Artículos sobre biotecnología

La aplicación y perspectivas de la biotecnología moderna en la protección del medio ambiente [2009-03-21 07:41]

Resumen Basado en la situación ecológica actual de mi país, este artículo analiza el papel de la biotecnología moderna en la gestión ambiental Contaminación, aplicación y perspectivas de desarrollo en la protección del medio ambiente ecológico.

Palabras clave biotecnología moderna, medio ambiente ecológico, protección del medio ambiente

1 Estado actual del medio ambiente ecológico de mi país

En la actualidad, mi país se debe a "tres desechos" contaminación, fertilizantes químicos agrícolas y contaminación agrícola, y La contaminación por plásticos desechados y películas de mantillo agrícola ha afectado gravemente el entorno ecológico de mi país, provocando que la contaminación del agua se vuelva cada vez más grave y los recursos hídricos sean muy escasos en la mitad de las más de 600 ciudades de China. el país tiene escasez de agua, y 80 millones de personas y 6.000 personas sufren escasez de agua. Es difícil para 10.000 cabezas de ganado beber agua. La contaminación del suelo es grave, la superficie de tierra cultivada ha disminuido drásticamente y la cantidad total de agua. la pérdida de suelo cada año en los últimos 10 años ha alcanzado los 5 mil millones de toneladas y la desertificación de la tierra aumenta día a día; la superficie de cobertura forestal ha disminuido y los pastos se han degradado, con una reducción de la superficie forestal de 25 millones de personas cada año; La salud está seriamente amenazada y la incidencia de enfermedades ha aumentado considerablemente. Por lo tanto, aumentar la protección ambiental y la gobernanza ambiental, acelerar la aplicación de tecnologías avanzadas y nuevas, como la biotecnología moderna, para controlar la contaminación ambiental y 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. nombre general. La biotecnología moderna no sólo desempeña un papel importante en el mejoramiento de cultivos, la investigación y la ingeniería alimentaria, sino que también desempeña un papel importante en el control de la contaminación, el monitoreo biológico ambiental, etc., a medida que los problemas ambientales se vuelven cada vez más prominentes. Desde la década de 1980, la biotecnología, como tecnología de alta tecnología, ha recibido en general gran atención por parte de países de todo el mundo y de instituciones de investigación privadas, y se ha desarrollado muy rápidamente. Los métodos de biorremediación tienen muchas ventajas sobre los métodos tradicionales.

(1) La biotecnología trata los residuos degradando y destruyendo 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 transformar el medio ambiente producido por las actividades humanas. La contaminación se reduce al mínimo, lo que no sólo resuelve el problema de una vez por todas, sin dejar problemas de contaminación a largo plazo, sino que también aprovecha al máximo los recursos de basura y desechos.

(2) La tecnología de ingeniería de fermentación se utiliza para procesar contaminantes. La mayoría de los productos de conversión finales son sustancias estables no tóxicas e inofensivas, como dióxido de carbono, agua, nitrógeno y gas metano. en un solo paso para evitar contaminantes. Múltiples transferencias pueden causar contaminación repetida. Por lo 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, y su proceso de reacción se realiza a temperatura y presión normales y en condiciones casi neutras. Se lleva a cabo en condiciones condiciones, por lo que la mayoría de las tecnologías de tratamiento biológico se pueden implementar en el sitio sin afectar el progreso normal de otras operaciones. En comparación con los procesos químicos que a menudo requieren alta temperatura y alta presión, las condiciones de reacción se simplifican enormemente y el equipo es simple y de bajo consumo. Costo, efectivo y el proceso es estable, fácil operación y otras ventajas.

Por lo tanto, la biotecnología actual se ha utilizado ampliamente en la vigilancia ambiental, la producción industrial limpia, el tratamiento de residuos industriales y municipales y el tratamiento inofensivo de sustancias tóxicas y nocivas.

3 Aplicación de la biotecnología moderna a la protección del medio ambiente

3.1 Depuración biológica de aguas residuales

La composición de las sustancias tóxicas de las aguas residuales es muy compleja e incluye diversas especies de fenoles, cianuros, metales pesados, fósforo orgánico, mercurio orgánico, ácidos orgánicos, aldehídos, alcoholes y proteínas, etc. Los microorganismos pueden desintoxicar 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. La tecnología actual de enzimas inmovilizadas y células inmovilizadas para tratar aguas residuales es uno de los métodos de purificación biológica de aguas residuales. La tecnología de enzimas inmovilizadas y de células inmovilizadas son tecnologías de ingeniería enzimática. Las enzimas inmovilizadas, también conocidas como enzimas insolubles en agua, combinan enzimas solubles en agua con portadores sólidos insolubles mediante métodos de adsorción o enlace químico, convirtiendo las enzimas en derivados que son insolubles en agua pero que aún conservan la actividad catalítica. Las células microbianas son una enzima inmovilizada natural. El reactor inmoviliza directamente las células microbianas mediante la preparación de enzimas inmovilizadas, que son células inmovilizadas que pueden catalizar una serie de reacciones bioquímicas.

