九龙山老农
现代生物技术在环境保护中的应用和前景 [2009-03-21 07:41]摘 要 针对我国目前生态状况，论述了现代生物技术在治理环境污染，保护生态环境中的应用和发展前景。 关键词 现代生物技术 生态环境 环境保护 1 我国生态环境现状 目前我国由于“三废”污染、农用化肥和农的污染以及废弃塑料和农用地膜的污染，严重的影响了我国的生态环境，使得水污染日益加剧，水资源严重短缺，全国600多个城市中已有一半城市缺水，则有8 000万人和6 000万头牲畜饮水困难；土壤污染严重，耕地面积锐减，近10年来每年流失的土壤总量达50亿t，土地荒漠化日益加剧；森林覆盖面积下降，草场退化，每年减少森林面积达2 500万亩；人们的身体健康受到严重威胁，疾病发病率急剧上升。因此，加大环境保护和环境治理力度，加快应用高新技术，如现代生物技术来控制环境污染和保持生态平衡，提高环境质量已成为环保工作者的工作重点。2 现代生物技术与环境保护 现代生物技术是以DNA分子技术为基础，包括微生物工程，细胞工程，酶工程，基因工程等一系列生物高新技术的总称。现代生物技术不仅在农作物改良、研究、食品工程方面发挥着重要作用，而且也随着日益突出的环境问题在治理污染、环境生物监测等方面发挥着重要的作用。自20 世纪 80年代以来生物技术作为一种高新技术，已普遍受到世界各国和民间研究机构的高度重视，发展十分迅猛。与传统方法比较，生物治理方法具有许多优点。 （1）生物技术处理垃圾废弃物是降解破坏污染物的分子结构，降解的产物以及副产物，大都是可以被生物重新利用的，有助于把人类活动产生的环境污染减轻到最小程度，这样既做到一劳永逸，不留下长期污染问题，同时也对垃圾废弃物进行了资源化利用。 （2） 利用发酵工程技术处理污染物质，最终转化产物大都是无毒无害的稳定物质，如二氧化碳、水、氮气和甲烷气体等，常常是一步到位，避免污染物的多次转移而造成重复污染，因此生物技术是一种既安全又彻底消除污染的手段。 （3）生物技术是以酶促反应为基础的生物化学过程，而作为生物催化剂的酶是一种活性蛋白质，其反应过程是在常温常压和接近中性的条件下进行的，所以大多数生物治理技术可以就地实施，而且不影响其他作业的正常进行，与常常需要高温高压的化工过程比较，反应条件大大简化，具有设备简单、低廉、效果好、过程稳定、操作简便等优点。 所以，当今生物技术已广泛应用于环境监测、工业清洁生产、工业废弃物和城市生活垃圾的处理，有毒有害物质的无害化处理等各个方面。3 现代生物技术在环境保护中的应用1 污水的生物净化 污水中的有毒物质的成分十分复杂，包括各种酚类、氰化物、重金属、有机磷、有机汞、有机酸、醛、醇及蛋白质等等。微生物通过自身的生命活动可以解除污水的毒害作用，从而使污水中的有毒物质转化为有益的无毒物质，使污水得到净化。当今固定化酶和固定化细胞技术处理污水就是生物净化污水的方法之一。固定化酶和固定化细胞技术是酶工程技术。固定化酶又称水不溶性酶，是通过吸附法或化学键合法使水溶性酶和固态的不溶性载体相结合，将酶变成不溶于水但仍保留催化活性的衍生物，微生物细胞是一个天然的固定化酶反应器，用制备固定化酶的方法直接将微生物细胞固定，即是可催化一系列生化反应的固定化细胞。运用固定化酶和固定化细胞可以高效处理废水中的有机污染物、无机金属毒物等，此方面国内外成功的例子很多，如德国将能降解对硫磷等9种农药的酶，以共介结合法固定于多孔玻璃及硅珠上，制成酶柱，用于处理对硫磷废水，去除率达95%以上；近几年我国在应用固定化细胞技术降解合成洗涤剂中的表面活性剂直链烷基苯磺酸钠(LAS)方面取得较大进展，对于含100mg/L废水，降解率和酶活性保存率均在90%以上；利用固定化酵母细胞降解含酚废水也已实际应用于废水处理。