现代生物技术与环境保护
摘要：当今世界正面临着四大难题，包括粮食、人口、环境和资源，其中重点是环境问题，它关系到人类的外部生存条件的好坏。随着经济的发展、人口的剧增，人与自然环境的矛盾日益激烈，寻求两者之间的平衡与和谐成为人类深入探讨的问题。无疑，生物学中的现代生物技术的发展助推了人类解决这一问题的进程。
本文主要分析生物科学和环境保护的关系以及它对环境保护的作用。文章从我国的环境现状入手，论述了现代生物技术在治理大气、水、固体废弃物和土壤等方面的环境污染问题中的应用，从而使人们认识到生物技术与环境保护的密切关系以及大力发展生物技术的迫切性与重要性。
关键词：生物学 现代生物技术 生态环境 环境保护
现代生物技术作为一门新兴技术，是21世纪高新技术的核心。首先，我们要对此一新兴技术做一个简单的了解。
一、 现代生物技术概述
生物技术的发展可分为三个不同的阶段：传统生物技术、近代生物技术和现代生物技术，经历了从酿造技术到微生物发酵技术，再到基因工程技术的技术变迁。现代生物技术也称生物工程，是在分子生物学基础上建立的创建新的生物类型或新生物机能的实用技术，是现代生物科学和工程技术相结合的产物。随着基因组计划的成功，在系统生物学的基础上发展了 合成生物学与系统生物工程学。现代生物技术以现代生物学为基础，由多学科理论、技术和工程原理相互交叉融合而成，其发展依赖于微生物学、微生物遗传学、分子生物学、生物化学、化学工程学、计算机学等学科的发展。其主要构成内容为发酵工程、酶工程、基因工程、细胞工程和蛋白工程。现代生物技术在农业和社会生产上的应用日益广泛，在环境上，进行生物治理成为环境保护的根本出路。
二、 我国目前的生态环境现状
在2011年4月23日，刊登在京江晚报上的题为《我国环境污染状况形势严峻》的文章指出：“目前我国的环境形势可以概括为这样四句话：局部有所改善，总体尚未遏制，形势依然严峻，压力继续加大。”确实，于2011年4月21日发布的中国环境宏观战略研究报告显示：我国1.9亿人的饮用水有害物质含量超标；约1／3的城市人口暴露在超标的空气环境中；1.5亿亩的耕地因为污染而退化„„
1、土壤污染。如今我国的土壤污染主要有：一是重金属污染，据我国农业部进行的全国污灌区调查，在约140万hm2的污水灌区中，遭受重金属污染的土地面积占污水灌区面积的64.8%，其中轻度污染的占46.7%，中度污染的占
9.7%，严重污染的占8.4%。我国每年因重金属污染而减产粮食1000多万t，被重金属污染的粮食每年多达1200万t，合计经济损失至少200亿元。 二是有机污染，目前我国土壤的有机污染十分严重。广州蔬菜土壤中六六六的检出率99%，DDT检出率为100%。太湖流域农田土壤中六六六、DDT检出率仍达100%。三是放射污染，随着核技术在工农业、地质、科研等领域的广泛应用，越来越多的放射污染物进入到土壤中，直接或间接地危害人体。
2、大气污染。现在，全国二氧化硫年排放量高达1857万吨，烟尘1159万吨，工业粉尘1175万吨，大气污染仍然十分严重。全国大多数城市的大气环境质量超过国家规定的标准。全国47个重点城市中，约70％以上的城市大气环
境质量达不到国家规定的二级标准；参加环境统计的338个城市中，137个城市空气环境质量超过国家三级标准，占统计城市的40％，属于严重污染型城市。酸雨区污染日益突出。酸雨区由80年代的西南局部地区发展到现在的西南、华南、华中和华东4个大面积的酸雨区，酸雨覆盖面积已占国土面积的30％以上，我国已成为继欧洲、北美之后的世界第三大重酸雨区。
3、水污染。导致水污染的有农业污染源如牲畜粪便、农药、化肥等，造成水体富营养化；有生活污染源如各种洗涤剂、垃圾、粪便等；有工业污染源如未经处理的工业废水等，导致全国有监测的1200多条河流中，目前850多条受到污染，90%以上的城市水域也遭到污染，符合国家一级和二级水质标准的河流仅占32．2%。
