基因工程與環(huán)境保護

1、Y環(huán)境現(xiàn)狀Y基因工程對環(huán)境的積極意義Y基因工程在環(huán)境保護中的作用Y前景與展望Y結(jié)束語 潘攀 PPT制作徐銘珂 論文撰寫陳怡霏 資料提供Y石油污染Y水和土壤污染Y農(nóng)藥污染Y氣候變暖 Y石油污染是指石油開采、運輸、裝卸、加工和使用過程中，由于泄漏和排放石油引起的污染，主要發(fā)生在海洋。石油漂浮在海面上，迅速擴散形成油膜，可通過擴散、蒸發(fā)、溶解、乳化、光降解以及生物降解和吸收等進行遷移、轉(zhuǎn)化。油類可沾附在魚鰓上，使魚窒息，抑制水鳥產(chǎn)卵和孵化，破壞其羽毛的不透水性，降低水產(chǎn)品質(zhì)量。油膜形成可阻礙水體的復(fù)氧作用，影響海洋浮游生物生長，破壞海洋生態(tài)平衡，此外還可破壞海濱風(fēng)景，影響海濱美學(xué)價值。 Y 人類的活

2、動會使大量的工業(yè)、農(nóng)業(yè)、和生活廢棄物排入水中，使水受到污染。目前，全世界每年約有4200多億立方米的污水排入江河湖海，污染了5.5萬億立方米的淡水，這相當(dāng)于全球徑流總量的14%以上。Y 水污染主要是由人類活動產(chǎn)生的污染物造成，它包括工業(yè)污染源，農(nóng)業(yè)污染源和生活污染源三大部分Y污染物主要有：（1）未經(jīng)處理而排放的工業(yè)廢水；（2）未經(jīng)處理而排放的生活污水；（3）大量使用化肥、農(nóng)藥、除草劑而造成的農(nóng)田污水；（4）堆放在河邊的工業(yè)廢棄物和生活垃圾；（5）森林砍伐，水土流失；（6）因過度開采，產(chǎn)生礦山污水。 Y 鎘是人體不需要的元素。日本富山縣的一些鉛鋅礦在采礦和冶煉中排放廢水，廢水在河流中積累了重金屬

3、“鎘”。人長期飲用這樣的河水，食用澆灌含鎘河水生產(chǎn)的稻谷，就會得“骨痛病”。病人骨骼嚴(yán)重畸形、劇痛，身長縮短，骨脆易折。Y 近年來，由于人口急劇增長，工業(yè)迅猛發(fā)展，固體廢物不斷向土壤表面堆放和傾倒，有害廢水不斷向土壤中滲透，大氣中的有害氣體及飄塵也不斷隨雨水降落在土壤中，導(dǎo)致了土壤污染。凡是妨礙土壤正常功能，降低作物產(chǎn)量和質(zhì)量，還通過糧食、蔬菜，水果等間接影響人體健康的物質(zhì)，都叫做土壤污染物。 Y土壤污染物有下列4類:Y化學(xué)污染物。包括無機污染物和有機污染物。前者如汞、鎘、鉛、砷等重金屬，過量的氮、磷植物營養(yǎng)元素以及氧化物和硫化物等;后者如各種化學(xué)農(nóng)藥、石油及其裂解產(chǎn)物,以及其他各類有機合成產(chǎn)

4、物等。Y物理污染物。指來自工廠、礦山的固體廢棄物如尾礦、廢石、粉煤灰和工業(yè)垃圾等。Y生物污染物。指帶有各種病菌的城市垃圾和由衛(wèi)生設(shè)施（包括醫(yī)院）排出的廢水、廢物以及廄肥等。Y放射性污染物。主要存在于核原料開采和大氣層核爆炸地區(qū)，以鍶和銫等在土壤中生存期長的放射性元素為主。土壤污染有加劇趨勢土壤污染有加劇趨勢土壤污染造成鎘超標(biāo)土壤污染造成鎘超標(biāo) Y 主要指農(nóng)藥及其在自然環(huán)境中的降解產(chǎn)物污染大氣、水體和土壤，并破壞生態(tài)系統(tǒng)，引起人和動、植物的急性或慢性中毒的一種有機污染。 Y人類從40年代起開始使用農(nóng)藥除蟲除草，每年挽回農(nóng)業(yè)總產(chǎn)量15%左右的損失。但是，由于長期濫用農(nóng)藥，使環(huán)境中的有害物質(zhì)大大增加

