生命科学对环保的贡献

生命科学进展报告

姓名：王宇洲班级：16111002 生物工程2班题目：生命科学对环保的贡献

摘要：20世纪世界工业大发展，带来巨大的经济效益和科技进步的同时也带来了不小的

环境问题和资源问题。以化石能源为主要工业生产燃料的内燃机产生大量温室气体和有毒气体，同时大量的生活和工业垃圾的产生都造成了严重的环境污染。以超级细菌为基础的实验正在进行，目的是消除有毒的垃圾，并且清洁的生物能源也在探寻之中。21世纪注定将由生命科学拯救环境和资源危机。

关键字：超级细菌环境污染生物能化石能源

正文：

随着第一次和第二次工业革命的成功完成，加之工业化生产的不断发展和燃油机车数量不断攀升，污染问题已经越来越严重，为本来看似很美好的工业化时代蒙上了一片乌云。另外由于环境污染，直接或者间接地也影响着人们的身体健康。环境问题越来越受到人们的重视。

工厂的浓烟滚滚以及机动车的缕缕尾气，侵蚀着湛蓝的天空，更摧残我们的呼吸系统，给予我们最直接的伤害，工业废水违规地倒入河流，污染灌溉用水，污染了鱼虾果蔬，间接地伤害着我们。环境治理已经到了刻不容缓的地步。更重要的是化石能源也濒临枯竭，代替的可靠的新能源也亟待找到。环境污染，公民身体健康与能源问题正在羁绊着城市的发展。

面对经济的快速发展和日益严重的环境污染，合理、有效的处理环境污染物已迫在眉睫。传统的物理和化学去污方法都可以达到一定的净化效果，但成本较高，过程较繁琐，易造成二次污染。近年来，利用微生物和其他环境生物技术在处理环境污染物的方法具有安全、高效、低成本的优势，并逐渐引起人们的注意，从而派生出了一门“环境生物技术”的学科。主要是通过生物技术、环境工程研究和生态环境的组成，是一个综合性的科学体系，涉及多种学科，它反映了在基础科学研究的最新成果的产生和发展，也体现了工程科学发展的新技术，新工艺，环境工程技术的发展方向。

首先，面对城市里的每天堆积如山的垃圾，传统的方法就是填埋或者焚烧。前者受到的空间限制很大，后者又对环境有二次污染。于是对于分解垃圾的细菌的研究也一直在紧锣密鼓的进行着。日本的环境科学家发明了一种使用微生物和微计算机的组合，并通过加入特殊的生物废料的制冷剂，会迅速分解成水和二氧化碳称为生物技术处理厨房垃圾的微机。厨余垃圾各种剩饭，剩菜，鱼骨，肉骨，蟹，虾、蔬菜，水果，约3-5天后超过92％的废物完全分解成无臭，无味的水和二氧化碳。原来，这些微生物是由活性细菌和藻类复合组成，他们吞噬所有的有机物质，包括动物和植物蛋白和动物残留的纤维组织，他们身体内迅速生成使其转化为水和二氧化碳的酶，只留下极少量的残碳，钙，磷，铁等。这些产物就需要另外的辅助反应进行分解。

另外对于废弃农作物如秸秆等通常采取十分污染环境的焚烧方法，目前最环保的处理方法是沼气池消化。沼气含有多种气体，主要成分是甲烷为主。沼气细菌分解农作废物，产生沼气的过程，叫沼气发酵。沼气发酵过程中沼气细菌可以分为两大类：第一类细菌叫做分解菌，它的作用是将复杂的有机物分解成简单的有机物和二氧化碳等。第二类细菌叫含甲

烷细菌，通常叫甲烷菌，它的作用是把简单的有机物及二氧化碳氧化或还原成甲烷。因此，有机物变成沼气的过程，就好比工厂里生产一种产品的两道工序：首先是分解细菌将粪便、秸秆、杂草等复杂的有机物加工成结构简单的半成品化合物；再就是在甲烷细菌的作用下，将简单的化合物加工成产品即生成甲烷。生成的甲烷气更可以取代化石能源用于做饭和内燃机，更加环保，更是截断了空气污染的源头。