4、工业废弃物和生活垃圾。我国全国工业固体废物年产生量达8.2亿吨，综合利用率约46%。全国城市生活垃圾年产生量为1.4亿吨，达到无害化处理要求的不到10%。塑料包装物和农膜导致的白色污染已蔓延全国各地。
三、现代生物技术在环境保护中的应用
1、污染土壤的生物修复
土壤污染中的重金属污染可用重金属污染的生物修复来改善土壤。这种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可用性，通过生物吸收、代谢达到对重金属的削弱、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物的含量，激发微生物的活性，由此可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。
2、微生物对空气的净化
微生物脱硫技术。我国是世界上最大的产煤国和煤消耗国，燃煤而导致的大气污染进而导致的酸雨给我国带来了重大的经济损失和环境破坏。近几年来研究人员把煤的物理选煤技术之一的浮选法和微生物处理相结合，即把煤粉碎成微粒与水混合，并将微生物加入溶液中，让微生物附着在黄铁矿表面，使其表面变成亲水性，能溶于水。在浮选中其难以附着在气泡上，下沉至底部，从而把煤和黄铁矿分开。由于它仅处理黄铁矿的表面，因此脱硫时间只需数分钟即可，从而大幅度缩短了处理时间，可脱除无机硫约70%。另外，该法在把煤中的黄铁矿脱硫时，灰分也可同时沉底，所以也具有脱去灰分的优点。目前，浮选法微生物脱硫已成为国际上洁净煤技术开发的热点。 很多学者利用细菌研究了大量的脱硫技术。如利用氧化亚铁硫杆菌已使脱硫率达95%以上，日本利用该菌已使H2S脱除率达99.99%，中国利用该菌对炼油厂催化干气和工业废气脱硫，H2S去除率分别为71.5%和46.91%,Saleem等用脱氮硫杆菌的耐受株T.denitrificansF，在厌氧条件下脱硫率达80%。
微生物过滤法。过滤发在50年代中期最先应用于处理空气中低浓度的臭味物质。到80年代，德、美、荷兰等国相继用此法控制生产过程中的挥发性气体和有毒气体。其过程为：废气(预处理)生物过滤器→CO2，H20，无机盐类。废气在反应器里停留时间很短,处理率可达90%以上。生物过滤法还可去除空气中的异昧、挥发性物质(VOCs)和有害物质，包括控制(去除)城市污水处理设施中的臭味、化工过程中的生产废气、受污染土壤和地下水中的挥发性物质、室内空气中低浓度物质等。
微生物在空气其他方面的处理。微生物还可用来固定CO2,实现CO2的资源化,同时产生很多附加值高的产品。生物技术用于有机废气具有费用低、效率高等优点,在德国、荷兰、日本及北美国家得到广泛应用。毕立锋等还进行了微生物净化NOx的研究。
3、污水的生物净化
在污水处理中，常见的生物方法包括生物膜法、活性污泥法、氧化塘法、厌氧处理法和人工湿地处理系统法等。污水生物处理是用生物学的方法处理污水的总称，是现代污水处理应用中最广泛的方法之一。污水中的有毒物质成分十分复杂，包括各种酚类、氰化物、重金属、有机汞、有机酸、醛、醇及蛋白质等。微生物通过自身的生命活动可以解除污水的毒害，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，运用此技术可以高效处理肺水中的有机污染物、无机金属毒物等，此方面国内外成功的例子很多，如德国将能讲解对硫磷等9种农药的酶，以共价结合法固定于多孔玻璃及硅珠上，制成酶柱，用于处理对硫酶磷废水，去除率达95%以上；近几年我国在应用固定化细胞技术讲解合成洗涤剂中的表面活性剂直链烷基苯磺酸钠方面取得较大进展，对于汉100ml/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经实际应用于废水处理。
