《生物技术与环境》补充练习题及其答案 一、结合实际，谈谈你对环境生物学的学科发展动态和我国优先 研究领域的认识。 答：从19世纪中叶起，有的学者开始注意到水污染对水生生物的影响，并将水中微型 生物进行分组分类。20世纪初，人们开始研究水污染的生物监测、城市污水和工业废水的 生物处理等问题。50年代以来，工业、交通事业和城市建设的飞跃发展，地球表面环境发 生了巨大的变化，一方面创造了前所未有的物质文明，另一方面产生了日益尖锐的环境问题。 其中以生态平衡遭到破坏所带来的影响最为严重，很多物种从地球上消失或濒临灭绝，人类 自己也受到公害的侵扰和威胁。因而关于受人类干预的环境对生物的影响以及两者相互作 用的规律和机理的研究，便日益受到人们的重视。从上世纪60年代开始，由于研究工作的 开展，环境生物学逐渐从生物学分化出来，发展成为一个独立的学科。上世纪0年代以来， 中国科学工作者在水、气污染的生物监测和生物净化，环境毒理和生态毒理，土壤污染和土 地处理系统以及自然保护等领域开展了不少科学研究，建立了相应的研究机构，一些高等院 校设立了环境生物学或与之有关的专业。 环境生物学将进一步研究污染对各类生态系统结构和功能的影响，建立生态系统的生物 模拟（包括受控生态系统的实验）和数学模型研究方法，制作污染生态模型，预测和预报污染 对生态系统稳定性、群落结构、物质循环和能量交换的影响，为制定最优化环境区划和规划 提供依据：进一步研究各个生态系统（如工矿、农田、森林、草原和水生生态系统）内部和 相互之间的调节、控制和平衡关系，以及研究由于污染而引起的区域性或全球性变化对生物 圈生物资源的影响：进一步加强对有关生物净化和生物降解的基础理论研究，建立和完善污 染物生物效应数据库和生物样品库，加强毒物对生物（包括人类）的致毒机理以及环境因素引 起畸变、突变、癌变的生物学基础的研究。 纵观十几年来环境生物学的发展，从初具雏型，不断成长，目前在环境生物学领域的各 个重要方面，均已有大量工作在积极开展，但它们的发展是不平衡的。今后应重点并优先开 展的领域主要包括以下几个方面。(1)严重的水土流失及其生物控制：(2)干旱和半干旱的 生态恢复及沙漠化防治：(3)湖泊和水库的富营养化防治：(4)食品、中药、饮片中有害物 质的残留和清洁生产：(5)环境人素和我国人群健康：(6)转基因产品和生物入侵：(7)生
1 《生物技术与环境》补充练习题及其答案 一、结合实际，谈谈你对环境生物学的学科发展动态和我国优先 研究领域的认识。 答：从 19 世纪中叶起，有的学者开始注意到水污染对水生生物的影响，并将水中微型 生物进行分组分类。20 世纪初，人们开始研究水污染的生物监测、城市污水和工业废水的 生物处理等问题。50 年代以来，工业、交通事业和城市建设的飞跃发展，地球表面环境发 生了巨大的变化，一方面创造了前所未有的物质文明，另一方面产生了日益尖锐的环境问题。 其中以生态平衡遭到破坏所带来的影响最为严重，很多物种从地球上消失或濒临灭绝，人类 自己也受到公害的侵扰和威胁。 因而关于受人类干预的环境对生物的影响以及两者相互作 用的规律和机理的研究，便日益受到人们的重视。从上世纪 60 年代开始，由于研究工作的 开展，环境生物学逐渐从生物学分化出来，发展成为一个独立的学科。上世纪 70 年代以来， 中国科学工作者在水、气污染的生物监测和生物净化，环境毒理和生态毒理，土壤污染和土 地处理系统以及自然保护等领域开展了不少科学研究，建立了相应的研究机构，一些高等院 校设立了环境生物学或与之有关的专业。 