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Con base en la situación ecológica actual de mi país, se discuten las perspectivas de aplicación y desarrollo de la biotecnología moderna en el control de la contaminación ambiental y la protección del medio ambiente ecológico.
Biotecnología moderna, entorno ecológico y protección del medio ambiente
1 Estado actual del entorno ecológico de China
En la actualidad, debido a los "tres desechos", la contaminación procedente de la agricultura fertilizantes y agricultores, y La contaminación de los residuos de plástico y las películas de plástico agrícola ha afectado gravemente el entorno ecológico de nuestro país, provocando una contaminación del agua cada vez más grave y una grave escasez de recursos hídricos. La mitad de las más de 600 ciudades de China padecen escasez de agua, y 80 millones de personas y 60 millones de cabezas de ganado tienen dificultades para beber agua. La contaminación del suelo es grave y la superficie de tierra cultivada ha disminuido drásticamente. En los últimos 10 años, la cantidad total de suelo perdido cada año ha alcanzado los 5 mil millones de toneladas y la desertificación de la tierra aumenta día a día. El área de cobertura forestal ha disminuido, los pastizales se han degradado y el área forestal se ha reducido en 25 millones de acres cada año, la salud de las personas se ha visto gravemente amenazada y la tasa de incidencia ha aumentado considerablemente. Por lo tanto, fortalecer la protección y la gobernanza ambientales, acelerar la aplicación de la biotecnología moderna y otras altas tecnologías, controlar la contaminación ambiental, mantener el equilibrio ecológico y mejorar la calidad ambiental se han convertido en el foco de los trabajadores ambientales.
2 Biotecnología moderna y protección del medio ambiente
La biotecnología moderna se basa en la tecnología molecular del ADN, que incluye una serie de tecnologías biológicas de alta tecnología, como la ingeniería microbiana, la ingeniería celular, la ingeniería enzimática y ingeniería genética. A medida que los problemas ambientales se vuelven cada vez más prominentes, la biotecnología moderna no sólo desempeña un papel importante en el mejoramiento de cultivos, la investigación y la ingeniería alimentaria, sino también en el control de la contaminación y el monitoreo biológico ambiental. Desde la década de 1980, la biotecnología, como tecnología de alta tecnología, ha recibido gran atención por parte de países e instituciones de investigación privadas de todo el mundo y se ha desarrollado muy rápidamente. Los métodos de tratamiento biológico tienen muchas ventajas sobre los métodos tradicionales.
(1) El tratamiento biotecnológico de basuras y residuos consiste en degradar y destruir la estructura molecular de los contaminantes. La mayoría de los productos y subproductos de la degradación pueden ser reutilizados por los organismos, lo que ayuda a minimizar la contaminación ambiental causada por las actividades humanas, elimina los problemas de contaminación a largo plazo y también aprovecha al máximo los recursos residuales.
(2) Utilizando tecnología de ingeniería de fermentación para tratar los contaminantes, los productos de conversión finales son en su mayoría sustancias estables no tóxicas e inofensivas, como dióxido de carbono, agua, nitrógeno, gas metano, etc., a menudo en uno. paso, evitando contaminantes Contaminación repetida causada por transferencias repetidas. Por tanto, la biotecnología es un medio seguro y completo para eliminar la contaminación.
(3) La biotecnología es un proceso bioquímico basado en reacciones enzimáticas, y la enzima como biocatalizador es una proteína activa. El proceso de reacción tiene lugar a temperatura y presión normales y, por tanto, en condiciones casi neutras. Las tecnologías de tratamiento se pueden implementar en el sitio sin afectar el funcionamiento normal de otras operaciones. En comparación con los procesos químicos que normalmente requieren alta temperatura y alta presión, las condiciones de reacción se simplifican enormemente y tiene las ventajas de un equipo simple, bajo costo, buen efecto, proceso estable y operación simple.
Por lo tanto, la biotecnología ha sido ampliamente utilizada en el monitoreo ambiental, la producción industrial limpia, el tratamiento de desechos industriales y residuos sólidos urbanos y el tratamiento inofensivo de sustancias tóxicas y peligrosas.