4、固体废物垃圾的生物处理
城市垃圾微生物处理。目前城市主要可以分为三大类:化学法(如絮凝沉淀法)、物理法(过滤)和生物法(如活性污泥法)。这三类方法也可以结合使用。在污染物的处理中，虽然物理、化学方法作出了一定的贡献，但由于这些方法存在投资大、成本高、二次污染的问题，而逐渐被生物法所代替。可见微生物有非凡之效。现在发展了新的城市垃圾生物处理工艺。这种工艺是先经过过筛，回收可再生资源后，引入具有特定功能的微生物(主要是一些能高效降解有机物质，如纤维素、脂肪、蛋白，质的微生物)进行好氧处理或厌氧发酵，加速发酵过程，同时还可以收集所产生的沼气。经过充分发酵后的垃圾是一种很好的农业肥料。如果实现垃圾处理工厂化，可以使发酵周期缩短(1-2星期)， 并且处理量较大。发酵过程可以实现全自动化控制，发酵后形成的肥料的质量也能得到保证。
农村垃圾微生物处理。沼气已经被世界公认为新世纪可代替能源第一选择,有着不可比拟的特点。沼气发酵微生物---是在缺氧条件下降解有机质产生沼气的一群微生物。沼气常形成于富含有机质的沼泽、塘、湖等水下缺氧沉积物中,是一种可燃性气体,其主要成分为甲烷(占55~70%)和二氧化碳(占30~45%)。它分为四个过程①水解作用;②发酵作用;③产乙酸和产氢作用。
结语：在今天的社会，我们的生活与生物的关系可谓密不可分，生物学对环境更是发挥着巨大作用。现代生物技术的出现与发展，将使我们面临的不少环境污染问题能得到缓解甚至解决。我们必须重视这一新生技术，并使之往更有利于人类社会可持续发展、人与自然和谐相处的方向推进，构建社会主义和谐社会。
现代生物技术与环境保护
摘要：当今世界正面临着四大难题，包括粮食、人口、环境和资源，其中重点是环境问题，它关系到人类的外部生存条件的好坏。随着经济的发展、人口的剧增，人与自然环境的矛盾日益激烈，寻求两者之间的平衡与和谐成为人类深入探讨的问题。无疑，生物学中的现代生物技术的发展助推了人类解决这一问题的进程。
本文主要分析生物科学和环境保护的关系以及它对环境保护的作用。文章从我国的环境现状入手，论述了现代生物技术在治理大气、水、固体废弃物和土壤等方面的环境污染问题中的应用，从而使人们认识到生物技术与环境保护的密切关系以及大力发展生物技术的迫切性与重要性。
关键词：生物学 现代生物技术 生态环境 环境保护
现代生物技术作为一门新兴技术，是21世纪高新技术的核心。首先，我们要对此一新兴技术做一个简单的了解。
一、 现代生物技术概述
生物技术的发展可分为三个不同的阶段：传统生物技术、近代生物技术和现代生物技术，经历了从酿造技术到微生物发酵技术，再到基因工程技术的技术变迁。现代生物技术也称生物工程，是在分子生物学基础上建立的创建新的生物类型或新生物机能的实用技术，是现代生物科学和工程技术相结合的产物。随着基因组计划的成功，在系统生物学的基础上发展了 合成生物学与系统生物工程学。现代生物技术以现代生物学为基础，由多学科理论、技术和工程原理相互交叉融合而成，其发展依赖于微生物学、微生物遗传学、分子生物学、生物化学、化学工程学、计算机学等学科的发展。其主要构成内容为发酵工程、酶工程、基因工程、细胞工程和蛋白工程。现代生物技术在农业和社会生产上的应用日益广泛，在环境上，进行生物治理成为环境保护的根本出路。
二、 我国目前的生态环境现状
