生物技术和可持续发展

生物技术和可持续发展地球是所有生物的家园，生物圈是我们赖以生存的根本。可是，自工业革命以来，随着社会的发展，人类开始向自然索取越来越多的资源和能源，同时向排放越来越多的垃圾废物，最终使生态平衡遭到破坏，自然环境不断恶化。如今，环顾四周，我们人类面临着愈来愈多的环境生态问题：温室效应，酸雨，水污染，水土流失，甚至包括可能已经开始的第七次物种大灭绝等等。不过，近几十年来，一些人已经意识到了问题的严重性，开始寻求解决问题的方法。在协调各种利益之后，可持续发展被提了出来。与此同时，随着现代生物技术的发展，生物技术已经成为可持续发展的重要武器。生物技术与环境保护1.1污水处理人类的生产和生活离不开水，在现代，随着社会的发展，产生了大量的污水，而城市生活污水排放已是我国城市水的主要污染源，污染物主要有：（1）未经处理而排放的工业废水；（2）未经处理而排放的生活污水；（3）大量使用化肥、农药、除草剂的农田污水；（4）堆放在河边的工业废弃物和生活垃圾；（5）水土流失；（6）矿山污水。大量的污水不仅会污染环境，还会浪费本身就很稀少的淡水资源，所以，污水的处理就有很重要的意义。污水处理的生物法效果好于物理法和化学法。稳定塘法是利用细菌和藻类进行物质转化反应，从而达到降低有机污染成分的目的。稳定塘法技术难度低，操作简便，费用低，还可以和水生植物结合，效果好。活性污泥处理法是比较经典的污水生物处理方法。所谓的活性污泥是指一种由细菌、原生动物和其他微生物群体与水中的悬浮有机物、胶状物以及吸附的物质共同构成的絮凝团，在污水处理中具有很强的吸附、分解和利用有机物质或毒性物质的能力。近年来，活性污泥法不断得到发展强化，新的工艺如高浓度活性污泥法、深井发酵系统、间歇式活性污泥法（SBR法）等使得活性污泥法处理效果不断提高。除此之外，还有人工湿地法、生物膜法等污水处理法。1.2大气生物净化现代工业化大生产给环境带来的另一个负面影响就是大气污染。大气污染会带来酸雨、光化学烟雾等环境问题，而生物的生长繁衍离不开空气，我们生活在空气的氛围这，所以有效控制大气污染是当代社会普遍关注的问题。但现有的措施如使用脱硫煤、无铅汽油或开发新能源的，要么不是长久之计，要么代价高、周期长。因此，从目前情况看来，采用生物技术来控制大气污染是大气净化技术未来的主要发展方向。现在正在推广使用的生物净气塔、渗滤器等已经体现出其优势了。固体废弃物生物处理随着生产水平和生活水平的不断提高，除了污水和大气污染物，固体废弃物对环境造成的污染也不容忽视。固体废弃物处理的目标是无害化、减量化、资源化。固体废物应该是是“三废”中最难处置的一种，因为它含有的成份相当复杂，其物理性状（体积、流动性、均匀性、粉碎程度、水份、热值等）也千变万化，要达到上述“无害化、减量化、资源化”目标会遇到相当大的麻烦。城市垃圾是固体废弃物的主要来源，填埋和堆肥是比较经典的通过微生物代谢作用完成的处理固体废弃物的方法，随着现代填埋技术的改进和垃圾分类的推广，可以预见的是，填埋和堆肥将在城市垃圾减量化、资源化等方面继续起到重要的作用。除了城市垃圾，生产废弃物矿渣也是固体废弃物的重要来源，生物淋溶技术又叫微生物采矿是矿渣的主要生物处理方法。生物淋溶技术是指应用微生物（主要是氧化亚铁硫杆菌和氧化硫硫杆菌）溶浸某些贫矿、废矿、尾矿等，微生物可以通过其淋溶作用，来回收提取有商业价值的贵重金属或稀有金属。微生物采矿不仅可以防止矿产资源的流失，达到最大限度利用矿藏的目的，同时还能避免或减少固体废物对环境的污染。