环境生物技术大纲

第一章 环境生物技术引论知识目标：掌握生物技术和环境生物技术的概念熟悉生物技术的发展简史了解当前各种环境问题能力目标：能用环境生物技术的知识分析环境问题学会环境生物技术的基础知识第一节 环境生物技术面对全球气候变化、水污染和水资源短缺、水土流失、酸雨等“热点”问题，人类必须把自己当做大自然中的一员，建立一个与大自然和谐相处的绿色文明。要完成这样一个艰巨的任务，就要提高对环境质量变化的识别力，培养分析和解决环境问题的技能，增强保护和改善环境的责任感和自觉性。一、环境与环境问题二、生物技术三、生物技术的发展简史四、环境生物技术的学科体系第二节 环境生物技术的基本特征和研究内容一、环境生物技术的研究内容二、环境生物技术的应用和进展三、本书的主要内容和结构第二章 环境生物技术的理论基础【知识目标】1.了解微生物的类群和形态结构2.了解微生物的代谢类型3.掌握微生物对污染的降解和转化4.掌握酶的基础知识和酶与细胞的固定化技术5.了解酶在环境治理中的应用6.了解生态系统的基本概念、掌握生态系统的基本特征7.掌握生态系统的基本结构8.了解生态系统的组成要素及作用9.了解生态系统的环境功能和自净作用【能力目标】1.能够学会利用微生物对污染进行降解和转化2.能够自觉形成保护环境的意识生物是构成生态系统的要素，生态系统内物质循环主要是依靠生物过程来完成的。生物技术在处理环境污染物方面具有速度快、消耗低、效率高、成本低、反应条件温和以及无二次污染等显著优点。生物技术在水污染控制、大气污染治理、有毒有害物质的降解、清洁，可再生能源的开发、废物资源化、环境监测、污染环境的修复和污染等环境保护的各个方面，发挥着极为重要的作用。目前生物技术应用于环境保护中主要是利用微生物的作用。应用环境生物技术处理污染物时，最终产物大都是无毒无害的、稳定的物质，如二氧化碳、水和氮气。利用生物方法处理污染物通常能一步到位，避免了污染物的多次转移，因此它是一种消除污染安全而彻底的方法。第一节 环境生物技术的微生物学基础微生物与环境保护有着极为密切的关系。环境受到污染后，在物理、化学和生物特别是微生物的作用下，污染物被逐步降解、消除并达到自然净化的过程叫环境自净。在环境自净中，微生物具有十分突出的作用。利用微生物在处理环境污染物和环境监测等方面，已取得了很大的成果，微生物在环境保护中有奇特的作用，比如净化土壤、净化水质。自然界中的各种物质以及许多污染环境的人工合成物，特别是有机化合物，几乎都可被微生物降解或转化。微生物种类繁多，人们研究得最多、也较深入的主要有细菌、放线菌、蓝细菌、枝原体、立克次氏体、古菌、真菌、显微藻类、原生动物、病毒、类病毒和朊病毒等。一、微生物的类群和形态结构二、微生物的代谢 三、微生物对污染物的降解与转化第二节 环境生物技术的酶学基础一、酶的基础知识二、酶与细胞的固定化技术三、酶在环境治理中的应用第三节 环境生物技术的生态学基础一、生态系统的基本概念和特征二、生态系统的基本结构三、生态系统的组成要素及作用四、生态系统的环境功能和自净作用第三章 环境污染治理基因工程技术知识目标：掌握基因工程的涵义、基因工程工具和基因工程常规操作；掌握细胞工程涵义、细胞融合过程及其意义；熟悉基因工程及细胞工程在环境保护中的应用；能力目标：能正确使用基因工程方法来处理环境污染问题；能理解利用细胞工程解决环境问题新技术的原理。面对随经济的飞速发展而日益加剧的环境污染状况，如何保护环境、合理有效地处理环境污染物已迫在眉睫。采用传统的物理、化学方法可达到一定的除污净化效果，但成本高、过程繁琐，并易造成二次污染。近年来，利用基因工程、细胞工程等现代生物技术处理环境污染物，逐渐引起人们的重视。第一节 基因工程生物是构成生态系统的要素,生态系统内物质循环主要是依靠生物过程来完成的。