3 Aplicación de la biotecnología moderna a la protección del medio ambiente
3.1 Depuración biológica de las aguas residuales
La composición de las sustancias tóxicas de las aguas residuales es muy compleja e incluye varios fenoles y cianuro. , metales pesados, fósforo orgánico, mercurio orgánico, ácidos orgánicos, aldehídos, alcoholes y proteínas, etc. Los microorganismos pueden eliminar los efectos tóxicos de las aguas residuales a través de sus propias actividades vitales, convirtiendo así las sustancias tóxicas de las aguas residuales en sustancias no tóxicas beneficiosas y purificando las aguas residuales. El uso de enzimas inmovilizadas y tecnología de células inmovilizadas para tratar aguas residuales es uno de los métodos actuales para la purificación biológica de aguas residuales. La tecnología de enzimas inmovilizadas y de células inmovilizadas son tecnologías de ingeniería enzimática. La enzima inmovilizada, también conocida como enzima insoluble en agua, es una enzima soluble en agua combinada con un portador sólido insoluble mediante adsorción o enlace químico, de modo que la enzima se convierte en un derivado insoluble en agua pero que aún conserva actividad catalítica. Las células microbianas son reactores naturales de enzimas inmovilizadas. Las células microbianas se inmovilizan directamente mediante la preparación de enzimas inmovilizadas, es decir, células inmovilizadas que pueden catalizar una serie de reacciones bioquímicas.
Las enzimas y las células inmovilizadas se pueden utilizar para tratar eficazmente los contaminantes orgánicos y los venenos metálicos inorgánicos en las aguas residuales. Hay muchos ejemplos exitosos en el país y en el extranjero. Por ejemplo, Alemania utiliza el método de combinación * * * para inmovilizar enzimas que pueden degradar nueve tipos de pesticidas, incluido el paratión, en vidrio poroso y perlas de sílice para fabricar columnas de enzimas, que se utilizan para tratar aguas residuales de paratión con una tasa de eliminación de más del 95%. En los últimos años, la tecnología de células inmovilizadas de mi país ha logrado grandes avances en la degradación del tensioactivo alquilbencenosulfonato lineal (LAS) en detergentes sintéticos. Para aguas residuales que contienen 100 mg/L, la tasa de degradación y la tasa de retención de actividad enzimática son ambas superiores a 90. La degradación de aguas residuales que contienen fenol mediante células de levadura inmovilizadas también se ha utilizado prácticamente en el tratamiento de aguas residuales.
3.2 Biorremediación de suelos contaminados
La contaminación por metales pesados es el principal contaminante causante de la contaminación del suelo. La biorremediación de la contaminación por metales pesados utiliza la acción de organismos (principalmente microorganismos y plantas) para reducir y purificar los metales pesados en el suelo o reducir su toxicidad. Su principio es cambiar la forma química de los metales pesados en el suelo mediante efectos biológicos (como reacciones enzimáticas), fijando o desintoxicando así los metales pesados, reduciendo su movilidad y biodisponibilidad en el entorno del suelo y liberando los metales pesados mediante la absorción y el metabolismo biológicos. Reducción, purificación y fijación. El proceso de biorremediación de suelos contaminados puede aumentar el contenido de materia orgánica del suelo y estimular la actividad de los microorganismos, mejorando así la estructura ecológica del suelo, ayudando a fijar el suelo, inhibiendo la erosión eólica e hídrica y previniendo la erosión del suelo.
3.3 Eliminar la contaminación blanca
Los plásticos de desecho y las películas de mantillo agrícola existen desde hace mucho tiempo y se estima que son una parte importante de la contaminación ambiental. Se estima que hay aproximadamente un millón de toneladas de desechos plásticos en el suelo, las acequias y los ríos de China. Los residuos de plástico en el suelo pueden reducir el rendimiento de los cultivos. Si no se toman medidas para seguir usándola, muchas tierras cultivadas se quedarán sin alimentos dentro de una docena de años. Se puede observar que una gran cantidad de desechos plásticos afecta gravemente la ecología y el medio ambiente, y es urgente la investigación y el desarrollo de plásticos biodegradables. Usando tecnología de bioingeniería, por un lado, podemos aislar y cribar ampliamente microorganismos dominantes que pueden degradar plásticos y películas agrícolas, y construir bacterias degradantes eficientes, por otro lado, podemos aislar y clonar genes de degradación e introducirlos en ciertos microorganismos del suelo; (como los rizobios) que desempeñen sus respectivos papeles al mismo tiempo y degraden rápidamente los plásticos y las películas agrícolas. Al mismo tiempo, debemos promover vigorosamente la investigación y el desarrollo, la producción y la aplicación de plásticos degradables y películas de mantillo.
