微生物與人類發(fā)展

1、微生物與人類發(fā)展摘要：本文較為系統(tǒng)地概述微生物與人類間的密切關(guān)系，通過對環(huán)境保護和環(huán)境預(yù)防、治理的分析，從“可持續(xù)發(fā)展”方向分析和例證了微生物科學(xué)在環(huán)境應(yīng)用上的價值和前途。關(guān)鍵詞：微生物人類環(huán)境污染可持續(xù)發(fā)展Microorganismsandhumandevelopment(InnerMongoliauniversityofscienceandtechnologyinstituteofrareearthrareearthengineering)Abstract：ThisarticlesystematicallyOutlinesthecloserelationshipbetweenmicroor

2、ganismandhuman,throughtheanalysisofenvironmentprotectionandenvironmentprevention,management,analysisandexamplesfromsustainabledevelopmentdirectionofmicroorganismscienceinenvironmentapplicationvalueandprospects.keywords：MicroorganismEnvironmentalpollutionsustainabledevelopment1微生物學(xué)的發(fā)展歷史人類對微生物的利用甚早。我國

3、在利用微生物方面，更有著豐富的經(jīng)驗和悠久的歷史。公元前3世紀(jì)，在呂氏春秋里就有“儀狄作酒禹飲而甘之”之說。公元前14世紀(jì)的書經(jīng)上記載著“著作酒醴爾惟曲蘗”，意思是如果要釀酒的話，就要將發(fā)芽的谷物發(fā)霉而做成曲種。在公元6世紀(jì)，后魏賈思勰所著的齊民要術(shù)一書中就詳細記載了制曲和釀酒的技術(shù)，還記載了栽種豆科植物可以肥沃土壤，當(dāng)時雖不知根瘤菌的存在，也不知固氮作用，而會利用根瘤菌積累氮肥，等等。19世紀(jì)末和20世紀(jì)初，微生物學(xué)被牢固地建立起來。其后，它的主要發(fā)展有兩個方面：一是研究傳染病和免疫學(xué)，研究疾病的防治和化學(xué)治療劑的功效；另一方面是和遺傳學(xué)的結(jié)合。隨著社會經(jīng)濟發(fā)展的需要，人們不斷加強對微生物的研

4、究，已形成了許多微生物學(xué)的分支學(xué)科。例如有普通微生物學(xué)、微生物生理學(xué)、微生物生態(tài)學(xué)、微生物遺傳學(xué)；有病毒學(xué)、細菌學(xué)、真菌學(xué)；還有土壤微生物學(xué)、海洋微生物學(xué)；再有醫(yī)學(xué)微生物學(xué)、工業(yè)微生物學(xué)、農(nóng)業(yè)微生物學(xué)、環(huán)保微生物學(xué)、石油微生物學(xué)等等，所以，微生物學(xué)的發(fā)展歷史是輝煌的。2微生物學(xué)在動植物及人類生命活動中的作微生物在植物生命活動中的作用源源不斷地供給植物所需要的原料綠色植物最大的特性就是能將自然界中的無機物轉(zhuǎn)化成有機物，即通過光合作用將CO2和h2o合成糖類等有機物，能將無機態(tài)氮和各種的礦質(zhì)元素轉(zhuǎn)化成其他有機物1。而這些無機物的源源不斷供應(yīng)就依賴微生物將大量的有機物分解成無機物和CO2，歸還到土壤

5、和大氣中，以供植物用來合成有機物。據(jù)估計，地球上的CO2有90%是靠微生物的分解作用形成的。提高土壤肥力，增加糧食產(chǎn)量土壤是植物生長發(fā)育的基地，它最根本的特征是具有肥力，即具有能夠提供植物生長發(fā)育需要的水分養(yǎng)分和空氣。因此，植物生長良好與否直接依賴于土壤肥力，而土壤肥力的發(fā)展又依賴于其中的微生物活動具體表現(xiàn)如下：固氮微生物可把大氣中的氮轉(zhuǎn)化為氮素化合物，供植物吸收；土壤中的各種植物殘殘體及排泄物，通過土壤微生物的作用，分解和轉(zhuǎn)化，形成腐殖質(zhì)把分散的土壤顆粒粘結(jié)成穩(wěn)固的團粒結(jié)構(gòu)，從而改善了土壤的水、肥、氣等條件，提高土壤肥力；土壤中某些處于有機或無機狀態(tài)的養(yǎng)分，通過土壤中多種微生物的分解，使之成

