生物技术的种类

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生物技术的种类范文第1篇

[关键词] 中药药性；寒热属性；生物效应；药理网络；模式识别

[收稿日期] 2014-03-18

[基金项目] 国家自然科学基金青年基金项目（30902003）

[通信作者] 吕爱平，Tel：（010）64067611，Fax：（010）84032881，E-mail：

[作者简介] 姜淼，副研究员，从事中药药性分类研究、中医证候分类研究、中西医结合临床基础研究工作，Tel：（010）64014411-2397，E-mail：

1 中药寒热药性研究的重要性及学科发展趋向

中药药性理论作为中药理论体系的基础与核心，是中药学最重要的学术特征，也是中药区别于其他植物类药物的关键，其科学基础的发现是中药现代化发展的先决条件[1-2]。然而，由于药性理论的特殊性和复杂性，其研究已成为制约中药现代化、国际化发展的重要瓶颈[3-4]。寒热药性作为中药性能的核心要素，是目前药性研究的主要切入点，在药性理论中具有基础与核心地位。目前这一领域较为公认的问题可以概括成3个方面：①寒热药性科学内涵的现代科技语言诠释、表征；②寒热药性评价方法/指标体系的构建；③现代中药寒热药性理论构建及临床应用[1]。3个关键问题之中，前2个问题紧密关联、互为基础，只有在对寒热药性的科学内涵做出科学诠释的基础上，才可能构建其评价方法和指标体系；构建了科学准确的评价方法与指标体系，对于寒热药性的科学内涵诠释也提供了依据和思路，二者共为现代寒热药性理论构建及指导临床应用的前提。

因而，在当前科研体系下，基于传统药性的哲学认知，建立科学、可靠的寒热药性分类模型，是解决寒热药性诸多关键问题的重要命题和必要的切入点，不仅能够推进药性理论自身发展，还能够用于厘清药性混淆品种的寒热属性从而更好指导其应用、扩展药性理论应用范畴为中药引入其他植物药新资源，丰富中药学科内容，因而具有深远而重大的意义。

2 基于物质基础研究药物寒热属性分类研究面对的挑战

从物质基础讨论中药寒热属性的思路一直受到研究者们的重视，从化学成分入手寻找中药四性物质基础的方法在20世纪末即成为研究热点，研究方法包括化学分析[5]、文本挖掘[6]、实验研究等多种手段[7-9]；也有学者提出将化学成分概念与系统观点整合研究的框架[10]或方法[11]。然而受限于中药成分的复杂性，大部分结论难以避免局限性和片面性[12]。作者所在项目组应用化学生物学技术，构建了基于药物所含成分的化学结构片段谱的寒热属性分类模型，分类准确性在验证集中可达90%，高于目前世界上现有的应用化学结构判定药物寒热属性的最好报道（81%）[13]。由于模型是基于现有的分子化学片段结构全集构建，较好避免了仅针对某一或某几种主要化学成分研究带来的片面性问题；然而仍然存在2个问题限制了模型的扩展应用：首先，化学结构谱的模型是定性而非定量化的模型，无法解决痕量成分带来较大生物学效应等特殊量效关系情况；第二，分类准确性受限于对目标药物化学成分信息的收集全面程度，如果某一药物的化学成分信息缺失或不准确，分类结果将受到较大影响。同时，越来越多的研究者认识到，药物寒热属性作为药物作用于机体后效应表达的一种高度概括，必然与药物的生物效应紧密相关；因而从生物效应角度区分中药寒热属性，是寒热药性分类模型构建的最重要的、也是必经的方向。

3 从生物学效应角度研究寒热属性分类的必要性

近年来，在中医药“系统观”、“整体观”思想的指引下，多位中药研究者将生物热力学[14-15]、数据挖掘[16-17]、网络药理学[18-20]、化学物质组学[10]等现代科技和理念引入药性理论研究，取得了阶段性成果。例如创新性地开发冷热板示差法应用于寒热药性研究，能够客观真实地反映药物甚至复方寒热药性的差异，且与传统中医药理论对应[1， 14-15]。基于这些研究，多个中药研究优势团队在学科交叉融合的基础上，提出了寒热药性理论研究的基本假说：“药性是中药的特征组分作用于机体的共性靶标而产生的生物效应的高度概括；药性功效科学内涵可以通过共性效应（群）-共性靶标（群）-特征组分（群）加以表征”[1]。指出药性的主要元素包括3个方面[21]，除了物质基础，还包括生物效应、网络靶标，生物学效应在药性判定中的作用受到更高度的重视[22]。

