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第九章现代生物技术与环境第一节我国生态环境现状一、主要污染源：•工业“三废”污染•农用化肥、农药的污染•废弃塑料和农用地膜的污染2二、现状•水污染日益加剧，水资源严重短缺。•土壤污染严重，耕地面积锐减；•森林覆盖面积下降，草场退化•人们的身体健康受到严重威胁，疾病发病率急剧上升。三、环境保护与治理•应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。第二节、现代生物技术与环境保护一、生物技术处理垃圾废弃物•降解污染物，降解产物及副产物可以被生物重新利用。•消减污染•垃圾废弃物的资源化利用。二、发酵处理有毒有害污染物，转化成无毒物质•可一步到位，避免污染物的多次转移而造成重复污染，•生物技术是一种既安全又彻底消除污染的手段。三、生物技术是以酶促反应为基础的生物化学过程。•在常温常压和近中性的条件下进行，•具有设备简单、成本低廉、效果好、过程稳定、操作简便等优点。四、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。第三节主要应用一、污水的生物净化1、污水中有毒物质成分：•酚类、氰化物、重金属、有机磷、有机汞、有机酸、醛、醇、蛋白质等等。2、微生物活动将有毒物转化为无毒物，使污水净化。3、固定化技术处理污水•固定化酶和固定化细胞可高效处理废水中的有机污染物、无机金属毒物等，例如：•德国将能降解对硫磷等9种农药的酶，固定化制成酶柱，用于处理对硫磷废水，去除率达95%；•我国,固定化细胞技术降解合成洗涤剂中的表面活性剂LAS,降解率90%以上；•固定化酵母细胞降解含酚废水已实际应用。二、污染土壤的生物修复1、重金属污染土壤的生物修复•利用生物(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。原理:生物作用(如酶促反应)•改变重金属的化学形态，•降低其移动性和生物可利用性•通过吸收、代谢对重金属的削减、净化。污染土壤生物修复优点：•增加土壤有机质的含量•激发微生物的活性•改善土壤的生态结构，•有助于土壤的固定，遏制风蚀、水蚀等作用。三、白色污染的消除1、白色污染种类：废弃塑料和农用地膜。2、危害：•土中残存，引起农作物减产。•塑料垃圾影响生态环境3、生物处理技术：•筛选降解塑料的微生物、构建高效降解菌。•克隆降解基因并将其导入某土壤微生物(如：根瘤菌)中，使两者同时发挥各自的作用，降解塑料和农膜。•推行可降解塑料和地膜。四、化学农药污染的消除•化学杀虫剂约80%会残留在土壤中，经生态系统造成滞留毒害作用。•利用微生物降解农药可消除农药污染。•微生物降解农药的本质：是酶促反应。•农药进入细菌，在酶作用下，经生理生化反应，降解或分解成小分子的无毒或毒性较小的化合物。微生物降解农药方式：矿化作用：•微生物将农药作为营养，吸收分解成无机物、二氧化碳和水。•特点：彻底，无副作用；共代谢作用：•农药自身不能被微生物降解，但若有另一可供碳源和能源的辅助基质存在时，它们可被部分降解。特点：•微生物不能从农药中获得营养，降解较慢，程度有限。•但有共代谢功能的微生物种类多，降解的化合物种类多。•在农药的生物降解中发挥主要作用。影响微生物降解农药的因素•1、微生物的种类、代谢活性、适应性等都直接影响农药的降解与转化。2、农药结构•高分子化合物、聚合物、复合物、空间结构简单的化合物难降解，•3、环境因素的影响：微生物或酶要求适宜的环境条件。•如：温度、酸碱度、营养、氧、底物浓度、表面活性剂。•营养对于以共代谢作用降解农药的微生物更加重要。•因为微生物须这些营养物质补充能量。农药微生物降解的新方法1、转基因技术的应用•利用转基因技术人工组装“工程菌”。2多菌株复合系的构建及应用•以往，偏重于用单一微生物菌株，•现已证明，单一菌株的纯培养效果不如混合培养。原因：•单个微生物不具备生物降解所需的全部酶。•在难降解化合物中驯化的时间不足以进化出完整的代谢途径•在生物降解过程中会有毒性中间物质积累应用多菌株复合系的优点：•多种微生物的接力作用和协同作用，多步反应将有毒化合物完全矿化，更能抵抗生物降解中产生的有毒物质。•菌种组成长期稳定，不易被杂菌污染，•对多种农药具有强烈的分解能力