环境生物学将进一步研究污染对各类生态系统结构和功能的影响，建立生态系统的生物 模拟(包括受控生态系统的实验)和数学模型研究方法，制作污染生态模型，预测和预报污染 对生态系统稳定性、群落结构、物质循环和能量交换的影响，为制定最优化环境区划和规划 提供依据；进一步研究各个生态系统（如工矿、农田、森林、草原和水生生态系统）内部和 相互之间的调节、控制和平衡关系，以及研究由于污染而引起的区域性或全球性变化对生物 圈生物资源的影响；进一步加强对有关生物净化和生物降解的基础理论研究，建立和完善污 染物生物效应数据库和生物样品库，加强毒物对生物(包括人类)的致毒机理以及环境因素引 起畸变、突变、癌变的生物学基础的研究。 纵观十几年来环境生物学的发展, 从初具雏型, 不断成长, 目前在环境生物学领域的各 个重要方面, 均巳有大量工作在积极开展, 但它们的发展是不平衡的。今后应重点并优先开 展的领域主要包括以下几个方面。（1）严重的水土流失及其生物控制；（2）干旱和半干旱的 生态恢复及沙漠化防治；（3）湖泊和水库的富营养化防治；（4）食品、中药、饮片中有害物 质的残留和清洁生产；（5）环境人素和我国人群健康；（6）转基因产品和生物入侵；（7）生
物多样性的保护等。 我认为上述优先发展的领域可以总结归纳为以下三个方面：第一，人工生态系统的研究： 以人类的生产活动为中心的生态系统均属人工生态系统：第二，自然保护的研究：自然环境 和自然资源是整个人类生存的必要条件和社会繁荣的基础，通过人类的长期活动，现己大量 开发了地球上的自然资源：如果不对这些自然资源进行保护，终究会有资源枯竭的时候。第 三，其它方面的研究：如进一步着重研究污染对各类生态系统结构和功能及各级水平的影响， 建立生态系统的生物模拟和数学模型研究方法，制作污染生态模型，预测预报污染对生态系 统稳定性、群落结构和动力学、物质循环和能量交换的影响，为制定优化环境规划和区划提 供依据；进一步研究各个生态系统内部和相互之间的调节、控制和平衡，以及研究由于污染 而引起的区域性或全球性变化对生物圈生物资源的影响；进一步加强对有关生物净化和生 物降解的基础理论和应用研究，建立和完善污染物生物效应数据库和生物样品库，加强毒物 对生物（包括人类）的致毒机理以及环境因素引起的癌变、畸变、突变的生物学基础研究。 二、举例说明如何全面系统地分析生物与受损环境之间的关系。 答：生物生存依赖环境，环境影响生物的生存。生物与环境是一个有机互动的整体，当 环境发生变化时，生物也将进行调整使之与环境保持协调和一致。当环境受损时，生物自然 也将在其生命活动中产生异常反应。生物对受损环境产生的响应，可以发生在生物系统的基 因、细胞、组织、器官、个体、种群、生态系统等各个层次。利用这些不同层次的生物学属 性的变化，就可以对各种不同类型的污染环境和退化环境进行监测和预警。 (1)生物监测：利用生物分子、细胞、组织、器官、个体、种群、群落和生态系统等 层次上的变化对人为胁迫的生物学响应来阐明环境状况。即用生物作指标对环境质量变化进 行监测，为环境质量的评价提供依据。例如：利用金丝雀、老鼠来监测地下矿区瓦斯含量： 鱼儿在受到外界环境的不良刺激时会“咳嗽”；攻击伊拉克时，美国除配备世界上最先进的化 学侦测仪器外，养了一些小鸡，以便在遇到毒气时尽早得到报警。 (2)监测生物的选择：①选择对人为胁迫敏感并具有特异性反应的生物：②选择遗传 稳定、对人为胁迫反应个体差异小、发育正常的健康生物：③选择易于繁殖和管理的常见生 物：④选择既有检测功能又兼有其他功能的生物。 (3)生物预警和监测环境变化的机理：①个体水平的生物反应：染色体结构变异、数 目变异，DNA损伤及基因突变率等与污染物的种类、浓度存在着相关关系，即剂量效应关 系。当一定浓度的环境污染物及其活性代谢产物进入生物机体后，通过对酶的抑制，改变细 2