2 污染土壤的生物修复 重金属污染是造成土壤污染的主要污染物。重金属污染的生物修复是利用生物(主要是微生物、植物)作用，削减、净化土壤中重金属或降低重金属的毒性。其原理是:通过生物作用(如酶促反应)改变重金属在土壤中的化学形态，使重金属固定或解毒，降低其在土壤环境中的移动性和生物可利用性，通过生物吸收、代谢达到对重金属的削减、净化与固定作用。污染土壤的生物修复过程可以增加土壤有机质的含量，激发微生物的活性，由此可以改善土壤的生态结构，这将有助于土壤的固定，遏制风蚀、水蚀等作用，防止水土流失。3 白色污染的消除 废弃塑料和农用地膜经久不化解，估计是形成环境污染的重要成分。据估计我国土壤、沟河中塑料垃圾有百万吨左右。塑料在土壤中残存会引起农作物减产，若再连续使用而不采取措施，十几年后不少耕地将颗粒无收，可见数量巨大的塑料垃圾严重影响着生态和环境，研究和开发生物可降解塑料已迫在眉睫。利用生物工程技术一方面可以广泛地分离筛选能够降解塑料和农膜的优势微生物、构建高效降解菌，另一方面可以分离克隆降解基因并将该基因导入某一土壤微生物(如：根瘤菌)中，使两者同时发挥各自的作用，将塑料和农膜迅速降解。同时，还需大力推行可降解塑料和地膜的研发、生产和应用。 有些微生物能产生与塑料类似的高分子化合物即聚酯，这些聚酯是微生物内源性贮藏物质，可以用发酵方法进行生产，由此形成的塑料和地膜因有可被生物降解、高熔点、高弹性、不含有毒物质等优点而在等许多领域有极好的应用前景。为了降低成本、提高产量，人们正在用重组DNA技术对相关的微生物进行改造，此方面目前一个研究热点是采用微生物发酵法生产聚-β羟基烷酸(PHAs)，研究人员正设法构建出自溶性PHAs生产菌种，即将PHAs重组菌进行发酵，在积累大量的PHAs后，加入信号物质，使裂解蛋白产生，细胞壁破坏，PHAs析出，以简化胞内产物PHAs的提取过程，降低提取成本。4 化学农药污染的消除 一般情况下，使用的化学杀虫剂约80%会残留在土壤中，特别是氯代烃类农药是最难分解的，经生态系统造成滞留毒害作用。因此多年来人们一直在寻找更为安全有效的办法，而利用微生物降解农药已成为消除农药对环境污染的一个重要方面。能降解农药的微生物，有的是通过矿化作用将农药逐渐分解成终产物CO2和H2O，这种降解途径彻底，一般不会带来副作用；有的是通过共代谢作用，将农药转化为可代谢的中间产物，从而从环境中消除残留农药，这种途径的降解结果比较复杂，有正面效应也有负面效应。为了避免负面效应，就需要用基因工程的方法对已知有降解农药作用的微生物进行改造，改变其生化反应途径，以希望获得最佳的降解、除毒效果。要想彻底消除化学农药的污染，最好全面推广生物农药。所谓生物农药是指由生物体产生的具有防止病虫害和除杂草等功能的一大类物质总称，它们多是生物体的代谢产物，主要包括微生物杀虫剂、农用抗生素制剂和微生物除草剂等。其中微生物杀虫剂得到了最广泛的研究，主要包括病毒杀虫剂、细菌杀虫剂、真菌杀虫剂、放线菌杀虫剂等。长期以来并没有得到广泛的使用。现在人们正在利用重组DNA技术克服其缺点来提高杀虫效果，例如目前病毒杀虫剂的一个研究热点是杆状病毒基因工程的改造，人们正在研究将外源毒蛋白基因如编码神经毒素的基因克隆到杆状病毒中以增强杆状病毒的毒性；将能干扰害虫正常生活周期的基因如编码保幼激素酯酶的基因插入到杆状病毒基因组中，形成重组杆状病毒并使其表达出相关激素，以破坏害虫的激素平衡，干扰其正常的代谢和发育从而达到杀死害虫的目的。参考文献1 孔繁翔 环境生物学[M] 北京:高等出版社，20002 陈坚 环境生物技术[J]， 生物工程进展，2001(5)3 姜成林，徐丽华 微生物资源的开发与利用[M]北京:中国轻工业出版社，2001 
