生物技術在工業部門中的應用(2 / 3)

在將固定了的太陽能轉化成各種形式的能源物質方麵生物技術開辟了高效節能汙染少的最佳途徑。從含澱粉、糖分和纖維素、木質素的植物物質(糧食、水果、甜菜、甘蔗、甜高粱、木薯、馬鈴薯、玉米芯、秸杆、樹枝、木屑、草本植物等)中,用生物技術生產“綠色石油”——燃料酒精的技術各國正在采用。通過微生物或酶的作用,將生物量轉換為可以燃燒的液體燃料(酒精、甲醇)或氣體燃料(甲烷——沼氣)。

選用的微生物和工業酶,對能源轉換率關係很大。目前一般用澱粉發酵生產酒精,出酒率約可達到56.3%。采用現代生物技術酶工程,用澱粉酶取代酒精發酵,發酵率高達93%,成本降到了與石油基本持平,加之“綠色石油”汙染小,因而國外發展很快。美國、巴西和歐洲的一些國家已大量使用“酒精汽油”(酒精和汽油或柴油的混合物)開汽車。美國目前銷售的汽車燃料中70%是1∶9的酒精汽油。美國能源部製定的國家燃料計劃,其長遠目標是實現純酒精發動機的實用化。預計到2000年前後,將有相當一部分汽車實現純酒精化。巴西盛產甘蔗,便用甘蔗來生產酒精。幾年來,酒精年產量已由51萬噸,增加到273萬噸。1985年用於汽車燃料酒精90億升,1986年已達到了105億升。巴西全國820萬輛汽車中,有240萬輛用的是含酒精20%的酒精汽油。北歐的瑞典、挪威、芬蘭等國家和日本,木材豐富,造紙業發達。他們已開發出用亞硫酸紙漿廢液,經發酵生成酒精的工藝技術,既提高了經濟效益,又減少了環境汙染。泰國的科學技術和能源部在日本發酵工業協會的合作下,以木薯為原料,用低溫煮薯、雙重酶發酵、加壓蒸餾等一係列新工藝。每噸木薯可獲得含乙醇99.5%的無水酒精185~200立升。這種酒精可用作化學原料,也可加到摩托車用的汽油中(苯酒精)作燃料使用。泰國政府曾計劃在曼穀建設一個生產能力更高的工廠,以利用過剩的木薯。墨西哥應用技術研究所,創立了一種適合於幹旱和半幹旱地區的一體化係統,對太陽能、鹽水、截留的雨水,有機廢物、非傳統作物、植物或微生物,以及能源作物加以利用。這種一體化係統可以生產食物(魚、牛、豬、雞)飼料(螺旋藻屬、鹽生植物)燃料(沼氣或乙醇)以及化學產品(從螺旋藻屬得到的色素、樹脂、油類)。這一係統能夠對再生能源進行最大限度的利用。

(二)變廢為寶的潛力巨大

被人們稱之為“未利用資源”的城鄉垃圾、工農業廢棄物與日俱增,僅日本每年城市廢棄物中含生物量的幹物重就高達1300萬噸。如何將這些危及環境的汙染物變害為利,是各國科學家的一個共同的重要課題。

據記載,人類用沼氣已一個多世紀,現在科學家們又在研究用新的技術,培養各種人工混合菌種和采用新的發酵工藝,以求不斷提高沼氣發酵罐的平均產氣率,更多的為工農業生產提供能源。使用沼氣曆史最長的西歐,70~80年代以前沼氣多用於農業,自從歐共體有關能源發展委員會,1987年開始先後兩次組織各國專家進行考察評價,使工業沼氣工程的建設大大加快。截止1988年初,歐共體各國共有630多個大型生產性沼氣工程投產。其中,工業沼氣工程總容積為44.5萬立方米;農業為15萬立方米,農業相當於工業的1/3左右,工業沼氣工程實際處理能力為農業的10倍。目前,由於各種新型的沼氣發酵裝置的采用,和新微生物的選用,正在使沼氣能源的開發,向著工藝穩定、產氣率高、安全可靠、工程投資低的新水平發展。