El uso de enzimas inmovilizadas y células inmovilizadas puede tratar eficazmente contaminantes orgánicos, venenos metálicos inorgánicos, etc. en aguas residuales. Hay muchos ejemplos exitosos en el país y en el extranjero a este respecto. Por ejemplo, Alemania utilizará enzimas que pueden degradar 9 tipos de pesticidas. como el paratión para ** *El método de unión mediada se fija sobre vidrio poroso y perlas de sílice para formar una columna de enzimas, que se utiliza para tratar aguas residuales de paratión con una tasa de eliminación de más del 95%. En los últimos años, mi país ha aplicado inmovilizado. Se ha logrado un gran progreso en la tecnología celular para degradar la superficie de los detergentes sintéticos en el agente activo alquilbencenosulfonato de sodio (LAS). Para aguas residuales que contienen 100 mg/L, la tasa de degradación y la tasa de conservación de la actividad enzimática son superiores al 90%; El uso de células de levadura inmovilizadas para degradar aguas residuales que contienen fenol también ha tenido una aplicación práctica 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 la toxicidad de los metales pesados. El principio es cambiar la forma química de los metales pesados ​​en el suelo mediante efectos biológicos (como reacciones enzimáticas), fijar o desintoxicar los metales pesados, reducir su movilidad y biodisponibilidad en el medio ambiente del suelo y lograr el control mediante la absorción y el metabolismo biológicos. purificación y fijación de metales pesados. 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, lo que ayudará a reparar el suelo, frenar la erosión eólica, la erosión hídrica y otros efectos, y prevenir erosión del suelo.

3.3 Eliminación de la contaminación blanca

Los plásticos de desecho y las películas de mantillo agrícola siguen sin resolverse durante mucho tiempo y se estima que son componentes importantes de la contaminación ambiental. Se estima que hay alrededor de un millón de toneladas de desechos plásticos en los suelos, acequias y ríos de mi país. El plástico que queda en el suelo reducirá el rendimiento de los cultivos. Si se utiliza continuamente sin tomar medidas, muchas tierras de cultivo no se cosecharán en más de diez años. Se puede ver que la enorme cantidad de residuos de plástico afecta gravemente a la ecología y al medio ambiente. La investigación y desarrollo de plástico biodegradable es inminente. Por un lado, la tecnología de bioingeniería se puede utilizar para aislar y detectar ampliamente microorganismos dominantes que pueden degradar plásticos y películas agrícolas y construir bacterias degradantes eficientes. Por otro lado, los genes de degradación se pueden aislar, clonar e introducir en ciertos microorganismos del suelo ( como los rizobios), de modo que ambos puedan desempeñar sus respectivos papeles al mismo tiempo y degradar rápidamente los plásticos y las películas agrícolas. Al mismo tiempo, es necesario 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 a los plásticos, a saber, el poliéster. Estos poliésteres son sustancias de almacenamiento endógenas de microorganismos y pueden producirse mediante métodos de fermentación. Los plásticos resultantes y las películas de mantillo tienen el potencial de tener una excelente aplicación. perspectivas en muchos campos debido a sus ventajas como biodegradabilidad, alto punto de fusión, alta elasticidad y ausencia de sustancias tóxicas. Para reducir costos y aumentar los rendimientos, la gente está utilizando tecnología de ADN recombinante para transformar microorganismos relacionados. Un punto de investigación actual en esta área es el uso de fermentación microbiana para producir ácidos poli-β-hidroxialcanoicos (PHA). PHA autolíticos Para producir cepas, se fermentan cepas recombinantes de PHA. Después de acumular una gran cantidad de PHA, se agregan sustancias señal para producir proteínas lisadas, destruir las paredes celulares y precipitar los PHA para simplificar el proceso de extracción de los PHA intracelulares y reducir la extracción. costos.

3.4 Eliminación de la contaminación por pesticidas químicos

En circunstancias normales, alrededor del 80% de los pesticidas químicos utilizados permanecerán en el suelo, especialmente los pesticidas de hidrocarburos clorados que son los más difíciles de descomponer, causando residuos. efectos tóxicos a través del ecosistema. 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 de los microorganismos que pueden degradar los pesticidas los descomponen gradualmente en los productos finales CO2 y H2O a través de la mineralización. Esta vía de degradación es exhaustiva y generalmente no causa efectos secundarios. Algunos convierten los pesticidas en sustancias metabolizables a través del metabolismo, eliminando así los pesticidas. pesticidas del medio ambiente. Los resultados de la degradación de esta vía son más complejos, con efectos tanto positivos como negativos. Para evitar efectos negativos, es necesario utilizar métodos de ingeniería genética para modificar microorganismos conocidos por degradar pesticidas y cambiar sus vías de reacción bioquímica, con la esperanza de 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 un término general para una gran clase de sustancias producidas por organismos vivos que tienen las funciones de prevenir plagas y enfermedades y eliminar malezas. Son en su mayoría metabolitos de organismos vivos e incluyen principalmente. pesticidas microbianos, pesticidas agrícolas, etc. Preparados antibióticos y herbicidas microbianos, etc. Entre ellos, los pesticidas microbianos han sido los más estudiados, e incluyen principalmente pesticidas virales, pesticidas bacterianos, pesticidas fúngicos, pesticidas actinomicetos, etc. Hace mucho tiempo que no se utiliza mucho. Ahora la gente está utilizando la tecnología de ADN recombinante para superar sus deficiencias y mejorar el efecto insecticida. Por ejemplo, uno de los puntos críticos de la investigación actual de insecticidas virales es la modificación de la ingeniería genética de baculovirus. La gente está estudiando el uso de genes de proteínas tóxicas exógenas. codificar neurotoxinas clonar en el baculovirus para mejorar la toxicidad del baculovirus; insertar genes que pueden interferir con el ciclo de vida normal de las plagas, como el gen que codifica la hormona juvenil esterasa, en el genoma del baculovirus para formar un baculovirus recombinante y expresarlo. Las hormonas se utilizan para destruir el equilibrio hormonal de las plagas e interferir con su metabolismo y desarrollo normales para lograr el propósito de matar las plagas.

Referencias

1 Kong Fanxiang. Biología ambiental[M] Beijing: Advanced Press, 2000

2 Chen Jian. Bioingeniería, 2001(5)

3 Jiang Chenglin, Xu Lihua. Desarrollo y utilización de recursos microbianos [M]. Beijing: China Light Industry Press, 2001