《生态探索生物技术》课件

生态探索生物技术欢迎来到《生态探索生物技术》课程本课程将带您探索生态学与生物技术的交叉领域，了解如何利用现代生物技术解决生态环境问题我们将系统学习从生态学基础到前沿生物技术应用的全面知识，培养您在生态保护与可持续发展领域的创新思维和实践能力在这个人类与自然关系日益紧张的时代，生物技术为生态修复和环境保护提供了新的可能性让我们一起踏上这段融合科学与自然的奇妙旅程课程概述1课程目标2学习内容本课程旨在培养学生掌握生态课程内容涵盖生态学基础、生学与生物技术的基本理论与方物技术概述、生态工程、生物法，能够运用生物技术手段解技术在生态保护中的应用、生决生态环境问题通过系统学物能源技术、环境生物技术、习，使学生具备跨学科思维能生态系统服务、生态大数据与力，为将来在环境保护、生态人工智能、合成生物学等多个修复等领域的工作和研究打下方面，全面介绍生态探索生物坚实基础技术的理论与实践3考核方式本课程采用多元化考核方式，包括课堂参与度（）、实验报告（15%）、小组项目展示（）以及期末考试（）鼓励学生积25%30%30%极参与讨论，独立思考，培养实践能力和团队协作精神第一章生态学基础生态学定义生态学发展史生态学研究方法生态学是研究生物与环境之间相互关系生态学起源于19世纪，从早期的自然历现代生态学研究方法多样，包括野外调的科学，它探讨生物与周围环境之间的史观察发展到现代系统化的科学德国查与观察、实验室分析、数学模型模拟复杂互动关系，以及生物之间的相互作生物学家海克尔于1866年首次提出生、遥感技术等随着科技发展，分子生用生态学研究范围从个体到整个生物态学概念，20世纪初期生态学作为独立物学技术、大数据分析和人工智能等新圈，是理解自然界平衡机制的关键学科学科确立，现代生态学整合了分子生物方法不断融入生态学研究，极大拓展了学、信息技术等多学科方法，发展成为生态学的研究深度与广度一门综合性学科生态系统概念生态系统的定义生态系统的组成部分生态系统是指在一定空间范围内，生态系统由生物成分和非生物成分生物与环境相互作用而形成的统一两大部分构成生物成分包括生产整体它是生态学研究的基本单元者（植物）、消费者（动物）和分，包含了生物群落与其物理环境之解者（微生物）；非生物成分包括间的物质循环和能量流动生态系阳光、空气、水、土壤等物理化学统具有自我调节和自我维持的能力因素这些成分通过物质循环和能，是地球生命支持系统的基础量流动紧密联系在一起生态系统的类型根据环境特征，生态系统可分为陆地生态系统（如森林、草原、荒漠）、水域生态系统（如海洋、湖泊、河流）和人工生态系统（如农田、城市）等不同类型的生态系统具有不同的结构特征和功能过程，但都遵循相似的生态学规律生态系统的结构生物群落生物群落是指生活在特定环境中所有生物种群的集合它具有一定的物种组成、数量关系和空间结构，反映了生物间的相互关系在一个稳定的生物群落中，不同生物种群占据不同的生态位，形成复杂的食物网和共生关系，共同维持生态系统的稳定性非生物环境非生物环境是指影响生物生存和发展的各种物理化学因素，包括气候因子（温度、湿度、光照）、水文因子、土壤因子等这些非生物因素为生物提供生存所需的资源和条件，同时也对生物的分布、适应和进化产生重要影响生态位生态位是指物种在生态系统中的功能角色及其对资源的利用方式包括空间生态位、营养生态位和时间生态位等多个维度生态位的分化和专业化使不同物种能够共存于同一生态系统中，减少竞争，提高资源利用效率，增强生态系统的稳定性生态系统的功能物质循环生态系统中的碳、氮、磷等元素通过生物与非生物环境之间不断交换，形成循环流动物质循环依赖于生产者的固定、消费能量流动2者的传递和分解者的分解作用，实现元素从无机形态到有机形态再到无机形态的转生态系统中的能量主要来源于太阳辐射换，保持生态系统物质平衡，通过光合作用被植物转化为化学能，1再通过食物链逐级传递每一级传递都信息传递伴随着能量损失，呈现出金字塔