现代生物技术讲义(6)

光电池(将太阳光转化成为电能)的成本正在逐渐降低。在不到十年的时间中，光能的成本将等同于电网发电的成本，那时光电池将成为新型住宅建设中的标准特色装置。你的房屋将可以在三分之一的时间内自己发电(除了夜晚和恶劣天气外)。

5、用大肠杆菌生产高质量生物燃料

“高级”醇类作为生物燃料比乙醇有优势，因为它们能量密度更高、吸水性更低；“支链”醇类比直链醇类有更高辛烷值。过去，一直无法用原生微生物来生物合成这些醇类。现在，研究人员通过基因工程手段对大肠杆菌进行改造，已经可以用它们来从葡萄糖生产高级醇（包括异丁醇、1-丁醇和2-苯乙醇）。该方法涉及对氨基酸生物合成通道中的中间体进行分流，来合成想要的醇类，它可帮助通过微生物发酵来大规模生产生物燃料。

6、中国发展生物质能源完全可做到不依赖粮食

中国发展生物质能源产业完全可以做到不依赖粮食，两种主要原料可以由农林业(包括城市工业的有机废弃物)和利用边际性土地种植能源植物来提供。

生物质能源是以农林等有机废弃物和利用边际性土地种植能源植物为原料，以及以农作物淀粉油脂作为调剂生产的可再生清洁能源及相关化工产品。能源植物可以种在自然条件差、很难种出粮食，但却可以生长植物的边际性土地(荒草地、盐碱地等)中，种植能源植物不会减少粮食作物的种植面积，当然不会影响国家粮食安全。我国有11608万公顷边际性土地可种植甜甘蔗、木薯、旱生灌木等能源植物，具有极大的能源开发潜力，年产能源潜力极大。另外，大量的有机废弃物也是生物质能源的主要原料，比如作物秸秆、畜禽粪便、城市垃圾、林木余物、工业废弃物等，我国每年产出实物量20.29亿吨，相当于3.82亿吨的标准煤。

生物质能源战略已成为美欧等发达国家的重要能源战略，2005年全球燃料乙醇的产量已超过3000万吨，生物质供热发电、成型燃料等已经商业化运行，一个充满活力的行业正在兴起。

7、澳大利亚生物燃料产能到2010年将达到3.5亿升

澳大利亚生物燃料产能到2007年底有可能超过6.40亿升/年，2010年可能达到近24亿升/年。该国生物燃料的产能将足以满足消费约10%的汽油消费和5%的柴油。

随着油价高企，运输燃料替代物--生物燃料、液化石油气、压缩天然气、气转液、煤转液、液化天然气等拥有明显的市场机会。

如果没有政府的支持，生物燃料的生产成本将高于传统燃料的生产成本，即使在今年初的油价高峰期也是如此。

然而，从长期来看，通过采用新技术，减少原料成本和增加原料可得的潜力很大，这包括从生物质生产乙醇和从藻类生产生物柴油，这些原料充足，而且不像某些原料，它们不是食物供应链的一部分。

最近几年，受政府很多政策鼓励，澳大利亚的生物燃料产量一直在上升，包括2004年引入的直到2011年6月30日前减免生物燃料0.38143澳元/升的联邦消费税，而汽柴油将征收这一税率。

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2005-2006年，澳大利亚生物燃料产量约3000万升，代表汽油和柴油消费总量的约0.1%。

8、化石能源日渐枯竭 新能源开发成当务之急

由于一些国家的政情不稳，世界各国开始担心原油供给不足，担心将来原油与天然气资源总有一天要枯竭。在这些想法的作用下，最近，石化燃料的价格异常暴涨。然而，据说由于大量使用石化燃料而引起的温室效应，给自然环境带来的影响是深刻的。为此，在某些发达国家新能源和替代能源的开发已成为当务之急。

许多国家开始着眼的是利用生物资源的新能源的开发。一些国家已经在使用按一定比例混入乙醇的汽油，而乙醇是用玉米、小麦和大豆等为原料生成的。巴西已经把E20（乙醇以20％混入的汽油）定为义务，甚至开始出售E100的燃料。在美国和中国，有的州和省也把E10规定为义务，E80的燃料也开始试销。

在日本冲绳一部分公用车也开始使用在冲绳宫古岛生产的E3汽油。经济产业省的意向是到2010年前推进在日本国内使用E10的混和汽油。如果大量生产乙醇，那么，以乙醇为原料的生成无穷无尽清洁能源和氢也就很容易。不过，在巴西，大量的甘蔗被用来生成乙醇，其结果是引起砂糖价格暴涨，并给相关企业带来影响。通过这件事可以看到，本来是用来作为粮食和家畜饲料的作物转用作为燃料来源，并超过一定量，那么，既使作物飞跃增产，也还会带来许多困难。

因此，美国的合成生物学研究人员的目标是，通过基因操作，生产出有效地将植物性废弃物分解成糖的微生物和酶，从得到的糖里生产乙醇。

近几年，颇受注目的是被称为生物油的新燃料的开发。广义的生物油是从包括在湄公河一部分流域等大量生息的鲇鱼采油，用来替代轻油，但是，这里所说的生物油技术是一项很高的实践技术。