2 物多样性的保护等。 我认为上述优先发展的领域可以总结归纳为以下三个方面：第一，人工生态系统的研究： 以人类的生产活动为中心的生态系统均属人工生态系统；第二，自然保护的研究：自然环境 和自然资源是整个人类生存的必要条件和社会繁荣的基础, 通过人类的长期活动, 现已大量 开发了地球上的自然资源；如果不对这些自然资源进行保护，终究会有资源枯竭的时候。第 三，其它方面的研究：如进一步着重研究污染对各类生态系统结构和功能及各级水平的影响, 建立生态系统的生物模拟和数学模型研究方法, 制作污染生态模型, 预测预报污染对生态系 统稳定性、群落结构和动力学、物质循环和能量交换的影响, 为制定优化环境规划和区划提 供依据; 进一步研究各个生态系统内部和相互之间的调节、控制和平衡, 以及研究由于污染 而引起的区域性或全球性变化对生物圈生物资源的影响; 进一步加强对有关生物净化和生 物降解的基础理论和应用研究, 建立和完善污染物生物效应数据库和生物样品库, 加强毒物 对生物(包括人类) 的致毒机理以及环境因素引起的癌变、畸变、突变的生物学基础研究。 二、举例说明如何全面系统地分析生物与受损环境之间的关系。 答：生物生存依赖环境，环境影响生物的生存。生物与环境是一个有机互动的整体，当 环境发生变化时，生物也将进行调整使之与环境保持协调和一致。当环境受损时，生物自然 也将在其生命活动中产生异常反应。生物对受损环境产生的响应，可以发生在生物系统的基 因、细胞、组织、器官、个体、种群、生态系统等各个层次。利用这些不同层次的生物学属 性的变化，就可以对各种不同类型的污染环境和退化环境进行监测和预警。 （1）生物监测：利用生物分子、细胞、组织、器官、个体、种群、群落和生态系统等 层次上的变化对人为胁迫的生物学响应来阐明环境状况。即用生物作指标对环境质量变化进 行监测，为环境质量的评价提供依据。例如：利用金丝雀、老鼠来监测地下矿区瓦斯含量； 鱼儿在受到外界环境的不良刺激时会“咳嗽”；攻击伊拉克时，美国除配备世界上最先进的化 学侦测仪器外，养了一些小鸡，以便在遇到毒气时尽早得到报警。 （2）监测生物的选择：①选择对人为胁迫敏感并具有特异性反应的生物；②选择遗传 稳定、对人为胁迫反应个体差异小、发育正常的健康生物；③选择易于繁殖和管理的常见生 物；④ 选择既有检测功能又兼有其他功能的生物。 （3）生物预警和监测环境变化的机理：①个体水平的生物反应：染色体结构变异、数 目变异，DNA 损伤及基因突变率等与污染物的种类、浓度存在着相关关系，即剂量-效应关 系。当一定浓度的环境污染物及其活性代谢产物进入生物机体后，通过对酶的抑制，改变细
胞膜通透性，从而直接影响细胞的正常功能。②种群及群落的生物反应：一方面，在污染作 用下，种群中敏感个体死亡，种群的死亡率上升：另一方面，污染胁迫会使躯体生长率下降， 如污染物通过降低植物的光合作用或动物的合成代谢导致种群的躯体生长率降低。③生态系 统的影响：生态系统结构的变化及生态系统功能的变化。 三、什么是环境激素？讨论其对生物影响的特点和机制。 答：环境激素(Environmental Endocrine)是指外因性干扰生物体内分泌的化学物质， 这些物质可模拟体内的天然荷尔蒙，与荷尔蒙的受体结合，影响本来身体内荷尔蒙的量，以 及使身体产生对体内荷尔蒙的过度作用，使内分泌系统失调。进而阻碍生殖、发育等机能， 甚至有引发恶性肿瘤与生物绝种的危害。 环境激素对生物影响的特点和机制：生物自身合成的激素是从特定的内分泌组织分泌， 通过体液输送到靶细胞内的受体或膜受体上，与特异DNA序列产生反应，调节基因的转译， 再合成、加工、翻译成新的蛋白质，进而调节和控制各种物质代谢和生理功能。EH可以作 用于生物体内激素作用过程的某个环节而产生错误信息，影响生物正常的内分泌功能，破坏 其正常的新陈代谢，其作用方式主要有以下3种：第一种是与人体激素或动物体激素竞争靶 细胞上的受体。