结构能量流动是单向、不可逆的过程，维持生态系统中的信息传递指生物间通过化学着生态系统的正常运行物质、声音、行为等方式进行的信息交流3，以及生物对环境信号的感知和响应信息传递调节着生物间的相互关系和生物与环境的互动，对维持生态系统的结构和功能至关重要生态平衡生态系统稳定性1抵抗扰动的能力生态反馈机制2自我调节的过程物种多样性3提高系统弹性环境承载力4资源利用的限度生态平衡基础5能量流动与物质循环生态平衡是指生态系统中各组成部分保持相对稳定的状态在自然条件下，生态系统通过自我调节机制维持平衡物种之间的竞争与合作、捕食与被捕食关系形成复杂的反馈网络，使系统能够抵抗一定程度的干扰生态平衡对维持生物多样性、提供生态系统服务至关重要然而，人类活动如过度开发、污染排放等可能打破这种平衡，导致生态系统功能退化因此，了解和维护生态平衡是生态保护的核心目标生物多样性生物多样性的定义生物多样性是指地球上所有生命形式的多样性，包括基因、物种和生态系统三个层次它是地球生命演化40多亿年的成果，反映了生命的丰富性、复杂性和可变性，是维持生态系统功能和提供生态系统服务的基础生物多样性的层次基因多样性反映了同一物种内部基因变异的丰富程度，是物种适应环境变化的遗传基础；物种多样性指特定区域内生物物种的丰富度、均匀度和分化程度；生态系统多样性则表现为不同类型生态系统的丰富程度和复杂性生物多样性的重要性生物多样性为人类提供食物、药物、材料等直接资源，同时提供气候调节、水源涵养、土壤保持等生态系统服务它还具有巨大的科学研究、教育和审美价值保护生物多样性对维持生态平衡、促进可持续发展具有重要意义生态问题概述全球变暖生物多样性丧失环境污染全球变暖主要由温室气生物多样性正以前所未工业废水、农业面源污体排放增加导致，表现有的速度减少，主要由染、生活垃圾、塑料污为地球平均温度上升、栖息地破坏、过度开发染等多种形式的环境污极端气候事件增加、冰、环境污染、气候变化染正在破坏自然生态系川融化和海平面上升等和外来物种入侵等因素统污染物在生态系统这些变化正在影响世造成联合国报告显示中积累和传递，通过食界各地的生态系统，导，全球约有100万种物物链产生生物放大效应致物种分布范围改变、种面临灭绝威胁，生物，最终危及生态系统健生物季节变化、生物多多样性丧失将严重影响康和人类健康，成为全样性丧失等严重后果生态系统功能和人类福球亟需解决的环境问题祉第二章生物技术概述生物技术的定义1生物技术是利用生物系统、生物体或其衍生物来制造或改造产品、优化植物或动物性能、开发微生物用于特定用途的技术总称它结合了生物学、化学、物理学、工程学等多学科知识，通过对生物过程的理解和操控，为人类社会发展提供了新的解决方案生物技术的发展历程2生物技术起源于古代发酵技术，经历了传统生物技术、现代生物技术到当代生物技术的演变1973年首次成功实现DNA重组标志着现代生物技术的诞生，随后基因组学、蛋白质组学等学科快速发展，CRISPR基因编辑等革命性技术不断涌现，推动生物技术进入创新快车道生物技术的分支3当代生物技术已形成多个专业分支，包括基因工程、细胞工程、酶工程、发酵工程、蛋白质工程、代谢工程、生物信息学等这些分支既有各自的理论基础和技术特点，又相互交叉融合，共同构成了现代生物技术的完整体系，为生态保护提供了多样化的技术手段基因工程基因工程的定义基因工程的基本原理基因工程的应用基因工程是指利用DNA重组技术，将目的基因工程的基本原理包括基因分离、基因在生态领域，基因工程应用广泛，包括开基因导入受体细胞，使其在细胞中表达，编辑、基因转移和基因表达调控通过限发抗逆转基因植物增强生态系统稳定性、从而改变生物体性状或产生有用物质的技制性内切酶切割DNA、聚合酶链反应构建高效降解污染物的工程菌用于环境修术它是现代生物技术的核心，为生物资PCR扩增基因片段、载体构建转化宿主复、设计生物传感器监测环境污染物、保源的开发利用和生态环境保护提供了重要细胞等一系