现代生物技术在环境保护中的应用

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1、第八章现代生物技术在环境保护中的应用8.1基因工程与环境保护8.2细胞工程与环境保护8.3酶工程与环境保护8.4发酵工程与环境保护8.1基因工程与环境保护基因工程是将某一生物（供体）的基因片段在体外经人工与载体相接（重组），构成重组DNA分子，然后转入另一生物体（受体）细胞中，使外源基因在受体细胞中得以表达和遗传基因工程的特点能按人们预先的设计对基因进行拼接，且能打破物种间的界限，是一种生物的遗传信息在另一种生物中得以遗传、表达。采用基因工程技术构建的基因工程菌应用与发酵工业和医药工业，能提高传统发酵产品的产率，向人们提供只有动物体内才能生产的物质如抗原、抗体等；同合成法相比，节约大量原辅

2、材料，大大减少了原材料资源的过度浪费和工业废弃物的排放，减轻了环境污染。通过转基因技术，有可能把许多作物的优点，如优质高产、抗逆、抗病虫害、耐寒、耐酸碱等基因在某一品种上综合表达，从而大大减少了农药化肥对环境的污染。通过转基因技术构建的基因工程菌，可以处理某些环境中难以降解污染物8.1.1构建基因工程菌降解污染物质粒质粒是存在于细菌细胞质中独立于染色体而自主复制的共价、封闭、环状双链DNA分子，并不是细菌生长所必需的，但可以赋予细菌某些抵御外界环境因素不利影响的能力。分子量在1-200kb之间。大肠杆菌质粒的分子结构示意图大肠杆菌的质粒是最常用的质粒。一般说复合以下3条标准的染色体外的DN

3、A或RNA分子可以称为质粒（1）染色体外能自主复制的遗传因子（2）不具备胞外期的感染性（但可认为转化细胞）（3）对宿主来说不是必需的构建菌株通常是构建一质粒，使该质粒具有编码周围或中心酶系的基因，它是应用DNA重组技术，按照人们的意愿，在基因水平上改变生物遗传性，打破生物种属界限，进行种属内外基因重组、遗传信息交换和转移，使之具有人们所期望的性状降解性质粒可通过接合方式在种内、种间转移，构建包含多组合质粒的工程菌株。1975年，有人将CAMOCT、NAH、TOL质粒通过接合，转移到一株假单胞菌中，得到能降解多种碳氢化合物的“超级细菌”，在几小时内可将原油中60％的烃类分解。中科院武汉病毒所

4、和广东省微生物研究所在国内开创了细菌降解质粒及质粒分子育种的系统研究工作。通过基因克隆，构建了甲苯降解质粒pMT74，多氯联苯质粒pcW6和多氯联苯降解菌pcB12及2-萘酸降解菌的基因库。用生物技术手段构建含有“自杀基因”的微生物，当其将污染物分解完成后，“自杀基因”就使微生物自我毁灭，不对人类及环境造成危害应用基因工程菌净化污染物的主要优点：集中构建目的基因，提供综合性代谢新污染物的通路和杂种细胞提高代谢通路结构基因表达，针对新的污染物，改变表达的调节率防止有毒终端污染物的产生，防止非需要产品的出现，用确定的基因实现最初的目的应用基因工程菌需要进一步研究的内容：目的基因的定位和调节工程

5、菌在生物处理构筑物中的生存能力克隆基因的表达能力8.1.2转基因植物防止病虫害据统计，虫害每年给农业造成的损失达13％，尤其是由于虫害对化学农药产生的抗药性，使得化学农药控制虫害的方法在生产上受到限制人工合成的杀虫剂在消除害虫的同时也污染环境，如使野生鸟类产蛋率下降，蛋壳变薄。许多杀虫剂对人类产生急性毒性，还会产生致癌、致畸、致突变的遗传毒性。抗虫基因工程研究为控制害虫危害农业提供了新思路。利用基因工程技术可以把外源抗性基因转至农作物中并使其表达，从而使农作物得到抗性。目前研究最多的是应用苏云金芽孢杆菌杀虫晶体蛋白基因来获得抗虫植物。苏云金芽孢杆菌革兰氏阳性菌，于1902年首次在日本发现其

6、在芽孢形成期，形成大量的伴孢晶体，晶体是由原毒素亚单位（δ-内毒素）组成；大多数能同时产生几种晶体蛋白，每种蛋白均具有高度特异的杀虫活性。中科院农业科学院生物技术研究中心已将苏云金芽孢杆菌毒性蛋白的基因，转移到水稻细胞的原生质体中，并培养出正常水稻幼苗；水稻组织中含有苏云金芽孢杆菌毒性蛋白的基因，使水稻自身就可能产生抗虫害的能力。携带能杀鳞翅目害虫的苏云金芽孢杆菌毒性蛋白基因的转基因植物有烟草、棉花、番茄等；此外，将抑制昆虫蛋白酶活性的基因引入到棉花和马铃薯中，可以使昆虫进食叶片后因肠消化功能被干扰而最终死亡。转基因植物研究中最突出的问题可能是昆虫对植物产生的抗性。研究表明，与昆虫产生抗性

7、有关的基因是隐性基因，因此，在一个昆虫群体中有足够多的敏感昆虫存在，那么昆虫抗性基因控制的性状出现的频率将会很小。由于生物的共进化，如果抗性植物能在不良环境下生长，那么引起病虫害的病毒和昆虫也会很快产生对不良生境的适应性；如果抗性是由单基因控制的，那么只需2～10年植物就会失去对病虫害的抗性；所以今后不但要培育多基因抗性的品种，而且被选用的多基因应该来自亲缘关系不甚密切的植物。转基因作物的大量种植有可能给环境生态带来意料