生物油是80年代初期，美国西安大略大学的研究人员等作为石油的替代品开发的。这种特殊的油，能够从几乎所有的有机质材料中生成，比如，生长中的各种树木和植物类就不用说了，含有煤炭和泥炭、植物性成分的泥土、锯末子和木屑、食用作物的茎和树皮碎片等等。

生物资源可以通过热分解这道程序后变成生物油。各种有机物如果经过细细粉碎后，在无氧状态下被加热到摄氏400－500度，仅需要2秒时间原料的70％就可气化，再经过一系列的工序，就被浓缩成含有百种以上有机化合物的浓液体“生物油”，而作为副产品则生成瓦斯与煤。

另外，无穷无尽的波力能源应用的原理是，将海水在陆地储水设施扬水，再将海水落下进行发电。类似的项目都在进行中。可以说，波力发电对四面环海的日本来说是最适合的，但是，能否开发出完全能够抗风浪和盐水腐蚀的设备是波力发电今后的课题.

要彻底解决能源问题，恐怕就要实现核聚变。已经建立了国际热核聚变试验反应堆，集结了世界的头脑与技术，开展国际性的联合研究。

作为燃料的氘大量存在于大海中，氚从储量大的锂中很容易就生成。不过，要持续发生核聚变反应，则需要在摄氏1亿度的高温下将等离子体状的氘和氚长时间地约束在一定的空间。核聚变研究取得相当进展，但是，其技术至今尚未完成。到理想的核聚变的实现至少还需要40－50年时间。但是，如果核聚变进入实用阶段，电力能够源源不断供给，那么，清洁能源的氢就能够大量生成。这样一来，各种排出气体引起的污染和地球温暖化问题就能

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从根本上得到解决。

（六）环保生物技术

1、全球气候变暖已是不争事实

全球气候变暖已经是“毫无争议”的事实，人为活动“很可能”是导致气候变暖的主要原因。这是联合国政府间气候变化专门委员会（IPCC）（图中的英文）2月2日发表的第四份气候变化评估报告梗概得出的主要结论。上述结论为全世界的决策者尽快确定保护环境的有效措施提供了理论依据。

专家们在报告梗概中指出，对全球大气平均温度、海洋平均温度、冰川和积雪融化的观测以及对全球海平面的测量等已证实，全球气候正在变暖。专家们预测说，从现在开始到2100年，全球平均气温的“最可能升高幅度”是1.8摄氏度至4摄氏度，海平面升高幅度是18厘米至59厘米，而造成这一趋势的原因至少有90%的可能是人类活动。

第四份报告综合了全世界科学家6年多来的科学研究成果。报告共包括四部分内容，主题分别为“自然科学基础”、“影响、适应和脆弱性”、“减缓气候变化”和“为决策者提供建议”。

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2、中科院北京分院与微生物所合力推介环保科技项目助力绿色奥运

此环保科技项目是一种利用微生物降解技术进行排泄物无害化处理的绿色环保型厕所。这种厕所可广泛应用于公园、旅游景区、大型集会场所、商业街区，其中特别适应于缺水的地区和森林湿地等生态环境脆弱区域。

该产品外观采用低碳钢方型管材制作，当中的坐便器采用用新型ERP卫生陶瓷材料，其核心技术在于其内部：利用微生物新陈代谢原理，将经过一定优化配置的降解菌种加入到锯末或刨花等蓬松的菌床载体中，再置入发酵槽内，当排泄物进入主处理器后经搅拌器工作使之与菌床充分混合，寄住在载体上的好氧菌等有效菌种分别能产生蛋白酶、脂肪酶等，从而使排泄物分解成被微生物利用的低分子物质，降解微生物再摄取这些低分子物质后将其转化成对人及环境无害的二氧化碳和水等，全套技术具有免水冲、无臭味、无有形物排放等特点。该产品目前已在北京八达岭旅游区、山东泰山风景区、济南铁路局车务段和北京、西安、重庆的城市广场、风景区投入使用。

3、 神奇细菌日“吃”污水5000吨

水污染的治理是一个“老大难”问题。这种通过一种神奇细菌“吃”掉污水的治污方法效果十分明显，短短20多天，河道内的河水已经明显变清。

据介绍，试验段共80米长，宽约6—7米，深约1．2米，鱼苗正在清水中畅游。技术人员介绍，河水能见度目前可达80厘米。而在一个月前，这里的河面上不仅漂浮着大量垃圾，而且水体发黑，呈酱油色，还有不少白色的浑浊物，水质极差，臭气熏人。 帮助水质改善的主要功臣是一种神奇的细菌，这种复合菌群由杆菌、降酚菌、脱色菌等300多种菌株组成，就是它们吃掉了河水的有机物，让河水变清。从水面上看下去，河底一道道白色的带状物清晰可见。许榕介绍说，这是水草型生物带，上面附着了专吃污水的细菌，水底还埋设了用新型高分子材料制成的微孔曝气管，处理污水时，由设在岸边的机器启动微孔曝气管，将河道底部的污泥逐步搅动，使其与生物带上的细菌充分接触，这种特殊的细菌可以分解污水中的有机物，转化成水、二氧化碳、氮气等物质。一般情况下，经过半年至一年处理，原来1米深的河道淤泥可降低30—40厘米，剩余淤泥主要是以泥土、沙石等无机物为主，可让水生植物在上面生长，帮助水体恢复自我净化能力。以这段试验段为例，生物带只工作了一周，河水已经变清，但由于城东干道施工，两边的居民区和企业每天向明御河排放约5000吨污水，这些污水当天均被复合菌群全部吃掉。