列操作，实现对生物遗传信息护濒危物种遗传多样性等这些应用为解技术支持的精确操控，达到预期的基因表达效果决生态环境问题提供了创新性方法细胞工程细胞工程是研究和利用细胞的结构与功能，通过体外操作细胞达到特定目的的技术它包括细胞培养、细胞融合、细胞核移植、原生质体技术等在细胞工程中，科学家们能够在控制条件下培养、繁殖和修饰细胞，创造出具有新特性的细胞系在生态保护领域，细胞工程技术被广泛应用于珍稀濒危植物的快速繁殖和保存，通过组织培养技术可以在短时间内获得大量遗传一致的植物个体，建立离体保存基因库此外，细胞工程还用于培育抗逆性强的植物新品种，提高生态修复效率，为生物多样性保护提供技术支持酶工程酶的特异性应用1高效催化特定生物化学反应酶的稳定性改造2提高极端环境下的催化效率酶的结构改造3通过蛋白质工程调整活性位点酶工程基础4了解酶的结构与功能关系酶工程是研究酶的分离提取、结构改造和固定化应用的技术，旨在提高酶的催化效率、稳定性和特异性作为生物催化剂，酶具有高效、专

一、温和的特点，能在常温常压下催化各种生物化学反应，大大降低了能源消耗和环境污染在生态环保领域，工程化酶被广泛应用于污染物降解、环境监测和清洁生产例如，纤维素酶可降解植物纤维素废弃物，脂肪酶可分解油污，过氧化物酶可去除有毒有机物，这些应用为环境治理提供了绿色、高效的生物技术解决方案发酵工程10000+微生物种类可用于发酵工程的微生物资源极其丰富，为工业发酵提供多样化选择30%能源节约与传统化学工艺相比，发酵工程通常可节省30%以上的能源消耗亿100产业规模中国发酵工程产业年产值已超过100亿元人民币，持续快速增长90%资源利用率先进发酵技术可将生物质资源利用率提高到90%以上，显著减少废弃物发酵工程是研究利用微生物进行工业化发酵生产的技术，通过控制发酵条件，使微生物产生目标产物它结合了微生物学、生物化学、生物工程等学科知识，实现了从实验室到工业化生产的转化，是生物技术产业化的重要支撑生物信息学生物信息学的定义生物信息学是利用数学、计算机科学和统计学方法研究生物学问题的交叉学科它通过收集、分析和解释复杂的生物数据，揭示生命系统的结构与功能，为生物技术研究提供计算和分析工具，加速生命科学研究进程生物信息学的工具核心工具包括序列比对算法、基因预测软件、蛋白质结构预测程序、系统发育分析软件、基因组浏览器等这些工具帮助科学家从海量生物数据中挖掘有价值信息，辅助基因功能分析、蛋白质相互作用网络研究和药物设计等研究工作生物信息学在生态学中的应用在生态学研究中，生物信息学用于分析环境数据、构建生态网络模型DNA、预测物种分布变化、评估生物多样性等通过整合多源数据，生物信息学为生态系统结构与功能的理解、生物多样性保护策略制定提供了强大的数据支持和理论指导第三章生态工程生态系统设计12环境修复基于生态学原理的工程设计，构建可持续生恢复受损生态系统功能，提高生态系统弹性态系统生态服务提升资源循环利用优化生态系统服务功能，增强环境调节能力43促进物质和能量的闭环流动，减少环境负荷生态工程是将生态学原理与工程技术相结合，通过设计、建造和管理人工生态系统来解决环境问题的应用学科它强调利用自然力量和生态过程，而非传统的机械化和能源密集型方法，追求人类与自然的和谐共处生态工程的核心理念是与自然合作，通过模拟自然生态系统的结构和功能，构建具有自我维持和自我修复能力的人工生态系统它在环境修复、污染控制、资源循环利用等领域发挥着越来越重要的作用，是实现生态文明建设的重要技术支撑生态修复技术土壤修复水体修复植被恢复土壤修复技术包括物理修复、化学修复水体修复技术主要包括生物膜法、人工植被恢复是指通过人工或辅助自然恢复和生物修复三大类生物修复利用植物湿地系统、微生物强化技术等微生物的方式，重建退化区域的植被覆盖核、微生物的生物学特性治理受污染土壤在水体净化中起着核心作用，能降解各心技术包括种子处理技术、土壤改良技，如植物萃取技术可用于重金