基因工程在环境保护中的应用

年第卷第期生物学通报

基因工程在环境保护中的应用陈怀侠’赵永志

郑城县第一中学山东邦城炎传城县环境保护局山东郑城

世纪年代伯格利用内切酶把分属

个不同作用的重组到一起, 宣告了基因工程的诞

生。基因工程是在分子水平上, 用人工方法提取或合

成不同生物的遗传物质, 在体外切割、拼接和重组、

然后通过载体把重组的分子引人受体细胞, 使

外源在受体细胞中进行复制和表达。按人们的

需要生产不同产物或定向创造生物的新性状, 并使之

稳定地遗传给后代。基因工程具有广泛的应用价值, 能

为工农业生产、医药卫生、环境保护开辟新途径。下面

就基因工程在环保中的应用加以阐述。

墓因工程对环境的积极意义

转基因作物的出现, 减少了农药对环境的污染

转基因作物是利用重组技术将目的基因转人作

物中, 培育而成的。主要是用来选育具有特殊优良性状

的植物新品种, 如抗虫、抗病毒、抗除草剂、抗盐碱、抗

干旱和抗高温等。年科学家把细菌中的抗卡那霉

素基因转移到烟草、向日葵和胡萝卜等作物中, 一举获

得成功。此后短短的几年中, 科学家又培育出了数十种

具有抗病毒、抗虫、抗除草剂的作物新品种。如抗虫的烟

草、番茄、马铃薯、玉米、大豆、油菜和棉花等作物, 抗黄

瓜花叶病毒、首蓓花叶病毒的作物, 以及抗除草剂的植

物等。年, 中国农业科学院的科学家成功地将苏云

金芽袍杆菌中的抗虫基因转入棉花, 培育成了抗棉铃虫

的转基因抗虫棉。基因工程育种, 不仅减少农药、化肥对

环境的污染, 改善人类的生存环境, 而且可打破地域、季

节的限制, 扩大农作物种植的范围和面积。

, 基因工程菌的利用, 降低了环境污染基因工程

菌一般具有生长迅速, 絮凝性能较好和对难降解污染

物及有毒有害污染物具有较高的专一降解能力。现已

发现抗汞、抗福、抗铅等具有抗重金属基因的多种菌

株。在活性污泥处理中引人基因工程菌, 其净化功能

可持续数月以上。南开大学科研人员在用生物技术处

理染料废水的研究中, 分离出了具有生物絮凝作用和

生物降解作用的两类菌株, 利用杂交技术确定了降解

菌基因片段的位置经与质粒载体连接后获得

重组子, 重组质粒转化絮凝菌, 获得既能絮凝和吸附染

料及中间体嗅氨酸, 又能降解使之脱色的双功能特效

菌。该双功能基因工程菌对葱醒染料中间体嗅氨酸的

絮凝率为以上, 对嗅氨酸的脱色率为以上。

在工业生产领域, 利用基因工程进行发酵, 避免

了用合成法消耗大量原辅材料, 经许多反应才能合成

少量目的产品, 从而大大减少原料资源的过度浪费和

工业废弃物的排放。提高了单位生产率, 减少了排污总

量, 削弱了工业废物的处理、‘回收、再生、治理等环节,

相对降低了环境污染、保护了生态环境。

基因工程在环境保护中的应用

, 基因工程在环境污染监测中的应用目前聚合

酶链反应简称技术和核酸探针技术是常用于水

环境中微生物的检测技术。技术是一种在体外模

拟自然复制过程的核酸扩增技术, 常用于监测海

洋环境中存在的微生物, 如近年来, 陈碧娟、李秋芬等

正在开展用技术快速、定量检测海洋环境,卜的几

种特殊细菌的研究, 并取得了一些进展。核酸探针是特

定的具有高度特异性的已知核酸片段, 它能与其互补核

酸序列杂交。标记的核酸探针可以用于待测核酸样品

中特定基因序列, 如监测饮用水中病毒的含量。具体的

方法是使用一个特定的片段制成探针, 一

与被检测

的病毒杂交, 从而把病毒检测出来。此方法的特

点是快速、灵敏。用传统方法进行检测, 次需要耗费几

天或几个星期的时间, 精确度也不高。用探针只需

要花费的时间, 并且能够大幅度地提高检测精度, 据

报道, 能从水中检测出个病毒来。随着分离

技术和非放射性标记核酸技术水平的提高, 核酸探针和

技术可能取代常规的水质分析, 发展成为一种快速

可靠水体微生物的检测技术, 并将在细菌、病毒及其他

毒物检测中得以迅速的应用发展。

基因工程在环境治理中的应用基因

一一

甲决技术在