我國沼氣利用已有60年的曆史,現有沼氣池約500多萬個,是農村能源的一個重要組成部分。但技術水平還比較低,產氣率和應用範圍還有待提高和擴大。

除此之外,科學家們還在開發利用其他微生物,從工業垃圾中獲取能源的技術。1991年,美國一家能源技術公司開發出一項新的生物技術,利用廢輪胎發電,獲得了成功。他們先用一種專門培養的微生物,對已切成碎片的廢輪胎進行生物分解,使之轉變為可燃氣體,然後再用這種氣體作燃料來發電,實現了變廢為寶,為廢輪胳找到了新出路。

(三)開采化石能源的驍將

經過長期開采,不少化石能源礦井用常規技術已難以開采生產,有的礦井隻能廢棄。多年來,科研人員一直在探索利用生物技術,使枯竭和難於開采的油井恢複出油。地下油層中60%左右為粘滯性強的油,常規開采工藝對其束手無策,過去常將這種井宣布報廢。石油工業開采地下原油,在原石油氣壓下,一次采油隻能采出存油的10%~20%;二次采油加水或蒸氣加壓,隻采出30%;一般還有60%左右的原油開采不出來。現在采用生物技術新工藝,實現微生物三次采油,已可以比較徹底地將地下這部分寶貴的資源開采出來了。美國在得克薩斯州一口40年井齡的油並中,加入糖蜜和微生物混合物,然後封閉,經細菌發酵,井內壓力增加,出油量提高了4倍。澳大利亞聯邦科學和工業研究組織的地學勘探部與堪培拉大學合作,經過10年實驗室研究,開發出利用細菌溶液使油井產油量增加了50%多,並使增產率保持了一年。英國的生命力量公司在英格蘭南部和得克薩斯油田試驗,向油井注入細菌,據稱可提高10%的采油量。

現在利用生物技術三次采油,主要是用遺傳工程方法組建工程菌,連同細菌所需的營養劑一起注入到油層中,在地下繁殖,同石油作用,產生二氧化碳、甲烷等氣體,從而增加了井壓;加之微生物分泌高聚物、糖酯等表麵活性劑,降低表麵張力,使原油從岩石沙土上鬆開,粘度減低,使油井產量明顯提高。1981年美國利用生物技術多產了2000萬桶原油,價值6億美元。1989年,據蘇聯《能源》刊物介紹,蘇聯的科學家們已經提出了有效的開采石油的新方法。這種方法是在鑽井過程中,給油層中注入細菌,改善水的排油性能,大大提高了原油的流動性,從而提高了石油開采效率。

1990年德國已開始進行一項名為“通過生物技術等途徑精煉煤和煤的副產品”的綜合開發項目。參加的有斯圖加特、蒂賓根和波恩大學,馬克斯一一普朗克煤炭研究所,德國煤鋼技術協會等單位。這個項目的近期實用目的,是從微生物中提取有關的生物表麵活性劑注入爛泥狀煤中,防止糊狀煤水混合物凝固,從而可以用泵輸送到生產用煤單位;遠期目標是以生物技術替代機械處理煤或從原煤中提取氣體狀的載能體。甚至考慮在地下開采埋藏很深,礦工沒法開采的煤層;再就是從煤提取寶貴原料。

蘇聯人在采煤工業中,培育了一種能噬“甲烷”的細菌,大量輸入到煤礦井中,使甲烷量降低,從而防止瓦斯爆炸。這項技術已在頓涅茨煤田試用,並取得了顯著成效。

(四)“生物氫”和“生物電池”

