基因工程在環(huán)境中的應用

1、 基因工程的介紹 基因工程在環(huán)境保護中的作用 前景與展望 結束語（一）基因工程的概念基因工程：運用酶學方法，將外源基因與載體DNA在體外進行重組，將形成的重組DNA轉(zhuǎn)入受體細胞，使外源基因在其中復制表達，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?；蚬こ痰母拍睢?nèi)容與發(fā)展概況（二）基因工程的主要內(nèi)容 概括起來，基因工程的操作過程一般分4個步驟。 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導入受體細胞； 4、篩選出能表達目的基因的受體細胞經(jīng)過幾十年的發(fā)展，基因工程技術已走出實驗室，基因工程技術的應用已發(fā)展成為一個巨大的產(chǎn)業(yè)，基因工程在農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥、食品

2、、環(huán)保等領域已顯示出巨大的應用價值?；蚬こ淘诃h(huán)境中的應用基因工程在環(huán)境中的應用 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，這一技術在解決環(huán)境問題過程中的理想武器，這一技術在解決環(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)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、反應條件溫和以及無二次污染等顯著優(yōu)點。應條件溫和

3、以及無二次污染等顯著優(yōu)點。 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)境保護的各個方面，發(fā)揮著極為重要的作用。1、石油污染方面 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

4、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菌已成功地用于實際環(huán)境治理中。2、水和土壤污染方面 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，從而使廢水中的碳氫化合物得以分解，使污泥得以沉淀。 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個基因重組后導人大腸桿菌中，構建重組工程組，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。 科學家已經(jīng)用基因工程方法培養(yǎng)出了“吞噬”汞和降解土壤中DDT的細菌，以及能夠凈化鎘污染的植物。

5、DDT細菌美國加利福尼亞大學的微生物學工作者培育出了一種以 PCB s(聚氯聯(lián)苯)為食物的細菌。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菌被認為是有效解決這一難題的工具。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被學者們稱為“植物修復環(huán)境技術”。日本科學工作者在對大約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

6、分解污染源物質(zhì)多氯化聯(lián)苯的能力。在此基礎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)腩嵡鸭毎? 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, 嚴重超標的工廠廢水能夠被它吸收80%。 轉(zhuǎn)基因技術育出環(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:“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?！鞭D(zhuǎn)基因豬豬通常被認為是對環(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

7、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的科學工作者利用基因工程技術培育出了一種豬, 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菌的基因轉(zhuǎn)導到豬的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培育成功抗放射性核廢物細菌細菌 該項研究利用了一種耐放射性異常的土壤細菌。這種細胞已被確認為抗放射性能力最強的微生物。它的生理特性是夠修復自身的DNA, 從而使其機體在不斷遭受放射性物質(zhì)

8、攻擊的情況下仍能生存下來。不僅如此, 這種細菌還含有一種能分解化學物質(zhì)的功能基因。在這一發(fā)現(xiàn)的基礎上, 研究者又將其他“版本”的功能基因剪切、酶接到該細菌體內(nèi), 從而使這種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物質(zhì)和其他有毒化學物質(zhì)的功能。 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 va

9、rK636能降解EDB(二溴乙烷)和TCE(二氯乙烯)(Doty等2003) 微生物農(nóng)藥基因工程技術的發(fā)展,為防治農(nóng)林害蟲提供了有效的新技術手段, 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;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)基因工程技術將毒素基因?qū)胍环N侵染毛蟲的病毒中, 獲得了表達。當毛蟲這種害蟲吞下了這種轉(zhuǎn)

10、基因病毒, 該基因隨至侵染細胞, 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) 的病毒學和環(huán)境微生物學研究所與美國戴維斯的加利福尼亞大學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)生污染。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

11、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? 初步結果表明其效果更為顯著。4、在溫室效應方面轉(zhuǎn)基因技術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（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5500萬噸石油當量（占運輸燃料2）增加到

12、2050年7.5億噸石油當量。當生產(chǎn)實現(xiàn)可持續(xù)性時，預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的發(fā)展。溫室效應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重。而應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”（CspB）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構不被破壞。環(huán)境保護的前景與展望基因

13、工程在環(huán)境保護中的前景基因工程在環(huán)境保護中的前景隨著工業(yè)發(fā)展、人口高度密集環(huán)境中有毒有機隨著工業(yè)發(fā)展、人口高度密集環(huán)境中有毒有機污染物的數(shù)量、品種越來越多，原有的治污手污染物的數(shù)量、品種越來越多，原有的治污手段滿足不了現(xiàn)實的需要。利用基因工程的手段段滿足不了現(xiàn)實的需要。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)，得以表達識別，使其起到凈化環(huán)境的特殊內(nèi)，得以表達識別，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，尚需做大量功能，最大限度地消除環(huán)境污染，尚需做大量的研究工作。的研究工作。研究研究利用基因工程利用基因工程、使、使禾本科作