生物技术与能源现代社会离不开能源，但传统的化石能源不可再生，而且在其开采、运输、利用的过程中会对环境造成污染，不利于可持续发展。但是生物技术的日益进步，为未来推广清洁可再生能源带来了曙光提高传统化石能源的利用率——微生物技术与石油开采在世界范围内,经过一次，二次采油两次常规采油之后的总采收率一般只能占地下原油的30%〜40%。遗留在地层的残余油仍然占60%〜70%。直到1926年Beekman[2]提出细菌能采油至今，经过70多年的发展，微生物清蜡和降低重油粘度、微生物选择性封堵地层、微生物吞吐、微生物强化水驱等已成为一项成熟的提高采收率技术，并形成了继传统的热驱、化学驱、气驱之后的第四种提高采收率的方法微生物提高原油采收率技术(microbilialenhancedoilrecover，MEOR)。走向可再生能源——生物质能(唯一可再生的碳能源)石油的替代品——纤维素生产乙醇随着化石能源的日益枯竭，乙醇开始被视为石油的替代品。但是生产乙醇的很多原料都是粮食和食品，由于粮食相对短缺和成本较高，大规模生产乙醇会受到限制。而利用纤维素生产乙醇则会避免这方面的问题。虽然目前，纤维素前处理成本和酶成本较高，但可以利用基因工程和酶工程在不久的将来解决这方面的问题。传统可再生能源——微生物产甲烷如今甲烷已经作为一种燃料源，而且可以通过管道进行输送、。甲烷是天然气的主要成分，具有悠久的使用历史，而且其产物清洁，是较为理想的能源。如今，沼气池技术的不断改进和推广，使甲烷这种传统可再生能源焕发了新的生机。未来的新能源——氢能氢能未来极有可能在世界能源舞台上成为一种举足轻重的二次能源，可谓风光无限。它是一种极为优越的新能源，其主要优点有：燃烧热值高，每千克氢燃烧后的热量，约为汽油的3倍，酒精的3.9倍，焦炭的4.5倍。燃烧的产物是水，是世界上最干净的能源。资源丰富，氢气可以由水制取，而水是地球上最为丰富的资源，演义了自然物质循环利用、持续发展的经典过程。氢能可谓是可持续发展的理想能源。然而，目前的技术，氢气的生产成本太高，难当大用。但是生物技术将要可能解决这个难题，目前，产氢生物的产氢气基因已经可以被分离出来。相信在不久的将来，利用生物技术，氢能将站在能源的顶峰。生物技术与生态限制化学农药——抗虫作物和生物农药众所周知虫害一直是农业的大敌，化学革命带来的农药对虫害的控制功不可没，但同时也带来了严重的问题：危害环境、生物多样性降低、造成恶性循环。而抗虫作物和生物农药则有力的解决了这些问题。保护珍稀植物——获取细胞次级代谢产物很多植物会产生一些对人类有益的次级代谢产物，包括一些珍稀植物，如：紫草素、人参皂苷、紫杉醇等。用这些珍稀植物来提取细胞次级代谢产物是不合理的，但是，细胞工程的发展使人们能够通过细胞培养来获取这些次级代谢产物，同时，变相的保护了珍稀植物。高产农作物——提高粮食单产具有抗逆性的高产农作物可以减少人类对耕地的需求，解决过渡开垦、围湖造田等问题，也有助于退耕还林、还草、还湿地，还能产出跟多粮食以生产乙醇，有利于可持续发展。生态工程

生态工程是指应用生态系统中物质循环原理,结合系统工程的最优化方法设计的分层多级利用物质的生产工艺系统，其目的是将生物群落内不同物种共生、物质与能量多级利用环境自净和物质循环再生等原理与系统工程的优化方法相结合，达到资源多层次和循环利用的目的。其常用原理主要有：原理理论基础意义物质循环再生原理物质循环可避免环境污染及其对系统稳定性和发展的影响物种多样性原理生态系统的抵抗力稳定性生物多样性程度可提咼系统的抵抗力稳定性，提高系统的生产力协调与平衡原理生物与环