環(huán)境生物技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用

文/胡畢斯哈拉圖

引言

近些年來，我國的經(jīng)濟(jì)與科技都實(shí)現(xiàn)了飛速的發(fā)展，人們的生活質(zhì)量也有了明顯的提高。與此同時(shí)，人們對(duì)環(huán)境的關(guān)注度與日俱增。環(huán)境生物技術(shù)正是在這一背景下產(chǎn)生的，該技術(shù)的中心理念就是根據(jù)不同微生物的生態(tài)活動(dòng)規(guī)律來采取相應(yīng)的對(duì)策，以此來緩解日漸加重的環(huán)境問題。

環(huán)境保護(hù)是我國一項(xiàng)非常重要的國策，特別是在社會(huì)主義市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展與和諧社會(huì)建設(shè)的今天。實(shí)際上從早時(shí)期開始，社會(huì)各界便一直關(guān)注著環(huán)境保護(hù)問題，而且重視程度也在逐漸加深。但是很長時(shí)間以來，環(huán)境保護(hù)工作的成效都不夠明顯。環(huán)境生物技術(shù)是從環(huán)境保護(hù)問題上發(fā)展來的，它是生物技術(shù)與環(huán)境保護(hù)的有機(jī)結(jié)合。只要和生物技術(shù)有關(guān)，對(duì)環(huán)境所做一系列處理，包括治理以及修復(fù)等，都可以將其劃分到環(huán)境生物技術(shù)行列中。

環(huán)境生物技術(shù)的形成與發(fā)展

從整體上來看，不論是環(huán)境生物技術(shù)的形成還是其發(fā)展，都和環(huán)境之間有著緊密的聯(lián)系。對(duì)于環(huán)境工程行業(yè)來說，人們習(xí)慣將19世紀(jì)出現(xiàn)的生物濾池看作是環(huán)境生物技術(shù)形成的伊始。而在20世紀(jì)50年代與60年代這一時(shí)期內(nèi)，工業(yè)與農(nóng)業(yè)的快速發(fā)展進(jìn)一步加深了環(huán)境污染的嚴(yán)重性，特別是水污染問題。從另一個(gè)角度上來講，也正是因?yàn)槿绱?，環(huán)境生物技術(shù)才獲得了快速的發(fā)展。對(duì)于水處理行業(yè)來說，大部分研究人員的觀點(diǎn)都為生物處理是解決環(huán)境問題投入成本最低的一種方法，同時(shí)這一方法也完全滿足了生態(tài)學(xué)與可持續(xù)發(fā)展決策的需求。在這一背景下，各種生物處理技術(shù)如雨后春筍般萌發(fā)，并在較短的時(shí)間內(nèi)獲得了大范圍的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了快速的發(fā)展。而將現(xiàn)代生物技術(shù)引入到環(huán)境科學(xué)與工程中后，環(huán)境生物技術(shù)的形成也就呼之欲出了。Chakrabaty與其伙伴于20世紀(jì)70年代首次構(gòu)建了含有不同種類降解質(zhì)粒的“超級(jí)細(xì)菌”，而這一事件極大的促進(jìn)了環(huán)境生物技術(shù)的發(fā)展。20世紀(jì)80年代初期，歐洲生物技術(shù)聯(lián)盟第一次將環(huán)境生物技術(shù)用于設(shè)立環(huán)境生物技術(shù)專門機(jī)構(gòu)的名稱，同時(shí)還把控制污染的生物技術(shù)概括為環(huán)境生物技術(shù)。在這之后，美國專門舉行了第一屆“利用基因控制污染”的環(huán)境生物技術(shù)會(huì)議。在這次會(huì)議上，研究學(xué)家明確指出環(huán)境生物技術(shù)的核心目標(biāo)就是要盡快緩解有毒有害化學(xué)品的污染現(xiàn)狀。而我國國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目指南則在80年代末期提出了環(huán)境生物技術(shù)，從這之后我國的研究機(jī)構(gòu)與高校都開始了對(duì)這一技術(shù)的研究。

環(huán)境生物技術(shù)的應(yīng)用

污染土壤的生物修復(fù)

與其他污染源相比，重金屬對(duì)土壤的污染是最為嚴(yán)重與普遍的。重金屬污染的生物修復(fù)實(shí)際上就是借助生物自身的作用來減弱重金屬的毒性或總量，在這過程中經(jīng)常用到的生物大都是微生物與植物。污染土壤的生物修復(fù)的主要原理就是：借助生物的作用來改變重金屬在土壤中所呈現(xiàn)出的化學(xué)形態(tài)，最終使重金屬固定或解毒，從而減弱它們?cè)谕寥乐械囊苿?dòng)性與生物可利用性。與此同時(shí)，還可以借助生物的吸收作用與新陳代謝作用來降低重金屬的含量。對(duì)污染土壤進(jìn)行生物修復(fù)能夠有效的提高土壤中有機(jī)質(zhì)的含量，并增強(qiáng)微生物的活性，從而極大的優(yōu)化土壤生態(tài)結(jié)構(gòu)，這樣一來就提高了土壤的固定性，避免了水蝕問題的發(fā)生。

