藻类在环境污染治理中的应用及其作用原理精编

藻类在环境污染治理中的应用及其作用原理精

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Document number：WTT-LKK-GBB-08921-EIGG-22986

藻类在环境工程中的应用及其作用原理

一、引言

我国是个多湖泊国家，大于lkm2的天然湖泊有2300余个，湖泊总面积为70988km2，总贮水量为708亿m3，其中淡水贮水量为225亿m3，是我国最重要的淡水资源之一，具有水利防洪、通水供水及气候调节等多种功能，对社会和经济的发展起到了不可估量的作用，是人民生活不可缺少的宝贵资源。因此，湖泊水资源与我国的经济持续发展以及人民生活休戚相关。

但自70年代以来，随着我国工农业的迅速发展和城镇化进程的加速，工业废水和生活污水排放量日益增加，加之人们环境意识淡薄，将湖泊用作工业废水、生活污水受纳场所和农业灌溉退水的归宿，最终导致了许多湖泊水体污染及富营养化。

2004年《中国环境状况公报》指出，2004年监测的27个重点湖库中，满足II类水质的湖库2个，占7．5％；Ⅲ类水质的湖库5个，占1 8．5％；Ⅳ类水质的湖库4个，占14．8％；V类水质湖库6个，占22．2％：劣V类水质湖库lO 个，占37．0％。其中“三湖”(太湖、巢湖、滇池)水质均为劣V类，主要污染指标是总氮和总磷。大型湖泊如太湖、巢湖、洪泽湖、洞庭湖、鄱阳湖等因富营养化和水污染严

重，导致一些水域已经失去其资源价值，无法利用，且情况仍在恶化，因此湖泊的治理成为当务之急。

目前的污水处理工艺较多，可以根据不同的进水水质和处理要求选择相关的工艺。这些在工艺上各具特色的处理系统有一个共同的特征，即都需要比较繁杂的设备，较高的日常运行费用，复杂的管理维护操作，并且对微生物生存的环境条件十分敏感。因此，研究新的污水处理工艺成为必然。而此时藻类便得到了科学家、学者们的亲睐。

一、藻类的介绍

藻类泛指具同化色素而能进行独立营养生活的水生低等植物的总称。是一类(有些也为，如的藻类）。主要水生，无维管束，能进行光合作用。体型大小各异，小至长1微米的单细胞的，大至长达60公尺的大型。一些权威专家继续将藻类归入或植物样生物，但藻类没有真正的根、茎、叶，也没有维管束。一些藻类与其他真核生物一样有，有具膜的液泡和(如线粒体)，大多数藻类於生活过程中需要。用各种分子(如叶绿素、、等)进行光合作用。地球上的光合作用90％由藻类进行，据信在地球早期的历史上藻类在创造富氧环境中发挥重要作用。

藻类植物的种类繁多，目前已知有3万种左右。藻类分布的范围极广，对环境条件要求不严，适应性较强，在只有极低的营养浓度、极微弱的光照强度和相当低的温度

下也能生活。不仅能生长在江河、溪流、湖泊和海洋，而且也能生长在短暂积水或潮湿的地方。从热带到两极，从积雪的高山到温热的泉水，从潮湿的地面到不很深的土壤内，几乎到处都有藻类分布。大多数藻类都是水生的，有产于海洋的；也有生于陆水中的淡水藻。在水生的藻类中，有躯体表面积扩大（如单细胞、群体、扁平、具角或刺等），体内贮藏比重较小的物质，或生有鞭毛以适应浮游生活的浮游藻类；有体外被有胶质，基部生有固着器或，生长在水底基质上的底栖藻类；也有生长在冰川雪地上的冰雪藻类；还有在水温高达80℃以上温泉里生活的温泉藻类。藻体不完全浸没在水中的藻类也很多，其中有些是藻体的一部分或全部直接暴露在大气中的气生藻类；也有些是生长在土壤表面或土表以下的土壤藻类。就藻类与其它生物生长的关系来说，有附着在动、植物体表生活的附生藻类；也有生长在动物或植物体内的内生藻类；还有的和其它生物营共生生活的共生藻类。总之，藻类的生活习性是多种多样的，对环境的适应性也很强，几乎到处都有藻类的存在。

因此，将藻类应用到环境工程中的污水处理、环境净化方面具有相当大的可能性与研究空间。

二、藻类在环境污染治理中的应用及其作用原理

1.蓝藻基因工程在环境保护方面的应用【1】

1）吸收重金属

1996年美国的Erbe等将小鼠金属硫蛋白基因与报告基

因ca t融合后转入聚球藻中, 提高了对重金属Cd2+ 的抗性; 小鼠金属硫蛋白和人肝脏金属硫蛋白已经分别被转进鱼腥

藻PCC 7120和集胞藻PCC 6803中并成功表达,可用于改造重

金属污染的土壤和水域并回收贵重金属离子。研究发现蓝

藻基因组中的植物螯合肽合酶基因编码的植物螯合肽在对

重金属解毒过程中扮演了重要的角色, 将此基因在大肠杆

菌中表达后可以有效保护大肠杆菌对抗高温、重金属、高盐、杀虫剂和紫外线等的伤害。目前已有一批重金属抗性

基因在细菌中表达成功, 如汞操纵子基因、镍转运蛋白基因、汞转运蛋白基因等。这些基因工程菌对重金属的耐受

性明显增强, 其吸附容量和选择性吸附能力也有显着的提高。

2)降解农药

鱼腥藻PCC7120可以降解卤代化合物林丹(六氯环己烷, 六六六), 转有来源于pseudomona spaucimobilis的linA基

因(控制林丹降解的第一步)的鱼腥藻PCC 7120降解林丹速

度加快,并且降解受nir启动子的调控。另外, 表达42氯苯

羟化酶的鱼腥藻PCC 7120能降解42氯苯和42碘苯[ 28]。有

机磷杀虫剂也可以被蓝藻降解, 甲基对硫磷在有氧、光合

条件下可以被鱼腥藻PCC 7120还原转化。因此利用转基因蓝藻解决农药污染成为有希望的途径。

1996 年日本的Suzuki等把真养产碱菌(Alca ligenes eurtrophus)的羧丁酸聚合酶基因转入聚球藻PCC 7942中表达后, 催化合成的聚羟丁酸（PHB)是制造可降解塑料的原料。近年来, 中国科学院植物所、上海师范大学和有机化学所合作, 把高等植物光合作用中Calvin循环中三个酶: 果糖1, 6二磷酸酶、果糖1, 6 二磷酸酯醛缩酶(ALD ) 和丙糖磷酸酯异构酶(TPI)的基因转入鱼腥藻PCC 7120中表达后,明显的提高了吸收和同化CO2 的能力, 希望以后在减少大气中温室气体含量中发挥作用。

人们很早就认识到化石燃料是不可再生资源, 因此可再生能源的研究越来越受到人们的关注。除了传统的风能、水能、太阳能等, 生物燃料已经成为研究的热点。生物燃料包括用生物体生产氢气、甲烷、乙醇、生物柴油等, 其中氢气由于燃烧产物是水而成为最清洁的生物燃料。目前为了应对能源危机, 一些科学家正在寻找产氢的生物来制造清洁能源氢气, 蓝藻便是其中之一。目前应用蓝藻产氢还处于研究阶段, 一方面是继续筛选产氢率高的突变株, 另一方面就是有效利用基因工程技术对产氢相关酶基因进行改造, 从而改进生物产氢系统, 使蓝藻提供大量的清洁、高效的理想能源。