环境治理领域的应用主要是构建能降解特殊化合物的

微生物, 即采用基因技术提高某些微生物体内具了’特_______异性降解转化作用的酶类的水平。这些酶是山胞质‘, 质粒

编码的。质粒的发现及利用生物技术构建特殊功能

超级菌的成功, 为环境污染的治理开辟了广阔的前以

在石油污染方面随着石油工业的退屯发展,

石油这种含有多种烃类的混和物, 不断对陆地和海洋

造成污染, 而烃类是难分解的物质, 某种特定的细菌只

能降解有限的几种石油成分, 对其他成分却不能分解,

年美籍印度人查克拉搏特等科学家依据瑕单胞

杆菌对石油中有毒成分具有很强分解力这一特性, 把

种能吃浮油的假单胞杆菌的基因拼接起来, 合并成

一种假单胞菌种, 组成了所谓的“超级菌”, 它能分解各

种石油烃、消除浮油的效率高、速度快, 只需儿小时就

能除掉自然菌种需几年才能消除的原油污染。经不断

改进, 这种超级细菌已成功地用于实际环境治理中。

在水体和土壤污染方面科学家依据凡朗

生物

的改良菌具有分解樟脑、水杨酸脂、蔡的功能

把分解甲苯基因导人活性污泥中分离出来的具有絮

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, 从而使废水中的碳氢化合物得以分解, 使污泥得以沉淀。目前, 人们正在进一步解析聚磷基因和硝化基因, 利用基因工程, 将这个基因重组后导人

大肠杆菌中, 构建重组工程组, 这一菌多能的目的, 从

而使废水中过高的、得到有效地去除, 降低水体的

富营养化, 减少赤潮发生。目前, 科学家已经用基因工

程方法培养出了“吞噬”汞和降解土壤中的细菌,

以及能够净化锡污染的植物。

将来随着对有毒化合物代谢途径的进一步了解和

分子生物学技术的发展, 分离到降解酶和降解菌。就有可能通过操作, 有目的地设计、合成降解基因, 提高

其降解效率, 从而彻底消除有毒化合物对环境的污染。基因工程在环境中应用前景

随着工业发展、人口高度密集环境中有毒有机污

染物的数量、品种越来越多, 原有的治污手段满足不

了现实的需要。利用基因工程的手段将人们希望的遗传基因转入易培养的微生物体内, 得以表达识别, 使其起到净化环境的特殊功能, 最大限度地消除环境污染, 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, 这样就可以大大降低化肥的生产和使用, 从根本上消除化肥的污染。

利用光合细菌许多种类在代谢过程中都能释放

氢气的特点, 利用基因工程开发生物制氢新能源, 供车辆和机械发动机用, 这样不仅节约了能源, 还减少了煤、石油等燃料不完全燃烧时对大气环境造成的污染。学通报陌年第卷第期

根据一些藻类等水生物植物具有从水环境中大

量积累重金属离子的能力, 利用基因工程消除水体中重金属的污染。

研究生产甲烷的基因, 提高甲烷发酵的效率,

解决甲烷发酵反应速度慢、时间长、需用大反应容器

进行储存的难题。

采用基因工程的方法建立无害化生产工艺过程,

实现废水循环利用, 同时将部分无毒有机污染物转化为副产品, 如单细胞蛋白、生物农药等, 充分实现废物

资源化。

通过基因重组构建新的杀虫剂, 以取代生产过

程中耗能多, 又易造成环境污染的农药, 并试图通过

基因工程的方法回收和利用工业废物。

继续构建系列基因工程菌, 筛选出絮凝—降解

性能好、遗传特性好和成本低的系列双功能基因工程菌株,并将该技术应用于染料生产废水的处理或其他领域。基因工程技术的掘起, 为技术进步增添了新的活

力, 为解决资源短缺、生态破坏等全球性环境问题带

来了新的曙光, 为世纪的环境保护展现出绚丽多彩

的应用前景。因此, 随着人们对基因的深人研究和对遗

传密码的破译、基因工程定会在各个领域发挥越来越

显著的作用。

主要参考文献

朱正威, 赵占良生物选修—生物科学与社会北京人民教

育出版社, 衅一

牛炳旭细菌与石油污染的治理生物学通报, 以碎, 一

刘德绍, 郑强关于环境生物技术在水污染治理中的研究与应用

重庆环境科学, , 一