5、，危害到生態(tài)和人類，形成農(nóng)藥污染。造成污染的農(nóng)藥主要是有機氯農(nóng)藥，含鉛、砷、汞等物質(zhì)的金屬制劑，以及某些特異性除草劑。Y農(nóng)藥污染主要是有機氯農(nóng)藥污染、有機磷農(nóng)藥污染和有機氮農(nóng)藥污染。人從環(huán)境中攝入農(nóng)藥主要是通過飲食。植物性食品中含有農(nóng)藥的原因，一是藥劑的直接沾污，二是作物從周圍環(huán)境中吸收藥劑。動物性食品中含有農(nóng)藥是動物通過食物鏈或直接從水體中攝入的。環(huán)境中農(nóng)藥的殘留濃度一般是很低的，但通過食物鏈和生物濃縮可使生物體內(nèi)的農(nóng)藥濃度提高至幾千倍，甚至幾萬倍.農(nóng)農(nóng)藥藥DDT污污染染食用被有機磷等農(nóng)藥污染的食物 Y 全球氣候變暖是一種“自然現(xiàn)象”。由于人們焚燒化石礦物以生成能量或砍伐森林并將其焚燒時產(chǎn)生

6、的二氧化碳等多種溫室氣體，由于這些溫室氣體對來自太陽輻射的可見光具有高度的透過性，而對地球反射出來的長波輻射具有高度的吸收性，能強烈吸收地面輻射中的紅外線，也就是常說的“溫室效應(yīng)”，導(dǎo)致全球氣候變暖。Y 全球變暖的后果，會使全球降水量重新分配、冰川和凍土消融、海平面上升等，既危害自然生態(tài)系統(tǒng)的平衡，更威脅人類的食物供應(yīng)和居住環(huán)境。Y德國研究人員表示，未來全球氣溫可能會遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于一些科學(xué)家此前所做的預(yù)測，如果新的計算機模型關(guān)于氣候變化所做的預(yù)測是正確的話。Y 據(jù)路透社報道，政府間氣候變化專門委員會(IPCC，由各國氣象專家組成，研究全球氣候趨勢)此前預(yù)測，到本世紀(jì)末，隨著二氧化碳的成倍增加，全球氣

7、溫將升高1.5至4.5。但德國美因茲馬普化學(xué)研究所的邁因拉特安德烈埃教授及其研究小組的最新測算方法卻表明，全球氣溫上升的最高幅度可達到6。Y 有資料說，再過七年，全球氣候?qū)⒉豢赡孓D(zhuǎn)的變暖。Y 英國氣象局研究160年氣溫數(shù)據(jù) 證明全球確實變暖。 全球變暖導(dǎo)致冰雪融化全球變暖導(dǎo)致冰雪融化Y在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域，利用基因工程進行發(fā)酵，避免了用合成法消耗大量原輔材料，經(jīng)許多反應(yīng)才能合成少量目的產(chǎn)品，從而大大減少原料資源的過度浪費和工業(yè)廢棄物的排放。提高了單位生產(chǎn)率，較少了污染總量，消弱了工業(yè)廢物的處理、回收、再生、治理的環(huán)節(jié)，相對降低了環(huán)境污染，保護了生態(tài)環(huán)境?；蚬こ叹睦?，降低了污染環(huán)境?；蚬こ叹?/p>