目前己经知道DDT、甲草胺、4-王基苯酚、烷基酚类化合物等多种EH能够 与人等哺乳动物体内的类固醇激素的靶细胞内受体结合，调节和控制生殖系统，影响到人和 动物的生殖能力：第二种是产生阻碍作用，主要对类固醇类物质合成过程中某些酶的活性起 抑制作用，减少甚至阻断类固醇的合成。例如高氯代羟基多氯联苯(HO-PCBs)以、甲苯氯、二 嗯英类化合物等具有抗雌激素的生理效应：第三种方式是影响内分泌系统和其他系统之间的 相互协同作用，如三丁基锡、三苯基锡等。生物的内分泌系统一旦受EH影响而紊乱，免疫 系统和中枢神经系统就会受到伤害：而神经系统又会对内分泌系统发育产生阻碍作用，因而 破坏到生物体正常的生理代谢功能。 四、试述转基因生物的环境行为和生物安全问题及其预防措施。 答：(1)转基因生物的环境行为：转基因是人为地让一个基因在其非自然的时间、地点、 环境进行非自然的表达。因此可以说，任何一个转基因生物都有可能对其所在的生态环境产 生一定的影响。这个影响可能是有害的，但也可能是有益的。转基因生物对生态环境的影响 一般经由转基因本身的表达，转基因的意外逃逸，对目标物种施加强大的非正常选择压力
3 胞膜通透性，从而直接影响细胞的正常功能。②种群及群落的生物反应：一方面，在污染作 用下，种群中敏感个体死亡，种群的死亡率上升；另一方面，污染胁迫会使躯体生长率下降， 如污染物通过降低植物的光合作用或动物的合成代谢导致种群的躯体生长率降低。③生态系 统的影响：生态系统结构的变化及生态系统功能的变化。 三、什么是环境激素？讨论其对生物影响的特点和机制。 答：环境激素（Environmental Endocrine）是指外因性干扰生物体内分泌的化学物质， 这些物质可模拟体内的天然荷尔蒙，与荷尔蒙的受体结合，影响本来身体内荷尔蒙的量，以 及使身体产生对体内荷尔蒙的过度作用，使内分泌系统失调。进而阻碍生殖、发育等机能， 甚至有引发恶性肿瘤与生物绝种的危害。 环境激素对生物影响的特点和机制：生物自身合成的激素是从特定的内分泌组织分泌， 通过体液输送到靶细胞内的受体或膜受体上，与特异 DNA 序列产生反应，调节基因的转译， 再合成、加工、翻译成新的蛋白质，进而调节和控制各种物质代谢和生理功能。EH 可以作 用于生物体内激素作用过程的某个环节而产生错误信息，影响生物正常的内分泌功能，破坏 其正常的新陈代谢，其作用方式主要有以下 3 种：第一种是与人体激素或动物体激素竞争靶 细胞上的受体。目前已经知道 DDT、甲草胺、4-壬基苯酚、烷基酚类化合物等多种 EH 能够 与人等哺乳动物体内的类固醇激素的靶细胞内受体结合，调节和控制生殖系统，影响到人和 动物的生殖能力；第二种是产生阻碍作用，主要对类固醇类物质合成过程中某些酶的活性起 抑制作用，减少甚至阻断类固醇的合成。例如高氯代羟基多氯联苯(HO-PCBs)、甲苯氯、二 嗯英类化合物等具有抗雌激素的生理效应；第三种方式是影响内分泌系统和其他系统之间的 相互协同作用，如三丁基锡、三苯基锡等。生物的内分泌系统一旦受 EH 影响而紊乱，免疫 系统和中枢神经系统就会受到伤害；而神经系统又会对内分泌系统发育产生阻碍作用，因而 破坏到生物体正常的生理代谢功能。 四、试述转基因生物的环境行为和生物安全问题及其预防措施。 答：（1）转基因生物的环境行为：转基因是人为地让一个基因在其非自然的时间、地点、 环境进行非自然的表达。因此可以说，任何一个转基因生物都有可能对其所在的生态环境产 生一定的影响。这个影响可能是有害的，但也可能是有益的。转基因生物对生态环境的影响 一般经由转基因本身的表达，转基因的意外逃逸，对目标物种施加强大的非正常选择压力