属污染土类有机污染物生态浮岛技术结合了植术、固沙防风技术等近年来，微生物壤的修复，白腐真菌可降解土壤中的有物净化和微生物降解作用，不仅能有效接种技术被广泛应用于植被恢复，通过机污染物相比传统物理化学方法，生去除水中污染物，还能美化水体景观，接种有益微生物如根瘤菌、菌根真菌等物修复更加环保、经济且可持续恢复水生态系统的健康和稳定，增强植物适应性和生长能力人工湿地技术人工湿地的定义人工湿地的类型人工湿地的生态功能人工湿地是模拟自然湿地的生态系统，通根据水流方式的不同，人工湿地主要分为人工湿地不仅具有污水处理功能，还能提过人工设计建造和管理，用于处理各类废表面流人工湿地、水平潜流人工湿地和垂供生物栖息地，增加区域生物多样性它水的生态工程系统它利用湿地植物、微直流人工湿地此外，还有复合型人工湿还具有调节小气候、涵养水源、控制洪水生物和湿地基质的协同作用，将污染物转地，结合多种流态的优点，提高处理效率、固碳释氧等多种生态服务功能在城市化为无害物质或固定在湿地系统中，实现不同类型的人工湿地适用于不同水质特环境中，人工湿地还可作为生态景观和环水质净化的目的性和环境条件的污水处理境教育基地，提升城市生态价值生态农业生态农业的定义1生态农业是一种以生态学原理为指导，优化资源配置，协调农业生产与环境保护关系的可持续农业生产方式它强调农业生产系统的整体性、循环性和可持续性，通过模拟自然生态系统的结构和功能，实现农业生产与生态环境的和谐发展生态农业的特点2生态农业具有多样性高、稳定性强、效率高、污染少等特点它注重作物多样性和轮作倒茬，充分利用生物间的互利共生关系，减少化学投入，提高资源利用效率，降低环境负荷，生产出安全、健康的农产品，实现生态、经济和社会效益的统一生态农业的发展趋势3生态农业正向精准化、智能化和产业链整合方向发展现代生物技术如生物固氮、生物防治、生物肥料等技术正广泛应用于生态农业；物联网、大数据等技术的应用使精准农业成为可能；产业链整合则促进了农业废弃物资源化利用，实现了农业生产的闭环管理生态城市建设绿色基础设施清洁能源系统废弃物管理生态水系统绿色交通网络生态文化建设生态城市是指以生态学和可持续发展理论为指导，通过生态规划和建设，实现人与自然和谐共生的城市形态它注重城市生态系统的健康与平衡，追求能源高效利用、物质循环流动和最小环境影响，为居民提供健康、舒适的生活环境生态城市规划遵循生态优先、绿色发展原则，保护城市内的自然景观和生物多样性，构建立体绿化系统和生态廊道在实践中，生物技术为生态城市建设提供了多种解决方案，如利用微生物处理城市污水、使用生物能源替代化石燃料、应用生态修复技术改善城市环境质量等第四章生物技术在生态保护中的应用生物技术在生态保护中的重要生物技术应用的主要领域性在生态保护中，生物技术主要应用于生生物技术为生态保护提供了创新工具和物修复（利用生物降解污染物）、生物方法，能够在生物多样性保护、环境污监测（检测环境质量变化）、生物防治染治理、生态修复和资源可持续利用等（控制有害生物），以及生物多样性保方面发挥重要作用它的高效性、特异护（濒危物种保育、栖息地恢复）等领性和环境友好性使其成为解决复杂生态域这些应用充分利用了生物体的特殊环境问题的理想技术手段，为保护地球功能和适应能力，为环境保护提供了绿生态系统的健康和完整性提供了新的可色、高效的解决方案能性生物技术应用的挑战生物技术在生态保护中的应用仍面临诸多挑战，包括技术成熟度不足、应用成本高、效果稳定性差、生态风险评估不完善等此外，公众对生物技术尤其是基因工程技术的接受度不高，相关政策法规不健全，也限制了生物技术在生态保护中的推广应用生物修复技术微生物修复植物修复动物修复微生物修复利用细菌、植物修复是利用植物及动物修复主要利用某些真菌等微生物的代谢活其根际微生物去除、转动物的生物积累、生物动降解或转化环境污染移、稳定或降解环境中转化能力处理特定污染物例如，石油降解菌的污染物超积累植物物例如，蚯