

2.3 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 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。

3.2 生物农药

化学农药的应用，对控制农作物的病虫害，增加农作物产量起了重要作用，但对人类的健康和生存环境却构成了很大的威胁。据统计，现有30%的杀冲剂，50%的除草剂和90%的灭菌剂在动物实验中引起肿瘤。美国国家科学院的研究报告说，目前食品中的杀虫剂残留量严重超标，比儿童安全量高出100~150倍。农药的使用还使土壤受到污染和破坏。国际上从60年代开始发展起来的生物农药是生物防治病虫害的一支新军。传统的生物防治是利用“天敌”来杀虫除害。这虽可减少化学农药的使用，减少农药的化学污染，但饲养和释放“天敌”，不仅费时费工，耗资巨大。而且在突发性病虫害前常措手不及，无能为力。而生物农药却可解决这个难题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。微生物杀虫剂，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。

篇5

一、前言

作为一种实际应用效果良好的技术方法，现代生物技术在近期得到了广泛的应用。研究其在生态环境及污染治理中的应用，能够更好地提升现代生物技术的应用水平，从而有效优化生态环境及污染治理的整体效果。

二、现代生物技术的优势特点

生物技术在生态环境及污染治理中的运用不仅良好实现了对环境污染的治理，还有利于改善污染地的生态环境。这种新型的治理污染的方式，不仅污染小，其治理效果也比较明显，还有利于恢复当地原有的生态环境。我国的科研工作者要不断地对这一新技术进行研究与实践，为我国进一步的生态环境治理提供更加科学合理的生物技术支持。

垃圾废弃物是一种较为常见的污染物，我们利用生物技术对其进行处理，能够让其分子结构改变，生物能对发生降解的各种产物和副产物进行重新利用，从而使环境污染程度得到降低，同时也将这些废弃物进行转化，变为可利用资源。

在利用酶促反应处理污染物的过程中，用到的酶是一种活性蛋白质，在常温常压和中性条件下进行的，这就使得大多数的生物技术可以快速的在现场进行。它具有一定的优点：第一，操作比较简单；第二，成本比较低；第三，发生反应的条件比较简单；第四，反应过程较为稳定；第五，效果比较好。这些方面的优点使生物技术得以在生态环境及污染治理中进行普遍应用。

三、常用的几种现代生物技术

1.核酸探针检测技术

核酸探针检测技术。利用能与特定核苷酸序列发生特异性互补的已知核苷酸片段作探针，分析DNA序列及片段长度多态性。被标记的探针直接用来探测溶液、细胞组织内或固定在膜上的同源核酸序列。它具有高度特异性和灵敏性，目前广泛应用于对环境中微生物的检测，定性、定量分析等研究中。

2.酶免疫测定技术

该技术是依据抗原和抗体之间的特异性吸附于固相载体表面，引入一种酶作为示踪物，通过共价键与酶连接形成酶结合物，加入底物后，根据颜色变化判定是否有免疫反应的存在，具有选择性好、灵敏度高、准确、实用性强等优点，广泛应用于监测农药、污染物残留、生物污染物等领域。

3.免疫金标技术

免疫金标技术是将特异性的抗原（或抗体）固定于硝酸纤维素膜，通过毛细作用向前移动，通过目测的胶体金标记物观察显色结果。该技术具有特异性强、操作简便、成本低廉、结果判断明确、时间短等优点，广泛应用于环境污染物的在线检测。

4.PCR技术

PCR即聚合酶链式反应，是指在DNA聚合酶催化下，以特定引物为延伸起点，通过变性、退火、延伸等步骤，体外复制DNA的过程，是一项DNA体外合成放大技术，能快速特异地在体外扩增任何目的DNA。PCR技术具有灵敏度高、特异性强等优点，用于检测大量平行的样品，环境中的生物污染。