科技的发展也充分证明生物技术是环境保护的理想武器,这一技术在解决环境问题过程中所显示的独特功能和显著优越性充分体现在它是一个纯生态过程。一、概述二、基因工程与环境污染治理三、基因工程技术的安全性问题第二节 细胞工程一、细胞工程概念及特点二、 细胞工程研究内容三、细胞培养技术四、细胞融合技术五、细胞融合技术在环境污染治理中的应用第四章 废水生物处理技术知识目标：掌握微生物对有机物的降解机理（活性污泥法、生物膜法、厌氧生物处理法等）；熟悉微生物对常见有机物的降解性能；熟悉生物脱氮除磷的作用机理；了解微生物在治理环境污染中的重要性及简单工艺。能力目标：能用微生物对有机物的作用机理处理环境问题；能根据有机物的特性，选择合适的好氧或厌氧处理工艺；学会分析脱氮除磷工艺。水是生命之源，是地球万物赖以生存和发展的基础，水环境的质量直接关系人类健康，对社会发展和文明的进步起着至关重要的作用。我国水资源紧缺形势日益加剧，而废水经过不同程度处理可成为人类的第二水资源，因此废水处理技术的发展日益得到重视。废水处理技术主要包括物理、化学、生物等方向，废水生物处理技术因其特有的经济性、适用广泛性而受到广大学者专家的青睐。废水生物处理是利用生物的新陈代谢作用，对废水中的污染物质进行转化和稳定，使之无害化的处理方法。对污染物进行转化和稳定的主体是微生物。第一节 废水处理微生物基础一、废水中的微生物二、微生物的呼吸类型 微生物的呼吸指微生物获取能量的生理功能。根据与氧气的关系，分为两大类，即好氧呼吸和厌氧呼吸。由于呼吸作用是生物氧化和还原的过程，存在着电子、原子转移，而在有机物的分解和合成过程中，都有氢原子的转移，因此，呼吸作用可按受氢体的不同来划分。分述如下：三、微生物的生长条件污水生物处理的主体是微生物，只有创造良好的环境条件让微生物大量繁殖才能获得令人满意的处理效果。影响微生物生长的条件爱你主要有：营养、温度、pH值、溶解氧及有毒物质等。四、废水处理方法分类生物处理靠的是微生物的代谢，按照作用机制和对氧的需求，可将生物处理分为好氧法和厌氧法两大类。按照微生物的附着方式，可将生物处理分为悬浮生长法和固着生长法，即活性污泥法和生物膜法。第二节 废水好氧生物处理技术一、活性污泥法二、生物膜法三、好氧生物处理技术进展第三节 废水厌氧生物处理技术废水厌氧生物处理是环境工程与能源工程中的一项重要技术，是有机废水强有力的处理方法之一。过去，它常用于城市污水处理厂的污泥、有机废料以及部分高浓度有机废水的处理，在构筑物形式上主要采用普通消化池。由于存在水力停留时间长、有机物负荷低等缺点，较长时期限制了它在废水处理中的应用。70年代以来，特别是当今形势下，能源短缺日益突出，能产生能源的废水厌氧技术受到重视，研究与实践不断深入，开发了各种新型工艺和设备，大幅度地提高了厌氧反应器内污泥的持留量，使处理时间大大缩短，效率提高。目前，厌氧生化法不仅可用于处理有机污泥和高浓度有机废水，也用于处理低、中浓度的有机废水，包括城市污水。一、基本原理厌氧生物处理时一个复杂的微生物化学过程，依靠三大主要类群的细菌，即水解酸化菌、产氢产乙酸菌和产甲烷菌的联合作用完成。因此粗略地将厌氧消化过程划分为三个连续的阶段，即水解酸化阶段、产氢产乙酸阶段和产甲烷阶段。二、厌氧消化过程中的主要微生物三、厌氧生物处理工艺简介第四节 废水生物脱氮除磷技术废水中所的N和P事植物和微生物的主要营养物质。当废水胚乳受纳水体，使水中N和P的浓度分别超过0.2和0.02mg/L时，就会引起受纳水体的富营养化，促进各种水生生物（主要是藻类）的活性，刺激它们的异常增殖，这样会造成一系列的危害。