基因工程在环境工程中的应用

林立 65

摘要: 环境工程的核心是环境污染源的治理，其中包含三大方面：固体废物处理，废水处理和废气处理。依靠传统的化学或物理方法对环境中的污染物进行净化，十分耗费人力财力，而且容易造成二次污染。如果利用基因工程技术, 将有降解某种污染物的外源性目的DNA 片段在体外连接到载体DNA 之中, 进行基因重组并转移到适当的受体细胞之中, 就可在污染治理中发挥重要的功能。定向构建的超级工程菌则可用于固体废物堆埋场、污水处理厂、油库、地下输送管路以及海洋运输油轮的事故泄露对土壤、地下水以及海岸的污染修复等领域。现在这种技术已经在危险性化合物的技术降解已经得到应用。[1][2][3][4]

关键词：基因工程；环境工程；污染处理；综述

Genetic engineering application in environmental engineering

Abstract:Environmental engineering is the core of the management of environmental pollution,which contains three aspects:solid waste treatment,wastewater treatment and waste gas treatment.Rely on the traditional chemical or physical methods,purifies the environment pollutants in very human cost money,and easy to cause secondary pollution.Using gene engineering technique,a DNA fragment of foreign aim gene that satisfies human demands can be linked to carrier DNA,and then the gene recombinat ion takes place.After that,they will be transferred to suitable cell of acceptor so that they can play an important role in the pollution prevent ion and control.Gene engineering has already been used to degrade dangerous compounds.The structured

directionally supper engineering germs can be applied to pollution restoration of soil,groundwater and seacoast result ing from solid wastes landfill and store fields,sewage treatment plant,oil depot,underground transport pipes and maritime oil tanker disasters.

Key words:Genetic engineering;Environmental engineering;Pollution

treatment;review

1、基因工程在固体废物处理中的应用。

1.1对厨余垃圾，人畜粪便的处理。

沼气发酵是有机物在隔绝空气和保持一定水分、温度、酸碱度等条件下，微生物分解有机物的过程。堆肥是垃圾、粪便处理方法之一；堆肥是在人工控制的条件下，利用微生物的作用，将堆料中的有机物分解，产生高热，以达到杀死寄生虫卵和病原菌的目的。以上两种都是现在广为使用的处理厨余垃圾，人畜粪便的方法，经过基因工程改造的菌种，可以提高沼气生成，肥料产生效率，更大限度的利用资源。[5]

1.2处理重金属污染。

在当代矿产资源的大量开采利用、工业生产的迅猛发展和化学药品的广泛使用, 带来的一个突出的问题是如何控制和减轻重金属对环境的污染。因为重金属污染会对作物生产、农产品的品质和地下水开采等多方面产生重大影响, 并通过食物链影响人类的生活和健康。另一方面, 重金属污染具有隐蔽性、不可逆性、生物不可降解性、稳定性等特点, 使重金属污染的修复比较困难。传统的治理方法在已污染环境的改良和治理方面曾起过积极的作用, 但这些方法不仅所需费用昂

贵,同时大多只能暂时缓解重金属的危害, 还可能导致二次污染,不能从根本上解决问题。经过基因工程改造的工程菌和植物，具有了富集或转化重金属的能力，从而可以解决重金属污染的问题。[6]

细菌冶金是利用经过改造的微生物的生物催化作用，使矿石或固体废物中的金属溶解出来，从而能够较为容易地从溶液中提取所需要的金属。特别适用于处理废矿、尾矿和炉渣，可综合浸出，分别回收多种金属。[8]

用转基因的方式获得具有修复多种重金属复合污染土壤能力的植物，改善植物对重金属这种污染源的吸收已获得成效，最近，美国在一项受污染土地的试验中已证明，将进一步诱发处理某种基因引入到黄杨，使黄杨抗汞能力提高近10倍。随着基因工程技术新的开发高潮到来, 初步的试验实践和生产实践显示, 运用基因工程消除重金属等污染源具有廉价、安全的特点, 它正在成为研究和开发的热点。[7]

2、基因工程在废水处理中的应用。

基因工程技术已应用于提高微生物净化水环境的能力，成效显著。如利用基因工程技术开发出能吞食水中有毒废弃物的细菌，它可将聚氯联苯分解成无害的水、二氧化碳和盐类[9]；有研究者将基因工程技术应用在有机磷农药的降解中，结果显示构建得到的基因工程菌明显提高了对环境的生物修复能力[10]。又如，在生产重要的化纤原料PTA( 精对苯二甲酸)所产生的污水里，含有对二甲苯、苯甲酸等苯环污染物，对环境有较大毒性，普通微生物难于降解。陈俊等[11]运用基因工程技术构建出特效菌株，该菌株兼具了高降解性、高适应性和高絮凝性的特点，对上述苯环精染物的降解率均达87%以上，总的有机碳去除率达到94%，检测到的生物毒性明显降低。而丁华等[12]采用基因工程菌E. coli JMI09 ( pGEX-AZR)在庆氧膜生物反应器中，对模拟偶氮染料废水进行脱色研究，结果表明，系统对酸性红B 有很好的脱色能力，脱色率稳定在95%以上，

对CODcr 的去除率能达到68%。

基因工程技术也被广泛地用于重金属、污染的水环境修复方面，改造后的工程菌对目标重金属的选择、富集容量，以及对各种环境因素的适应力都比传统微生物有很大提高[13-17]。邓旭等[18]利用基因工程菌去除电解废水中的汞离子，实验所用的菌株是Wilson 实验室利用大肠杆菌E. coli JMI09 为宿主菌转化得到的基因工程菌，构建得到的基因工程菌同时具有表面吸附和内部富集的双重特性，其富集柔离子的能力大大强于一般生物吸附法。

综上，基因工程菌应用于水环境污染治理的优点如下:基因工程菌能灵活构建，并能兼具多种所需要的特性;基因王程菌对自然界的微生物和高等生物尚不构成实质性的威胁;基因工程菌进入净化系统之后适应期短，适应性强;基因工程菌降解污染物功能下降时，可以重新接种。但同时，它也存在一定的缺点，即基因工程菌的安全有效性及遗传稳定性有待进一步提高[19]。

3、小结和展望

随着大工业生产技术的飞速发展，生物方法所处理或修复的对象也在时刻不停地改变，势必将推动现代生物技术不断改革创新。为了使生物技术能满足新的发展需要。我们必须真正进行探索，并且可能以过去未曾想象到的方式来使用生物或是它们的衍生物，运用现代生物技术预防和治理环境污染, 有效地改善生态环境。现在在废气处理方面基因工程的应用还不广，将来在这方面应成为发展重点和热点。[20]

参考文献

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[2] 陈坚，环境生物技术，1999，中国轻工业出版社。

[3] 张自杰，排水工程，2000，中国建筑工业出版社。

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[6] 胡玉佳，现代生物学，2001，高等教育出版社。

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[8] 陈坚，环境生物技术，2007，中国轻工业出版社。

[9] 杨林，聂克艳，杨晓容等，基因工程技术在环境保护中的作用，西南农业学报，2007,20（5）：1130-1133.

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[12] 丁华，金若菲，周集体基因工程菌在厌氧膜生物反应器中对偶氮染料废水的脱色，环绕工程学报，2007,1（3）：25 -29.

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[19] 蔡丰聚，徐英黔.基因工程菌稳定性的若干影响因素，生命的化学，2006,26 (5) :451 -453.

[20] 刘艳丽，现代生物技术在生态环境及污染治理中的应用，煤矿现代化，2009,91（4）：48-49.