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《山东工业技术》刊文精选

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生物技术在海洋环境的应用

海洋面积占地球表面积的71%,且为人类提供的生态价值是全球陆地所提供的近两倍。海洋是富饶而未充分开发的资源宝库,是国家可持续发展的重要基地,也是人类未来的希望。因此,各国纷纷加大对海洋资源索取的力度与强度。我国作为世界上人口最多的沿海国家,海岸线漫长,港湾众多,海域辽阔。目前,海洋资源的开发与保护已列入国家的发展战略,进一步开发和利用海洋资源对我国可持续发展具有越来越重要的战略意义。

1生物技术在生物保护及水产养殖中的应用

海洋生物种类繁多,亲缘性复杂,人类对其研究尚不透彻。基因工程可应用于海洋生物遗传分析中,对于种群亲缘性分析、判断种群演变具有重要作用。如,将遗传测序技术应用于探究牡蛎遗传多样性方面,进行不同地域牡蛎种群的遗传结构分析,进一步了解不同群体牡蛎的遗传特征和种群分化,可以为防治牡蛎的种质衰退,更好地保护与利用牡蛎资源提供可靠依据[1]。另一方面,水产品因其味道鲜美、营养价值丰富深受消费者的喜爱,生物技术的发展为水产品养殖展示了新的研究思路,提供了新的技术和手段。转基因技术、杂交育种技术、细胞工程技术可用于改良海洋水产动物的遗传特征,从而不断培育出具有产量高、抗逆性强、养殖周期短等优良性状的海洋水产生物新品种,极大地丰富了水产养殖种类。此外,病害是水产养殖中较为棘手的问题之一,可以通过生物技术手段,加强病害检测、研制动物疫苗,保证水产品健康繁殖。

2生物技术在海洋资源高值化利用中的应用

我国水产资源丰富,各种水产品年产量可达4896万吨,然而传统水产品加工方式粗放,产业链条短,造成了极大的资源浪费。若能将海鲜加工下脚料综合利用,不仅可以变废为宝、减少污染,还可以通过海产品精深加工提高经济效益。另外,由于我国人民生活水平提高,教育普及,消费者对于健康及营养品的认知及需求逐渐增加。由于海洋生物生活在与陆地不同的特殊环境中,在漫长的进化过程中产生了功能独特的活性物质,且由于其具有安全、无毒副作用的特点,更容易为消费者接受,具有广阔的开发前景。目前,已有将生物技术成功应用于海洋生物资源开发的案例,但此类研究尚处于起步阶段,未来还有许多值得探索、开发的方向。

目前,在海洋生物活性物质开发方面,对于活性肽的开发研究较为充分,活性肽已证实具有调节肠胃运动、调节免疫系统、抗菌、抗肿瘤等多方面的重要生理功效。发酵工程或酶工程技术可用于从贝类、鱼类等海产品中提取活肽,促进了海洋来源保健品的发展。此外,多糖是生命体的重要功能物质,海洋生物多糖品种多,来源丰富,也具有多种生物活性,应用生物技术手段可以提取海带多糖、壳聚糖、螺旋藻多糖等生物活性物质,具有广阔的开发利用空间。

3生物技术在海洋环境保护中的应用

近些年,航运、养殖业、旅游业的发展推动了沿海经济带的形成,沿海城市规模逐步扩大,人口急剧增多,资源开采力度加大。然而,各种潜在环境污染问题也日益凸显,除陆上工厂废水和生活污水随意排入海洋外,船舶废水、石油开采废水、近海海水养殖废水也是海洋污染最主要的污染源。水体重金属污染、海洋生物富集重金属含量超标,水体富营养化,赤潮等灾害频发,直接影响我国海洋资源的可持续利用,甚至导致海洋生态失衡,近海环境不可逆恶化。生物技术在海洋环境保护中的应用逐渐普及,具有作用效果显著、经济效益高、环境友好等特点,因此受到广泛的关注。

3.1在海洋环境监测中的应用

海洋环境监测是认识海洋环境变化、预防严重污染的重要手段,随着生物技术的飞速发展,基于此类技术的监测方法在海洋环境监测中也有广泛运用空间。赤潮是海洋生物监测中重点观测的对象之一,国内外关于赤潮的检测报道相对较多,PCR技术、基因探针技术已成功应用于几十种赤潮藻的检测,具有极高的灵敏性、特异性和快速性。另外,海洋中存在多种对海洋生物及人类有害的细菌、病毒,可通过分子生物学技术检测标记基因,分析基因组序列,从分子水平上反映海洋环境中病原微生物的群落组成以及动态变化、分布状况。与此同时,海水中化学物质的含量也需要实时关注,利用固定化酶技术可以检测海水中微量有机磷农药,灵敏度极高;也有研究报道,将酶制成生物传感器,可以检测污水中的酚、氨等物质[11]。

3.2在工业废水处理中的应用

未经处理的陆地工业废水肆意排入海洋会严重污染海洋环境,因而废水的治理是海洋环境保护中的重中之重。研究表明应用固定化微生物或固定化酶技术处理工业废水,减少陆源污染量,可以达到防止陆地径流过程携带污染物流入海洋的目的,间接对海洋环境起到保护作用。与传统方法相比,固定化微生物技术微生物浓度高、处理效率好、稳定性强、且能纯化和保持高效菌种。苯甲醛树脂等固定化酶技术则可防止酶的流失,其性能稳定,净化力强,有利于处理难降解的污染物,且若制成多酶柱还可实现多种污染物的同步降解,污水处理效果显著。

3.3在海洋环境修复中的应用

即使采用多种有效防范措施,海洋环境的污染仍难以避免。在消除海洋环境污染过程中,生物修复技术得到世界环保部门的认可,已成为一个新型可靠的环保技术。类似重金属与泄漏石油等海洋环境中不可忽视的污染物,均可通过生物修复技术进行处理和改善。例如在面临重金属污染问题时,使用具有积累重金属离子能力的藻类水生生物或微生物同时脱除多种重金属,经济便捷。尽管此类技术目前仍有诸多限制因素,但已在实验中取得令人满意的成效,其优越性也得到了公众与专家们的认可。

由于天然海洋环境不具备修复石油污染的能力,一旦发生溢油,对环境威胁极大。在溢油发生后,向环境中添加石油降解菌以保证石油的高效降解是目前常用方法,但此方法的安全性问题需要关注,菌种不能盲目投加。对此,科学家们利用遗传工程技术,构建了可以降解多种石油的“超级细菌”,这种降解菌在必要的生存、降解条件下,能够高效地对石油污染进行修复,效果理想,已成功用于实际海洋环境的治理中。

4结语

在如今海洋资源亟待开发、解决海洋环境问题迫在眉睫的大背景之下,生物技术将扮演更重要的角色。多种生物技术的研究开发与进一步应用,将为解决海洋问题、推进海洋资源的可持续发展提供新的思路与方向。因此,应该在传统生物技术上加以强化和推广,辅以新技术的研发与优化,着力于理论研究向应用研究转化,立足于我国经济发展状况和现实国情,积极开展生物技术在海洋领域的应用试点,这对于实现海洋强国战略具有十分重要的意义。

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