摘要：隨著生物技術的飛速發展,生物修復技術將在汙染環境的治理中顯示出明顯的優勢, 並在預防環境汙染和治理環境汙染方面起到越來越重要的作用,將成為一種經濟有效的汙染環境治理方法。本文從生物修復的基本概念及其原理入手，以生物修復技術的種類為主線，著重闡述了各修復技術的特點和發展現狀，從而對其發展和應用前景進行了進一步的闡述。
關鍵詞：汙染；環境；生物修復；現狀；前景
1 引言
隨著科技的發展，人們對化學品的依賴越來越嚴重，其中產生的汙染物大部分是難以用傳統的治理方法來規模化處理處置。壞境汙染問題已成為當前世界各地倍受關注的焦點問題, 直接影響著國民經濟的可持續發展[1]。。為了改善生活環境，促進人與自然的可持續發展，我們勢必要投入大量的人、財、物力進行汙染環境的修復。
環境修復是近二十多年才發展起來的環境工程技術,它強調面源汙染的治理,利用天然存在的或特別培養的微生物在可調控環境條件下將有毒汙染物轉化為無毒物質的處理技術,可以消除或減弱環境汙染物的毒性,減少汙染物對人類健康和生態系統的風險。為此,生物修復屬於生產後期的汙染控制,簡稱產後控制,是可持續發展在環境保護上的重要體現。[2]
1 生物修復的概念及原理
環境生物技術(environmental biotechnology)可以按技術難易劃分為3類[3]：第1 類是指以分子生物學技術為主體，以基因工程為主導的汙染控制與監測技術，包括構建降解殺蟲劑、除草劑、多環芳烴類化合物等汙染物的高效基因工程菌，創造抗汙染型轉基因植物等；第2 類是以目前大量應用的經過改革與創新的生物處理技術，如生物流化床法、上流式厭氧甲烷發酵法和變形活性汙泥法等等；第3 類包括生物穩定塘、人工濕地和汙染控制資源化生態工程等自然淨化系統。
生物修復( bioremediation) ,是指利用生物的生命代謝活動減小存在於環境中有毒有害物質的濃度或使其完全無害化,從而使汙染了的環境能夠部分或完全恢復到原初狀態的過程。它是利用生物對環境汙染物的吸收、代謝、降解等功能,對環境中汙染物起到降解催化作用,加速去除環境中的汙染物，一般分為植物修復、動物修復和微生物修復三種型別。
生物修復與生物淨化(bio purification)存在著不同點,前者強調人們有意識的利用生物進行環境無害化處理[4]。生物修復的生物**主要有土著微生物、外來微生物和基因工程菌三類[5]。應用環境生物修復技術處理汙染物時,最終產物大都是無害的、穩定的物質,如二氧化碳、水、氮氣等,而且這種處理方法能一步到位,避免了汙染物的多次轉移。
它與傳統的去除和清除環境中汙染物的方法,如物理方法、化學方法也是不同的。相比較而言,生物方法是最本質的和可以迴圈使用且永續受益的。[1]生物修復技術有許多方面的優點:
可以使汙染物完全從環境中去除,處理時間短,對周圍環境影響較小,並且資金需要量小,不會產生二次汙染,尤其原位修復(in-site remediation)可以使汙染物在原地被清除,操作簡單,使人類直接暴露在汙染物下的機會減小[6]。
2 微生物修復技術及其特點
環境各圈層中含有大量的微生物，它們對於有害有毒物質的修復作用極其重要。微生物修復技術即利用特定微生物的功能及其在生物修復過程中的表達作用而採取的環境修復技術，具有成本低、修復效果好等眾多優點，是世界各國處理環境汙染問題時常用的綠色方法，主要有土著微生物強化技術、外源微生物強化技術、微生物的表面展示技術、生物修復的微生物監測技術等技術手段。
2.1 土著微生物強化技術
水體、土壤、大氣等各圈層中含有大量的土著微生物，利用土著微生物的汙染物代謝能力是設計生物修復的關鍵環節。土著微生物強化技術是通過新增外源性物質促進土著微生物生長的強化生物修復技術。如生物啟用劑法是指通過向受汙染水體中投加無毒且不含菌種的可促進土著微生物生長的水體淨化促進液的方法,是目前地表水體修復常用的一種生物強化法。
