[科普中国]-海洋生物修复技术

海洋生物修复技术是指综合运用现代生物技术，利用特定的生物（植物、微生物或其他动物）吸收、转化、清除或降解环境污染物，使环境中的有害污染物通过降解或其他途径得以去除，实现环境净化、生态效应恢复的生物措施。海洋生物修复技术可以是一个受控或自发进行的过程。

简介生物修复的基础是自然界中生物对污染物的生物代谢作用。由于自然的生物修复过程一般较慢，难以实际推广应用，因此一般指的是在人为促进条件下的生物修复。在生物修复作用下污染物转化为稳定的、无毒的终产物如水、CO2、简单的醇或酸及微生物自身的生物量，最终从环境中消失。

随着海洋污染的逐年加剧，海洋生态环境恶化已成为影响世界各沿海国家海洋经济发展的关键因素。解决海洋环境污染，研究快速高效治理海洋污染的方法，尽快恢复并进一步优化海洋环境，是保证海洋产业可持续发展的关键，也是保护海洋，开发海洋的首要任务。为此，各沿海国家都对此给予了极大关注，并开始采取一系列的海洋环境整治措施，如机械清淤、化学降解、使用抗生素与消毒剂等进行治理。但是，这些传统的污染治理方法又存在净化处理不彻底、容易产生二次污染、有可能损害海区功能、破坏海域生态平衡等缺陷。因此，研究探讨一种既不危害海洋环境，又不破坏海洋生态的治理污染技术，已成为世界各国共同探讨的一项重大研究课题。海洋生物修复技术研究就是在这种背景下产生的。

海洋生物修复技术的应用海洋生物修复技术不仅可以用于污水与废水的净化处理，还可以用于底泥、土壤中有机污染和重金属污染的净化处理。其优点是费用低、效率高，可以实现水体与底质同时修复，对环境影响小，基本上不产生毒副作用，因而被认为是环境污染治理技术上的里程碑，已得到世界各国环保部门的广泛认可。生物修复技术除广泛应用于污水及污泥处理外。目前在海洋污染治理的研究应用主要集中在如下几个方面：用微生物降解底泥及水中的有害物质（如过量有机物、硫化氢等），延缓海域底质的老化；利用某些藻类（如海带、石莼、江蓠等）的光合作用吸收水环境及底质环境中的氮、磷等，降低水域富营养化；利用滤食性贝类（如牡蛎、贻贝、蛤仔等）的滤食作用，减少水环境中的有机污染物；利用以摄食底质中沉积性食物为主的动物（如海参、沙蚕等）消化底泥中的有机沉积物，降低底质有机污染；利用某些生物体内金属硫蛋白可以结合重金属污染物的特性，降低底质中的有机物污染和重金属污染等等1。

海洋生物修复技术的特点海洋生物修复技术是在生物降解的基础上发展起来的一种新兴的清洁技术，它是传统的生物处理方法的发展。与传统的化学、物理处理方法相比，生物修复技术具有下列优点：① 可在现场进行，污染物在原地被降解、清除，减少运输费用。消除运输隐患，就地处理，操作简便，对周围环境干扰少；② 对位点的破坏最小；③ 修复时间较短；较少的修复经费，仅为传统化学、物理修复经费的30%～50%；④ 人类直接暴露在这些污染物下的机会减少；⑤ 永久性地消除污染，不产生二次污染，遗留问题少；⑥ 生物修复技术可与其他修复方法联合使用，以更有效地分解和去除污染物质。

尽管海洋生物修复技术已经取得较大进展，但仍然存在许多不足：① 生物不能降解所有污染物，环境中的共存有毒物质如重金属等会对生物修复过程起抑制作用；② 生物修复不能在极端条件下进行，pH值、温度以及其他环境因素等都将影响着生物修复的进程；③ 生物修复对地点状况的前期考察及可行性分析往往费时费钱；④ 污染物有可能被转化成为有毒的代谢产物。生物修复可通过环境因素的最优化而加速自然生物降解速率，是一种高效、经济和生态可承受的清洁技术。可以预见，生物修复技术的研究与开发具有极为广阔的前景，应用将会越来越广泛，并将会产生更大的经济效益和社会效益2。