氫是一種理想的能源,它無色、無味、無毒,燃燒發熱值相當於汽油的3倍。氫是導彈和新型空天飛機的燃料。美國新研製的X一30型空天飛機,首次使用了氫作燃料的超音速衝壓式發動機,時速可達2.8萬公裏。氫燃燒後隻生成水和少量的氧化氫。氧化氫經適當處理就不會汙染環境。過去,氫的製取多用化學和物理的方法。現在,科學家們又開發出了太陽能生物製氫的技術。利用一些低等藻類(幾種藍綠藻)在太陽光的照射下,能產生出氫的特性,通過大量培養這類藻類,並用泡沫塑料固相化製成藻光合器來產氫。日本理化學研究所就是用“藍藻光合器”生產氫氣。另外,也有人研究固化的酪酸梭狀芽孢杆菌,製成光合器生產出氫。還有的用固化的氫化酶,生產氫氣。

科研人員還在研製生物燃料電池。現在的生物電池有兩種,一種是直接利用氧化還原酶電子傳遞連鎖反應,構建生物燃料電池;一種是間接的用微生物產出氫氣,在遠離發酵的地方,用氫—氧燃料電池進行氧化,產生電流。這種間接電池國外已進入中試階段,建立了中試工廠。直接生物燃料電池是利用乳清中的乳糖,通過大腸杆菌進行氧化。20毫升的生物量構建的生物燃料電池,電壓為0.5~0.6伏,電流0.8毫安,至少可以工作半個月。

目前,國外利用生物技術,還研究開發出了一種“微生物電池”。日本東京農工大學等單位合作研製成功一種以二氧化碳為燃料的微生物電池。這種電池所用的燃料就是CO2、水和光線,利用它們合成碳水化合物,使微生物成功地產生電流。這種發電裝置與普通火力發電不同,它可以吸收空氣中的CO2,對環境沒有汙染。日本研製出的這種電池體積為5ⅹ5ⅹ3厘米,裏麵放入水、微生物和電解質,經光線照射後,它就能穩定地釋放約1毫安的電流。實踐證明,照射的光線越強,CO2越濃,微生物電池釋放出的電流就越大。

電子工業的新寵兒

電子技術是推動當代信息技術發展的核心,70年代生物技術興起之後,立即與微電子、自動化等現代技術結合起來,在多學科基礎上,生物電子技術已初露鋒芒。目前,正在進行開發應用和研究的主要有生物傳感器、生物計算機、生物芯片等。

(一)用途廣泛的生物傳感器

首先用於發酵工業的生物傳感器,主要是由傳感、換能、檢測三個部分組成。根據要測定的物質,選用與測定物進行反應的特定的酶(單抗體、微生物等)固定化形成傳感部分(也叫傳感器);將酶與測定物產生的化學信號轉化為電信號是換能部分(也叫換能器)。換能器可以用親和電極、二氧化碳敏感電極、離子電極、酶電極、氧電極、熱敏電阻、光敏電阻、壓電裝置或晶體管等。測量電能的電位、電流、電導的部位是檢測部分(也叫檢測器),化學信號通過換能器後,先經過電子放大就可以用檢測器檢測出所需數據。由固定化酶等產生的生化反應為關鍵,構建的這種監測裝置就是生物傳感器(也叫酶電極)。例如,用發酵罐進行,穀氨酸生產,如果要監測穀氨酸在發酵罐中生產的情況,,測定生成的穀氨酸含量,就可以安裝一種專測穀氨酸的生物傳感器這個生物傳感器必須把穀氨酸脫羧酶(通常是含有這種酶的大腸杆菌)固定化(做成一個反應器),並把這個反應器(也就是傳感部分)與對CO2敏感的電極偶聯(能轉換部分),再與電檢測部分相連。這樣從電測量表上就可以測出發酵罐中穀氨酸的生產情況。因為,穀氨酸在傳感器中的穀氨酸脫羧酶作用下,會產生二氧化碳(CO2)。即:

穀氨酸穀氨酸脫羧酶CO2

而二氧化碳與敏感電極偶聯可帶動電位計指針。當穀氨酸含量在100~300毫克/升時,濃度與電位變化成直線關係。因而通過測定電位的變化,就可以監測到發酵罐內穀氨酸的含量。發酵罐中隻要安上這種生物傳感器就不需定時分批抽樣測定,而可以直接由傳感器上,連續動態地監測到發酵罐中的生產變化。通過選不同的傳感器和轉換器,並將檢測裝置與電子計算機結合,科學家們可以監測發酵罐中的各種反應。如測定有機化合物或氨(NH3)、氧(O2)的含量,測定溫度、pH值、濁度、粘度、氣液流量、液位、罐壓、濃度等十幾項指標。還可用來測定汙水、廢水中的有害物質含量,以及測定人的血、尿中的尿素、尿酸、蛋白、膽固醇、甘油三脂等物質的含量。生物傳感器已經成為發酵工業、環境保護和醫療診斷等方麵的重要測試手段。

生物傳感器的應用還在隨著生物技術研究的發展而擴展。美國的科研人員正在研製一種植入母牛體內,用以跟蹤母牛發情期生理變化情況的傳感器,以適應畜牧業發展的需要。夏威夷生物傳感器實驗所主任雷克尼滋正在試驗用夏威夷紅螃蟹的“鼻子”——纖細的毛,裝在電子裝置上作成一種傳感器,用以測定氨基酸和激素等。

(二)正在崛起的生物計算機

早在60年代初,信息生物處理係統幾台計算的模型就研製出來了。隨著生物技術——基因工程、蛋白質工程和微電子技術、自動化技術、以及聚合物化學、人造膜工藝等多學科的平行發展,為生物計算機的研製奠定了可靠的基礎。80年代初美國首先開始部署研製工作,成立了多個跨學科的生物計算機研製小組。日本在未來電子儀器科研協會和通產省的支持下,也開始了類似的研究。英國的不列顛科學技術研究會、大不列顛商業和工業部,以及許多電子公司,1987年撥款3000萬英鎊,用以開展生物計算機的研製工作。

生物計算機研製,目前正向著兩個不同的方向發展。一種是沿著傳統的數字式計算技術軌道發展;一種是模擬活生物體係統的方向發展。前一種計算機是研製用含碳的有機物分子取代現用的矽半導體元器件。采用有機分子電子器件取代矽半導體電子器件後,器件開關和邏輯操作都是在分子水平上進行,因而有許多優越性。不僅電子器件體積可以縮小數百乃至數千倍,而且工作性能優化、存貯量大、運算速度更快。據專家估計,分子超大規模集成電路元件的密集度,將是現代半導體集成電路的10萬倍,而其體積隻有100埃大小。分子邏輯元件可確保其開關速度,比目前矽邏輯元件開關的速度10-9秒,要快1000倍。

美國科學家發現鹽湖沼澤中的一種嗜鹽細菌體內含有一種感光蛋白質,這種被稱為BR的蛋白質受到光照時,其化學結構會發生“同素異構”變化,並釋放出少量電荷。因此,這種蛋白質能有依靠光觸發的“開關”作用,可記錄數字化信息。用激光照射這種蛋白質,它便可表示二進製的“0”,再照射一次,它就是二進製的“1”了。紐約州敘拉古大學的研究人員,80年代,已製成了一種可供用激光驅動使用BR蛋白質的二維計算機存儲器。專家認為5立方厘米的容器內能貯180億個信息單元。如果用遺傳工程對BR蛋白質分子進行改造,同樣的5立方厘米的容量就可以儲存5000億個信息單元,而且BR蛋白分子在室溫下能保持穩定性。目前這種BR蛋白還得在4華氏度才能保持穩定性。美國卡內基-梅隆大學與“休斯”公司協作,也在進行著以一種由嗜鹽細菌產生的有機色素(細菌紫紅質)為基礎的光學存儲器的研製工作。以細菌紫紅質為基礎的多次錄抹光盤,其信息存儲量將相當於現代微型激光讀出光盤10倍,且能提高信息記錄和讀出速度。卡內基-梅隆大學分子電子中心預計用一年半時間內完成該係統的研究。