14、物禾本科作物本身具有本身具有固固氮能力氮能力，這樣就可以大，這樣就可以大大降低化肥的生產(chǎn)和使大降低化肥的生產(chǎn)和使用，從根本上消除化肥用，從根本上消除化肥的污染。的污染。利用利用光合細菌光合細菌許多種類許多種類在代謝過程中都能在代謝過程中都能釋放釋放氫氣氫氣的特點，利用基因的特點，利用基因工程開發(fā)工程開發(fā)生物制氫新能生物制氫新能源源，供車輛和機械發(fā)動，供車輛和機械發(fā)動機用，這樣不僅節(jié)約了機用，這樣不僅節(jié)約了能源，還能源，還減少減少了煤、石了煤、石油等燃料不完全燃燒時油等燃料不完全燃燒時對大氣環(huán)境造成的污染。對大氣環(huán)境造成的污染。根據(jù)一些藻類等根據(jù)一些藻類等水生物水生物植物植物具有從水環(huán)境中大具有

15、從水環(huán)境中大量量積累重金屬離子積累重金屬離子的能的能力，利用基因工程消除力，利用基因工程消除水體中重金屬的污染。水體中重金屬的污染。研究生產(chǎn)研究生產(chǎn)甲烷的基因甲烷的基因，提高甲烷發(fā)酵的效率，解決甲，提高甲烷發(fā)酵的效率，解決甲烷發(fā)酵反應速度慢、時間長、需用大反應容器進行儲烷發(fā)酵反應速度慢、時間長、需用大反應容器進行儲存的難題。存的難題。繼續(xù)構建系列基因工程菌，篩選出繼續(xù)構建系列基因工程菌，篩選出絮凝絮凝降解降解性能好、性能好、遺傳特性遺傳特性好和好和成本低成本低的系列雙功能基因工程菌株，并的系列雙功能基因工程菌株，并將該技術應用于染料生產(chǎn)廢水的處理或其他領域。將該技術應用于染料生產(chǎn)廢水的處理或其

16、他領域。采用基因工程的方法建立無害化生產(chǎn)工藝過程，實現(xiàn)采用基因工程的方法建立無害化生產(chǎn)工藝過程，實現(xiàn)廢水循環(huán)利用，同時將部分無毒有機污染物轉(zhuǎn)化為副廢水循環(huán)利用，同時將部分無毒有機污染物轉(zhuǎn)化為副產(chǎn)品，如單細胞蛋白、生物農(nóng)藥等，充分實現(xiàn)廢物資產(chǎn)品，如單細胞蛋白、生物農(nóng)藥等，充分實現(xiàn)廢物資源化。源化。通過基因重組構建通過基因重組構建新的殺蟲劑新的殺蟲劑，以，以取代取代生產(chǎn)過程中生產(chǎn)過程中耗耗能多能多，又易造成環(huán)境污染的農(nóng)藥，并試圖通過基因工，又易造成環(huán)境污染的農(nóng)藥，并試圖通過基因工程的方法回收和利用工業(yè)廢物。程的方法回收和利用工業(yè)廢物?；蚬こ碳夹g的掘起，為技術進步增添了新的活基因工程技術的掘起，為

17、技術進步增添了新的活力，為解決資源短缺、生態(tài)破壞等全球性環(huán)境問力，為解決資源短缺、生態(tài)破壞等全球性環(huán)境問題帶來了新的曙光，為題帶來了新的曙光，為2121世紀的環(huán)境保護展現(xiàn)出世紀的環(huán)境保護展現(xiàn)出絢麗多彩的應用前景。因此，隨著人們對基因的絢麗多彩的應用前景。因此，隨著人們對基因的深人研究和對遺傳密碼的破譯、基因工程定會在深人研究和對遺傳密碼的破譯、基因工程定會在各個領域發(fā)揮越來越顯著的作用。各個領域發(fā)揮越來越顯著的作用。 基因工程在環(huán)境保護中的展望基因工程在環(huán)境保護中的展望基因工程技術是發(fā)展迅速的一項污染環(huán)境治理基因工程技術是發(fā)展迅速的一項污染環(huán)境治理技術。實踐證明技術。實踐證明, , 采用基因工

18、程技術治理污染采用基因工程技術治理污染環(huán)境環(huán)境, ,可以最大限度地去除環(huán)境中的污染物?？梢宰畲笙薅鹊厝コh(huán)境中的污染物。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)基因工程菌的出現(xiàn), , 基因工程技術將不斷應用基因工程技術將不斷應用于更多的污染環(huán)境的治理工程中。于更多的污染環(huán)境的治理工程中。培養(yǎng)出新的特效物種并進一步提高其應用效率、降低應用培養(yǎng)出新的特效物種并進一步提高其應用效率、降低應用成本成本; ; 運用各種相關技術加以優(yōu)化組合運用各種相關技術加以優(yōu)化組合, , 尤其是高效、低尤其是高效、低能耗、易普及的特種微生物與特殊工藝的最佳結合能耗、易普及的特種微生物與特殊工藝的最佳結合; ; 加強加強不同專業(yè)、不同學科之間的合作不同專業(yè)、不同學科之間的合作, , 如將毒理學和微生物學如將毒理學和微生物學和環(huán)境工程學相結合和環(huán)境工程學相結合; ; 從根本上消除污染源從根本上消除污染源, , 充分協(xié)調(diào)人充分協(xié)調(diào)人與自然之間的關系與自然之間的關系, , 充分實現(xiàn)廢物資源化充分實現(xiàn)廢物資源化, , 引入