然而，单纯基于某方面功能的药性研究，取得过一些可观的成果，如发现寒热药性与大脑不同部位单胺类神经递质的关系[23]、与抑制脂肪酸合成酶能力关系[24]、与线粒体能量代谢关系[25]等；但因结论多局限于所涉及的个别药物，忽视药性构成因素间的整体联系，难以进行客观化的生物学表征，缺乏能够推论于其他药物的原理性结果，结论不具有普适性，不能从理论层面对于药性原理做出解释，也无法满足当前“系统医学”、“整体医学”、“网络医学”理念下的药物寒热属性生物学效应系统化表征的要求。因而，融合现代多学科方法构建中药药性内涵的合理表征方法，揭示药性的“效应、物质、靶标”三要素现代科学本质，是当前寒热药性研究中的紧迫任务与重中之重。

4 基于生物学效应的药物寒热属性分类研究策略

4.1 网络药理学背景下的药物寒热属性分类研究 随着各种高通量组学技术的不断发展、可处理数据量的几何级数式增加、计算方法与能力的迅猛突破，现代医药学研究也进入了“信息时代”，为研究者提供了全面、系统地探索疾病、证候、疗效、预后等复杂命题的契机[18]。研究技术的进步必然引发研究策略的升级，系统生物学技术的产生，和被认为是“下一代药物研究模式”的网络药理学[26]概念的出现，使得从生物学效应角度为切入点、全面分析中药寒热属性的差异机制成为可能[27]。其优势在于能够用系统与网络的思维来理解中药寒热属性体系中整体生物学效应的复杂性，使得从“小尺度”的分子层面阐释“大尺度”的抽象药性概念成为可能，从而能够发挥寒热药性理论的特色、拓展其应用范畴，通过对其他植物药赋予寒热属性从而将其扩展纳入到中药领域，丰富中药资源。因而，如何将中药药性理论研究与网络药理学方法有机结合，应用网络药理学方法构建中药寒热属性的分类模型，是目前药性研究中最值得“挑战”的问题。

4.2 各种“组学”技术支持下的中药寒/热性矢量药理网络构建与分析 应用生物网络、药理网络分析技术开展中医证候、中药方剂复杂体系研究工作，已有一系列探索取得了令人关注的成果[18]，目前已建立了基于网络大规模预测致病基因、药物靶标的方法[28-29]；融合基因表达谱芯片与文献数据的生物分子网络构建方法[30-32]；以及在网络靶标计算框架下评价药物功能的方法[28]、识别生物分子网络关键环节等方法[33]，在方剂配伍规律、发现药效物质、中医方剂-证候关联机制等方面均有成功的实践应用[34-35]。特别是通过寒、热证候生物分子网络的构建，发现寒热方剂对寒热证患者的治疗作用的生物学基础在于逆转神经内分泌免疫分子介导的能量代谢、免疫应答网络失衡，即调控集体物质流-能量流-信息转换流（代谢）平衡[28]，为揭示寒热证候内在机制提供了重要依据，也为寒热药性的研究提供了有力的参考和技术基础。

然而，药物的寒热属性研究不同于一般的病、证、方剂研究，具有其特殊性。首先，寒热药性的概念作为大尺度概念，具有高度概括性和抽象性，在临床上与证对应，而不局限于某个病种，也不针对某种特殊的体质，这导致了临床试验和动物实验研究设计的难度。同时，脱离了“疾病”概念的单纯证候网络也是难以构建的，因而从药-证网络对应关系角度来解析药性机制难以实现；而局限于某种疾病来对药性进行研究，又难以得出具有普适性的结论。其次，寒与热在理论中具有对立统一的哲学关系，这一关系投射到分子网络中，造成二者紧密关联、难以区分的结果，本项目组依托前一个自然科学基金项目，全面收集文献数据，根据所选典型寒、热性药物的成分所对应的活性靶蛋白，构建了典型寒、热性中药的药理网络，并且进行了网络分析，结果表明寒性药物和热性药物共享大部分靶标分子，仅有相对很小部分特异性分子靶标，表明单纯依据文献数据，没有具体的寒、热药物作用的方向性和强度信息，很难区分药物的寒、热属性。

因而，寒性药物和热性药物具有传统意义上“相反”的生物学效应，却又具有绝大部分共同的分子靶标，这一现象提示，在寒、热性药物的药理网络中加入药物的作用方向和作用强度信息，构建定性定量的矢量性药理网络，是以网络药理学技术判定药物寒热属性分类的研究的关键步骤，而近年来广泛应用的“组学”技术正可以为这一关键步骤提供技术方法。