化學(xué)農(nóng)藥污染的消除

資料數(shù)據(jù)表明，化學(xué)殺蟲劑在使用后會(huì)于土壤中有將近79%的殘留，尤其是氯代烴類農(nóng)藥，其融解度極低，這樣就形成了滯留毒害作用。所以，在很長時(shí)間以來，人們都在積極尋求一個(gè)切實(shí)合理、有效的方法來解決上述問題。在這種情況下，借助微生物來解決農(nóng)藥的降解問題，從而緩解農(nóng)藥對(duì)土壤的污染現(xiàn)狀已經(jīng)成為了一大趨勢(shì)。通常情況下，可以成功降解農(nóng)藥的微生物多種多樣，而它們實(shí)現(xiàn)對(duì)農(nóng)藥的降解所使用的“手段”也是各有不同。一部分是借助礦化作用把農(nóng)藥分解成終產(chǎn)物二氧化碳和誰，這種“手段”比較徹底，通常不會(huì)引發(fā)副作用。還有一部分是借助共代謝作用，把農(nóng)藥轉(zhuǎn)化成能夠代謝的中間產(chǎn)物，這樣就能夠?qū)崿F(xiàn)殘留農(nóng)藥的清除。但是這種方法具有一個(gè)缺點(diǎn)，那就是降解結(jié)果比較繁瑣，同時(shí)還會(huì)引發(fā)某些副作用。因此，要想杜絕這種副作用就要選擇基因工程中的相應(yīng)的微生物來對(duì)土壤進(jìn)行修復(fù)，從而達(dá)到清毒的目的。

白色污染的緩解

從理論上分析，隨處可見的廢舊塑料與農(nóng)用地膜是導(dǎo)致環(huán)境污染的最主要原因，這是因?yàn)檫@兩大元素在土壤中很難化解。調(diào)查資料顯示，存在于我國土壤與溝河中的垃圾塑料總重達(dá)到了百萬噸級(jí)。塑料長期存在于土壤中能夠降低農(nóng)作物的產(chǎn)量，如果放任這一問題而不去解決，那么在經(jīng)過十幾年后該片土地農(nóng)作物的產(chǎn)量將降低到零。由此可見，數(shù)量龐大的垃圾塑料會(huì)對(duì)我國的生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生極大的負(fù)面作用，而加快對(duì)生物可降解塑料的研究工作早已勢(shì)在必行。在白色污染的緩解問題上，生物工程技術(shù)具有兩大突出優(yōu)勢(shì)，其一，它能夠大范圍的篩選具有降解塑料與農(nóng)用地膜、功能的微生物、形成降解菌的微生物。其二，它能夠分離克隆降解基因，同時(shí)還可以把該基因?qū)氲较鄳?yīng)的合適土壤微生物內(nèi)，從而充分發(fā)揮出兩者各自的優(yōu)勢(shì)，最終達(dá)到塑料與農(nóng)用地膜降解的目的。

污水的生物凈化

污水中存在有多種有毒物質(zhì)，例如重金屬、有機(jī)汞、以及醛等。微生物的某些生命活動(dòng)能夠有效的減弱污水中有毒物質(zhì)的毒性，最終促進(jìn)有毒物質(zhì)向無毒物質(zhì)的轉(zhuǎn)化，從而實(shí)現(xiàn)污水的凈化目的?，F(xiàn)階段應(yīng)用比較廣的生物凈化污水方法主要包括固定化酶與固定化細(xì)胞技術(shù)兩種。固定化酶與固定化細(xì)胞技術(shù)兩者的本質(zhì)均是酶工程技術(shù)。其中，前者又被人們稱為是不溶性酶，其原理就是利用物理吸附法或化學(xué)鍵合法將水溶性酶與固態(tài)不溶性載體進(jìn)行有機(jī)的結(jié)合，把酶轉(zhuǎn)化成不溶于水但依然具有催化活性的衍生物。微生物細(xì)胞實(shí)際上就是一個(gè)天然的固定化酶反應(yīng)器，利用制備固定化酶的方法對(duì)微生物細(xì)胞進(jìn)行固定之后就成為了具有催化生化反應(yīng)的固定化細(xì)胞。借助固定化酶與固定化細(xì)胞能夠有效的降低水中污染生物的含量，從而保證水體的潔凈。

環(huán)境生物技術(shù)的發(fā)展前景

借助環(huán)境生物技術(shù)對(duì)污染物進(jìn)行處理時(shí)，由于其最終產(chǎn)物大部分都是一些無毒無害的物質(zhì)，并且其見效也比較快，所以在世界范圍內(nèi)已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。不僅僅是我國，西方國家對(duì)環(huán)境保護(hù)的重視程度也在日漸加深，同時(shí)市場(chǎng)對(duì)環(huán)境生物技術(shù)的需求也逐漸擴(kuò)大。而在環(huán)境生物技術(shù)快速發(fā)展的現(xiàn)階段，這一技術(shù)的應(yīng)用目的早已不僅僅局限在環(huán)境目標(biāo)治理上，而是擴(kuò)大到了環(huán)境保護(hù)的多個(gè)方面。環(huán)境生物技術(shù)現(xiàn)在已經(jīng)不僅僅是一種污染治理技術(shù)，它在其他行業(yè)中的優(yōu)勢(shì)正在逐漸凸顯出來，并能夠加快國內(nèi)多個(gè)行業(yè)用生物過程代替?zhèn)鹘y(tǒng)化工過程的發(fā)展歷程。

結(jié)語

現(xiàn)階段我國的環(huán)境生物技術(shù)正經(jīng)歷初級(jí)時(shí)期，要想實(shí)現(xiàn)這一技術(shù)的快速發(fā)展我國相關(guān)行業(yè)與部門就必須要充分發(fā)揮自身的作用，加大對(duì)環(huán)境生物技術(shù)的研究力度與投入力度。只有保證了生態(tài)環(huán)境的發(fā)展，才能實(shí)現(xiàn)人類的發(fā)展。