在2011年4月23日，刊登在京江晚报上的题为《我国环境污染状况形势严峻》的文章指出：“目前我国的环境形势可以概括为这样四句话：局部有所改善，总体尚未遏制，形势依然严峻，压力继续加大。”确实，于2011年4月21日发布的中国环境宏观战略研究报告显示：我国1.9亿人的饮用水有害物质含量超标；约1／3的城市人口暴露在超标的空气环境中；1.5亿亩的耕地因为污染而退化„„
1、土壤污染。如今我国的土壤污染主要有：一是重金属污染，据我国农业部进行的全国污灌区调查，在约140万hm2的污水灌区中，遭受重金属污染的土地面积占污水灌区面积的64.8%，其中轻度污染的占46.7%，中度污染的占
9.7%，严重污染的占8.4%。我国每年因重金属污染而减产粮食1000多万t，被重金属污染的粮食每年多达1200万t，合计经济损失至少200亿元。 二是有机污染，目前我国土壤的有机污染十分严重。广州蔬菜土壤中六六六的检出率99%，DDT检出率为100%。太湖流域农田土壤中六六六、DDT检出率仍达100%。三是放射污染，随着核技术在工农业、地质、科研等领域的广泛应用，越来越多的放射污染物进入到土壤中，直接或间接地危害人体。
2、大气污染。现在，全国二氧化硫年排放量高达1857万吨，烟尘1159万吨，工业粉尘1175万吨，大气污染仍然十分严重。全国大多数城市的大气环境质量超过国家规定的标准。全国47个重点城市中，约70％以上的城市大气环
境质量达不到国家规定的二级标准；参加环境统计的338个城市中，137个城市空气环境质量超过国家三级标准，占统计城市的40％，属于严重污染型城市。酸雨区污染日益突出。酸雨区由80年代的西南局部地区发展到现在的西南、华南、华中和华东4个大面积的酸雨区，酸雨覆盖面积已占国土面积的30％以上，我国已成为继欧洲、北美之后的世界第三大重酸雨区。
3、水污染。导致水污染的有农业污染源如牲畜粪便、农药、化肥等，造成水体富营养化；有生活污染源如各种洗涤剂、垃圾、粪便等；有工业污染源如未经处理的工业废水等，导致全国有监测的1200多条河流中，目前850多条受到污染，90%以上的城市水域也遭到污染，符合国家一级和二级水质标准的河流仅占32．2%。
4、工业废弃物和生活垃圾。我国全国工业固体废物年产生量达8.2亿吨，综合利用率约46%。全国城市生活垃圾年产生量为1.4亿吨，达到无害化处理要求的不到10%。塑料包装物和农膜导致的白色污染已蔓延全国各地。
三、现代生物技术在环境保护中的应用
1、污染土壤的生物修复
土壤污染中的重金属污染可用重金属污染的生物修复来改善土壤。这种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可用性，通过生物吸收、代谢达到对重金属的削弱、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物的含量，激发微生物的活性，由此可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。
2、微生物对空气的净化
微生物脱硫技术。我国是世界上最大的产煤国和煤消耗国，燃煤而导致的大气污染进而导致的酸雨给我国带来了重大的经济损失和环境破坏。近几年来研究人员把煤的物理选煤技术之一的浮选法和微生物处理相结合，即把煤粉碎成微粒与水混合，并将微生物加入溶液中，让微生物附着在黄铁矿表面，使其表面变成亲水性，能溶于水。在浮选中其难以附着在气泡上，下沉至底部，从而把煤和黄铁矿分开。由于它仅处理黄铁矿的表面，因此脱硫时间只需数分钟即可，从而大幅度缩短了处理时间，可脱除无机硫约70%。另外，该法在把煤中的黄铁矿脱硫时，灰分也可同时沉底，所以也具有脱去灰分的优点。目前，浮选法微生物脱硫已成为国际上洁净煤技术开发的热点。 很多学者利用细菌研究了大量的脱硫技术。如利用氧化亚铁硫杆菌已使脱硫率达95%以上，日本利用该菌已使H2S脱除率达99.99%，中国利用该菌对炼油厂催化干气和工业废气脱硫，H2S去除率分别为71.5%和46.91%,Saleem等用脱氮硫杆菌的耐受株T.denitrificansF，在厌氧条件下脱硫率达80%。