8、般具有生長迅速，絮凝性能較好和對難降解污染物及有毒有害污染物具有較高的降解能力?，F(xiàn)已發(fā)現(xiàn)抗汞、抗鎘、抗鉛等具有抗重金屬的多種菌株。在活性污染處理中引入基因工程菌，其進化功能可持續(xù)數(shù)月以上。基因工程在環(huán)境保護中的應(yīng)用基因工程在環(huán)境保護中的應(yīng)用 科技的發(fā)展充分證明基因工程是環(huán)境保護科技的發(fā)展充分證明基因工程是環(huán)境保護的理想武器，這一技術(shù)在解決環(huán)境問題過程中的理想武器，這一技術(shù)在解決環(huán)境問題過程中所顯示的獨特功能和顯著優(yōu)越性充分體現(xiàn)在它所顯示的獨特功能和顯著優(yōu)越性充分體現(xiàn)在它是一個純生態(tài)過程，從根本上體現(xiàn)了可持續(xù)發(fā)是一個純生態(tài)過程，從根本上體現(xiàn)了可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略思想?；蚬こ淘谔幚憝h(huán)境污染物方展的戰(zhàn)

9、略思想?；蚬こ淘谔幚憝h(huán)境污染物方面具有速度快、消耗低、效率高、成本低、反面具有速度快、消耗低、效率高、成本低、反應(yīng)條件溫和以及無二次污染等顯著優(yōu)點。應(yīng)條件溫和以及無二次污染等顯著優(yōu)點。1.石油污染方面2.水和土壤污染方面3.在溫室效應(yīng)方面4.在農(nóng)藥方面 隨著石油工業(yè)的迅速發(fā)展石油這種含有多種烴類的混和物，不斷對陸地與海洋造成污染，而烴類是難分解的物質(zhì)，某種特定的細(xì)菌只能降解有限的幾種石油成分，對其他成分卻不能分解。1975年美籍印度人查克拉搏特等科學(xué)家依據(jù)似單胞桿菌對石油中有毒成分具有很強分解力這一特性，把4種能吃浮油的假單胞桿菌的基因拼接起來，合并成一種假單胞菌種組成了所謂的“超級菌”，它

10、能分解各種石油烴,消除浮油的效率高、速度快，只需幾小時就能除掉自然菌種需幾年才能消除的原油污染。經(jīng)不斷改進這種超級細(xì)菌已成功地用于實際環(huán)境治理中。 科學(xué)家依據(jù) Psenclomorlas的改良菌具有分解樟腦、水楊酸脂、萘的功能把分解甲苯基因?qū)牖钚晕勰嘀蟹蛛x出來的具有絮凝能力的菌中，就能得到具有分解甲苯和起到絮凝作用的改良菌，從而使廢水中的碳?xì)浠衔锏靡苑纸猓刮勰嗟靡猿恋怼?目前，人們正在利用基因工程進一步解析聚磷基因和硝化基因，將這2個基因重組后導(dǎo)人大腸桿菌中，構(gòu)建重組工程組，從而使廢水中過高的N、P得到有效地去除，降低水體的富營養(yǎng)化，減少赤潮發(fā)生。 科學(xué)家已經(jīng)用基因工程方法培養(yǎng)出了“吞噬

11、”汞和降解土壤中DDT的細(xì)菌，以及能夠凈化鎘污染的植物。 美國加利福尼亞大學(xué)的微生物學(xué)工作者培育出了一種以 PCB s(聚氯聯(lián)苯)為食物的細(xì)菌。PCBs是一種污染環(huán)境的致癌物質(zhì), 它不能被一般的自然過程破壞,這種從實驗室中培育成的細(xì)菌被認(rèn)為是有效解決這一難題的工具。 該大學(xué)的研究人員是將一種一般土壤細(xì)菌(惡臭假單胞菌 )的兩個菌株的DNA進行交換,產(chǎn)生一種雜交的突變菌株。該基因交換菌株能破壞聯(lián)苯基, 而聯(lián)苯基正是構(gòu)成 PCBs分子的一個關(guān)鍵基因。PCBs進入人體后,不能被人體的新陳代謝過程破壞,且能傳給下一代。這種物質(zhì)也能長期保存在土壤中不會被分解。新培育出的這種兩個菌株的遺傳物質(zhì)發(fā)生交換的突