发展绿色食品大豆产品 促进黑龙江省大豆产业振兴摘要:黑龙江省借助得天独厚的环境资源优势和较高的机械栽培技术水平，绿色食品大豆生产取得了较快的发展。但由于受国际市场的冲击较大，还面临着种植收益过低、基础设施薄弱、精深加工能力不强等限制因素。 关键词:绿色食品;大豆产业;黑龙江省 一、黑龙江省绿色食品大豆发展现状 大豆是黑龙江省的主栽作物，在黑龙江省有多年的栽培历史，种植面积、总产量都占全国的1/3左右。2000年省委、省政府提出“打绿色牌、走特色路”的发展战略，明确了发展优质、高效的现代农业是黑龙江农业的发展方向。在这一战略的指引下黑龙江省绿色食品产业取得了较快的发展，绿色食品大豆产业也随着迅速发展起来，从2000年以来黑龙江省绿色大豆的种植面积逐年增加，到2008年黑龙江省绿色食品大豆种植面积达到1 3万亩，年均递增20%以上，现已占全省大豆种植面积1/4以上，产量达到250万吨以上。已建成全国绿色食品原料大豆标准化生产基地44个，面积1 3万亩。认证绿色食品大豆产品138个，企业65 家。 二、黑龙江省绿色食品大豆的产业优势 黑龙江省环境条件优良。黑龙江开发较晚，环境污染小，病虫害发生率比南方低。森林、草原、湿地资源丰富，全省拥有森林3亿亩，森林覆盖率6%;天然草原面积约6 500万亩;湿地面积6 510万亩。生态良好，具备发展绿色大豆得天独厚的条件。黑龙江土质肥沃，是世界上仅有的三大黑土地之一，全省属中、寒温带大陆性季风气候，年降水量370毫米～670毫米，光、热、雨同季，适于大豆生长，加之昼夜温差大，有利于干物质积累，农产品品质优良。 大豆栽培技术水平较高。黑龙江省是全国大豆主产区之一，大豆面积占全国种植面积近1/3，黑龙江省农垦耕地占全省的1/5，土地规模化种植、机械标准化作业、栽培制度科学化已经走在全国现代农业建设的前列。目前，全省在各环节、各层面开展的农场与地方县合作共建成效突出，带动了地方大豆种植水平的提高。 绿色大豆的科研水平较高。黑龙江省从事大豆生产技术研究的科研机构较多，每个市都有多家从事大豆技术的研究机构，近几年，每年的育成品种都在十个以上，70%以上大豆品种为高脂肪、高蛋白及兼用型品种，黑字号、垦字号大豆油脂居全国领先水平，东农42等品种蛋白含量领先国际水平;每年省政府都投入专项资金用于绿色大豆产业的开发和研究，委托东北农业大学、农科院、植保站等单位进行绿色大豆高效生产技术的专题研究，为绿色大豆的生产、加工提供科技保障。 三、黑龙江省绿色大豆产业发展限制因素 加入WTO后受国际市场影响比较大。2001年加入WTO以来，中国关税大幅降低， 大豆和豆粕进口关税都降低到了3% 和5% 以下， 不对大豆的进口实行配额制，不对大豆出口实行补贴，这在政策上为国外大豆的进口铺平了道路。这几年中国的大豆进口在逐步增加，2005年中国的大豆进口量约为2 600万吨，2006年大概是2 800万吨，2007年3 1万吨，几乎每年都有200万吨的增加，2008年中国大豆进口量达到3 6万吨，较2007年的进口量大幅增加5万吨，增幅达到5%，连续第四年创下中国大豆进口量的历史最高纪录，预计2009年的进口量还将增加。