代谢组学（metabonomics）是20 世纪90 年代中期发展起来的一门新兴学科，是一种研究生物体系中代谢物组的技术和方法，强调把生物体作为一个完整系统来研究，通过测定代谢物组成变化，来认识和反映生物体代谢网络在疾病和药物作用下的变化规律。代谢组学能用反映整体的代谢物图直接刻画出动态情况下的生理和生化状态及变化过程[36]，与中医学的整体观、动态观一致，适于复杂的中医药系统研究[37-38]。蛋白质组学（蛋白芯片）[39]技术的研究对象是蛋白质，其原理是对固相载体进行特殊的化学处理，再将已知的蛋白分子产物固定其上，根据这些生物分子的特性，捕获能与之特异性结合的待测蛋白，可为获得重要生命信息（如某蛋白组分在体内表达水平生物学功能、与其他分子的相互调控关系等）提供有力的技术支持，且具有高通量的验证能力，可以定量研究。有效运用代谢组学与蛋白质组学检测技术，从整体、动态角度评价机体在特定药物干预下的状态，定性定量提取网络靶标扰动的方向、强度信息，可以为构建寒、热性药物的矢量药理网络提供关键信息。

4.3 多学科背景下的药物寒热属性分类模型构建 通过矢量药理网络分析方法发现寒、热性药物的生物效应差异后，还需要对这些高维度的复杂数据进行处理，构建能够直接应用的、具有实用性的模型工具，使研究成果便于应用推广，才能达到应用模型厘清药性混淆品种的寒热属性、甚至将药性理论扩展应用于其他种类药物而扩展中药学资源的目标。

模式识别属于人工智能范畴，发展于20世纪50年代初期，是一个涉及多领域的交叉学科，包括统计学、计算机科学、信号处理、心理学和生理学等等，已广泛应用于自然科学和社会科学的各个领域[40]。其研究内容主要集中在2个方面：生物体是如何感知对象的，以及如何用计算机实现给定任务下的模式识别的理论和方法。模式识别问题是面向多维数据的、按照数据表达的特征将其分类的理论[41]，通过对具体事物进行观测得到的有时间和空间分布的信息，模式所属的类别或同一类模式的总体称为模式类（或简称为类）。“模式识别”是在某些一定量度或观测基础上把待测模式分到各自的模式类中去，其技术在医药领域已经有过诸多成功应用的范例。

模式识别中公认最好4种的分类方法包括模板匹配法、统计模式识别、句法或结构模式识别和神经网络[42-43]。基于现代生物信息学证据的中药寒热属性模式识别过程属于从中药的现代生物信息学研究范式空间（包括生物活性靶蛋白、生物活性通道等参数）向其传统药性研究范式空间（寒热属性）的映射，其本质上属于对事物或现象的不同认识角度之间的映射。因而，选择模式识别技术，对于复杂的数百维生物学效应参数进行处理，建立算法，建立这些参数与寒热属性范式空间之间的映射，是使基于矢量药理网络分类中药寒热属性的研究成果得到更大限度便捷性、实用性与可推广性的优化选择。

5 小结

综上，药物寒热属性是作为药物的特征成分作用于机体的共性靶标而产生的生物效应的高度概括，寒与热具有对立统一的特征规律，共享大部分生物靶标而生物效应呈现相反的方向；这种性能特点，可以通过定性定量的矢量药理网络分析来进行区分，并应用现代人工智能技术构建相关模型，达到应用生物效应参数识别药物寒热属性的目的，从而厘清药性混淆品种的寒热属性，有望为药物寒热属性的判定提供科学方法，也为拓展中药新资源提供策略；同时也将丰富中药理论，推进药性理论应用范畴和现代化进程。

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A cold/heat property classification strategy based on

bio-effects of herbal medicines

JIANG Miao， LV Ai-ping

（Institute of Basic Research In Clinical Medicine， China Academy of Traditional Chinese Medicine， Beijing 100700， China）

[Abstract] The property theory of Chinese herbal medicine （CHM） is regarded as the core and basic of Chinese medical theory， however， the underlying mechanism of the properties in CHMs remains unclear， which impedes a barrier for the modernization of Chinese herbal medicine. The properties of CHM are often categorized into cold and heat according to the theory of Chinese medicine， which are essential to guide the clinical application of CHMs. There is an urgent demand to build a cold/heat property classification model to facilitate the property theory of Chinese herbal medicine， as well as to clarify the controversial properties of some herbs. Based on previous studies on the cold/heat properties of CHM， in this paper， we described a novel strategy on building a cold/heat property classification model based on herbal bio-effect. The interdisciplinary cooperation of systems biology， pharmacological network， and pattern recognition technique might lighten the study on cold/heat property theory， provide a scientific model for determination the cold/heat property of herbal medicines， and a new strategy for expanding the Chinese herbal medicine resources as well.