12、變菌株則能分解 PCBs ,可使這種有毒害的物質(zhì)變成無害的物質(zhì)水、 二氧化碳和鹽類 用植物凈化被污染的水體和土壤等技術(shù)被學(xué)者們稱為“植物修復(fù)環(huán)境技術(shù)”。日本科學(xué)工作者在對大約3 000 種植物進行調(diào)查研究后發(fā)現(xiàn),顛茄這種植物有吸收和分解污染源物質(zhì)多氯化聯(lián)苯的能力。在此基礎(chǔ)上他們對該植物進行轉(zhuǎn)基因處理, 即把加速根部生長的功能基因?qū)腩嵡鸭?xì)胞中, 培育出了生長速度快、根部發(fā)達的重組基因顛茄, 從而大大提高了其吸收和分解污染物質(zhì)的能力。生產(chǎn)實踐表明, 嚴(yán)重超標(biāo)的工廠廢水能夠被它吸收80%。 轉(zhuǎn)基因技術(shù)育出環(huán)保豬轉(zhuǎn)基因技術(shù)育出環(huán)保豬 在國際上( 如北美、歐洲和亞洲的一些國家和地區(qū)) 都有這樣一種規(guī)定

13、:“如果豬糞中磷的平均含量能夠降低35%, 從規(guī)定要求來說, 養(yǎng)豬戶就能夠多養(yǎng)35%的豬而不會違反環(huán)保規(guī)定的要求。” 在國際上( 如北美、歐洲和亞洲的一些國家和地區(qū)) 都有這樣一種規(guī)定:“如果豬糞中磷的平均含量能夠降低35%, 從規(guī)定要求來說, 養(yǎng)豬戶就能夠多養(yǎng)35%的豬而不會違反環(huán)保規(guī)定的要求?！必i通常被認(rèn)為是對環(huán)境有危害的家畜。它排泄的糞便中含有磷元素, 能促使藻類生長, 使水域很快形成富營養(yǎng)化狀態(tài), 會造成河流、湖泊污染, 并會使魚類缺氧而大量死亡。加拿大安大略省古爾弗大學(xué)的科學(xué)工作者利用基因工程技術(shù)培育出了一種豬, 其糞便中的含磷量比普通豬少20%50%。這種基因工程豬是把老鼠和一些細(xì)

14、菌的基因轉(zhuǎn)導(dǎo)到豬的DNA 中培育成的。這個規(guī)定的唯一根據(jù)就是豬排泄到地下水中的磷含量。加拿大科學(xué)家的這項研究成果對國際上的養(yǎng)豬業(yè)起了很大的促進作用, 對促進環(huán)境保護有強有力的作用。用用“基因剪切基因剪切”“”“酶接酶接”培育成功抗放射性核廢物細(xì)菌培育成功抗放射性核廢物細(xì)菌 該項研究利用了一種耐放射性異常的土壤細(xì)菌。這種細(xì)胞已被確認(rèn)為抗放射性能力最強的微生物。它的生理特性是夠修復(fù)自身的DNA, 從而使其機體在不斷遭受放射性物質(zhì)攻擊的情況下仍能生存下來。不僅如此, 這種細(xì)菌還含有一種能分解化學(xué)物質(zhì)的功能基因。在這一發(fā)現(xiàn)的基礎(chǔ)上, 研究者又將其他“版本”的功能基因剪切、酶接到該細(xì)菌體內(nèi), 從而使這種