一、废水生物脱氮技术污水中的氮分为有机氮和无机氮两类，前者是含氮化合物，如蛋白质、多肽、氨基酸和尿素等，后者则指氨氮、亚硝酸态氮，它们中大部分直接来自污水，但也有一部分是有机氮经微生物分解转化作用而形成的。二、废水生物除磷与同步脱氮除磷技术第五章固体废物处理处置与资源化生物技术学习目标：1了解固体废物的概念及危害性；2了解固体废物的处理原则，掌握固体废物的主要处理与处置方法；3掌握固体废物的资源化的概念；4掌握固体废物资源化的途径，了解固体废物资源化的应用。能力目标：1、能根据固体废物的具体情况选择正确的处理与处置方法；2、能掌握并简单阐述固体废物资源化的途径。固体废物，即垃圾。是指在生产建设、日常生活和其他活动中产生的污染环境的固态、半固态废弃物质。据统计，我国目前城市生活垃圾产生量人均每天为0.6-1.1kg，即100万人口的城市每天产生800吨左右的生活垃圾。而且，随着城市人口的增加、市场的开放和人们消费活动的强化，我国城市的生活垃圾还在不断增加。越来越多的城市垃圾，严重破坏了环境，因此，如何有效地回收利用垃圾，是待解决的一个重大的问题。世界各国都在同垃圾进行斗争，垃圾处理技术己由过去的收运、堆存和消纳转为向垃圾减量化、无害化、资源化和综合利用的方向发展。在一些发达国家，垃圾的综合利用已成为新兴的盈利产业。第一节 固体废物及其分类一、固体废物的概念固体废物指人类在生产、生活过程中产生的对所有者不再具有使用价值而被废弃的固态和半固态物质。它是人类物质文明的产物。大量的固体废物排入环境，不仅占用大量土地，而且严重污染周围环境，破坏生态平衡。在生产过程中产生的固体废物俗称废渣；在生活活动过程中产生的固体废物则称为垃圾。 二、固体废物的分类固体废物的种类很多，通常将固体废物按其组成、形态、来源划分其种类。如按其化学组成可分为有机物和无机物；按其形态可分为固体的（块状、粒状、粉状）和泥状的；按其来源可分为矿业的、工业的、城市生活的、农业的和放射性的。此外，固体废物还可分为有毒和无毒的两大类。有毒有害固体废物是指具有毒性、易燃性、腐蚀性、反应性、放射性和传染性的固体、半固体废物，约占一般固体废物量的1.5-2.0%。三、固体废物的危害在自然条件影响下，固体废物中的部分有害成分可以进入大气、水体和土壤环境，参与生态系统的物质循环进而污染环境，故固体废物具有潜在的、长期的危害性。固体废物的性质多种多样，成分也十分复杂，尤其是在废气治理过程中排出的固体废物，更是浓集了许多有害成分，对环境的危害面广。 第二节 固体废物的处理原则中国的垃圾治理政策是：“减量化”、“无害化”和“资源化”。城市生活垃圾处理及污染防治技术政策中明确指出：“应按照减量化、资源化、无害化的原则，加强对垃圾产生的全过程管理，从源头减少垃圾的产生量；对已经产生的垃圾，要积极进行无害化处理和回收利用，防止污染环境。”这充分体现了循环经济的理念。对已经产生的垃圾，则“无害化”是垃圾处理的基础，在实现“无害化”的同时，实现垃圾的“减量化”和“资源化”是追求的目标。第三节 固体废物的处理处置技术一、固体废物的处理二、固体废物的处置种种技术可以使有机固体废物转化为能源、食品、饲料和肥料，还可以用来从废品和废渣中提取金属，是固体废物资源化的有效的技术方法。对于因技术原因或其他原因还无法利用或处理的固态废弃物，是终态固体废弃物。终态固体废弃物的处置，是控制固体废弃物污染的末端环节，是解决固体废弃物的归宿问题。处置的目的和技术要求是，使固体废弃物在环境中最大限度地与生物圈隔离，避免或减少其中的污染组成对环境的污染与危害。终态固体废弃物可分为海洋处置和陆地处置两大类。 第四节 固体废物的资源化固体废物具有两重性，它虽占用大量土地，污染环境，但本身又含有多种有用物质，是一种资源。