6、為植物所利用的狀態(tài)。如磷細菌能分解含磷的有機物成為植物易于吸收的磷酸鹽；硅細菌能分解土壤里的硅酸鹽，分離出植物可吸收的鉀現(xiàn)在人們制成微生物肥料，施到地里，能提高土壤肥力，可增加糧食產(chǎn)量。微生物在動物生命活動中的作用2.2.1.提高動物攝取營養(yǎng)物質(zhì)吸收利用率動物區(qū)別于植物的顯著特點之一，就是動物本身不能直接將環(huán)境中的無機物轉(zhuǎn)化成為有機物。因此，動物只有直接或間接地攝取現(xiàn)成的有機物，作為自身的營養(yǎng)物質(zhì)。而微生物能提高動物攝取營養(yǎng)物質(zhì)的吸收利用率。例如植食性動物，它們所攝取的營養(yǎng)物質(zhì)中含有極高的纖維素，不易被消化利用。因此人們采取細菌飼料或發(fā)酵飼料方法，其目的是利用微生物所具有的分解多糖物質(zhì)的各種酶

7、，進行直接的分解和降解有機廢棄物的主要成分纖維素、半纖維素、木質(zhì)素、果膠質(zhì)等。據(jù)試驗分析：經(jīng)培養(yǎng)蘑菇后的稻草、麥稈，粗蛋白含量增加23倍，粗脂肪提高25倍，而畜禽難以吸收利用的纖維素降低20%50%，木質(zhì)素降低20%30%11。增加了動物的生產(chǎn)效益據(jù)報道：用稻草加入牛糞發(fā)酵制成蘑菇培養(yǎng)料，除產(chǎn)出大量鮮菇外，將收菇后的培養(yǎng)料用來喂豬，其營養(yǎng)價值相當(dāng)于2號米糖。還有飼料中加入5%飼料酵母，對豬增重提高15%20%，對雞可提高產(chǎn)蛋率20%30%，對奶牛每噸飼料可增產(chǎn)牛奶67噸。微生物在人類生命活動中的作用凈化人類生存的基地環(huán)境的好壞也就直接影響人類的生命活動。當(dāng)今隨著工業(yè)的迅速發(fā)展、人口高度的密集，

8、將污水、污物注入水體，造成環(huán)境嚴(yán)重的污染，直接危害人類的身體健康，乃至生命。為了保護環(huán)境，除去環(huán)境中對人類有害的物質(zhì)，現(xiàn)在采取了微生物的處理辦法：即利用微生物將含碳有機污物分解成C02、H2S等氣體；將含氮有機污物分解成氨、硝酸、亞硝酸等；將汞、砷對人類有毒的重金屬在水體中得到轉(zhuǎn)化，達到污水凈化目的。提供人類生存的物質(zhì)人類要生存，必須有最起碼的衣、食、住行等物質(zhì)的提供。這些物質(zhì)的提供離不開生物，即動植物。隨著人類生活水平的不斷提高，需求的物質(zhì)就更加豐富。而微生物學(xué)的不斷發(fā)展和研究，提供了大量而豐富的物質(zhì)資源。例如應(yīng)用于釀造工業(yè)、發(fā)酵工業(yè)的酒精酵母菌、啤酒酵母菌、葡萄糖酵母菌等，生產(chǎn)出大批的工業(yè)

9、酒精、葡萄酒、啤酒，既發(fā)展了工業(yè)，又豐富了人類的物質(zhì)需求；應(yīng)用于醫(yī)藥工業(yè)的多種抗菌素，生產(chǎn)出了各種菌苗、疫苗以及抗菌素等，豐富了治病的藥品，提高了治病的效益，保障人類的身體健康；為了解決能源在農(nóng)村中的不足，充分利用微生物的分解作用，利用畜禽糞便以及用過的培養(yǎng)飼料生產(chǎn)沼氣，解決人類的照明、做飯和生產(chǎn)等方面的問題，提高了生物能的回收和利用效率4。3微生物技術(shù)在環(huán)境污染治理領(lǐng)域的應(yīng)用與發(fā)展空氣、水體和土地資源的污染越來越嚴(yán)重，不但影響了國民經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展，甚至已威脅到人類的健康、智力乃至生存，因此全球各國近幾年都在尋找新的途徑和方法，以治理和解決環(huán)境污染問題7。以下重點介紹幾項經(jīng)多年開發(fā)，已接近產(chǎn)