15、基因工程微生物進一步具備了分解甲苯、氯苯、三元低共溶氯化物等放射性化學(xué)物質(zhì)和其他有毒化學(xué)物質(zhì)的功能。 植物植物除了通過轉(zhuǎn)化作用將所吸收的有機污染物轉(zhuǎn)化成無毒的其它有機物外，也可以通過降解作用使其分解為無毒的小分子化合物。最理想的方式是將大分子的有機化合物經(jīng)生物降解轉(zhuǎn)化成H2O和CO2。 楊樹在人工控制的現(xiàn)場實驗中能夠去除濕地中99的三氯乙烯(Newman等1999) 熱帶豆科樹木Leuceana leticocephala varK636能降解EDB(二溴乙烷)和TCE(二氯乙烯)(Doty等2003) 在農(nóng)藥方面中的應(yīng)用在農(nóng)藥方面中的應(yīng)用 微生物農(nóng)藥基因工程技術(shù)的發(fā)展,為防治農(nóng)林害蟲提供了有

16、效的新技術(shù)手段, 微生物農(nóng)藥因此在世界范圍受到廣泛重視。微生物農(nóng)藥是指非化學(xué)合成, 具有殺蟲防病作用的微生物制劑, 如微生物殺蟲劑、 殺菌劑、 農(nóng)用抗生素等。這類微生物包括殺蟲防病的細(xì)菌、 真菌和病毒微生物殺蟲劑對人畜安全無毒, 不污染環(huán)境;殺蟲作用具有一定的特異性和選擇性, 不會致死天敵和非目標(biāo)昆蟲;易和其他生物手段結(jié)合綜合防治害蟲,維持生態(tài)平衡; 由于殺蟲活性蛋白的多樣性,昆蟲產(chǎn)生抗性較緩慢;可以通過發(fā)酵法生產(chǎn),生產(chǎn)成本較低; 可以通過基因工程技術(shù)途徑篩選或構(gòu)建優(yōu)良性能的菌株來滿足生產(chǎn)應(yīng)用的需要等 用昆蟲毒素基因制殺蟲劑取得成功用昆蟲毒素基因制殺蟲劑取得成功 美國猶他公司的基因工程研究人員

17、從蜘蛛體內(nèi)發(fā)現(xiàn)并成功分離出了毒素基因，他們運用轉(zhuǎn)基因工程技術(shù)將毒素基因?qū)胍环N侵染毛蟲的病毒中, 獲得了表達。當(dāng)毛蟲這種害蟲吞下了這種轉(zhuǎn)基因病毒, 該基因隨至侵染細(xì)胞, 繼而殺死毛蟲。檢測和進一步實驗表明, 用該基因工程技術(shù)制成的殺蟲劑, 不僅殺蟲效果明顯, 而且具有高度的專一性, 對植物及其他動物無任何危害。在這項基因工程成功試驗的啟迪下, 阿森斯的佐治亞大學(xué)又成功地從螨蟲中得到了生產(chǎn)毒素的基因; 英國牛津自然環(huán)境調(diào)查研究理事會( NERC) 的病毒學(xué)和環(huán)境微生物學(xué)研究所與美國戴維斯的加利福尼亞大學(xué)使用的蝎子毒素基因, 通過基因工程生產(chǎn)出的殺蟲劑, 具有極好的殺蟲效果, 特別是它不會對環(huán)境產(chǎn)

18、生污染。 墨西哥科技工作者路易海勒易切拉用轉(zhuǎn)基因工程技術(shù)進行作物改良并取得了良好的成效。他將一種產(chǎn)生檸檬酸的功能基因?qū)肷L在堿性土壤中的煙草, 然后進行少施肥和不施肥的實驗, 結(jié)果均有明顯的增產(chǎn)效果( 分別增產(chǎn)30%和20%) 。該課題組在研究報告中指出: 運用此基因工程后,作物只用普通作物的一半肥料就能取得最好的長勢和增產(chǎn)效果。易切拉小組還為水稻和玉米進行了轉(zhuǎn)基因?qū)嶒? 初步結(jié)果表明其效果更為顯著。 轉(zhuǎn)基因技術(shù)還可以提高替代化石燃料的生物燃料的產(chǎn)量。國際能源機構(gòu)（IEA）于2011年4月21日發(fā)布路線圖指出，到2050年，生物燃料有望提供世界總的運輸燃料需求量的27，尤其將會對柴油、煤油和