2O世纪7O年代以前，世界各国对固体废物的认识还只是停留在处理和防止污染上，20世纪7O年代以后，受经济发展和人口增长的影响，世界一次能源消费量不断增加，同时世界能源消费呈现不同的增长模式，人类对能源的需求量不断增加，加之有限储量的化石燃料的减少以及化石燃料燃烧造成的环境污染和温室效应，以及对环境问题认识的逐步加深，人们已由消极的处理固体废物转向再资源化。一、固体废物资源化的概念固体废物资源化就是采用适当的技术措施从固体废物中回收物质和能源，加速物质和能源的循环，再创经济价值的方法。目前，工业发达国家出于资源危机和治理环境的考虑 ，已把固体废物资源化纳入资源和能源开发利用之中，逐步形成了一个新兴的工业体系：资源再生工程。二、固体废物资源化的方法固体废物资源化方法有许多，从利用方式可以分为两类，即循环再利用和通过工程手段利用，而通过工程手段回收利用又可分为加工再利用和转换利用。三、固体废物资源化的途径四、固体废物资源化利用的优势 固体废物的资源化利用与原生资源利用相比，可以省去采矿、选矿等一系列复杂的程序，可以节省大量投资，降低成本，减少环境污染，保护自然环境。同时可保护和延长原生资源寿命，弥补资源不足，保证资源永续利用。五、固体废物资源化的应用生物工程处理固体废物,目前常用的有酵解,例如用酶水解使纤维素转化为葡萄糖;通过蔗渣菌致发酵将纤维素转化为蛋白质;甲烷菌使污泥、秸秆制沼气。绿色化学是近两年提出的新观念,它给固废资源化提供了全新的思路,例如传统苯胺制造工艺改进,用流化床气相加氢还原硝基苯代替过去的铁粉还原法,固体废渣大大减少。第六章 污染事故和污染场地的生物修复知识目标：1、掌握生物修复的定义、分类及其特点；2、掌握生物修复的前提条件；3、了解生物修复的可行性评估程序；4.、掌握地下水污染生物修复的技术要点；5、了解原位修复和异位修复技术的工程方法。能力目标：1、 能根据地下水污染情况选择正确的生物修复技术；2、 能简单阐述地下水污染生物修复的技术要点。生物修复作为一种新型的污染环境修复技术，与传统的环境污染控制技术相比较，具有降解速度快、处理成本低、无二次污染、环境安全性好等诸多优点。因此，利用生物修复来治理被有机物和重金属等污染物所污染的土壤和水体工程技术得到越来越广泛的应用。第一节 生物修复概述一、生物修复的概念不同的研究者对“生物修复”的定义有不同的表述。例如，“生物修复指微生物催化降解有机物、转化其它污染物从而消除污染的受控或自发进行的过程”，“生物修复指利用天然存在的或特别培养的微生物在可调控环境条件下将污染物降解和转化的处理技术”，“生物修复是指生物（特别是微生物）降解有机污染物，从而消除污染和净化环境的一个受控或自发进行的过程”。从中可知，生物修复的机理是“利用特定的生物（植物、微生物或原生动物）降解、吸收、转化或转移环境中的污染物”， 生物修复的目标是“减少或最终消除环境污染，实现环境净化、生态效应恢复”。二、生物修复的分类按生物类群可把生物修复分为微生物修复、植物修复、动物修复和生态修复，而微生物修复是通常所称的狭义上的生物修复。三、生物修复的特点四、生物修复的前提条件五、生物修复的可行性评估程序六、生物修复的应用及进展20世纪70年代以来，环境生物技术和环境生物学的发展突飞猛进，这种势头一直延续到今天。虽然“生物修复”的出现只有十几年的历史，但是“生物修复”已经成为环境工程领域技术发展的重要方向，生物修复技术将成为生态环境保护最有价值和最有生命力的生物治理方法。第二节 地下水污染的生物修复技术一、概述通常地下水的生物修复主要依赖其土著微生物群落来降解污染物分子，在此过程中需要在地下蓄水层中通入O2和加入营养盐。二、地下水污染生物修复的技术要点地下水污染的生物修复是一项较为复杂的工作，根据污染种类的不同具体实施的手段也有所区别，下面先对地下水污染的生物修复技术要点加以说明。