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我们人类只占微生物总数的1%。再难分解的物质,地球上也一定有能分解的微生物。受此启发,科学家正在考虑利用生物修复来净化地球环境,即利用人工手段增强微生物分解有毒有害污染物的能力,缩短净化时间。
目前,地球的环境污染非常严重,而且污染的范围还在扩大。主要原因是人口的快速增长和经济的快速发展带来了大量的煤炭和石油消耗,大量的新化合物被废弃。特别是大气中二氧化碳增加严重,导致全球变暖。此外,在不考虑环保的情况下,人类为了自身的方便而生产的各种化合物严重污染土壤和地下水,给地球生命带来灾难性的危害。
在三氯乙烯、多氯联苯等化合物中,即使人摄入少量,也无法在体内消化,会在体内富集浓缩。三氯乙烯是一种有机氯化物,在世界各地的高科技工厂中被广泛用作半导体清洁剂。怀疑对动物有致癌作用,然后从土壤或地下水中检出。据调查,仅日本就发生了469起三氯乙烯污染地下水并超过环境标准的事件。此外,还有629起由四氯乙烯引起的污染事件,四氯乙烯是一种常用的干洗溶剂。在调查的地下水中,约有20%的三氯乙烯和27%的四氯乙烯超标。
再比如多氯联苯(PCBs),它不易溶解和燃烧,绝缘性好,化学性质稳定,所以被广泛用作电机的绝缘油和热交换器的热媒。
然而,科学家发现多氯联苯在体内含量丰富,会导致肝脏疾病。进入环境的多氯联苯(PCBs)量估计为465,438+00,000吨,在全世界造成污染。科学家甚至在海豚或海豹等海洋哺乳动物体内检测出高浓度的多氯联苯。
此外,原油污染也是一个大问题。近年来,油轮事故导致大量原油泄漏到海洋中,对海洋生态系统造成了极大的破坏。这正成为一个世界性的问题。
人类造成的有害污染物,单靠大自然几乎无法分解。即使能分解,其净化能力也赶不上污染的速度,需要很长时间。科学家提出的生物修复的主要目标是净化这些难降解物质。
生物修复一般分为“生物活化”法和“微生物扩张”法。前者激活原本生活在污染场地的微生物,后者培养外来微生物。此外,根据处置方式可分为现场净化的“现场处置”和运输至处置设施的“移动处置”。
以下是一些实用的生物修复技术。首先是地下水的三氯乙烯净化实验室。方法是将地下水打散放入装置中,然后在装置中加入甲烷和营养物质(氮和磷),就地激活“产甲烷菌”,返回地面分解三氯乙烯。这是一个典型的微生物活化污染控制的例子。
因此,注入甲烷40天后,三氯乙烯的浓度从每升0.8毫克下降到0.5毫克。此外,即使停止注射,三氯乙烯的浓度也会得到有效抑制。
受三氯乙烯污染的地方很多,但由于成本高,甲烷生物修复三氯乙烯一直没有普及。当然,现在所谓的“监测自然净化”是指没有任何人为干预的自然净化,所谓的“增加自然净化”是指有人为干预的净化。
方法是将原油和海砾石混合,放入网中,然后分成两组。一组添加营养素,另一组不添加。实验结果表明,添加营养剂组的原油确实被分解,对海上小动物没有不良影响。
为了减少全球温室气体二氧化碳,科学家正在考虑一种生物修复方法,利用覆盖地球表面70%的海洋来固化二氧化碳。海洋中的植物和浮游生物可以吸收大气中的大量二氧化碳。但由于缺少生长所需的“铁”,植物和浮游生物无法生存的海洋面积通常约占10%,即约3600万平方公里,比亚洲大陆还大。如果在这些海域种植铁来繁殖植物和浮游生物,利用它们的光合作用来吸收二氧化碳,就相当于增加了陆地上的植物数量。这实际上增强了海洋独特的自然愈合能力,因此对环境也是有益的。
实验从1993开始在加拉帕戈斯群岛海域进行。科学家从船上丢下铁,并通过飞机和卫星进行监测。结果表明,它确实增加了植物和浮游生物,海水中的二氧化碳含量也降低了。此外,科学家还将煤灰或焚烧灰制成块状,喷洒微藻和营养物质,漂浮在海面上进行二氧化碳吸收实验。这不仅可以有效固化二氧化碳,还可以将副产品微藻制成有用的物质,如紫外线吸收剂或回收的农药等。海洋堪称未知微生物和基因的宝库。专家们正在探索各种有用的基因。海洋生物修复系统的建立对于恢复海洋特有的自净能力,防止海洋污染恶化,恢复海洋应有的状态具有重要意义。
目前,科学家正在利用转基因超级微生物进行生物修复研究。
超级细菌的发展始于多氯联苯的分解。多氯联苯是非常稳定的化合物。在此之前,科学家尚未发现能分解多氯联苯的微生物。后来,他们发现吃联苯的细菌也能分解多氯联苯。
美国和日本使用两种多氯联苯分解细菌进行基因操作。这些分解细菌的基因通过所谓的“DNA转化”方法相互关联。让它进化。理论上,多氯联苯可以产生209种化合物。这两种细菌分解酶95%相似,但分解多氯联苯的能力不同。
通过聚合酶链反应(PCR)扩增两种分解菌的基因。首先,消化基因链,然后通过PCR扩增。此时,一个称为“引物”的DNA片段被放入,片段被连接,两个基因被混合。其次,为了扩展基因的全长,再次加入“引物”进行PCR。混合基因中,能力强的超级基因与原PCB分解菌进行交换,形成超级微生物。
制备的微生物对多氯联苯的分解能力远高于原始分解菌。科学家还利用所谓的“分子模拟实验”来预测分解酶的结构,这种酶只能改变与多氯联苯分解有关的氨基酸。因此,它甚至可以滋生分解二恶英和甲苯的细菌。以前这两种物质是不能分解的。
科学家还开发了能有效分解三氯乙烯的超级微生物,培养了分解三氯乙烯的细菌。就实用性而言,如果使用天然微生物,当然可以。但是在追求高效率的今天,需要更强的分解细菌。地球的未来可能就是这些微生物的天下了。