電動力學技術強化生物修復也是一種有效的手段。它是利用電滲析、電遷移和電泳等電動力學效應加速汙染環境中有機汙染物和微生物運動,利用電極反應和電流熱效應為地下生物降解創造有利條件。研究表明,電動力學技術能有效地強化原位生物修復,而且該技術不破環生態環境,安裝和操作簡單,具有廣闊的應用前景。
[7]2.2 外源微生物強化技術
一般而言,環境中土著微生物的濃度通常較低(低於105個細胞/g土壤)或還沒有足夠的時間進化獲得降解汙染物或其中間產物的能力,因此當對於難生物降解的物質或汙染物質濃度較高,僅利用土著微生物的降解能力難以滿足汙染修復的要求時,採用外源微生物強化技術可以達到預期的生物處理效果。
外源微生物強化技術，即從外界新增的高效微生物（可以是純培養的微生物,也可以是混合培養的微生物）能和土著微生物穩定共存,且能快速生長並具有較高的酶活性,同時通過含有降解能力的質粒基因的水平移動等使汙染物降解能力得到擴增,因此,對於難生物降解的化合物,篩選並製備優良的微生物製劑,並在生物修復技術中使其穩定發揮修復作用是值得重視的研究方向。
目前，構建高效的基因工程菌是這一技術發展的嶄新途徑，常用技術有質粒轉移、dna 重組、基因誘變和原生質體融合等。
2.3 微生物的表面展示技術
表面展示技術是利用基因工程手段將外源基因或一組一定長度的隨機寡核苷酸片段轉殖到特定的表達載體中,使其表達產物與外膜蛋白或噬菌體外殼蛋白以融合蛋白的形式呈現在細胞表面或噬菌體表面。
展示金屬結合蛋白(肽)的微生物可用於汙染土壤和工業廢水的淨化,展示有機磷水解酶的微生物將用於有機磷汙染物的脫毒。微生物表面展示技術將成為汙染環境生物修復的有效策略,但這一技術的研究還是乙個新領域,要使其得到應用還有許多問題需要解決。
2.4 生物修復的微生物監測技術
生物修復的微生物監測技術，即根據微生物的行為表現，可以做到優化和控制生物修復工藝效率, 保證修復環境的安全性,進而對汙染物進行追蹤控制的監測技術。目前常用的方法主要有以下幾種：用細菌總數及糞便汙染指示菌(大腸埃希氏菌、克黴伯氏菌等)監測水質；用鼠傷寒沙門氏菌檢測物質致突變性與致癌性；用發光細菌快速檢測環境毒物；通過測定水中藻類(常用矽藻、柵藻、小球藻等)的生長量來進行水質監測或物質的黴性檢測。
目前研究較多的有核酸探針、聚合酶式反應技術(pcr 技術)、生物感測器、酶免疫監測等生物高技術進行環境檢測。
3 植物修復技術及其特點
植物修復是利用綠色植物清除環境中的汙染物，使其去除降低或消失稱作植物修復 ( raskin等.1994)。植物修復的主要物件是有毒重金屬和有機汙染物。
主要有以下6種技術：植物固定、根系降解、植物促進、植物降解、植物揮發、揮發轉移等。它是一種正在蓬勃發展中的汙染修復技術。
3.1 植物固定
利用植物將有毒有害汙染物如重金屬聚集在根系地帶, 降低其活動性, 阻止其向深層土壤或地下水中擴散, 但並不為植物利用, 即根系對汙染物起固定作用。特殊植物根系分泌物將汙染物鈍化/固定，降低其生物有效性及遷移性，使其不能為生物所利用，達到鈍化/穩定、隔斷、阻止其進入水體和食物鏈的目的，以減少其對生物和環境的危害。這一過程中，土壤的重金屬含量並不減少，只是形態發生變化。
這方面最有應用前景的例子是鉛和鉻的鈍化。一般來說，土壤中鉛的生物有效性較高，而鉛的磷酸鹽礦物則比較難溶，難以被生物利用。[8]
3.2 根系降解
植物中超過20%的營養成分如糖分、氨基酸、有機酸等都聚集在根部, 因此會生長很多微生物, 尤其在根表面向外1-3mm 的地方, 這些微生物是沒有種植過植物的土壤的3-4 倍。一些微生物可以同植物相結合促進重金屬的降解, 也可以礦化某些有機汙染物如pahs、pcbs。
3.3 植物促進
植物促進也稱之為植物提取(phytoextraction) ,植物根系將土壤中重金屬或有機汙染物從汙染的土壤中轉移到植物的地上部分。一般指那些能累積超過葉子乾重1.0%的mn，或者0.