三、污染地下水的生物修复技术地下水污染的生物修复技术的种类有很多。一般根据人工干预的情况，将污染地下水生物修复分为天然生物修复和人工生物修复。而人工生物修复又可分为原位生物修复和异位生物修复两类。原位生物修复技术就是指对被污染介质（指地下水）不做搬运或输送而在原位进行的生物修复处理；而异位生物修复技术则是指对被污染介质（指地下水）搬运或输送到它处进行的生物修复处理。第三节 土壤污染的生物修复土壤中的污染物不仅改变土壤的结构和功能，而且还通过食物链进人人体，对人体健康造成不可估量的影响。对土坡污染物的去除以修复被污染的土地，成为土坡环境研究领域里一个非常重要的课题。与物理修复、化学修复相比在污染土坡修复中，生物修复，所具有的安全性、非破坏性和经济性的优点，使其成为最具有前途的修复技术之一。一、土壤污染的生物修复工程设计二、影响污染土壤生物修复的主要因子三、土壤生物修复的类型第四节 海洋石油泄漏的生物修复目前，海洋石油污染的危害受到越来越广泛的关注和重视。据统计，每年通过各种渠道泄入海洋的石油和石油产品，约占全世界石油总产量的0.5%，倾注到海洋的石油量达200万吨1000万吨，由于航运而排入海洋的石油污染物达160万吨200万吨，其中1/3左右是油轮在海上发生事故导致石油泄漏造成的。我国海上各种溢油事故每年约发生500起，沿海地区海水含油量已超过国家规定的海水水质标准的2倍8倍，海洋石油污染十分严重。一、生物修复中的主要影响因素二、提高生物修复效率的措施石油烃类的自然生物降解过程速度缓慢，因此可采取多种措施强化这一过程，常用的技术包括投加分散剂促进微生物对石油烃的利用；提供微生物生长繁殖所必需的条件如施加营养；添加能高效降解石油污染物的微生物等。第五节 生物修复技术的工程方法一、概述从工艺上看，生物修复包括原位修复、生物反应器处理和异位生物修复。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。二、原位处理原位生物处理的原理是通过加入营养盐、氧（空气、纯氧或过氧化氢）以增强土著微生物的代谢活性，它依赖于处理对象的特性（如渗透率）、污染物性质、氧的水平、pH、营养盐的可利用性、还原条件以及能够降解污染物的微生物存在。该方法多数用于油类的泄露，而下层土壤的土著细菌则能够利用芳香化合物如萘、甲苯、苯、乙基苯、对甲苯酚、二甲苯酚、苯酚和甲酚等作为唯一的碳源和能源。三、异位处理当原位生物修复方法难以满足环境要求时，异位生物修复技术成为重要的选择。土壤污染物的异位处理有两种途径，一是先挖出土壤暂时堆埋在一个地方，在原地进行工程化准备后再将污染土壤运回处理；另一途径是从污染地域挖出土壤并运到一个经过工程化准备的地方堆埋并进行生物处理，处理后的土壤运回原地。第七章 重金属污染生物处理技术及污染预防生物技术知识目标：1、了解重金属污染的危害2、掌握生物吸附概念、生物吸附与生物积累的区别3、掌握重金属污染植物修复的机制能力目标：1、能认识到重金属污染的严重性；2、能根据重金属污染种类，选择合适的处理或预防方法。当今世界，随着工、农业的日益发达，人类赖以生存的环境受到越来越严重的干扰和破坏，各种环境污染问题突显。尤其是工农业废水的排放，造成水体环境中重金属污染日趋严重。从2004年的统计结果看，全国废水排放总量482.4亿吨，其中工业废水排放量221.1亿吨，占废水排放总量的45.8；城镇生活污水排放量261.3亿吨，占废水排放总量的54.2。这些废水中重金属（如铅、汞等）排放量占了相当大的比例。此外，大气尘粒的沉降和雨水对地面的冲刷，污泥、固体废弃物、化学肥料和由于饲料添加剂中重金属超标使畜禽粪便中含量增加都可以使重金属进入水体和土壤等环境中造成污染。