4、 地球系统科学联盟启动环境变化与人类健康研究

在当今人类活动在全球范围内影响地球系统的时代，我们密切关注全球环境所不断遭受的负面影响和人类社会可持续发展中存在的严重威胁。新的研究计划\全球环境变化与人类健康\，将重点研究全球环境变化如何影响人民生活、健康和生存以及这些影响如何发生。 生态系统破坏、食物生产系统破坏、城市化加剧等问题都对人类的生活和健康构成了严重威胁，对这一问题的研究已经到了迫不及待的阶段。同时，人类活动和自然变化的相互作用也将带来一些新的疾病，这些都需要各国政府在发展经济的同时，注重经济活动对环境的影响，并对环境变化问题给予高度的重视，以求最彻底的理解。

二00六地球系统科学联盟(ESSP) 作为一个从地球系统的角度研究全球环境变化的国际性科学组织， 二00一年由全球环境变化领域四大科学计划(生物多样性计划、国际地圈生物圈计划、全球变化人为因素计划、世界气候研究计划)联合成立。

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5、 被污染的土地可修复了

现代农业生产的种植业依赖化肥、农药；畜禽饲养业依赖化学饲料添加剂、兽药；水产养殖业依赖化学品饲料、渔药及消毒剂、净化剂等。这些化学品不但严重污染了环境，而且是造成食品残毒的根源。

不久前，北京市平谷区传出喜讯，这个区的几个乡镇要利用高科技手段，修复被污染的土地，净化农业生态环境，不使用农药、化肥和化学添加剂，生产优质、安全、平价的农畜产品。

单纯谈论农村环境整治，农民缺乏积极性，为此，三安提出一套适合中国农村的环境治理与生态农业发展模式，即首先对试点的农村环境进行科学分析，对症下药，运用独有的技术进行环境综合治理。之后，为农民无偿提供农业生产资料，培训农民使用三安产品进行科学种植、管护，进而产出安全的绿色食品并包销，利润一半返还农民。对养殖户，三安将对养殖布局、粪便处理、饲料添加等环节进行全方位的调整，建立起全新的生态循环产业链。

6、 环境降解塑料研究开发进入新阶段

塑料材料的大量应用，在给人们的生活带来许多方便的同时，也造成了许多困扰。它在自然环境中很难分解，大量的废弃物造成了严重的环境污染。目前塑料废弃物主要的处理方法有填埋、焚烧、废旧塑料的回收，但这些都有环境污染问题，从根本上解决这一难题的途径就是生产可降解塑料。等。可以预见在21世纪，降解性高分子材料将会取得长足发展，成为高分子工业不可分割的部分。合成型光降解高分子材料主要是通过共聚反应在高分子主链引入羰基型感光性基团而赋予其光降解特性，并通过调节羰基基团含量控制其光降解活性。通常采用光敏单体CO或烯酮类（ 如甲基乙烯基酮、甲基丙烯基酮）与烯烃类等单体共聚，可合成含羰基结构的光降解型PE、PP、PS、PVC、PET和PA等。目前已实现工业化的光降解性聚合物有乙烯－CO共聚物和乙烯酮共聚物，可用于农膜、包装袋、容器、纤维、片材、泡沫制品等。

羰基化聚合物的主要缺点是一旦在光的作用下就发生降解，没有诱导期，使用时必须加入适当的稳定剂，以控制光降解过程。

生物降解塑料对于环境的要求不太苛刻，同时在合适的条件下更容易完全降解成小分子。它还具有普通塑料质量轻、加工容易、强度高、价格便宜的优点，其微生物降解的特点更是光降解塑料所不能比拟的，降解的低分子物质可以直接进入生物体代谢，在组织培养、控释药物、体内植入材料都有广泛的应用前景。按照生物降解高分子材料的来源可分为天然高分子型、化学合成型、微生物合成型、转基因生物生产型等。

光降解高分子材料技术相对较成熟，其市场占有率目前达 70%~80%，主要用作塑料袋，部分用作农用薄膜。但由于其降解方式的局限，其应用和发展今后将会受到挑战。

生物降解高分子材料目前还处在不断发展的阶段，技术含量高，应用前景看好。其中化学合成型和微生物合成型目前主要的问题是产品成本过高，主要应用于一些特殊的领域如医用材料等。

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