19、噴氣燃料替代作出貢獻。這將使生物燃料的使用從目前5500萬噸石油當(dāng)量（占運輸燃料2）增加到2050年7.5億噸石油當(dāng)量。當(dāng)生產(chǎn)實現(xiàn)可持續(xù)性時，預(yù)計使用生物燃料可望每年避免約21億噸的二氧化碳排放，有效的控制了溫室效應(yīng)的發(fā)展。溫室效應(yīng)帶來的氣候變化的最大影響之一是全球降水重新分配，一些地方的旱情將會更加嚴(yán)重。而應(yīng)對這種危機的最重要方法就是培育能夠抗旱、減少用水量的作物。轉(zhuǎn)基因方法可以把其他生物的基因轉(zhuǎn)到作物中，從而達到很好的抗旱效果。孟山都公司的抗旱玉米“MON 87460”主要是轉(zhuǎn)入了土壤中常見的細(xì)菌枯草桿菌（Bacillus subtilis）的一個基因序列，產(chǎn)生一種叫“冷激蛋白B”（Csp

20、B）的蛋白質(zhì)，可以讓它在缺水的情況下仍然能夠保持機體結(jié)構(gòu)不被破壞。現(xiàn)在該玉米已經(jīng)在美國和智利試驗種植并獲得美國法規(guī)監(jiān)管部門（美國農(nóng)業(yè)部、美國食品與藥品管理局）的批準(zhǔn)。如果抗旱轉(zhuǎn)基因玉米大量種植，和非抗旱品種相比預(yù)計能夠增產(chǎn)30%。同時，轉(zhuǎn)基因玉米商業(yè)化種植之后，其種子不會比傳統(tǒng)玉米貴很多。另外，正在研制之中的提高作物的氮肥合用效率，改善植物光合作用效率等轉(zhuǎn)基因技術(shù)也可以大幅增加糧食產(chǎn)量，減少碳排放，減少砍伐森林的可能性。 基因工程在環(huán)境保護中的展望基因工程在環(huán)境保護中的展望Y基因工程技術(shù)是發(fā)展迅速的一項污染環(huán)境基因工程技術(shù)是發(fā)展迅速的一項污染環(huán)境治理技術(shù)。實踐證明治理技術(shù)。實踐證明, 采用基因

21、工程技術(shù)采用基因工程技術(shù)治理污染環(huán)境治理污染環(huán)境,可以最大限度地去除環(huán)境中可以最大限度地去除環(huán)境中的污染物。是保障可持續(xù)發(fā)展的一項最有的污染物。是保障可持續(xù)發(fā)展的一項最有力的措施。隨著基因工程菌的出現(xiàn)力的措施。隨著基因工程菌的出現(xiàn), 基因基因工程技術(shù)將不斷應(yīng)用于更多的污染環(huán)境的工程技術(shù)將不斷應(yīng)用于更多的污染環(huán)境的治理工程中。治理工程中。Y基因工程技術(shù)作為一種新興技術(shù)以極快的速度發(fā)基因工程技術(shù)作為一種新興技術(shù)以極快的速度發(fā)展。以下兩方面的研究將對環(huán)境保護有著重展。以下兩方面的研究將對環(huán)境保護有著重要意要意義。義。Y一是對基因工程菌的深入研究一是對基因工程菌的深入研究, 如基因工程菌對污如基因工程菌對污染物的代謝途徑、控制目的基因表達的啟動子基染物的代謝途徑、控制目的基因表達的啟動子基因序列、降解基因表達的調(diào)控條件的優(yōu)化等方面因序