厨余垃圾这样的生活垃圾和农产废物想来来对于环境的影响构不成大伤害，然而像生产中生活中应用到的塑料制品塑料袋橡胶等等，他们不易被环境当中的普通细菌所分解，一般采取焚烧，随之而来的是容易反应生成二恶英，这种毒素对于人体是致命的伤害。消灭二恶英的传统方法就是一种生物方法，利用RW1细菌可以吞噬二恶英，但是效率有待提高。2005年日本科学家在水田里发现一种鞘氨醇单胞菌，通常的细菌都是先用自身产生的酶在体外分解高分子物质，再摄入分解得到的小分子物质。但是这种土壤细菌长只有１微米，有一张直径０．１微米的大嘴，能吞下整个高分子物质。研究人员将这种细菌体内那些与吞咽口器和分解物质相关的５个基因植入细菌ＲＷ１体内，经过培养，ＲＷ１细菌的表面也长出了大嘴，分解并除去二恶英的能力提高到原来的两倍。科学家们预测将同样类型的吞噬分解基因植入其他细菌体内或许还可以培养出用于消除镉等有害重金属的超级细菌。

追究环境的空气污染的源头，过量的使用化石燃料是罪魁祸首之一。不过当下主要的内燃机全是应用化石燃料，因为化石燃料便于获得并且成本较低。太阳能风能潮汐能都需要很高的研发成本和设备成本，核能更需要担更高的安全风险。另外随着西亚政坛动荡和资源枯竭，化石能源濒临用尽，所以急需化石能源的替代品。综上所述，生物能源就是担当接替化石能源的最佳候选。

生物能源是可再生能源，通过太阳能转换，故生物能源取之不尽，用之不竭的。生物能源是一种清洁能源。绿色植物光合作用的生物能源转换过程中结合二氧化碳，生物能源使用过程中，产生二氧化碳和水，形成零净排放的二氧化碳从理论上讲，物质循环。生物能源也被认为是唯一一个可以存储太阳能，取代化石运输燃料，具有无可比拟的优势。

利用生物能源也可以产生电流，将细胞生物电流储存起来，可以供人类日常照明使用。为藻类提供充足水、二氧化碳和阳光它就可持续繁殖和培养，科学家发现特殊培养的藻类进行光合作用时，就能够产生微弱的电流。在锥形的玻璃容器中装有一定数量的藻类，对着瓶口吹气来增加二氧化碳就能收集到电流点亮瓶中的LED灯。

二氧化碳既是一种重要温室气体，也是一种化工原料，当二氧化碳的释放与吸收未达到动态平衡时，就会给生态环境产生不良后果。二氧化碳作为一类废气需要进行转化，实现资源化的研究有着重要意义。利用藻类，特别是那些微型单胞藻不论是原核的或是真核的，它们是吸收二氧化碳进行光合作用生产绿色新能源最有效途径。大量微型藻增殖过程中充分利用二氧化碳，在光照条件下合成有机物将太阳能储存起来，其藻体生物量称得上是个巨大的“储能库”。这个储能库所固化的酯类和淀粉是人类可以应用的很好的生物能。

乙醇汽油和生物制氢目前都已经有所应用。另外通过植物叶片产生酯类化合物作为能源也是生物能的一种，美国2010年12月17日宣布,将通过脂质发酵途径从生物质生产可再生喷气燃料,即从纤维素生物质生产使用时可完全兼容的喷气燃料。这一实验将验证脂质发酵工艺过程,使之可从纤维素生物质,规模化在商业上生产经加氢处理的可再生喷气燃料。可再生喷气燃料可通过采用石油炼制常用的方法，从可再生油类来生产脂肪酸和甘油三酸酯。

为了寻求能源合理利用的新途径，开发可再生的清洁能源已经迫在眉睫了，能源成为人类迫切需要解决的难题。以可再生资源为原料，生产乙醇汽油、生物柴油和生物氢气，具有清洁、高效、可再生等突出特点。随着生物技术的发展，在关键酶如纤维素酶、木聚糖酶等方面已有较大突破，因此利用纤维素发酵制备酒精已为时不远了。我国有丰富的植物油脂及动物油脂资源，同时我国农耕发达产生的秸秆可以用于纤维素酶分解。生物制氢已有较好基