蚓可促进可分解石油污染物；重可富集土壤中的重金属土壤有机物分解和重金金属耐受菌可将有毒重；根际增强技术通过植属螯合；贻贝等滤食性金属转化为低毒或无毒物分泌物刺激微生物活贝类可净化水体中的微形式基因工程技术可性，加速污染物降解粒和有机物此外，一增强微生物的降解能力植物基因工程可提高植些昆虫如黑水虻幼虫可，如构建具有多种降解物的耐受性和修复能力高效降解有机废弃物，途径的工程菌，提高修，如转基因杨树可高效实现资源化处理复效率吸收汞离子生物监测技术1生物标志物2环境DNA技术3遥感技术生物标志物是指能指示环境质量或污染环境DNA（eDNA）技术是从环境样本遥感技术结合生物指标，可实现大范围状况的生物体或生物学参数传统生物（水、土、空气）中提取生物体脱落的生态系统监测卫星遥感可获取植被覆标志物包括指示生物（如地衣对空气污DNA，通过高通量测序分析生物多样性盖度、叶绿素含量、生物量等参数，评染敏感）和生物积累指标（如鱼体内重和种群动态的方法它能检测到传统调估生态系统健康状况无人机近距离遥金属含量）现代生物标志物技术结合查方法难以发现的物种，特别适用于水感则能提供高分辨率影像，监测局部区分子生物学方法，开发基于基因表达、生生态系统和稀有物种监测eDNA技域生态变化结合深度学习算法，遥感蛋白质合成和代谢反应的标志物，提高术的发展使大规模、高效率的生物多样技术能自动识别物种分布和生态系统变了环境监测的灵敏度和特异性性监测成为可能化趋势生物防治技术生物防治是利用天敌生物和生物活性物质控制害虫、病原体和杂草的方法生物农药包括微生物农药（如苏云金芽孢杆菌）、植物源农药（如除虫菊素）和生化农药（如性信息素）与化学农药相比，生物农药具有高效、安全、靶向性强和环境友好等优点，是绿色农业的重要支撑技术天敌防治利用捕食性和寄生性天敌控制有害生物，如利用七星瓢虫防治蚜虫，利用赤眼蜂防治玉米螟生态调控则通过改变生态环境条件，增强作物抗性，创造有利于天敌发展的环境，实现对有害生物的综合防控生物防治技术的应用显著减少了化学农药使用，保护了农田生态系统健康濒危物种保护基因库建设基因库是保存濒危物种遗传多样性的重要设施，包括种子库、库、体细胞库等DNA形式现代生物技术使基因资源的长期保存成为可能，如超低温保存技术可维持生物材料的活力数十年通过收集和保存濒危物种的遗传材料，基因库为未来物种恢复和生态重建提供了宝贵的资源克隆技术克隆技术为极度濒危物种提供了新的保护手段体细胞核移植技术可利用保存的体细胞产生与供体细胞遗传物质相同的个体尽管哺乳动物克隆仍面临成功率低、后代健康问题等挑战，但在特定情况下可作为最后的保护手段，如已对濒危的野牛和藏羚羊进行了克隆尝试辅助繁殖技术辅助繁殖技术包括人工授精、体外受精、胚胎移植等，可帮助克服濒危物种自然繁殖的障碍例如，大熊猫人工授精技术的成功应用大幅提高了圈养繁殖率；北方白犀牛的体外受精研究为这一几近灭绝的物种带来了希望这些技术为濒危物种种群恢复提供了重要支持生态系统重建恢复成功率平均恢复时间年生态系统重建是在退化或破坏的生态系统中，通过人工干预恢复其结构和功能的过程生态系统评估是重建的第一步，包括对生物多样性状况、环境条件和生态过程的全面调查，确定退化原因和程度，为制定重建方案提供科学依据生态系统设计阶段需确定目标物种和群落结构，设计恢复的技术路线和实施步骤生物技术在这一阶段提供了多种工具，如微生物接种剂改良土壤条件，抗逆植物品种增强生态系统抵抗力生态系统管理则关注重建后的长期维护，通过适应性管理策略，确保重建生态系统的可持续发展第五章生物能源技术第四代生物燃料1合成生物学设计的高效能源系统第三代生物燃料2藻类和非食用植物油脂第二代生物燃料3非食用作物和农林废弃物第一代生物燃料4食用作物转化的生物燃料传统生物质能源5直接燃烧木材、秸秆等生物能源是指从生物质中获取的可再生能源，包括传统的薪柴和现代的生物液体燃料、生物气体等与化石燃料相比，生物能源具有可再生、碳中