生物技术的种类范文第2篇

1.1PCR核酸技术

PCR核酸技术是构成分子生物技术的核心技术，也是整个技术中最具有广阔应用前景的一项实用技术。PCR核酸技术由三部分构成：PCR-SSCP技术、PCR-DGGE技术及PCR-RFLP技术。a)PCR-SSCP技术是PCR核酸技术的一个重要构成，通过将银染方法技术和荧光检测技术结合研究，对SSCP凝胶DNA谱带结构的高效率方法进行合理优化分析，使整个SSCP凝胶DNA谱带结构获得保障，进而通过检测分析提取的环境样品的试验对应内容，通过提取出环境样本中的DNA组别对整个试验后续过程进行有效分析[1]；b)PCR-DGGE技术是对生命物理学内容的实际应用，按照一定顺序检测生命物质碱基，获得变性试剂解链不同的内容物质反映，对样本进行检测，达到研究目的。可以从环境样本中提出相关样本基因组别的DNA，为后续试验提供样本。按照PCR扩增原理扩增样本DNA数量，保障目标基因组的数量；c)PCR-RFLP技术虽然也属于PCR核酸技术，但与上述两种技术相比有较大不同。PCR-RFLP技术通过利用限制性核酸内切酶，对不同位置在特异的位点上结合，进行有关的DNA识别，通过识别试验了解DNA的双链结构，分析整个试验。这项试验的具体操作方法是通过在被当作引物的物质内，单独添加项目标记，使这个标记项目具有位置的一定性，这项标记可以在后续实验中作相应的类型对比参照，在进行DNA结构切割实验的过程时，需要对样本内采用相应的限制性核酸内切酶，得到相应的DNA双链片段[2]。

1.2PCR的测线技术研究

微生物环境技术研究需要按照生物学有关内容，利用分子生物技术使微生物环境中能偶分离出一些崭新的、有价值的研究群体或不同类型种类的生命特征。因而对微生物环境中各品种、各类别和种类的确定，可以为新微生物群体的发现提供有力的技术保障，使PCR测序技术能够在微生物环境检测中发挥实际应用价值。

1.3基因探针测试技术的研究

基因探针是通过对微生物环境中的特异性研究，对单链DNA的片段进行序列研究，在结合解链的相关操作步骤中，根据碱基结构生物学的互补原理，对微生物环境中提取的样品进行相应交互反应对照观察。在提取的微生物样本中微生物基因探针上进行相应位置标记，可以在微生物繁殖过程中进行有效对比观察，使微生物环境中生物技术的发展获得有效、直观的保障[3]。

2分子生物技术在环境工程微生物领域中的应用

2.1环境排放对微生物多样性的影响

自然环境中存在数量众多的生物种类，生物结构和类型存在很大不同。众多生物的结构微小，不容易被直接观察到，却广泛地生存在生物介质如河流的底泥、污水等处，这些被统称为微生物。随着工业的快速发展，环境污染逐渐加重，使微生物的生物学结构发生一定程度变化。在保障环境治理的同时，也要对微生物进行观察和了解，通过与环境因素的有效结合，使微生物研究获得有研究价值的资料。要了解环境首先要从环境的生物群上进行研究，要治理环境就要从环境工程的微生物群种中进行研究，选取相应方法技术，提供有价值的研究数据。在生活、生产中的垃圾排放要进行管理和规划，控制垃圾排放对微生物生物结构变化产生的影响，保障微生物群的多样性和生物学良性发展。

2.2对污染物的降解作用

现代工业的快速发展使污染物增多，严重地破坏了生态环境。其中有的化学物质很难被有效清除，对环境的影响有直接的破坏作用，分子生物技术是可以通过微生物对环境的影响使环境的结构产生一定变化，为污染物的降解提供新的解决途径。中国的分子生物技术需要根据时展的客观需要，研究微生物修复的相关机制，得到微生物改善土壤和水质的有效性方法，这种降解过程与传统降解过程相比具有对生态环境保护和协调作用。

2.3石油降解技术应用

中国工业发展的重要特点是能源消耗速度快，社会发展离不开能源。目前环境污染治理与工业发展速度不协调，石油等能源污染问题使环境治理工作的难度加大。石油污染的类型是多种多样的，污染可以出现在石油生产中，也可以出现在海上石油平台，多种多样的污染问题使污染处理困难重重。分子生物技术可以在石油降解工作发挥很大作用，分子生物技术比传统降解技术具有多种优势且成本相对低廉，应大力发展分子生物技术和石油降解的相关研究。

