基因工程在環(huán)境保護(hù)中的應(yīng)用

1環(huán)境現(xiàn)狀基因工程概念、內(nèi)容及發(fā)展概況基因工程技術(shù)在環(huán)境保護(hù)方面的應(yīng)用基因工程在環(huán)境保護(hù)中的前景

石油污染水和土壤污染農(nóng)藥污染氣候變暖石油污染是指石油開采、運(yùn)輸、裝卸、加工和使用過(guò)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(kuò)散形成油膜，可通過(guò)擴(kuò)散、蒸發(fā)、溶解、乳化、光降解以及生物降解和吸收等進(jìn)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(zhǎng)，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(jià)值。人類的活動(dòng)會(huì)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(wàn)億立方米的淡水，這相當(dāng)于全球徑流總量的14%以上。水污染主要是由人類活動(dòng)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(guò)度開采，產(chǎn)生礦山污水。

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“鎘”。人長(zhǎng)期飲用這樣的河水，食用澆灌含鎘河水生產(chǎn)的稻谷，就會(huì)得“骨痛病”。病人骨骼嚴(yán)重畸形、劇痛，身長(zhǎng)縮短，骨脆易折。

近年來(lái)，由于人口急劇增長(zhǎng)，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(guò)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。土壤污染物有下列4類:化學(xué)污染物。包括無(wú)機(jī)污染物和有機(jī)污染物。前者如汞、鎘、鉛、砷等重金屬，過(guò)量的氮、磷植物營(yíng)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(jī)合成產(chǎn)物等。物理污染物。指來(lái)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。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。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(zhǎng)的放射性元素為主。土壤污染有加劇趨勢(shì)土壤污染造成鎘超標(biāo)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(dòng)、植物的急性或慢性中毒的一種有機(jī)污染。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(zhǎng)期濫用農(nóng)藥，使環(huán)境中的有害物質(zhì)大大增加，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(jī)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。

農(nóng)藥污染主要是有機(jī)氯農(nóng)藥污染、有機(jī)磷農(nóng)藥污染和有機(jī)氮農(nóng)藥污染。人從環(huán)境中攝入農(nóng)藥主要是通過(guò)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(dòng)物性食品中含有農(nóng)藥是動(dòng)物通過(guò)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(guò)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(wàn)倍.農(nóng)藥DDT污染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(shí)產(chǎn)生的二氧化碳等多種溫室氣體，由于這些溫室氣體對(duì)來(lái)自太陽(yáng)輻射的可見光具有高度的透過(guò)性，而對(duì)地球反射出來(lái)的長(zhǎng)波輻射具有高度的吸收性，能強(qiáng)烈吸收地面輻射中的紅外線，也就是常說(shuō)的“溫室效應(yīng)”，導(dǎo)致全球氣候變暖。全球變暖的后果，會(huì)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。德國(guó)研究人員表示，未來(lái)全球氣溫可能會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于一些科學(xué)家此前所做的預(yù)測(cè)，如果新的計(jì)算機(jī)模型關(guān)于氣候變化所做的預(yù)測(cè)是正確的話。據(jù)路透社報(bào)道，政府間氣候變化專門委員會(huì)(IPCC，由各國(guó)氣象專家組成，研究全球氣候趨勢(shì))此前預(yù)測(cè)，到本世紀(jì)末，隨著二氧化碳的成倍增加，全球氣溫將升高1.5至4.5℃。但德國(guó)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(cè)算方法卻表明，全球氣溫上升的最高幅度可達(dá)到6℃。有資料說(shuō)，再過(guò)七年，全球氣候?qū)⒉豢赡孓D(zhuǎn)的變暖。英國(guó)氣象局研究160年氣溫?cái)?shù)據(jù)證明全球確實(shí)變暖。全球變暖導(dǎo)致冰雪融化用基因工程方法解決環(huán)境問(wèn)題（一）基因工程的概念基因工程：運(yùn)用酶學(xué)方法，將外源基因與載體DNA在體外進(jìn)行重組，將形成的重組DNA轉(zhuǎn)入受體細(xì)胞，使外源基因在其中復(fù)制表達(dá)，從而改造生物特性，生產(chǎn)出人類所需要的產(chǎn)物的高新技術(shù)。概括起來(lái)，基因工程的操作過(guò)程一般分4個(gè)步驟。1、獲得目的基因；2、將目的基因與載體連接形成重組DNA；3、將重組DNA導(dǎo)入受體細(xì)胞；4、篩選出能表達(dá)目的基因的受體細(xì)胞1、從基因所在的生物體直接取得限制性內(nèi)切酶（restrictionenzymes）2、人工合成DNA片段（DNA合成儀）3、PCR反應(yīng)合成DNA4、mRNA反轉(zhuǎn)錄成cDNA5、用機(jī)械的方法載體：細(xì)菌中的質(zhì)粒、溫和噬菌體重組體DNA：載體DNA+引入的DNA粘性末端平整末端連接酶受體:原核生物細(xì)胞（大腸桿菌感受態(tài)細(xì)胞）真核生物細(xì)胞（酵母：?jiǎn)渭?xì)胞真菌，是外源真核基因理想的表達(dá)系統(tǒng)?；蚪Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于基因工程操作；培養(yǎng)簡(jiǎn)單，成本低廉；基因表達(dá)產(chǎn)物易提取和加工；不產(chǎn)生毒素。）分子雜交（molecularhybridization）：基因序列遺傳學(xué)方法：性能免疫學(xué)方法：蛋白質(zhì)1972年，Berg等首次用限制性內(nèi)切酶EcoRI切割病毒SV40DNA和λ噬菌體DNA，經(jīng)過(guò)連接，組成重組DNA分子。1973年，Cohen將傷寒沙門氏菌抗鏈霉素質(zhì)粒與大腸桿菌抗四環(huán)素質(zhì)粒在體外重組，獲得異源的重組質(zhì)粒DNA，并把重組質(zhì)粒導(dǎo)入大腸桿菌中，建立了抗四環(huán)素和抗鏈霉素的大腸桿菌克隆體.1972年美國(guó)加州大學(xué)的Boyer從大腸桿菌中發(fā)現(xiàn)了一種能夠在特定位置上切割DNA分子的酶即限制性內(nèi)切酶經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，基因工程技術(shù)已走出實(shí)驗(yàn)室，基因工程技術(shù)的應(yīng)用已發(fā)展成為一個(gè)巨大的產(chǎn)業(yè)，基因工程在農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥、食品、環(huán)保等領(lǐng)域已顯示出巨大的應(yīng)用價(jià)值。