Algunos microorganismos pueden producir compuestos poliméricos similares al plástico, en concreto el poliéster, que es una sustancia de almacenamiento endógena de los microorganismos y se puede producir mediante fermentación. Debido a su biodegradabilidad, alto punto de fusión, alta elasticidad y sustancias no tóxicas, los plásticos y películas de mantillo resultantes tienen excelentes perspectivas de aplicación en muchos campos. Para reducir costos y aumentar la producción, la gente está utilizando tecnología de ADN recombinante para transformar microorganismos relacionados. Actualmente, la producción de ácido poliβ-hidroxialcanoico mediante fermentación microbiana es un punto de investigación en este campo. Los investigadores están intentando construir una cepa de producción de PHA autolítica, es decir, una cepa recombinante de PHA de fermentación. Después de acumular una gran cantidad de PHA, se añaden sustancias señal para producir proteínas líticas, destruir la pared celular y precipitar los PHA, simplificando así la extracción. proceso de productos intracelulares.
3.4 Eliminar la contaminación por pesticidas químicos
En general, alrededor del 80% de los pesticidas químicos utilizados permanecerán en el suelo, especialmente los pesticidas de hidrocarburos clorados, que son los ecosistemas más difíciles de descomponer. causar residuos y toxicidad. Por lo tanto, la gente ha estado buscando métodos más seguros y eficaces durante muchos años, y el uso de microorganismos para degradar pesticidas se ha convertido en un aspecto importante para eliminar la contaminación ambiental causada por pesticidas. Algunos microorganismos que pueden degradar los pesticidas los descomponen gradualmente en los productos finales CO2 y H2O mediante mineralización. Esta descomposición es completa y generalmente no causa efectos secundarios. Algunos de ellos convierten los pesticidas en intermediarios metabolizables a través del * * * metabolismo, eliminando así los pesticidas residuales del medio ambiente. Las consecuencias de degradación de este enfoque son complejas y tienen efectos tanto positivos como negativos. Para evitar efectos negativos, es necesario modificar genéticamente microorganismos conocidos por degradar los pesticidas y cambiar sus vías de reacción bioquímica para obtener los mejores efectos de degradación y desintoxicación. Para eliminar por completo la contaminación de los pesticidas químicos, es mejor promover de manera integral los pesticidas biológicos.
Los llamados biopesticidas se refieren a una gran clase de sustancias producidas por organismos que tienen la función de prevenir plagas y malezas. Son en su mayoría metabolitos de organismos e incluyen principalmente pesticidas microbianos, preparados antibióticos agrícolas y herbicidas microbianos. . Entre ellos, se han estudiado ampliamente los insecticidas microbianos, incluidos los insecticidas virales, los insecticidas bacterianos, los insecticidas fúngicos y los insecticidas actinomicéticos. No se ha utilizado mucho durante mucho tiempo. En la actualidad, la gente está utilizando la tecnología del ADN recombinante para superar sus deficiencias y mejorar el efecto insecticida. Por ejemplo, uno de los puntos críticos de la investigación de pesticidas virales es la modificación de la ingeniería genética de baculovirus. Se está estudiando la clonación de genes de proteínas tóxicas exógenas, como genes que codifican neurotoxinas, en baculovirus para mejorar la toxicidad de los baculovirus. Los genes que pueden interferir con el ciclo de vida normal de las plagas, como el gen que codifica la hormona juvenil esterasa, se insertan en el genoma del baculovirus para formar un baculovirus recombinante que expresa hormonas relacionadas, destruyendo así el equilibrio hormonal de la plaga e interfiriendo con Es normal metabolizar y desarrollarse para lograr el propósito de matar plagas.
Referencia
1 Kong Fanxiang. Biología ambiental[M]. Beijing: Editorial Avanzada, 2000.
2 Chen Jian. Biotecnología ambiental[J], Progreso en bioingeniería, 2001(5)
3 Jiang, persona. Desarrollo y utilización de recursos microbianos[M]. Beijing: China Light Industry Press, 2001.