3结语

生物技术的种类范文第3篇

1有关生物技术的相关内容

1.1生物技术的定义及主要用途

所谓的生物技术是指生物学家们利用一些特定的技术手段对生物体进行改造之后使其能够为了人类更好的服务的技术。这种技术，已经随着我国科学技术的不断进步而取得了快速发展，不仅仅是能够有效的预防以及诊断各种疫病，还可以从遗传学的角度对生物新品种的培育起到很重要的推进作用。此外，生物技术还可以为这些牲畜以及家禽提供更易消化以及更富有营养的食物。由于每个生物不同的特性，在生物技术的发展过程中已经逐渐的产生了一定的分科现象，比如说发酵技术以及现代生物技术等等。前者比较便于理解，而后者主要包括一些为现代人们提供具体服务的学科，最主要的是遗传学、生物化学以及免疫学等等。

1.2生物技术在诊断和防治动物疫病中的应用

在防治动物疫病方面，运用生物技术培育的基因工程兽用疫苗与常规疫苗的生产相比生产周期更短，疫苗的种类更多，效果更强大，并且降低了由于残毒和污染而造成的生物污染的机率。常见的有预防禽痘病毒的活病毒载体重组疫苗、基因缺失疫苗、核酸疫苗等等。在畜禽疾病诊断方面，随着生物技术发展而产生的限制酶分析法、免疫印迹法、核酸探针法以及聚合酶链反应法等多种分子生物学的诊断方法都是畜禽疾病有效的诊断方法。

1.3在净化畜禽环境中应用

生物技术因为养殖业大多都十分集中，所以畜舍中所散发的十分难闻的气味含有氨气等对人体及畜禽有害的物质，因此，必须采取相关的措施对这种情况加以预防和制止。现阶段容易出现的肉鸡和一些猪出现呼吸道疾病都是由于畜舍内含有大量的氨气而造成的。科学家们从沙漠植物莫哈欠丝兰中提取的糖化合物，能够让舍内H2S、NH3、粪臭素等减少，增强牲畜血液中含氧成分，在一定程度上提高了猪的生产性能，也有效的减少了鸡出现腹水症的几率。发酵床养殖技术的应用，不仅改善了养殖环境的质量，提高动物产品的品质还降低了养殖成本，实现了养殖污物的零排放。

2生物技术在畜禽疾病方面的具体应用

生物技术在畜禽方面的应用前景更加的广阔，尤其是在疾病探索方面。一般来讲，在畜禽饲养和疾病预防以及诊断效果等方面表现最明显的就是生物技术。一方面，生物技术能够针对畜禽出现的不同症状或者是感染的不同病毒研究出不同的疫苗，进而提高感染疾病动物的存活率。另一方面，生物技术所研究的疫苗和通过其他途径获得的疫苗相比具有更大的竞争优势，原因是这些疫苗对生物体具有很强的保护性。因此，在目前及以后的疫病防治中，生物技术都能够发挥很强的针对性和效果。值得一提的是，现在的生物技术还能够对原有的疫苗进行技术上的弥补工作，使其更具效果。所以，依目前生物技术在我国的应用来看，在未来很长一段时间之内，这项技术都会为动植物带来更大的利益。传统的化学农药和化学肥料对动物、人和整个生态系统都有很强的副作用和长期滞留的毒害作用。目前利用DNA重组技术，制成的微生物杀虫剂和微生物肥料，可有效地降解生物，大大减少了环境的污染，维持了生态的平衡。

3结束语

生物技术的种类范文第4篇

现代生物技术作为环境监测的主要技术，其监测水平的高低将直接影响到环境监测的精确度。现代生物技术也叫做生物工程。在分子生物学基础上建立的创建新的生物类型或新生物机能的实用技术，是现代生物科学和工程技术相结合的产物。其特点主要包括以下几点：

（1）可以将物种之间的界限打破。在传统观念中，遗传育种过程中如物种亲缘关系较远，进行杂交成功的可能很小。更无法做到动物与植物之间的结合、细菌与动物之间的结合。但基因工程可以将这些都变为现实，可以打破的障碍；

（2）可以遵循人的意志、目的对生物遗传特性进行定向改造，甚至进行新物种的创造，改变整个生态环境，影响到人类的进化过程；

（3）这种技术可以在遗传物质核酸上直接进行操作，进而新生物类型创造的速度也越来越快。因为现代生物技术的特点，已经成为世界各国专家研究的焦点问题。近年来，这项技术在环境监测中已经取得了不错的成绩。本文主要对环境监测中现代生物技术的生物芯片、生物传感两种技术进行了分析与探究。