10、業(yè)化的微生物技術(shù)。3.1微生物脫硫技術(shù)煤炭是世界能源的重要組成部分，我國是世界上最大的產(chǎn)煤國和煤消耗國，煤炭占我國一次能源的3/4，高硫煤儲量約占總儲量的1/3，并且高硫煤開采比例也逐年上升，而黃鐵礦硫約占總硫的60%。煤中通常含有0.25%7%的硫，如我國西南地區(qū)煤平均含硫量為3.23%,西北地區(qū)為3.05%,中南地區(qū)為2.02%,華北地區(qū)為1.65%。煤炭中的硫分為可燃硫和不燃硫。不燃硫主要是硫酸鹽，可燃硫包括無機硫和有機硫?？扇剂蚪?jīng)燃燒生成SO2隨煙氣排入大氣，導(dǎo)致了嚴(yán)重的環(huán)境污染，造成的經(jīng)濟損失每年達數(shù)百億元。據(jù)報道,1997年，我國的SO2年排放量已達2346萬噸，居世界第一位，62

11、%的城市大氣SO2日平均濃度超過國家三級標(biāo)準(zhǔn)；全國酸雨區(qū)面積已占國土面積的30%，華中酸雨區(qū)酸雨頻率高達90%以上3。預(yù)計2000年我國一次能源的消耗量將超過12億噸。SO2年排放量將會達到3822萬噸。中國21世紀(jì)議程中指出：“發(fā)展少污染的潔凈煤技術(shù)是中國政府履行國際公約、承擔(dān)相應(yīng)國際義務(wù)的重要方面，也是促進中國以煤為主的能源系統(tǒng)向環(huán)境無害的可持續(xù)發(fā)展的模式轉(zhuǎn)變的戰(zhàn)略組成部分?！笨梢姖崈裘菏侵袊茉吹奈磥怼＝陙硌芯咳藛T把煤的物理選煤技術(shù)之一的浮選法和微生物處理相結(jié)合，即把煤粉碎成微粒與水混合，并將微生物加入溶液中，讓微生物附著在黃鐵礦表面，使其表面變成親水12性，能溶于水。在浮選中其難以附

12、著在氣泡上，下沉至底部，從而把煤和黃鐵礦分開。由于它僅處理黃鐵礦的表面，因此脫硫時間只需數(shù)分鐘即可，從而大幅度縮短了處理時間，可脫除無機硫約70%。另外，該法在把煤中的黃鐵礦脫硫時，灰分也可同時沉底，所以也具有脫去灰分的優(yōu)點。目前，浮選法微生物脫硫已成為國際上潔凈煤技術(shù)開發(fā)的熱點。3.2污染土壤的微生物修復(fù)當(dāng)代工業(yè)的迅速發(fā)展，大量的人造化學(xué)物質(zhì)排放入環(huán)境中，對資源和環(huán)境構(gòu)成越來越嚴(yán)重的破壞?；剂系拈_采和使用，工業(yè)三廢的排放，給我們賴以生存的環(huán)境造成難以估量的污染，比如在國外僅石油的開采、運輸、儲存以及事故性泄漏等原因造成每年約有1000萬噸石油烴進入環(huán)境（不包括石油加工行業(yè)的損失），另外全

13、世界各國每年大約使用1500萬噸的各種農(nóng)藥廣泛噴灑于面積巨大的農(nóng)田，引起土壤、地下水、水系和海洋的嚴(yán)重污染，破壞生態(tài)平衡，不僅制約了經(jīng)濟的發(fā)展，而且影響到人類的健康和生存。我國如華北油田周圍的很多農(nóng)田由于原油污染而無法耕種，每年都要支付大量資金作為對農(nóng)民的賠償15。黃河水系年平均含油最高可達4.82mg/L,遼河水系年平均含油最高可達7.68mg/L,明顯地超過了國家三級地面水的標(biāo)準(zhǔn)（VO.lmg/L）。有的甚至污染到地下水資源，如山東淄博地區(qū)地下水最高含油達到了1OOmg/L以上，超過國家標(biāo)準(zhǔn)（VO.lmg/L）1000倍以上。全國各地的儲油場所也已開始滲漏污染到地下水，嚴(yán)重威脅了地下水資源