或者是对非目标物种的意外伤害等途径而实现。转基因生物本身也可能脱离管控进入自然 界，进而成为杂草或其它侵袭性生物。就绝大多数转基因生物而言，其对生态环境的影响， 都可归结于两点：一是对种群内基因型频率的影响，二是对其生长地的生物多样性以及生态 平衡的影响。 (2)生物安全问题：转基因意外逃逸是指转基因意外地进入到同一物种的非转基因种 群或其它物种中去，从而使转基因失去控制。它可以通过转基因生物与非转基因生物间的有 性生殖而实现，也可经由微生物的侵染来完成。目前所有的研究结果表明，转基因植物释放 后可能对农业生产带来的潜在风险有：①转基因生物的“基因漂移”的风险，转基因通过与 其野生亲缘种间的基因流而发生逃逸：②从抗病毒作物产生新病毒的风险：③转基因植物释 放后对土壤生态系统及生物地球化学循环的影响风险：④害虫对转基因植物的抗性风险：⑤ 转基因植物产生的杀虫剂对非目标生物影响的风险：⑥转基因植物“杂草”化问题。 (3)预防措施：虽然转基因生物对生物多样性或生态平衡有上述这些可能的负面影响。 但是，并不是说大量使用转基因生物一定就会破坏生物多样性或生态平衡。关键是如何对其 进行正确使用，以及如何对其使用进行严格的审批和有效的监管。要掌握这些关键，我们首 先应该做的，就是去了解一个转基因生物的生活习性，去了解它对生态环境的各种可能影响。 有了这些知识，我们就可对症下药，采取适当措施来避免或至少是极大地降低这些影响。这 些措施应该包括批准商业使用前的严格审批和批准后的严格监督两方面。 比如，与非转基因杂交是转基因意外逃逸的主要途径。为了防止这种事件发生，如果当 地生长有与一个转基因作物属于同一个或近源的物种的野生植物，就不要种植该转基因作 物。加拿大目前就规定，转基因油菜就不能在其东部地区种植，因为那一地区有不少油菜的 近源野生种生长。墨西哥也严禁转基因玉米种植，因为当地是玉米的起源中心，有不少玉米 的近源野生种生长。 总之，转基因生物的大量商业性应用，会对种植地的生物多样性以及生态平衡造成一定 影响。但我们不能因噎废食，禁止商业性使用转基因生物。对待转基因生物，科学的态度不 是禁止，而是扬长避短，严格监管，合理使用。而且，这个监管并不仅仅是政府的事，也是 每个公民的责任和义务。 五、综述全球变化及其对生物多样性的影响。 答：全球变化学是研究地球系统整体行为的一门科学。它把地球的各个层圈（如大气圈、 4
4 或者是对非目标物种的意外伤害等途径而实现。转基因生物本身也可能脱离管控进入自然 界，进而成为杂草或其它侵袭性生物。就绝大多数转基因生物而言，其对生态环境的影响， 都可归结于两点：一是对种群内基因型频率的影响，二是对其生长地的生物多样性以及生态 平衡的影响。 （2）生物安全问题：转基因意外逃逸是指转基因意外地进入到同一物种的非转基因种 群或其它物种中去，从而使转基因失去控制。它可以通过转基因生物与非转基因生物间的有 性生殖而实现，也可经由微生物的侵染来完成。目前所有的研究结果表明，转基因植物释放 后可能对农业生产带来的潜在风险有：①转基因生物的“基因漂移”的风险，转基因通过与 其野生亲缘种间的基因流而发生逃逸；②从抗病毒作物产生新病毒的风险；③转基因植物释 放后对土壤生态系统及生物地球化学循环的影响风险；④害虫对转基因植物的抗性风险；⑤ 转基因植物产生的杀虫剂对非目标生物影响的风险；⑥转基因植物“杂草”化问题。 （3）预防措施：虽然转基因生物对生物多样性或生态平衡有上述这些可能的负面影响。 但是，并不是说大量使用转基因生物一定就会破坏生物多样性或生态平衡。关键是如何对其 进行正确使用，以及如何对其使用进行严格的审批和有效的监管。要掌握这些关键，我们首 先应该做的，就是去了解一个转基因生物的生活习性，去了解它对生态环境的各种可能影响。 有了这些知识，我们就可对症下药，采取适当措施来避免或至少是极大地降低这些影响。这 些措施应该包括批准商业使用前的严格审批和批准后的严格监督两方面。 