2　环境监测中生物芯片技术的应用

目前生物芯片已经可以对公共饮用水内的微生物改变进行实时监测，RhodeIsland大学研发出可以对水中的沙门氏菌与大肠杆菌进行瞬时监测的一种生物芯片技术。细菌检测与鉴定系统的建立可以通过DNA芯片进行，这种方式可以对细菌的种类、浓度进行及时监测，并通过将大量的寡核苷酸探针增添到芯片上可以增强本系统的精准度、扩展其检测范围及提高其鉴定能力。

3　环境监测中生物传感技术的应用

在环境监测中生物传感技术也要进行大气内二氧化碳、二氧化硫等含量与浓度进行分析。点位传感器的制作可通过自养微生物与氧电极进行有效制作，起到多种离子、与挥发性酸的抗干扰作用，并对大气环境内二氧化碳含量进行不间断自动在线分析，这种技术具有较高的灵敏度。安培型生物传感器的制作主要硫杆菌属与氧电极进行有效制作，这种设备可以进行酸雨酸雾样品内二氧化硫含量的检测，微生物传感器主要通过多孔气体渗透膜、固定化硝化细菌及氧电极合成，可以对样品内亚硝酸钠含量进行测定。

4　结束语

生物技术的种类范文第5篇

关键词：环境生物技术,微生物,生物净化,生物修复,生物降解,反应器

环境生物技术(environmental biotechnology)是利用生物的生理活动，高效净化污染环境以及将污染物转化为资源的人工技术系统。作为一门新型的边缘学科，主要涉及生物技术、工程学、环境学和生态学等学科，不仅包含了生物技术所有的特点，还融合了环境污染防治以及其他工程技术, 其核心是微生物学过程［1］。它是近20年来产生的一门多学科相互渗透的新兴边缘学科,环境生物技术可以按技术难易划分为三类［2］ 第一类是指以分子生物学技术为主体,以基因工程为主导的污染控制与监测技术,包括构建降解杀虫剂、除草剂、多环芳烃类化合物等污染物的高效基因工程菌,创造抗污染型转基因植物等。第二类是以目前大量应用的经过改革与创新的生物处理技术,如生物流化床法、上流式厌氧甲烷发酵法和变形活性污泥法等等。 第三类包括：生物稳定塘、人工湿地和污染控制资源化生态工程等自然净化系统。 本文仅讨论后两种环境生物技术。

1.环境生物技术的特点

作为高新技术之一的生物技术用于污染治理已有悠久的历史。但是,由现代生物技术和环境工程技术相结合的环境生物技术,是20世纪 80年代才诞生于欧美地区［3］。 环境生物技术是21世纪国际生物技术的一大热点领域,它将在环境治理上发挥着重要的作用。环境生物技术产生、发展及演变与一系列的环境污染问题有着密切的联系。 近年来,随着细胞融合技术、基因工程技术、分子生物技术等的发展,环境生物技术得到了进一步的发展。生物与环境之间既有对立的一面,又有统一的一面,生物体靠体内调节和变异来适应环境变化,同时通过自身来影响和改变环境。 环境生物技术拥有许多其他方法不可比拟的优势,如微生物对各类污染物均有较强、较快的适应性,并可将其作为代谢底物降解和转化,具有效果好、运行费用低、无二次污染等优势。用生物方法处理污染物的最终产物大都是无毒无害、稳定的物质,如二氧化碳、水、氮气和甲烷等,通常可一步到位,避免了污染物的多次转移,因此它又是一种消除污染安全而彻底的手段。另外,生物处理技术的产物或副产品,大多可以较快生物降解的,并可作为资源加以利用,有助于把人类活动产生的环境污染减到最小程度。生物技术还易于进行大规模操作,一些生物曝气池、生物滤池的容积之大,也是其他工艺望尘莫及的。 生物方法还可以就地利用天然水塘或土壤层作为污染物处理场所,这可大大降低处理费用。因此生物技术在环境领域的应用将是势不可挡的。 环境生物技术具有深远的发展前景,特别是对于寻求用低成本解决环境问题的发展中国家具有极大潜力。

目前，环境生物技术在废水处理、废气处理、环境监测、污染检测和补救、毒性鉴别等诸多领域的应用研究已经开始进行［4］ ,有些也已取得了初步成果，但是环境生物技术的潜在优势还远没有引起人们的重视。