另一種生物計算機是根據蛋白酶的特性,一種酶隻能識別和作用於一種底物分子的專一本領來研製的。這種生物計算機的運算過程就是蛋白質分子與周圍的物理化學介質的相互作用過程。其轉換開關由酶來充當,程序則在酶合成係統本身和蛋白質的結構中表現出來。這種生物計算機研製的目標是用於能夠辨認光學圖象、觸知和識別固體表麵形狀,感知化學物質梯度及配置的“智能”傳感器。日本正著力於這種生物計算機的研製。

(三)關鍵器件中的生物芯片

生物芯片是生物傳感器、生物計算機中的關鍵電子器件,現在開發出的生物芯片,是用生物材料(單體抗體、蛋白分子)構建超薄膜組合的積層構造。如日本1990年研製出的這種薄膜,它的製造原理是把有機物滴到水麵上,形成單分子膜,再將其放在石英墊板上,即可得到厚為008~048微米的生物薄膜。這種薄膜由兩種有機物薄膜組成。一種薄膜受到紫外線照射,電阻約上升40%,當受到可見光照射,即恢複原狀;另一種薄膜則不受可見光影響,但當它受到紫外線照線時電阻便減少6%。三菱電機公司把兩種生物體材料組合在一起,製成了可以用光控製電流導通和關斷的新型開關元件。這種薄膜具有神經細胞的各種突觸的性能。如受紫外線照射電阻減少的薄膜,即相當於神經細胞的興奮性突觸。因此,這種薄膜為進一步研製生物電子元件創造了良好的條件。實現了分子元件後如果再能實現控製,便可開發超高密度的電路和具有高度生物功能的新型生物器件,為開展嶄新的生物計算機提供了可能性。

日本估計到20世紀末,生物電子產品將占到整個電子產品的3%,其中主要是生物芯片、生物傳感器等有關器件。

五冶金工業的新手段

近幾十年,生物冶煉再度獲得重視,而生物技術的發展,使古老的生物冶煉被賦予全新的高技術內涵。從探礦到采礦到冶煉一係列活動中生物技術均可出奇製勝,由此,為冶金行業開辟了一條全新的技術途徑。

(一)生物探礦

尤其在貴重金屬的探尋技術方麵,生物技術顯示出了其獨特的作用。例如1989年,加拿大溫哥華基因探針有限公司發展了一種土壤試驗技術,檢測生長在金礦中的細菌芽孢。這種細菌很特別,有靈敏的嗅覺,能嗅出黃金的氣味。

早先是美國的一支地質考察隊研究人員首先確定產芽孢的蠟狀芽孢杆菌與金礦兩者之間存在一定的關聯,但都不知道蠟狀芽孢杆菌為何嗜金。加拿大基因探針公司的科學家提出的一種理論認為,休眠內生芽孢結合到了黃金分子上,並設法不使芽孢萌發,經過若幹時間,在黃金分子上便鋪上了一層薄薄的芽孢。另一種學說認為,以黃金分子為主體的或聯生複合物可能替微生物的天然獵食者製造了一個良好的生存環境。

這個探測黃金的微生物探針探測到有芽孢存在,實際也就間接探測到黃金了,所以人們便利用它來標示金礦的潛在儲量。雖然現有的技術尚不能準確標示金礦的含金品位,但將此探針作進一步完善、改進,這是有可能做到的。最大的好處是,地質學家在邊遠地區就能夠在兩小時中完成實地檢測,無需再把礦石帶回駐地實驗室分析,省時省力。這種新型、簡易的黃金探針也是通過產生電位來實地應答是否有黃金存在的。每測定一次約需3995美元,全年的市場交易額就是200萬美元。探針的大宗買主是各大礦業公司。1988年他們用於尋找金礦的費用約為8億美元。