进入大气、水体和土壤等各种环境的重金属不能被降解，均可通过呼吸道、消化道和皮肤等各种途径被动物吸收。当这些重金属在动物体内积累到一定程度时，即会直接影响动物的生长发育、生理生化机能，直至引起动物的死亡，也危害着人类健康。第一节 生物吸附技术处理重金属废水一、生物吸附法生物吸附法是利用自然界广泛存在而且廉价的死亡生物体或失活生物细胞，包括真菌、细菌、藻类、苔藓、木质纤维素类物质如谷皮、玉米轴等物质，来吸附重金属，减轻环境毒害的一种处理方法。它尤其适用于重金属废水的处理。二、生物吸附与生物积累生物吸附这一概念由Ruchhoft等人于1949年首先提出，他用活性污泥从废水中回收了239Pu，去除率高达96%。人们还发现藻类和一些水生动物在净化水体中起着独特的作用，它们对一些重金属有相当强的富集能力。人们逐渐认识到一些活体生物材料可以作为积累水中重金属离子的吸附剂，如如细菌、真菌、酵母菌和藻类等都对重金属都有很强的吸附能力。但是人们也逐渐发现用活的生物体来处理污水受生物体本身的生物量和生长特性的限制。很多人开始尝试用死亡生物体作为吸附剂来处理重金属污水，发现死细胞聚集重金属的能力与活细胞相当甚至更强。那是由于在细胞壁聚合物中有阴离子团，能吸附金属阳离子，而且使用死生物还避免了毒性和营养需求问题。还有学者认为，活体细胞在吸附过程中，由于自身的氧化还原作用提高了溶液的pH，而这正是影响吸附的关键因素。三、生物吸附剂的种类生物吸附的方法处理重金属由于材料廉价、易得，对环境友好，不引入二次污染。已经被许多专家和学者肯定。多种工业废物和廉价微生物已被应用成为生物吸附剂。如废弃干酵母和谷类酒精发酵废物能有效地吸附Cu，Cs，Mo，Ni，Pb和Zn，是非常有效且经济可行的吸附剂。褐藻细胞表面的羧基官能团能吸附Cr()。用泥炭、玉米轴、海藻等对Cr()的去除也卓有成效，Cr()一部分被吸附在生物吸附剂上，还有一部分被还原成Cr()，生物吸附剂吸附Cr()的最佳吸附pH范围是1.5-2.5。生物吸附剂不仅能吸附阳离子，也对阴离子有很好的吸附效果。利用甲壳质颗粒吸附MoO42-的研究表明，用戊二醛预先交联的甲壳质，对钼酸根离子的吸附量以达到700mg/g。但在阴离子的生物吸附机理上还很明确。四、固定化生物吸附剂人们对天然的生物吸附剂使用过程中发现，自然的生物体密度小、强度低、颗粒直径小，所以只能在连续搅拌器中去除重金属。在吸附重金属后，这些生物体必须经过沉降、过滤或是离心才能将其与溶液分开，此过程不仅增加了处理费用，而且降低了去除效率。因此，要将生物吸附技术推向实际应用还必需改变生物体的存在形式，受固定化细胞和固定化酶技术的启发，很多学者提出将生物吸附剂固定化。要求固定化的生物体必须具有一定的颗粒尺寸(0.5-1.5mm)，足够的粒子强度、多孔性、亲水性和化学惰性等。五、生物吸附剂的预处理对生物吸附剂进行一些物理、化学预处理，如用酸、碱浸泡或加热处理等，可以不同程度地改变其吸附能力。六、影响生物吸附的因素生物吸附重金属的能力受到很多因素的影响,宏观上讲，主要包括3方面的因素:细胞本身状态、被吸附金属离子性质和各种环境条件。细胞状态包括营养供应、生理状态、细胞年龄等。由于多用到的是死亡细胞体所以这里不一一赘述了。吸附条件包括pH、离子强度、温度、接触时间、共存离子,离子浓度等。七、生物吸附技术的应用现状早在1980年代,就有关于生物吸附剂的专利,可以用于废水处理。20世纪90年代早期,利用固定化技术使得一些生物材料商业化,如AlgaSORBTM(Chlorella vulgaris), AMT-BIOCLAIMTM(Bacillus biomass) (MRA), BIO-FIX等。固定化技术对于生物吸附的实用化似乎必不可少,而且可以利用传统化学工程反应器,如上流式或下流式填充床反应器、流化床反应器等。