比如，与非转基因杂交是转基因意外逃逸的主要途径。为了防止这种事件发生，如果当 地生长有与一个转基因作物属于同一个或近源的物种的野生植物，就不要种植该转基因作 物。加拿大目前就规定，转基因油菜就不能在其东部地区种植，因为那一地区有不少油菜的 近源野生种生长。墨西哥也严禁转基因玉米种植，因为当地是玉米的起源中心，有不少玉米 的近源野生种生长。 总之，转基因生物的大量商业性应用，会对种植地的生物多样性以及生态平衡造成一定 影响。但我们不能因噎废食，禁止商业性使用转基因生物。对待转基因生物，科学的态度不 是禁止，而是扬长避短，严格监管，合理使用。而且，这个监管并不仅仅是政府的事，也是 每个公民的责任和义务。 五、综述全球变化及其对生物多样性的影响。 答：全球变化学是研究地球系统整体行为的一门科学。它把地球的各个层圈（如大气圈
水圈、岩石圈和生物圈)作为一个整体，研究地球系统过去、现在和未来的变化规律和控制 这些变化的原因和机制，从而建立全球变化预测的科学基础，并为地球系统的管理提供科学 依据。全球变化科学的产生和发展是人类为解决一系列全球性环境问题的需要，也是科学技 术向深度和广度发展的必然结果。 全球变化对生物多样性的影响主要包括以下几个方面： (1)全球气候变化对生物多样性的影响：全球变暖将带来全球和区域降水格局在不同 时间和空间上的重新分配，有些地方降水增加有些地方降水减少。水热条件很大程度上决定 了物种的分布格局。水热条件变化将直接影响物种的分布。在这种强大的自然干扰中，许多 物种因不能适应环境的巨大变化可能趋于灭绝。 (2)土地利用和覆盖的变化对生物多样性的影响：全球范围内，随着城市发展用地、 农业用地、工业原材料与能源用地等各种需求的增长，地球面貌发生了巨大变化。人类活动 引起的自然生境破坏是造成生物多样性丧失的主要原因。其次，随着人口与经济的增长，人 类对生物多样性产品的需求不断扩大，全球范围内大规模商业化粮食、水果、木材、生物能 源等种植业用地也日渐增长，给生物多样性保护带来巨大压力。 (3)生物入侵对生物多样性的影响：随着人类活动的全球化，不同区域的生物种类相 互迁移交流变得越来越频繁，有些有害生物扩散到新分布区大量繁殖扩散，就形成了生物入 侵。生物入侵不仅造成巨大的经济损失，还通过资源竞争、化感抑制等各种方式的竞争优势 降低当地的生物多样性。我国西南地区紫茎泽兰和飞机草的泛滥成灾就是例子。 六、论述污染环境的生物修复的类型及其相关技术方法的应用。 答：生物修复(bioremediation)又称为生物恢复(biorestoration),是指利用生物 代谢潜能消除或减少污染地区有害物质浓度的技术。广义的生物修复包括利用植物、动物和 微生物吸收、降解、转化土壤和水体中的污染物，使污染物的浓度降低到可接受的水平，或 将有毒有害的污染物转化为无害的物质，也包括将污染物稳定化，以减少其向周边环境的扩 散。一般分为植物修复、动物修复和微生物修复三种类型。狭义的生物修复，是指通过微生 物的作用清除土壤和水体中的污染物，或是使污染物无害化的过程。它包括自然的和人为控 制条件下的污染物降解或无害化过程。自生物修复技术诞生以来，已被用于清除受污染农田、 地下水、河流、湖泊和海洋等环境中的污染物，这些污染物包括石化产品、多环芳烃、卤代 烷烃、卤代芳烃以及引起水体富营养化的其他成分等