基因探針公司現有研究人員22名,研製的產品除黃金探針外,還包括環境應力探針。環境應力探針是與美國環保局合作研製的,能應答環境中的各類因子,檢測有機體釋放的熱衝擊或熱應力蛋白。

(二)生物采礦與冶煉

細菌冶金技術受到了世界各國采礦業的重視。迄今,世界上已在美國、原蘇聯、加拿大、英國、日本、澳大利亞、智利和西班牙等30個國家進行了細菌浸礦的研究與開發。有近40個礦山在應用這項技術。其中,采銅取得最大的成功。據世界上20個銅礦山的統計,以細菌浸出法生產出來的銅,年產量很大。美國用細菌浸銅所得的產量占全國總產量的12%以上。加拿大、南非等地的礦山進行了用細菌從硫化物礦石中提取銅的實驗。

據《日經產業新聞》1986年5月7日報道,日本住友金屬礦山公司也開始利用微生物進行濕法(浸出技術)提煉銅的工業化研究。它利用該技術可以從低品位的礦石中提煉銅。這與過去使用熔礦爐的幹式提煉法相比,幾乎不需要勞力,還可以大大減少生產成本。

住友金屬礦山公司的主要研究對象為硫酸還原菌。與過去所使用的提煉法相比,該方法具有能大幅度縮短處理時間、提高銅成分的回收率和顯著降低提煉成本等優點。今後,這個公司的中心課題是縮短細菌的培養與處理速度,通過遺傳工程發現具有更強的氧化硫或鐵能力的新“硫酸還原菌”。

由於低品位的黃銅礦山,用細菌浸銅可大大提高浸出率,使礦山資源得到充分的開發利用,因而,這項技術受到了廣泛的重視。

據報道,加拿大科學家開發出一種能從含硫岩石中更高效地提取金的新方法——生物濾析法的技術。這種技術也就是細菌浸出法,它用細菌“氧化鐵硫杆菌”來處理含有黃金的含硫岩石或黃鐵礦。這種微生物用硫作能源,分解這種岩石的結構,這種技術能比普通方法容易提取黃金。

這個技術具有重大的實用性,因為,世界上有30%以上的黃金儲藏在含硫岩石中。加拿大科學家聲稱,它們能大大增加從含硫岩石中提取黃金的數量。單純使用傳統的方法,即使用像氰化納之類的能溶化黃金的化學藥品作溶劑,通常的提取率不到70%。現在,他們用這種生物濾析技術處理10噸礦石時,金的提取率幾乎近100%。1988年,加拿大已在其西北地區的大黃刀礦山建造第一座生物技術冶金裝置。

據美國政府統計,1974年美國開采黃金110萬英兩,這一數字到1986年增加了2倍。但是,為此付出了同樣大的代價,在1974年,7噸礦石就能生產1英兩黃金,而到1986年需要20噸礦石才能得到同樣數量的黃金。因此,科學家們預測,細菌浸出技術可能普遍被采用,以提高開采黃金的效率。

1990年,原蘇聯莫斯科微生物學研究所的一位專家在一次生物技術學會上報告指出,某些酵母和真菌對溶液中的鉬(Mo)和鈧(Sc)的回收能力勝過離子交換樹脂。他還談到,目前正在工業規模上用微生物方法進行這兩種貴重的遷移金屬的回收試驗。由於鈧含在鋁礦石中,因此,正計劃用位於尼古拉耶夫的黑海市的鋁土礦進行試驗。鉬的回收試驗正在位於中亞的哈薩克斯坦市進行準備。

這位專家在一次濕法冶金討論會上說,在實驗室所試驗的酵母、細菌、真菌中,有20種對溶液中的鉬顯示吸收能力,從吸收速度的快慢來看,依次為少根根黴、暗色假絲酵母和黑曲黴。少根根黴對鉬不僅親和能力高,且吸收量大,每克菌能回收170毫克。