2 环境生物技术的应用

生物技术在环境方面的应用主要有：用植物和微生物清除环境污染物、毒物；用生物传感器监测污染；用微生物杀虫剂代替化学杀虫剂等。运用环境生物技术进行水污染治理，是目前采用的主要技术措施，它具有以下优点： ①生物既具有很强的吸附力，又具有良好的沉降性,处理效果好； ②生物具有很强的降解能力，处理效率高； ③可处理水量大,方法成熟； ④成本低,无二次污染。 生物法在处理污水时所起的重要作用已受到关注,它在环保领域中的应用还有待于进一步研究和拓展，以下几点是环境生物技术在环境污染治理方面的具体应用。

2.1生物修复

有毒化学品尤其是石油、有机氯化物、化学聚合物等造成的污染已成为世界性问题,在各种清除污染物的技术中，生物修复是最有前途的技术之一。 生物修复即生物除污，是指生物特别是微生物催化降解有机污染物，从而修复被污染的环境、消除环境中的污染物或修复由于对生态系统管理不善造成的损害的一个受控或自发进行的过程。不同类型的生物都有不同的生物除污作用。例如：利用植物吸收污染物(植物除污) 是一个正在兴起的研究领域。 植物修复技术是以植物忍耐和超量积累某种和某些化学元素的理论为基础,利用植物及其共存微生物体系清除环境中的污染物的一门环境污染治理技术［5］ 。

2.2 生物监测

传统的环境监测以化学分析用成熟的仪器为主,当代生物技术发展了生物监测为主的新手段,如通过测定微生物的酶和细胞基因等监测环境的变化。 目前研究较多的有生物发光菌、卤素呼吸菌、苯乙烯降解菌等,主要监测水体中的有害物质和海水中藻类的爆发。

2.3 微生物降解技术

微生物对污染物质的代谢、转化及降解作用,是当今环境污染控制研究中最活跃的领域之一。 许多微生物和原生动物可以净化废水，传统的生物处理技术大多是对自然生长的微生物群体加以驯化、繁殖利用，对污染物的降解水平较低。 20世纪70年代以来，针对一些特定的有毒废水或成分单一的高浓度有机废水,已选育出具有较高降解活性的菌种,并进行纯培养后用于废水处理，已初步显示出一定的优越性，成为近年来利用生物处理废水的一种常用方法。微生物在废水处理中的特殊作用将不断得到挖潜,而且用微生物来处理环境污染物是一种安全、经济的方法。

2.4 生物发酵技术

生物发酵工程涉及最早的领域是废水生物处理。目前关注的生物发酵技术主要有： ①水解- 好氧生物处理法( H/ O 法) ,其特点是将厌氧过程控制在水解和酸化阶段。用H/ O 法处理表面活性剂废水、焦化废水和印染废水等难降解工业废水,其效果十分显著,COD 去除率较常规法提高20 %～30 %；处理城市污水时,其出水COD 浓度

2.5 生物强化处理技术

为了提高废水处理的效果,而向废水中投加从自然界中筛选的优势菌种或通过基因组合技术产生的高效菌种,以去除某一种或某一类有害物质的方法. 主要强化方法有:

①高浓度活性污泥法,以高污泥浓度和长泥龄来促进对难分解物质的处理,加快反应速度。 日本用该法处理难分解的聚乙烯醇和粪便污水取得显著效果［6］ 。 ②生物- 铁法,是在普通活性污泥中加入无机盐如铁、钙、镁等,多用铁盐(氢氧化铁或氧化铁粉) ,形成生物铁絮凝体活性污泥,具有高浓度活性污泥法的特点,主要用来提高去除污水磷的效果。 ③生物- 活性炭法,综合利用微生物氧化能力和活性炭良好的吸附能力,使二者产生协同增效作用。在该系统中,每克活性炭去除1～3gCOD ,分解废水毒性能力增强,同时还显著提高了脱氮水平 。

2.6 生物反应器技术

生物反应器技术,是现代生物技术发展的一个主要方向。该法主要应用于制药、食品、精细化工等行业。其特点是：容量大,连续运行,自动化控制,操作简便。 美、英、德、日本等现大量生产现代化的新型生物膜反应器,其共同特点是反应器内装有比表面大的载体,有利于微生物附着生长形成生物膜；供气或供给的其他反应条件优越,污染物具有充分的时间与微生物接触,有利于增强微生物的分解代谢能力。我国的北京、上海等地也在积极开发研制。目前,2000m3的反应容器已经问世。 虽然其处理能力较低,造价较高，但其管理方便,运行费用低，所以欧美地区约有70 %的污水处理厂采用该技术⑸ 。