性和环境友好等优势生物质能源可减少对化石燃料的依赖，降低温室气体排放，促进农村经济发展，是应对能源危机和气候变化的重要选择现代生物技术极大地提高了生物能源的生产效率，如酶工程技术提高了纤维素水解效率，代谢工程创造了能高效产生生物燃料的微生物，基因工程改良了能源作物的产量和品质随着技术进步，生物能源正朝着高效、低成本、低环境影响的方向发展生物质能生物质能的来源生物质能的转化技生物质能的应用术生物质能源材料主要来生物质能广泛应用于发自林业废弃物（如锯末生物质能转化技术包括电、供热和交通燃料等、树皮）、农业废弃物直接燃烧法、热化学转领域生物质热电联产（如秸秆、）、能源作化法（气化、热解、液系统能同时提供电力和物（如柳枝稷、芒草）化）和生物化学转化法热能，综合能源利用效、城市有机废弃物（如（发酵、厌氧消化）率可达80%以上；生物厨余垃圾、污泥）等其中，生物质气化技术质成型燃料可替代煤炭中国作为农业大国，每能将固体生物质转化为用于工业锅炉和居民供年产生约7亿吨农林废可燃气体，热效率可达暖；生物质合成气可用弃物，具有丰富的生物85%；酶解发酵技术可于生产化学品和液体燃质能源潜力，但目前利将纤维素转化为生物乙料，实现生物质能的高用率不足30%醇，是第二代生物燃料值化利用生产的关键技术生物燃料生物乙醇生物柴油生物气生物乙醇是通过发酵技术将含糖、淀粉生物柴油是由植物油、动物脂肪或微藻生物气是通过厌氧消化技术将有机废弃或纤维素原料转化为乙醇的可再生燃料油脂通过酯交换反应制成的可再生柴油物转化为以甲烷为主的可燃气体原料第一代生物乙醇主要使用玉米、甘蔗替代品传统生物柴油主要使用大豆油包括畜禽粪便、农作物秸秆、工业有机等食用作物，引发粮食vs燃料争议；、菜籽油等食用植物油；新一代生物柴废水等生物气除直接用于燃烧发电、第二代生物乙醇则利用纤维素原料，如油研究集中在非食用油料作物（如麻疯供热外，还可通过提纯得到生物甲烷，农林废弃物、能源草本植物等纤维素树）和微藻上微藻生物柴油具有产油注入天然气管网或用作车用燃料生物乙醇生产的关键在于预处理和酶解技术率高、不占用耕地等优势，被视为最有气项目集成了废弃物处理和能源生产双，目前已通过基因工程开发出高效纤维前景的生物柴油原料，但目前生产成本重功能，对农村能源建设和环境保护具素酶和耐高温发酵微生物较高，仍在研发降本增效技术有重要意义藻类能源倍30土地效率与传统能源作物相比，微藻的单位面积生物质产量可高达30倍70%油脂含量经过基因改良的高油脂微藻，其干重中油脂含量可达70%吨100碳捕获每公顷微藻每年可固定约100吨二氧化碳，减缓气候变化小时24生长周期在最佳条件下，微藻可在24小时内完成细胞分裂，生物量翻倍藻类能源是利用微藻或大型藻类生产生物燃料的技术微藻具有光合效率高、生长速度快、不占用耕地、不与粮食作物竞争等优势，被认为是最有前景的第三代生物燃料来源微藻能源的原理基于藻类的光合作用和油脂积累，通过培养、收获、提取和转化等步骤，将藻类生物质转化为生物柴油、生物乙醇、生物甲烷等多种能源产品第六章环境生物技术现代时期（1990至今）传统时期（1900-1960）现代环境生物技术整合了基因工程、蛋白质工程、代谢工程等现代生物技术，开发环境生物技术的早期应用主要是利用自然微生物进行污水处理，如活性污泥法于了工程化微生物和生物载体，大幅提高了环境污染物的处理效率和范围同时，环1914年在英国曼彻斯特首次应用这一时期的技术主要依靠经验，缺乏对微生物群境基因组学、宏基因组学的发展使科学家能够全面了解微生物群落结构和功能，为落结构和功能的深入理解，处理效率和稳定性较低环境生物技术的优化提供了科学基础123发展时期（1960-1990）随着分子生物学的发展，科学家开始研究环境微生物的种类和功能，开发了多种新型生物处理技术，如生物滤池、生物转盘、厌氧颗粒污泥等这一时期的技术更加系统化和科学化，处理效率显著提高，应用范围从水处理扩展到大气和土壤污染治理。