但是,吸收的機製尚不清楚,他認為,是否是由於微生物利用金屬易聚合的這一性質而進行吸收的呢?另外還談及了用此法在工業規模上分離鉬和鎢的可能性。

至於鈧的回收,他說,以酵母為最佳。經過4個循環的吸收,可以從溶液中回收988%的鈧。要闡明微生物吸收這類稀有金屬的機理是困難的,可是,可以確證它與迄今為止所用的離子交換樹脂的方法相比,回收率要高。

(三)工業廢物、廢液中的金屬的生物回收

用微生物從工業廢料、工業廢水中回收金屬,從精礦中除去雜質,這些研究,美國等國家已初見成效。

美國國家標準局就生物處理過程開展一係列標準化試驗。所謂生物處理過程,也就是指用生物尤其是微生物處理礦物,以得到更純的礦物質。這些試驗的目的是為了避免因人們對所用的生物處理過程不夠了解而出現的問題。

在試驗中,美國國家標準局將鑒別出一些新的特殊微生物。它們與現在所用的微生物相比,能更好地處理礦物。他們還探索限製生物處理速率的有哪些因素,以及一些環境因素,如光線、氧、溫度、濕度等對微生物的行為會發生什麼樣的影響。

美國國家標準局還和許多單位合作,開展多項生物處理過程研究。如與美國鋼鐵研究院正在聯合尋找什麼類型的生物能從將被重新冶煉的廢鋼屑中回收銅。與此同時,還將尋找能從從美國所產的鐵礦中提取不溶性磷的生物,而鐵礦除磷後更適於製造特種鋼。還與全國電力研究院等單位一起,尋找能除去煤中硫的新微生物。據稱,它們將用著色劑給被試驗的微生物上色,再用顯微熒光圖象法檢測其活性。美國國家標準局的研究人員還分別同美國海軍、空軍協作,探討用微生物從冶煉廠廢料中回收戰略金屬鈷、鉻、鎳等,並研究使用細菌從低品位礦中得到镓。美國一些科學小組還試驗用其從照像廢品中回收銀,從采礦廢水中回收鈾,以及從廢水中清除汙染物。人們不難預計,用微生物回收金屬的研究前景誘人。

六汙染治理的能手

80年代,提高工業水平的高新技術激動人心,其中生物技術在汙水處理方麵的應用,是最突出的事例之一。70年代以來,各種現代生物技術在汙染治理領域內呈現出的活力,令人矚目。人類不僅能利用生物技術治理汙染,而且可以將汙染物轉化為新能源和新資源。為了降低能耗,提高資源的利用率,還可設計出新的產品和工藝。創造出的新品種轉基因植物,甚至可以不吸收土壤中有害汙染物,具有抗禦病蟲害的能力,使得有毒汙染物不進入通向人體的食物鏈,從根本上維護了人類健康。應用生物技術治理汙染已成為環境保護事業的重要支柱。其根據在於生命有無窮的變化,生命有無限的生機,現代生物技術已經開始有力地把握這種變化,利用這種生機的力量,顯示出生命所特有的治理汙染的能力。

(一)防治汙染基因工程

應用基因重組技術,構建新菌株,生產治療癌症的幹擾素等貴重藥品和其他精細化工產品,成果輝煌。該項技術也為防治汙染展示出無限的前景。環境中存在著大量的人工合成化學汙染物,如農藥、塑料、洗滌劑等。其中相當一部分化學品對人和生物有急性的或慢性的毒性影響,有些汙染物能誘發人類的癌症。人工合成化學汙染物多為非天然物質,一般不易被生物吸收或快速降解。針對這類汙染物,設計並建造成功的基因工程菌,具有高效專一的降解功能,使得相應的汙染物在環境中的濃度降低,毒性減輕,直至消失,從而挽救成千上萬人的生命,使其避免死於環境汙染引起的癌症或其他疾病。與其得了癌症再去服藥或者手術治療,不如徹底根除誘發癌症的汙染物的來源。由此看來,構建汙染治理工程菌,不再是單純的消除汙染問題,還具有崇高的維護人類健康的社會公德的內涵。