科技的發(fā)展充分證明基因工程是環(huán)境保護(hù)的理想武器，這一技術(shù)在解決環(huán)境問(wèn)題過(guò)程中所顯示的獨(dú)特功能和顯著優(yōu)越性充分體現(xiàn)在它是一個(gè)純生態(tài)過(guò)程，從根本上體現(xiàn)了可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略思想。基因工程在處理環(huán)境污染物方面具有速度快、消耗低、效率高、成本低、反應(yīng)條件溫和以及無(wú)二次污染等顯著優(yōu)點(diǎn)。其在石油污染方面、水和土壤污染方面、農(nóng)藥方面、溫室效應(yīng)方面、有毒有害物質(zhì)的降解、清潔可再生能源的開發(fā)、等環(huán)境保護(hù)的各個(gè)方面，發(fā)揮著極為重要的作用。

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(duì)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(duì)其他成分卻不能分解。2.1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(lái)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?，使污泥得以沉淀。DDT細(xì)菌在國(guó)際上(如北美、歐洲和亞洲的一些國(guó)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(lái)說(shuō),養(yǎng)豬戶就能夠多養(yǎng)35%的豬而不會(huì)違反環(huán)保規(guī)定的要求?！盬HY該項(xiàng)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(qiáng)的微生物。它的生理特性是夠修復(fù)自身的DNA,從而使其機(jī)體在不斷遭受放射性物質(zhì)攻擊的情況下仍能生存下來(lái)。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),從而使這種基因工程微生物進(jìn)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。基因工程作物可以不施肥或少施肥

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(jìn)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(zhǎng)在堿性土壤中的煙草,然后進(jìn)行少施肥和不施肥的實(shí)驗(yàn),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(bào)告中指出:運(yùn)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(zhǎng)勢(shì)和增產(chǎn)效果。易切拉小組還為水稻和玉米進(jìn)行了轉(zhuǎn)基因?qū)嶒?yàn),初步結(jié)果表明其效果更為顯著。隨著工業(yè)發(fā)展、人口高度密集環(huán)境中有毒有機(jī)污染物的數(shù)量、品種越來(lái)越多，原有的治污手段滿足不了現(xiàn)實(shí)的需要。利用基因工程的手段將人們希望的遺傳基因轉(zhuǎn)入易培養(yǎng)的微生物體內(nèi)，得以表達(dá)識(shí)別，使其起到凈化環(huán)境的特殊功能，最大限度地消除環(huán)境污染，尚需做大量的研究工作。研究利用基因工程、使禾本科作物本身具有固氮能力，這樣就可以大大降低化肥的生產(chǎn)和使用，從根本上消除化肥的污染。利用光合細(xì)菌許多種類在代謝過(guò)程中都能釋放氫氣的特點(diǎn)，利用基因工程開發(fā)生物制氫新能源，供車輛和機(jī)械發(fā)動(dòng)機(jī)用，這樣不僅節(jié)約了能源，還減