14、的水質(zhì)，石油污染是1998年發(fā)生在渤海的1萬平方公里赤潮的主要原因之一6。有鑒于此，世界各發(fā)達國家紛紛制定了環(huán)境修復(fù)計劃，如：荷蘭在80年代已投資15億美元進行土壤污染的修復(fù)，德國在1995年一年就投資60億美元凈化土壤污染，英國、法國、日本、俄羅斯等也相應(yīng)投巨資進行環(huán)境污染的修復(fù)。美國在90年代中，每年都投資幾百億美元進行污染環(huán)境的修復(fù)，如果采用傳統(tǒng)的修復(fù)方法（物理和化學(xué)方法）來治理美國本土陸地上的環(huán)境污染，就需要投資1.7萬億美元，而如果采用微生物修復(fù)技術(shù)，而只需34006000億美元的投資，也就是傳統(tǒng)方法所需投資的1/51/314。在今后若干年內(nèi)，美國市場對微生物修復(fù)技術(shù)服務(wù)及其微生物產(chǎn)

15、品的需求將以每年15%或更高的速度增長，到2000年微生物修復(fù)技術(shù)的純利潤將超過5億美元。針對嚴(yán)重污染的環(huán)境，我國尚未采取大規(guī)模的治理措施，僅在少數(shù)地區(qū)開展了治理，并以物理化學(xué)方法（如洗脫、吸附）為主，不僅投資成本高，而且也造成了二次污染。我們的國土面積比美國略大，且環(huán)境污染還更為嚴(yán)重，對全國范圍的污染環(huán)境進行修復(fù)，若采用傳統(tǒng)方法，即使考慮勞動力相對便宜的因素，其投資規(guī)模將仍然非常龐大，如采用微生物修復(fù)技術(shù)，不僅其投資規(guī)模大為縮?。▋H需傳統(tǒng)方法的1/51/3），而且還沒有二次污染8。綜上所述，環(huán)境污染的微生物修復(fù)技術(shù)是我國今后治理環(huán)境污染必須發(fā)展方向，具有廣闊的市場和發(fā)展前景。4微生物與人類可

16、持續(xù)發(fā)展人類的生存繁衍和可持續(xù)發(fā)展依賴于良好的生活環(huán)境、安全的食品和水源。然而，由于各種各樣的原因，人類生存的環(huán)境包括土壤、水域、大氣受到污染，甚至是嚴(yán)重污染，進而通過植物、動物各級生物鏈污染人類食物和飲用水7。許多環(huán)境污染物是人類體內(nèi)激素的替代物和干擾物，具有類似人類體內(nèi)激素的生理特性、能干擾內(nèi)分泌系統(tǒng)的正常生理活動，稱之為環(huán)境激素。這些環(huán)境激素可以嚴(yán)重?fù)p傷和破壞男性的生殖能力，明顯引發(fā)女性乳腺癌等女性疾病，誘發(fā)少年兒童的性早熟，引發(fā)人類不正常心理情緒與行為19。在人類進入21世紀(jì)之初之際，不得不痛苦地面對自身造成的污染環(huán)境，因為環(huán)境污染危機已經(jīng)直接威脅到人類本身的生存繁衍和可持續(xù)發(fā)展。4.

17、1微生物與生態(tài)環(huán)境保護環(huán)境、維護生態(tài)平衡以提高土壤、水域和大氣的環(huán)境質(zhì)量，創(chuàng)造一個適宜人類生存繁衍、并能生產(chǎn)安全食品的良好環(huán)境，是人類生存所面臨的重大任務(wù)。隨著工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展和人民對生活環(huán)境質(zhì)量要求的提高，對于進入環(huán)境的日益增多的有機廢水污物和人工合成有毒化合物等所引起的污染問題，越來越受到關(guān)注。而微生物是這些有機廢水污物和合成有毒化合物的強有力的分解者和轉(zhuǎn)化者，起著環(huán)境“清道夫”的作用。而且由于微生物本身所具有繁衍迅速、代謝基質(zhì)范圍寬、分布廣泛等特點，它們在清除環(huán)境（土壤、水體）污染物中的作用和優(yōu)勢是任何其他理化方法所不能比擬的5。因此正廣泛應(yīng)用微生物來處理有機廢水和污物，進行污染土壤的微

18、生物修復(fù)。某些微生物也以其本身作為病原或其代謝毒物污染各類環(huán)境或食品，危害著人類健康。利用微生物生產(chǎn)可生物降解塑料替代目前正在大規(guī)模使用的非生物降解塑料。微生物學(xué)與農(nóng)業(yè)農(nóng)業(yè)是人類賴以的最重要的客觀基礎(chǔ)。微生物學(xué)不僅與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)密切相關(guān)，而且與食品安全和品質(zhì)改善密切相關(guān)。土壤的形成及其形成其肥力的提高有賴于微生物的作用。土壤中含氮物質(zhì)的最初來源是微生物的固氮作用。土壤中含氮物質(zhì)的積累、轉(zhuǎn)化和損失，土壤中有機質(zhì)尤其是腐植質(zhì)的形成和轉(zhuǎn)化、土壤團聚結(jié)構(gòu)的形成、土壤中巖石礦物變?yōu)榭扇苄缘闹参锟晌諔B(tài)無機化合物等等過程都與微生物的生命活動相關(guān)13：由于微生物的話動，使得土壤具有生物活性性能，推動著自然界中最