5 水圈、岩石圈和生物圈）作为一个整体，研究地球系统过去、现在和未来的变化规律和控制 这些变化的原因和机制，从而建立全球变化预测的科学基础，并为地球系统的管理提供科学 依据。全球变化科学的产生和发展是人类为解决一系列全球性环境问题的需要，也是科学技 术向深度和广度发展的必然结果。 全球变化对生物多样性的影响主要包括以下几个方面： （1）全球气候变化对生物多样性的影响：全球变暖将带来全球和区域降水格局在不同 时间和空间上的重新分配，有些地方降水增加有些地方降水减少。水热条件很大程度上决定 了物种的分布格局。水热条件变化将直接影响物种的分布。在这种强大的自然干扰中，许多 物种因不能适应环境的巨大变化可能趋于灭绝。 （2）土地利用和覆盖的变化对生物多样性的影响：全球范围内，随着城市发展用地、 农业用地、工业原材料与能源用地等各种需求的增长，地球面貌发生了巨大变化。人类活动 引起的自然生境破坏是造成生物多样性丧失的主要原因。其次，随着人口与经济的增长，人 类对生物多样性产品的需求不断扩大，全球范围内大规模商业化粮食、水果、木材、生物能 源等种植业用地也日渐增长，给生物多样性保护带来巨大压力。 （3）生物入侵对生物多样性的影响：随着人类活动的全球化，不同区域的生物种类相 互迁移交流变得越来越频繁，有些有害生物扩散到新分布区大量繁殖扩散，就形成了生物入 侵。生物入侵不仅造成巨大的经济损失，还通过资源竞争、化感抑制等各种方式的竞争优势 降低当地的生物多样性。我国西南地区紫茎泽兰和飞机草的泛滥成灾就是例子。 六、论述污染环境的生物修复的类型及其相关技术方法的应用。 答：生物修复（bioremediation）又称为生物恢复（biorestoration），是指利用生物 代谢潜能消除或减少污染地区有害物质浓度的技术。广义的生物修复包括利用植物、动物和 微生物吸收、降解、转化土壤和水体中的污染物，使污染物的浓度降低到可接受的水平，或 将有毒有害的污染物转化为无害的物质，也包括将污染物稳定化，以减少其向周边环境的扩 散。一般分为植物修复、动物修复和微生物修复三种类型。狭义的生物修复，是指通过微生 物的作用清除土壤和水体中的污染物，或是使污染物无害化的过程。它包括自然的和人为控 制条件下的污染物降解或无害化过程。自生物修复技术诞生以来，已被用于清除受污染农田、 地下水、河流、湖泊和海洋等环境中的污染物，这些污染物包括石化产品、多环芳烃、卤代 烷烃、卤代芳烃以及引起水体富营养化的其他成分等
生物修复相关技术方法的应用主要包括以下几个方面： (1)植物修复。有关植物修复的研究工作，主要是以下述两种策略进行，首先是藉由 在植物体中大量表现，己存在于体内且和聚积重金属有关的单一基因，促使植物累积重金属 的能力增强。另一种方法则是将一整套外来的，参与重金属代谢、吸收及累积途径的所有酵 素，利用基因转殖的方式送进植物体内。目前己经有许多利用基因转殖技术成功生产抗重金 属植物的例子，例如以色列的研究人员在烟草中加入具输送功能的基因(transporter),使烟 草可以生长在含有高浓度镍的环境下。另外西班牙的研究人员则在阿拉伯芥中转殖可以受镉 诱发，进而影响植物体内谷胱甘肽(glutathione)浓度的基因，结果发现转殖植株可以生长 在含高浓度镉的环境下，并且将镉累积在叶片中。目前普遍认为利用植物修复的方法，来 清除受重金属污染的土地，是一种较便宜且方便的作法，甚至有科学家指出，可利用植物的 这种特性开采土壤中的金属矿物。美国纽泽西州即成功地利用植物修复的方法，把一处因制 造电池而导致铅污染的土地复育成功。透过了解植物在重金属环境下的生存策略，有助于人 类利用生物科技制造出可以大量吸收重金属的植物。基本上可以有效清除重金属污染的植 物，最好须有下列特征：生长快速、根系能深植土壤、容易收割、能够容忍并累积多样化重 金属。 (2)动物修复。动物修复指通过土壤动物群的直接（吸收、转化和分解）或间接作用 (改善土壤理化性质，提高土壤肥力，促进植物和微生物的生长)而修复土壤污染的过程。 (3)微生物修复。微生物修复技术是指通过微生物的作用清除土壤和水体中的污染物， 或是使污染物无害化的过程。