北美某些国家研发了生物吸附系统。第二节 重金属污染土壤的植物修复土壤作为环境的重要组成部分，不仅为人类生存提供所需的各种营养物质，而且还承担着环境中大约90%来自各方面的污染物。随着人类进步、科学发展，人类改造自然的规模空前扩大，一些含重金属污水灌溉农田、污泥的农业利用、肥料的施用以及矿区飘尘的沉降，都是可以使重金属在土壤中积累明显高于土壤环境背景值，致使土壤环境质量下降和生态恶化！一、重金属进入土壤系统的原因具体的说重金属污染物可以通过大气、污水、固体废弃物、农用物资等途径进入土壤。二、 重金属污染土壤现状分析目前，环境中重金属污染在我国某些地区已成为非常严重的环境问题。据报道，近年来华南地区部分城市有50%的农地遭受Cd、As、Hg等有毒重金属污染；东南一些地区，有45.5%的土地面积Hg、As、Cu、Zn等元素的超标；太湖地区水稻和蔬菜等农产品和饲料重金属污染也十分严重；杭州复合污染区稻米Cd、Pb等重金属超标率分别达92%和28%，最高的Cd含量超标15倍；东莞和顺德等地区蔬菜重金属超标率达31%，水稻超标率高达83%最高超标91倍。西南、西北、华中等地区也存在较大面积的Hg、As等重金属污染土壤。江西省某县多达44%的耕地遭到重金属污染，并形成670hm2的“镉米”区。三、土壤重金属污染的修复方法重金属污染具有长期性和非移动性等特性，对生物及人类产生的不利影响已被研究所证实。因此人们不断寻求去除环境中重金属的技术，对被重金属污染的土壤进行修复，以保证人体及生物的健康。四、植物修复技术植物修复技术是以植物忍耐和超量积累某种或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。目前国内外对植物修复技术的基础理论研究和推广应用大多限于重金属元素。狭义的植物修复技术也主要指利用植物清洁污染土壤中的重金属。植物对重金属污染位点的修复有三种方式：植物固定、植物挥发和植物吸收。植物通过这三种方式去除环境中金属离子。五、植物吸附重金属的机制根对污染物的吸收可以分为离子的被动吸收和主动吸收，离子的被动吸收包括扩散、离子交换、Donnan平衡和蒸腾作用等，无需耗费代谢能。离子的主动吸收可以逆梯度进行，这时必须由呼吸作用供给能量。一般对非超积累植物来说，非复合态的自由离子是吸收的主要形态，在细胞原生质体中，金属离子由于通过与有机酸、植物鳌合肤的结合，其自由离子的浓度很低，所以无需主动运输系统参与离子的吸收。六、影响植物富集重金属因素第八章 农药环境污染预防生物技术知识目标：1、掌握生物农药的概念、分类及其特点2、了解BT 杀虫剂的作用机理3、掌握植物源生物化学农药的作用方式4、熟悉1-2种动物体农药及其生物预防技术5、了解农用抗生素的概念、种类能力目标：1、能对生活中接触到的农药进行简单的归类2、能辨识1-2种动物体农药3、能利用生物农药的作用机理处理环境问题农药是现代农业生产不可缺少的生产资料，在防治农作物病虫害、草害及保护森林草地资源、农产品贮存等方面发挥着积极作用。但是，农药的过量使用会造成环境的污染，给人类带来严重的危害。尤其是化学农药的高毒、高残留引起的环境污染、人畜中毒等负面影响，已日益受到世人的普遍关注。因此，如何解决农药的高投入与环境和谐发展相协调的矛盾，阻断、预防农药造成的环境污染，成为当今环境生物技术研究领域的一项重要内容。生物农药具有对环境友好的功能，发展以生物技术为核心的生物农药则是预防农药环境污染的重要手段。本章将重点围绕生物农药进行环境污染预防生物技术的论述。第一节 农药环境污染与生物农药概述一、农药环境污染及生物农药开发我国是农业大国，同样也是农药大国，农药使用量量大面广，农药污染问题日益突出。