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【专家解说】：化学物质是人类社会发展的基础。但人工化合 物的大规模制造和使用造成了严重的环境污染，成 为全球普遍关注的严峻问题C1-37。众多的人工化 合物释放到生态环境中后，微生物没有足够的时间 和充分的环境条件来“进化”其代谢途径，因此表 现出有机化合物的难生物降解性。虽然这类化合物 在自然界里存在的浓度很低，但由于在生态系统中 通过食物链的生物浓缩作用，最终会影响人类的健 康。如源于含氯有机化合物的环境荷尔蒙污染正在 威胁着包括人类在内的生物生殖体系。化合物对环 境产生的风险(Risk)可由以下的公式来表示，取决 于化合物本身的危害度(Hazard)和在环境中的暴露 程度(Exposure): 因此，为降低化学物质对环境的污染，首先需 要开发各种清洁生产工艺，生产环境友好的化合 物。与此同时，必须开发减少化学物质在环境中的 暴露程度(浓度和时间)，即化合物的降解或处理技 术。随着难降解化合物的污染问题的表面化和人们 对环境污染问题认识加深，20世纪90年代，难降 解化合物污染的生物修复技术的研究和应用日益引 人注目，与此同时形成了环境生物技术这一系统的 学科领域。环境生物技术是生物技术与环境科学和 化学工程等领域交叉的学科，是生物工程领域新方 向。2002年10月的美国科学杂志(Science)刊登了 环境微生物技术的研究特辑[4]英国的自然生物 技术杂志(Nature Biotechnology)于2003年2月刊 登了具有芳香化合物降解能力的假单胞杆菌 (Pseuclumunas sp.)作为多样生物催化剂的可能 性[[5]，近几年，国外还涌现出了大量的有关环境 生物技术的书籍，足见环境生物技术研究在国际上 己成为重要的前沿研究领域。国际环境生物技术 Biotechnology)成立于1993年，自1996年起每年 召开一次国际学术会议，成为讨论环境生物技术研 究发展的重要舞台。目前，环境生物技术的研究范 畴普遍被认为包括环境微生物学，水、大气和土壤 的污染治理及机理，难降解化合物的生物修复及机 理，可再生生物质资源的利用技术及机理，清洁生 产技术，清洁生物能源的生产技术及机理，生物检 测等[6-81。由于篇幅有限，本文针对近年来难降 解化合物污染的生物修复技术的研究进展进行综 述，希望能对我国的环境生物技术研究发展起到抛 砖引玉的作用。 在实验室里可以从污染严重的土壤和水中分离 或检测到分解污染物的微生物，这一事实说明，在 自然界里这些微生物由于环境因素所限，无法表达 或诱导出其分解人工化合物的能力，导致人工化合 物的难降解性。由于微生物反应的温和性和多样 性，通过强化微生物的代谢分解作用进行污染控制 的生物修复技术是解决难降解化合物污染的关键技 术，在发达国家已经得到了极大的重视，具有广阔 的产业化前景[[9.10]。以日本的土壤污染处理为例 比较一下生物法和其他方法的处理成本:利用生物 修复技术进行处理时需要的设备投资极小，其费用 大约为4 000日元/耐(合人民币约250元/m3)，但 采用高温燃烧、清洗或加热挥发等处理技术时成本 .要高约5-10万日元/时吩人民币约3 100-6 200 物理化学方法相比，生物技术无论在操作条件和成 本上都具有巨大的优势。环境生物修复技术主要由 三方而的内容组成〔11-1a]: (1)利用土著微生物代 谢能力的技术(Natural Attenaution); (2)活化土著 微生物分解能力的方法(Biostimulation法、简称生 物活化法);(3)添加具有高速分解难降解化合物能 力的特定微生物(群)的方法(Bioaugmentation法， 简称生物添加法)。从工艺上看，生物修复包括原 位修复(In Situ Bioremediation)和异位生物修复(Ex Situ Bioremediation)-异位生物修复包括生物反应 器法、泥浆反应器、土壤堆积和堆肥。显而易见， 环境微生物的功能及其在生物修复过程中的表达条 件研究是环境修复技术成功的关键所在。污染修复 工艺的实施过程如图1所示[C7] 生物修复作为环境生物技术的核心部分，近年 来在基础和应用研究上取得了重大进展，展示了在 实际污染控制中应用的可能性。生物修复技术和物 理化学方法相比，在处理成本上占很大优势，比如 美国军事环境中心对1万吨以上的污染土壤修复成 本的研究结果表明，异位生物修复技术成本为 230-300 US $/t，而燃烧法的成本为740 US $ / 产1]。与异位生物修复相比，原位生物修复技术成 本将更低，但影响因素多，工艺条件控制难。因 此，研究开发在复杂的污染体系中快速定量检测污 染物的变化和降解微生物及其群落变化的简便方 法，生物修复优化控制方法和理论将是今后环境生 物技术的重要研究方向。 对于生物降解性低的化合物，生物强化技术是 最具应用潜力的方法，在微生物制剂及其强化工艺 方面值得进一步深入研究。但对于生物强化法的研 究，有两点值得特别注意:(1)外来微生物的添加 有可能积累毒性更大的中间代谢产物;(2)如果添 加的微生物是基因工程菌，其在开放体系中使用时 应注意安全问题。l+二和灯P标记的降解微生物在 生物强化体系中便于被快速定量检测，有望在生物 修复技术中得到广泛应用。虽然向降解微生物内导 入标记基因lu.r和x介的工作属于基因工程操作， 可以利用转座子基因的方法将[!L:和尺了》导入到宿 主细胞的染色体上，因此系统整体的安全性很高， 具有系统深入研究的价值。适于广域宿主细胞的导 标记基因的载体，及其在各种分解菌中的应用有待 于今后进一步地研究开发。 环境微生物的污染物代谢途径丰富多彩，是复 杂有机物转化的生物催化剂资源库15,42].随着对 环境微生物功能研究的不断加深，环境微生物作为 新型清洁有机合成的生物催化剂将扮演重要的 角色。 我国的环境污染已成为制约经济发展的严重问 题，污染修复技术的基础和产业化研究己成为必须 的选择。因此，加快我国的环境生物技术研究，发 展新的研究领域势在必行。