微生物过滤法。过滤发在50年代中期最先应用于处理空气中低浓度的臭味物质。到80年代，德、美、荷兰等国相继用此法控制生产过程中的挥发性气体和有毒气体。其过程为：废气(预处理)生物过滤器→CO2，H20，无机盐类。废气在反应器里停留时间很短,处理率可达90%以上。生物过滤法还可去除空气中的异昧、挥发性物质(VOCs)和有害物质，包括控制(去除)城市污水处理设施中的臭味、化工过程中的生产废气、受污染土壤和地下水中的挥发性物质、室内空气中低浓度物质等。
微生物在空气其他方面的处理。微生物还可用来固定CO2,实现CO2的资源化,同时产生很多附加值高的产品。生物技术用于有机废气具有费用低、效率高等优点,在德国、荷兰、日本及北美国家得到广泛应用。毕立锋等还进行了微生物净化NOx的研究。
3、污水的生物净化
在污水处理中，常见的生物方法包括生物膜法、活性污泥法、氧化塘法、厌氧处理法和人工湿地处理系统法等。污水生物处理是用生物学的方法处理污水的总称，是现代污水处理应用中最广泛的方法之一。污水中的有毒物质成分十分复杂，包括各种酚类、氰化物、重金属、有机汞、有机酸、醛、醇及蛋白质等。微生物通过自身的生命活动可以解除污水的毒害，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，运用此技术可以高效处理肺水中的有机污染物、无机金属毒物等，此方面国内外成功的例子很多，如德国将能讲解对硫磷等9种农药的酶，以共价结合法固定于多孔玻璃及硅珠上，制成酶柱，用于处理对硫酶磷废水，去除率达95%以上；近几年我国在应用固定化细胞技术讲解合成洗涤剂中的表面活性剂直链烷基苯磺酸钠方面取得较大进展，对于汉100ml/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经实际应用于废水处理。
4、固体废物垃圾的生物处理
城市垃圾微生物处理。目前城市主要可以分为三大类:化学法(如絮凝沉淀法)、物理法(过滤)和生物法(如活性污泥法)。这三类方法也可以结合使用。在污染物的处理中，虽然物理、化学方法作出了一定的贡献，但由于这些方法存在投资大、成本高、二次污染的问题，而逐渐被生物法所代替。可见微生物有非凡之效。现在发展了新的城市垃圾生物处理工艺。这种工艺是先经过过筛，回收可再生资源后，引入具有特定功能的微生物(主要是一些能高效降解有机物质，如纤维素、脂肪、蛋白，质的微生物)进行好氧处理或厌氧发酵，加速发酵过程，同时还可以收集所产生的沼气。经过充分发酵后的垃圾是一种很好的农业肥料。如果实现垃圾处理工厂化，可以使发酵周期缩短(1-2星期)， 并且处理量较大。发酵过程可以实现全自动化控制，发酵后形成的肥料的质量也能得到保证。
农村垃圾微生物处理。沼气已经被世界公认为新世纪可代替能源第一选择,有着不可比拟的特点。沼气发酵微生物---是在缺氧条件下降解有机质产生沼气的一群微生物。沼气常形成于富含有机质的沼泽、塘、湖等水下缺氧沉积物中,是一种可燃性气体,其主要成分为甲烷(占55~70%)和二氧化碳(占30~45%)。它分为四个过程①水解作用;②发酵作用;③产乙酸和产氢作用。
结语：在今天的社会，我们的生活与生物的关系可谓密不可分，生物学对环境更是发挥着巨大作用。现代生物技术的出现与发展，将使我们面临的不少环境污染问题能得到缓解甚至解决。我们必须重视这一新生技术，并使之往更有利于人类社会可持续发展、人与自然和谐相处的方向推进，构建社会主义和谐社会。