面对难降解环境污染物的历史性选择

一、面对难降解环境污染物的历史性选择

环境中微生物对难降解环境污染物(大多为异生物源物质)降解的障碍在于关键酶和降解途径进化的慢速度，而通过基因工程人为改造降解微生物可以人为加速进化过程，并以此克服基因基质范围的限制，克服调控的瓶颈，克服对新基质的降解歧途，克服副产物的毒性。

1.胁迫条件下漫长进化过程的人为提速

新的环境污染物(大多为异生物源化合物)进入环境是对生态环境中微生物的一种胁迫。新到的化合物对微生物来说是一种选择性的压力，从理论上说任何新进入的化合物都迫使微生物进化出对其的降解能力，这些化合物终将被完全降解(见第八章第四节)。目前的研究表明基因突变、接合作用、转化、转座以及基因转移和重组可以形成新降解基因使微生物进化出新的降解能力。但微生物的降解能力进化速度是缓慢的，获得一个新降解基因就可被降解的2，4-D在20世纪50年代开始使用，在60年代后期才分离到能以其为唯一碳源和能源的细菌。需要获得多个新降解基因才能得到降解的阿特拉津则需更长的进化时间，其1959年开始使用，而直到1993年后才分离到完全降解这种农药的细菌。人为基因工程菌的构建则可使这一过程得到提速。

2.面对降解污染物、修复污染环境难题的抉择

含大量难降解有毒有害有机污染物污染的废水、废气、废弃物急需进一步处理，受污染环境急待修复，各种处理和修复过程的本质是微生物对环境污染物的生物降解，而生物降解的慢速以及各种制约瓶颈实际上就制约着我们对各污染介质的处理和对污染环境的修复，修复的急迫性和降解速率低的巨大差距迫使人们作出新的努力和抉择，而构建具有高效降解能力的基因工程菌的努力正是面对修复速度慢的难题的最好选择。

3.现代生物技术发展的产物

以基因重组为核心的现代生物技术从改造生物遗传信息(物质)出发改造生物种，并赋予新的生物功能，这一理念和技术为构建高效的可降解种类繁多的环境污染物提供了理论和实践的支持和指导。同时由于降解型基因工程菌一般都以能否生长(以污染物作为唯一碳和能源)为选择指标，因此构建成功降解型基因工程菌具有易于选择的重要优越性，这样就可以为构建选择提供了许多便利的条件。随着对基因工程菌的研究的不断深入，降解型基因工程菌在作用环境中竞争适应性能力低，稳定性差，能量收益低，生长速度慢及安全性等诸多影响基因工程菌发挥作用的问题也将得到克服，相信降解型基因工程菌会在未来的污染控制、修复环境中发挥重要作用。

4.降解型基因工程菌的重要应用

基因工程菌已经在工农业、生物制药等方面有重要的应用和成果，同样降解型基因工程菌在能源和环保领域也必将得到广泛的应用。其重要应用可概括为:

①利用降解型基因工程菌可以有效调控微生物对各种污染物的降解转化过程，从而可以工业化利用污染物的资源生产有价值产品，为废弃物的资源化利用提供技术支持。

②目前我国许多废水、废弃物中含有大量的难降解有机物，而现行的污水、废弃物处理技术难以有效去除这部分污染物，构建专一性的降解型基因工程菌并通过生物强化方法投加到缺乏针对性降解功能混合菌群中将可提高对难降解污染物的降解能力，从而提高出水水质，提高生物净化的效果。

③目前正在蓬勃发展的生物修复技术具有生态风险小，费用低廉等诸多优势。但用于修复的降解微生物对难降解污染物的降解能力有限，降解速率低，因而造成生物修复周期长的明显缺点。构建高效的降解能力强的基因工程菌用于生物修复可以缩短修复时间，可以大大推动生物修复技术的发展和进步。在生物修复中大力使用基因工程菌是一个重要方向(包括和植物相结合构成复合生物修复系统)。

④生态干扰生物地球化学过程。环境污染和人为破坏造成某些生境生物地球化学过程的混乱和失衡。例如在某些厌氧环境中的发酵作用而产生大量的甲烷，甲烷是一种严重温室效应气体，并可破坏臭氧层，在这些环境中投加甲烷氧化菌则可减低甲烷对环境的这种破坏作用，而高效的基因工程菌的生物强化则可以发挥重要的作用。