四、生物技术在环境污染治理中的应用

生物治理环境污染是我国新世纪面临的新的重大课题。以环境污染的生物治理为主，开展环境微生物学的基础、应用基础和应用研究，为重金属废水、石油废水、印染废水、油脂废水、农药废水以及城市生活垃圾、生活污水等提供效果好、投资省、运行成本低的生物治理技术和设备，以此促进我国的环境工程建设。目前可提供的技术主要有：

1.城市有机垃圾处理技术

将城市垃圾通过分选后综合治理。将可腐有机垃圾生产成优质有机粉肥或有机无机复混粒肥；将可燃有机垃圾采用气化焚烧或生产成板材；无机垃圾用于填埋，处理过程中产生的废气、臭气、粉尘集中处理，废水循环使用，处理场地环境卫生达到国家标准，使垃圾达到无害化和更合理的资源化利用。

2.高新生物工程技术处理油脂化工废水利用来自于自然界又经培养驯化的功能菌株，根据废水和污水的不同性质、组成，配制不同菌株，通过发酵培养形成多功能复合型菌液（亦可制作成干性固体菌剂），用于油脂化工、化工有机废水、食品、印染、生活污水等工业废水处理。

3.生物曝气滤池处理生活污水及资源化利用技术集生物处理和过滤两种功能于一体，出水水质优良，是一种高效的新型生物反应器，极适用于生活污水和工业有机废水的处理及资源化利用。

4.含油污泥高新生物处理技术对我国大中型油田、炼油厂、石化企业等行业中含油污泥、炼油浮渣等进行生物治理，通过生物处理达到回收石油资源和污泥达标排放。

5.油田、炼油废水高新生物处理技术通过对大中型油田、炼油厂废水石油污染物样品采集、降解微生物菌株的分离、筛选，获得石油降解优势微生物，针对含油废水的不同水质特征，选用不同的微生物菌剂处理，使其稳定达标排放。

五、生物技术的发展趋势

1.生物技术在农业中的发展趋势

充分利用我国丰富的和特有的遗传资源，分离克隆有自主知识产权的基因和基因工程品种已刻不容缓，以期在以“基因”为核心的生物技术产业中取得主动。实现单基因生物抗逆向持久性抗逆、生物性抗逆向非生物性抗逆的转移。重视转基因植物的环境安全性评估，借鉴国外的成功经验，防止转基因植物危害的发生与蔓延。随着基因组时代向后基因组时代的过渡，研究重心已经从揭示生命的所有遗传信息转移到整体水平上对生物功能的研究。因此，在整体水平上研究细胞内蛋白质的组成及其活动规律的蛋白质学的发展和成熟，必将与基因组研究互相补充，给农业生物技术带来革命性改变。

2.生物技术在环境中的发展趋势

在污染的处理过程中，传统的物理或化学处理方法常伴随二次污染，且运行费用高，处理问题单一而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因此，生物处理具有效果好、运行费用低、无二次污染等优势，是保障可持续发展的一项最有力的技术措施。生物技术的发展趋势将朝着传统技术的改良、与其他污染处理手段相结合和与现代高新技术相结合等方向发展，研究高效快速的工艺流程。

3.生物技术在工业中的发展趋势

工业生物技术的新崛起有两个巨大的推动力，即社会强烈需求和生物技术的进步。人类社会发展迫切需要解决的问题是资源、能源、人口、环境问题.随着生物技术突破性进展，使得人类可以设计和构建新一代的工业生物技术，可高效快速地将各类可再生生物质资源转化为新的资源和能源。工业生物技术在生物能源、生物材料以及生物质资源化方面发挥着重要作用。其中生物能源、生物材料、生物质资源化等都是现在以及将来发展的重中之重。

六、结束语

通过对现代生物技术在生态环境及污染治理中应用的相关研究，我们可以发现，该项技术的多项优势特点决定了其在生态环境及污染治理中的应用地位，有关人员应该从其客观实际需求出发，研究制定最为优化可行的实施策略。

参考文献：