海洋生物修复技术的发展现状海洋污染形式多样，海洋生物技术则为污染防治提供了一条安全可靠、行之有效的新途径。海洋有自净能力，这主要是因为海洋中有许多微生物能够逐渐地降解污染物，而海洋生物修复技术主要就是利用微生物所具有的这种功能，对其进行分离、筛选、诱变、驯化，增强其降解能力，而后选择优势菌投放被污染海域，以加快海洋的自净速度。以下是生物技术在修复几种主要海洋污染中的研究和应用。

石油污染在各种污染中，石油污染最为严重。石油流入海面后，一方面在海面上产生油膜减少了海水对氧气的摄入，使大多数海洋动物因缺氧而窒息死亡；另一方面石油中含有的烃类化合物对许多海洋生物具有较强的毒性。通常半年后，被污染的海域仍受影响。

对石油污染可以采取泵吸、阻拦和旋涡除油的物理方法，也可以采用高效溶剂消除或凝油剂凝油回收的化学方法。但物理方法见效慢，消除不干净；化学方法虽然迅速有效，却难回收反应产物，而且化学药剂给海洋带来新的污染问题。

无机盐污染工业废水以及农业化肥中含有大量的氮、磷，当它们倾入海洋中时，会使海洋表层水的营养盐浓度增高；促使浮游植物过度繁殖，逐渐蔓延形成赤潮。过量的浮游植物消耗太多的氧气，使海水产生局部无氧层，使鱼虾等海洋动物窒息而死。同时，赤潮出现时，有毒藻类会分泌大量毒素，使海洋生物中毒死亡。一次赤潮出现，该海域中的生物就所剩无几了。

对于防治赤潮，有人建议投放植食性海洋动物如贝类以防治藻类的过度繁殖，但这样有毒赤潮的毒素就会富集在食物链中，最终会危及其它海洋生物以及人类。而利用微生物如细菌的溶藻、抑藻和杀藻的现象，以及对藻类毒素的降解作用，可以彻底地防治赤潮。

有机物污染海洋有机物污染主要是指一些难降解、高毒性的有机物如酚类、芳烃类、卤代烃类、偶氮类等对海洋生物及人体的毒害。有机物污染主要来自工业废水以及农药废液。

微生物通过酶促反应还可以降解农药污染。荧光假单孢菌为主的混合菌可以通过对硫磷水解酶酶促降解有机磷农药。虞云龙等分离的广谱性降解菌YF11所产生的降解酶对一硫代磷酸和拟除虫菊酯类杀虫剂具有良好的降解效果。

近年来，以白腐菌治理芳香性化合物等有机物污染成为环境生物修复的研究热点。白腐菌降解芳香化合物的能力很强，它可以降解多种芳香化合物：氯代芳烃、氯化苯胺、硝基苯、氯代酚、多氯联苯、多环芳烃、氯化二苯并二恶英、偶氮染料和杂环染料、三苯甲基染料等有机物。白腐菌降解芳香化合物的主要产物是CO2和生物量本身，不会引起二次污染。

重金属污染海洋重金属污染指铜、汞、银、镉、钴、铀、锌、锰、钙等重金属的自由离子对海洋生物的致毒效应。而许多微生物对重金属具有抗性，利用微生物的这种抗性可以对海洋环境进行解毒。

真菌对重金属解毒机制的主要类型有：与重金属离子形成沉淀或者将重金属元素还原成零价金属；产生有机酸与重金属元素形成螯合物；吸收重金属离子合成硫蛋白等复合物。

利用藻类的细胞壁吸附重金属离子，也可以在一定程度上治理重金属污染。活藻细胞表面的多糖、蛋白可以与重金属离子发生离子交换或形成复合物，而死藻体则可起到物理吸附的效果3。

本词条内容贡献者为:

吴俊文 - 博士 - 厦门大学