微生物修复技术方法目前主要有2种：原位修复技术和异位修 复技术，有时把这两种技术结合起来使用也有人称为原位-异位修复技术。在自然修复的过 程中，利用土著微生物的降解能力，但需要以下条件：①有充分和稳定的地下水流：②有 微生物可利用的营养物质：③有缓冲pH的能力：④有使代谢能够进行的电子受体。如果 缺少一项条件，将会影响微生物修复的速率和程度。对于外来化合物，如果污染新近发生， 很少会有土著微生物能降解它们，所以需要加入有降解能力的外源微生物。人为修复工程一 般采用有降解能力的外源微生物，用工程化手段来加速生物修复的进程，这种在受控条件下 进行的生物修复又称强化生物修复或工程化的生物修复。 工程化的生物修复一般采用下列手段来加强修复的速率：①生物刺激(biostimulation) 技术，满足土著微生物生长所需要的条件，诸如提供电子受体、供体氧以及营养物等；②生 物强化(bioaugmentation)技术需要不断地想污染环境投入外源微生物、酶、其他生长基质 或氯、磷无机盐。 6
6 生物修复相关技术方法的应用主要包括以下几个方面： （1）植物修复。有关植物修复的研究工作，主要是以下述两种策略进行，首先是藉由 在植物体中大量表现，已存在于体内且和聚积重金属有关的单一基因，促使植物累积重金属 的能力增强。另一种方法则是将一整套外来的，参与重金属代谢、吸收及累积途径的所有酵 素，利用基因转殖的方式送进植物体内。目前已经有许多利用基因转殖技术成功生产抗重金 属植物的例子，例如以色列的研究人员在烟草中加入具输送功能的基因（transporter），使烟 草可以生长在含有高浓度镍的环境下。另外西班牙的研究人员则在阿拉伯芥中转殖可以受镉 诱发，进而影响植物体内谷胱甘肽（glutathione）浓度的基因，结果发现转殖植株可以生长 在含高浓度镉的环境下，并且将镉累积在叶片中。 目前普遍认为利用植物修复的方法，来 清除受重金属污染的土地，是一种较便宜且方便的作法，甚至有科学家指出，可利用植物的 这种特性开采土壤中的金属矿物。美国纽泽西州即成功地利用植物修复的方法，把一处因制 造电池而导致铅污染的土地复育成功。透过了解植物在重金属环境下的生存策略，有助于人 类利用生物科技制造出可以大量吸收重金属的植物。基本上可以有效清除重金属污染的植 物，最好须有下列特征：生长快速、根系能深植土壤、容易收割、能够容忍并累积多样化重 金属。 （2）动物修复。动物修复指通过土壤动物群的直接（吸收、转化和分解）或间接作用 （改善土壤理化性质，提高土壤肥力，促进植物和微生物的生长）而修复土壤污染的过程。 （3）微生物修复。微生物修复技术是指通过微生物的作用清除土壤和水体中的污染物， 或是使污染物无害化的过程。微生物修复技术方法目前主要有 2 种：原位修复技术和异位修 复技术，有时把这两种技术结合起来使用也有人称为原位-异位修复技术。在自然修复的过 程中，利用土著微生物的降解能力，但需要以下条件： ①有充分和稳定的地下水流；②有 微生物可利用的营养物质；③有缓冲 pH 的能力；④有使代谢能够进行的电子受体。 如果 缺少一项条件，将会影响微生物修复的速率和程度。对于外来化合物，如果污染新近发生， 很少会有土著微生物能降解它们，所以需要加入有降解能力的外源微生物。人为修复工程一 般采用有降解能力的外源微生物，用工程化手段来加速生物修复的进程，这种在受控条件下 进行的生物修复又称强化生物修复或工程化的生物修复。 工程化的生物修复一般采用下列手段来加强修复的速率：①生物刺激（biostimulation） 技术，满足土著微生物生长所需要的条件，诸如提供电子受体、供体氧以及营养物等; ②生 物强化（bioaugmentation）技术需要不断地想污染环境投入外源微生物、酶、其他生长基质 或氮、磷无机盐