与进口大豆相比， 国产大豆无论在商品质量和价格上均有较大差距，2008年底，黑龙江省大豆的国储库收购价格3 700元/吨左右，而进口大豆到港价格仅为3 100元/吨，每吨比国产大豆低600元。 三大主栽作物比较大豆处于劣势地位。2005年以来黑龙江省大豆的种植面积逐年下降，2007年种植面积为5 713万亩，与2005年相比减少600万亩，这里还没有考虑后开垦的耕地面积补充进来的(大多数生荒地都适合种大豆)。相反，水稻、玉米种植面积却逐年增加，尤其玉米面积2007年比2005年增加了1 800万亩，这也在客观上促进了大豆面积的萎缩。原因主要是与水稻、玉米相比种植大豆的效益底，农民种植的积极性不高。2008年大豆的公顷收益不足千元，而水稻、玉米的公顷收益都在3 000元以上。 大豆主产区的基础设施比较薄弱。黑龙江省大豆的主产区基本还没有摆脱“靠天吃饭”的局面，大豆是比较适合机械化作业的作物，黑龙江省的机械化种植水平也较高，但农田基础设施相对来说还比较薄弱，近几年连续发生的春旱、夏旱等自然灾害给黑龙江省的大豆生产造成了很大的损失，我们各级政府虽然每年都在组织人力物力财力进行抗旱，但收效不大，主要原因是大豆种植面积较大、资金的投入还不到位，机井眼数还不能覆盖大多数产区。没有形成“旱能浇、涝能排”的绿色农业生产模式。 大豆精深加工能力不强。黑龙江省大豆加工企业多是传统的制油企业，数量多，成规模的少，粗加工多，深加工少;传统加工多，新兴加工少;有些企业甚至没有小包装，直接给省外企业加工毛油，这样利润空间就小。产业布局与产品结构不尽合理，产品结构不能适应市场需求变化。从规模结构上看，标准化、规模化程度低，综合利用水平低。虽然一些企业也申请了绿色食品标志，但都是一些大豆、豆油、豆粕等初加工产品，像一些深加工豆制品、分离蛋白等加工企业近两年刚刚出现，但规模较小，还没有形成品牌，市场影响力小。必须采取高新技术向工业化、深加工方向发展。 黑龙江省大豆加工企业与沿海企业相比，大豆基本都为本地大豆，收购成本较高，而且大多数豆油都是销往省外，销售半径也较长，运输成本增加，这使得黑龙江省的豆油加工企业在市场竞争中处于不利地位。 四、黑龙江省发展绿色大豆产业的建议 借助政策优势，扩大绿色大豆种植面积。从2004年开始，黑龙江省进行了全国绿色食品原料大豆标准化生产基地的创建工作，省财政拿出专项资金用于绿色大豆基地的环境监测和管理费用，各大豆主产县应利用该项目，积极争取开展绿色食品大豆标准化生产基地的创建工作。基地的创建上连着企业，下牵着农户，是一个企业增利、农民增收、农业增效的绿色富农工程，也是省委、省政府提出的“打绿色牌、走特色路”发展战略的一个具体体现。积极落实省政府“千亿斤粮食产能工程”，到2012年，全省建设优质大豆基地5 700万亩，大豆总产量170亿斤。按绿色食品大豆生产技术规程种植的大豆是优质大豆，绿色食品大豆基地是优质大豆基地建设的重要途径，各大豆主产县应借助政策优势、制订计划，采取切实可行的措施推动绿色食品大豆基地的发展。 实行由种植大省向加工大省的战略转变。黑龙江省是大豆的种植大省，绿色大豆的种植面积也排在全国首位，但加工相对薄弱。黑龙江省应积极制定措施，实行由种植大省向加工大省的转变。