2.7 微生物絮凝剂的应用

微生物絮凝剂是利用生物技术,通过微生物发酵,抽提精制而得到的一种具有生物分解性和安全性的新型、高效、无毒的廉价的水处理剂，这些都是目前使用的无机或有机合成高分子絮凝剂等所不具备的。 通过细菌、真菌等微生物生产出的生物絮凝剂由于具有降解性能好,使用成本低,不会导致二次污染等优点已广泛应用于工业废水处理中。目前,已筛选出19 种具有絮凝能力的微生物,其中,霉菌8种,细菌5种,放线菌5种,酵母菌1种［3］。 随着生物技术的发展,生物絮凝剂的开发与应用具有良好的发展前景。

2.8 生物净化技术

生物净化处理包括稳定塘和土地处理系统。 稳定塘是污水处理技术中最简单的一种,其特点是结构简单,工作可靠,不需要什么特殊技术就可连续处理污水。 一般停留时间较长,需占用较大的土地面积。 可用于污水的一级、二级处理。 土地处理系统是利用土壤及其微生物、植物根系的净化能力处理污水,同时利用污水中的营养元素和水分促进农作物、牧草或树木生长,具有一定的生态效益和经济效益。 其特点是投资少,能耗低,易管理和净化效果好。 若这两个系统有机结合,可实现污水的二级、三级处理。 由于稳定塘系统比正规污水处理厂更能有效的去除有机化合物及N、P 等,由厌氧塘、兼性塘、好氧塘串连而成的稳定塘系统已成为二级处理的有效替代方法［7］。

2.9固定化微生物技术

它是生物工程领域中的一项新技术。 进入20 世纪80 年代以后,国内外开始应用这种具有独特优点的新技术来处理工业废水和分解难生物降解的有机物质,并取得了令人瞩目的成果。 随着现代生物工程技术的不断发展,一些具有特异性的优势菌种不断得到改造或创造,将这些高效专性菌脱色菌、脱氮、脱磷菌等进行固定化后,菌体密度提高,大大提高了处理效率,尤其是对难降解有毒物质的治理有明显的优势。

3 环境生物技术的发展趋势

环境生物技术是我国的一个重要发展领域,也是解决环境问题的根本措施。应结合我国国情进行急需的环境生物技术研究, 从国内外的研究与应用现状可知,目前环境生物技术最有应用前景的领域是高效的废物生物处理技术、污染事故的现场补救、污染场地的现场修复技术以及可降解材料的生物合成技术。

3.1 生物反应器的研究与发展

厌氧与好氧工艺相结合,生物膜与活性污泥相结合的反应器将成为废水处理反应器的主要发展方向。 其技术发展的总趋势是在活性污泥中加入载体,发展既有固定载体又有流动载体,既有好氧又有厌氧固定膜的反应器,最大限度的增加反应体系中的生物量和生物类群,最高水平地发挥微生物降解污染物的生物活性,同时兼顾便于管理和降低运行费用。 高质量传感器,信息传输与数据处理等构成的自动化控制系统,将在多种反应器中发挥作用,提高生物处理的效率,节约大量的人力,简化操作程序。

3.2 利用生物技术实施资源化战略

采用生物技术方法建立无害化生产工艺过程,实现废水循环利用,同时将部分无毒有机污染物转化为副产品,开发利用废物生产甲烷,氢气和燃料乙醇的多层次生物技术,增加由生物发酵处理有机废物的资源化工程的种类和产品,充分实现废物资源化。

3.3 建立各种生物监测手段

在环境中低浓度污染和沉积物中的污染物的研究方面,除继续应用指示种、耐污种、敏感种以外,还应利用各种形态、生理、生化、遗传的异常改变和群落多样性指数,建立各种生物监测手段,其中生物传感器技术具有广阔的应用前景。

3.4 利用微生物进行生态环境修复

一些生态工程,如污水稳定处理、土地处理、固体废弃物处理技术和方法在环境污染处理方面起到很重要的作用。 近年来人们更加重视土地、湿地、湖泊、河流的生态修复与重建工作,并发展用于环境修复的多种微生物制剂。 这方面的研究方向主要是对环境污染具有抗性的生物种类的筛选和培养。

另外,一些新的应用领域也引起了注意［8］，如超级工程菌的构建,从环境中分离筛选出的菌种，其降解污染物的酶活性水平有限，需要对这些菌株进行遗传学改造。因此使近期的研究热点从一般的筛选工作转入到降解代谢途径、降解酶系组成以及其遗传控制机制上来。在此基础上就可能实现用质粒

转移、分子育种和基因重组技术构建有特殊功能的超级工程菌。人工构建的能够生物降解污染物的基因工程菌，具有生长繁殖迅速，絮凝性能好和对难生物降解污染物的较高降解活性。