主要表现在长期使用大量的农药造成的面污染，农药生产企业“三废”排放不达标造成的环境污染，以及农药残留造成的农产品污染等。二、我国生物农药的发展历程三、生物农药的定义、分类及特点传统意义上的生物农药就是指“微生物农药”。后来，随着生物农药性质和范畴的变化，其概念发展为“相对于化学农药而言的天然资源的生理活性物质”。广义概念中还包括按天然物质的化学结构或类似衍生结构人工合成的农药。目前，现代生物农药的概念已扩展为：用来防治病、虫、草等有害生物的生物活体及其代谢产物和转基因产物,并制成商品的生物源制剂,包括细菌、真菌、病毒、线虫植物、昆虫天敌、农用抗生素、植物生长调节剂和抗病虫草害的转基因植物等。第二节 生物体农药生物体农药是指用来防除病、虫、草等有害生物的商品活体生物，主要包括植物体农药、动物体农药和微生物体农药。一、植物体农药植物体农药是利用作物本身作为载体，经基因修饰或重组而开发为农药，主要是指转基因植物。把能编码杀虫、抗病毒以及抗除草剂活性物质的基因转移入植物细胞后，基因表达的产物可以通过破坏害虫消化道，或抑制害虫生长发育，或者直接杀死的途径达到杀灭害虫的目的。二、动物体农药动物体农药主要是指商品化的天敌昆虫和捕食螨,以及采用物理或生物技术改造的昆虫等。根据防治方式，动物体农药分为寄生性、捕食性和转基因天敌昆虫三类。三、微生物体农药微生物体农药是指用来防治有害生物的活体微生物。分为三类，即真菌类、细菌类和病毒类。真菌类生物农药，一般是利用农业有害生物的致病真菌，如白僵菌、绿僵菌、毒力虫霉(防治蚜虫的蚜霉菌)和蜡蚧轮枝菌(防治白粉虱)等。细菌类，Bt是最负盛名的细菌类农药品种，但它的真正杀虫成份并不是细菌，而是细菌的产物。病毒类，主要用来控制动物，如核多角体病毒(NPV)和颗粒体病菌(GV)以及细胞质多角病毒(CPV)。用来控制植物的病毒，目前还没有得到开发。第三节 生物化学农药生物化学农药是指从生物体中分离出的，具有一定化学结构的、对有害生物有控制作用的生物活性物质，若该物质可人工合成，则合成物结构与天然物质完全相同，但允许所含异构体在比例上的差异。生物化学农药包括植物源生物化学农药、动物源生物化学农药和微生物源生物化学农药。一、植物源生物化学农药二、动物源生物化学农药将昆虫或其它动物产生的激素、毒素、信息素、几丁质提取出来或完全仿生合成的农药就是动物源生物化学农药，包括昆虫昆虫信息素、激素、昆虫产生的忌避剂及节肢动物毒素。三、微生物源生物化学农药微生物源生物化学农药是指由微生物产生的用于防治农作物病、虫、草害或促进植物生长的农用抗生素类或毒素类生物制剂。第四节 生物农药的发展趋势一、生物农药的发展现状二、生物农药的发展趋势随着人类对生存环境的保护意识不断增强、对化学农药自身缺点和生物农药优点的认识，人类越来越重视生物农药的开发和使用，高效、广谱、适应性强的生物农药和转基因植物成为研究重点。21世纪将是生物农药发展的重要时期。生物农药以其天然低毒、易分解无残留等特点获得市场青睐，但同时也以其见效慢、价格高和受环境制约等缺点而在应用上远远不及化学农药；转基因植物给人类带来了希望的同时也赋予了人类一个新的使命生物安全性，这些都有待国内外科研工作者来突破。近年来他们在通过生物工程、发酵工程技术等筛选新生物农药、改造原有生物农药以及降低成本等方面取得了重大进展，并将朝着这些方面发展。三、生物农药的发展展望随着社会的进步和经济的发展，人们生活水平逐步提高,环境保护意识逐渐增强，绿色食品日益流行并深入人心，营养价值高、无污染、无公害的粮食和蔬果日益受到人们的青睐，传统的化学农药毒性大、残留量高、长期使用会对环境和人类健康造成严重威胁，破坏生态平衡。为了维护人类的健康，保护生态环境，促进农业可持续发展，大力发展和应用生物农药势在必行。