1%的co、cu、pb、ni、zn，或者0.01%的cd的植物。目前世界上有500多種這樣的植物。
3.4 植物揮發
植物揮發技術是植物可以從土壤中吸收汙染物並將其轉化為氣態物質釋放到大氣中，從而對汙染土壤起到治理作用主要集中在容易揮發的金屬如汞等方面。該過程中，汙染物只是從土壤經植物轉移到大氣當中進行稀釋。重金屬如硒和汞可以生物甲基化而形成可揮發的分子。
考慮到現場空氣中的揮發性金屬濃度及金屬的再次沉降，該方法實際上存在一定的風險。[9]
3.5 揮發轉移
植物通過葉表孔隙揮發水分的形式轉移在水系中的汙染物。如白楊、桉樹、河香柏等樹木具有很深的根系, 每天可以蒸騰大量的水, 將水中某些汙染物轉移至植物體內。
3.6 植物降解
植物降解技術是利用植物的轉化和降解作用去除土壤中有機汙染物質的一種方式。該過程中主要涉及2個方面：一方面，汙染物質被吸收到體內後，植物將這些化合物及分解的碎片通過木質化作用儲藏在新的植物組織中，或使化合物完全揮發，或礦質化為二氧化碳和水；另一方面，植物根分泌物直接降解根際圈內的有機汙染物。
[10]
4 現狀評價及展望
生物修復技術是一種環境友好替代技術,在國內外受到日益廣泛的重視。進行生物修復技術需要對地點狀況和存在的汙染物進行詳細而昂貴的考察,微生物活性易受環境條件影響, 在有些狀況下生物修復技術不能將汙染物全部去除,所以,今後應主要發展解決安全使用基因工程菌和從根本上清除汙染的生物修復技術。植物修復作為直接利用綠色植物系統通過轉移、降解或保持的方式修復汙染的土壤、沉積物、水和空氣的一種新興技術,不僅具有美學價值、**低廉、僅需太陽能驅動、能去除大部分環境汙染物等特點且對於淺層輕度汙染的區域非常有效。
隨著我國對生物修復的研究成果也逐年增多,現代分子生物學的發展以及基因工程技術的應用有可能使植物修復技術取得根本性的突破。
從科學的角度客觀地看,生物技術本身是一項複雜的系統工程,要使生物修復技術成功並廣泛地應用,應盡可能解決其中涉及的技術難題,以盡早實現生物修復研究的技術轉換；要深入了解植物修復的原理,為更好地利用植物,我們必然要對植物生物學、分子生物學有更進一步的理解。著眼於利用植物、菌類或動物的基因改良植物以利用植物對特定物的修復技術是目前一些前沿研究的重點。在相當一段時間內，以物理、化學和生物修復方法相結合，首先用生物修復技術將汙染物處理到較低的水平,然後採用費用較高的物理或化學方法處理殘餘的汙染物的處理思路是我們現階段各項條件限制下應該選擇的科學、綠色的處理處置方法。
環境汙染的生物修復技術是我國今後治理環境汙染必須發展的生物技術，更具有廣闊的市場和發展前景。可預見，在21世紀，生物修復技術將成為我國生態環境保護領域最具有價值和最具有生命力的大面積汙染的優選生物工程技術。[11]
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