近几年除了老牌的九三油脂、阳霖油脂大型油脂加工企业外，也涌现出了像哈高科异黄酮、日月星蛋白粉、瑞盛素肉这样的深加工企业，政府应高度重视，积极扶持这些企业做大做强，实现对整个绿色大豆产业的拉动作用。无论是大豆生产还是大豆制品加工，都必须实施标准化生产， 逐步建立科学、完备的大豆质量安全标准、检验检测和质量认证三大体系，狠抓产地环境、农业投入、生产过程、包装标识、市场准入五大环节的管理，改变无标生产、无标上市和无标流通的状态。要把“振兴大豆产业行动计划”和“打绿色牌、走特色路”的发展战略结合起来，推广大豆绿色栽培技术，杜绝使用不合理农药与化肥，建立绿色有机大豆生产基地，发展无污染、安全、优质、营养的绿色大豆原料和绿色大豆制品，以适应安全、营养食品消费的需要。 加强管理，确保大豆食品质量安全。“三聚氰胺”事件之后，国家对食品安全的重视程度空前的高，食品质量安全法也于今年6月实施。所以企业应该通过加强企业管理，来确保质量安全，应当建立食品质量安全档案，保存企业购销记录、生产记录和检验记录等与食品质量安全有关的资料，有条件的企业可以试行产品质量追溯制度和召回制度。企业食品质量安全档案应当保存三年，做到哪个环节出现问题有据可查。黑龙江省大豆加工的标准体系、检验检测体系、食品安全体系及质量认知体系也相对滞后，大多数企业没有通过“国际质量管理标准(ISO9000)”及“国际环境管理标准(ISO14000)”，“良好操作制造(GMP)”，“危害分析关键控制点(HACCP)”等相关认证，质量安全管理相对松散，若把黑龙江省建成农产品深加工大省，食品强省还需进一步与国际接轨，加强企业的管理水平，向品质优良、管理一流、绿色名牌的方向前进。 加大力度保护非转基因大豆生产，打造绿色食品大豆产品知名品牌。在世界范围内，许多国家种植的都是转基因大豆，因其出油率高、产量高、种植成本低，竞争力远远强于中国大豆。但中国大豆具有高蛋白、非转基因和绿色食品大豆产品的品牌特色，用于加工成食用大豆系列食品，具有质量高、品质好、食用安全等优势。因此，以非转基因、绿色食品、优质安全为切入点，黑龙江省要积极培育黑龙江省的绿色食品大豆产品品牌，严格非转基因大豆标识制度，加大宣传，提高知名度，争强市场竞争力。像九三豆油、阳霖豆油这样的老品牌，继续巩固市场占有率，向新食用油产品开发、改善产品包装、有机产品认证方向发展;新的深加工企业应看清形势、抓住机遇，确定好自身的市场定位，努力确立市场的品牌地位。像大庆日月星蛋白有限公司就是一个很好的例子，它们率先在全国进行高纯度蛋白质粉的开发，并调配成适合不同人群的营养蛋白质粉、饮料、饼干等，认证了十多个绿色食品标志，公司以非转基因、绿色营养、优质安全为宣传口号，成功占领了国内大部分市场，是国内最大的蛋白质粉加工企业，现“日月星”商标已是中国驰名商标和亚洲最具价值品牌。黑龙江省的企业要跳出转基因大豆及其制品的恶性竞争圈子，独树一帜，以非转基因和绿色食品的黑龙江品牌，提高大豆产品的附加值，叫响品牌，占领国内市场、打入国际市场。 参考文献: [1]孙向东，任红波加入WTO后黑龙江省大豆产业展望与对策[J]黑龙江农业科学，2000，(6):39- [2]韩晓增，王守宇发展黑龙江省绿色大豆产业带的思考[J]大豆通报，2001，(6):3- [3]芦玉双黑龙江省大豆产业现状及对策的调研报告[J]大豆通报，2003，(1):28- [4]曹海英黑龙江省大豆生产的制约因素与对策[J]黑龙江粮食，2006，(1):18-
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