19、重要的物質(zhì)循環(huán)，并改善著土壤的持水、透氣、供肥、保肥和冷熱的調(diào)節(jié)能力，有助于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。隨著人類對環(huán)境和食品安全質(zhì)量的要求愈來愈高，易造成環(huán)境和食品污染的化學(xué)農(nóng)藥、化學(xué)化肥愈來愈不受歡迎，綠色農(nóng)業(yè)或有機農(nóng)業(yè)、綠色食品的呼聲愈來愈高。而綠色農(nóng)業(yè)或有機農(nóng)業(yè)、綠色食品離不開微生物的作用。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中，農(nóng)作物的防病、防蟲害也與微生物密切相關(guān)。植物的許多病其病原就是各類微生物，而反過來也可以利用某些微生物來防治農(nóng)作物的某些病蟲危害。有機肥的積制過程實際上就是通過微生物的生命活動，把有機物質(zhì)改造為腐殖質(zhì)肥料的過程。有機和無機肥料施人土壤后，只有一部分可被植物直接吸收，其余部分都要經(jīng)過微生物的分解、轉(zhuǎn)化、

20、吸收、固化，然后才能逐漸并較長時間地供給植物吸收利用17。許多微生物能固定大氣中的氮素，為植物提供氮素營養(yǎng)。農(nóng)產(chǎn)品的加工、貯藏，實際上很多是利用有益的微生物作用或是抑制有害微生物的危害的技術(shù)。微生物學(xué)是農(nóng)業(yè)科學(xué)的重要基礎(chǔ)理論的部分。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，微生物學(xué)與農(nóng)業(yè)科學(xué)之間的關(guān)系必將越來越密切，微生物學(xué)對現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科學(xué)的影響也必將越來越大。利用微生物生產(chǎn)可持續(xù)的清潔能源化學(xué)燃料不僅是一次性能源，而且燃燒過程中對于環(huán)境的污染是一個眾所周知的嚴(yán)重問題。由于微生物可以轉(zhuǎn)化農(nóng)業(yè)和某些工業(yè)有機廢棄物為氫氣和乙醇等，不僅消除了環(huán)境的有機污染物又可生產(chǎn)如氫氣、乙醇、甲烷等無污染的清潔能源，對于人類的可持續(xù)發(fā)展

21、具有巨大的推動作用。豐富的微生物資源及其產(chǎn)物為人類的可持續(xù)發(fā)展提供新的支持與發(fā)展點由于微生物本身的特點和代謝產(chǎn)物的多樣性，利用微生物生產(chǎn)人類戰(zhàn)勝疾病所需的醫(yī)藥制品正受到廣泛重視。當(dāng)今人類正面臨著空前的健康安全威脅，不僅許多給人類造成巨大災(zāi)難的疾病在卷土重來，如肺結(jié)核、霍亂等，而且很多不明原因、尚無有效控制辦法的疾病正不斷出現(xiàn)，如艾滋病、瘋牛病、埃博拉病毒病、非典型肺炎即嚴(yán)重急性呼吸系統(tǒng)綜合癥18，等等。然而這些疾病的傳染控制與治療，將在很大程度上需要應(yīng)用已有的和正在發(fā)展的微生物學(xué)理論與技術(shù)，并依賴于新的微生物醫(yī)藥資源的開發(fā)與利用。利用微生物生產(chǎn)多糖制作人類保健品；等等。微生物是各無窮無盡的資源

22、寶庫，利用和開發(fā)微生物必將為人類的生存和可持續(xù)發(fā)展作出巨大貢獻。5微生物技術(shù)前景展望自本世紀(jì)70年代以來，發(fā)達國家就十分重視微生物技術(shù)在環(huán)境領(lǐng)域的應(yīng)用，并開展了大規(guī)模的科研活動。已開發(fā)了一系列的微生物技術(shù)及其產(chǎn)品，并在世界上廣泛應(yīng)用于污水處理、大氣凈化及污染環(huán)境介質(zhì)治理等諸多方面。當(dāng)前，環(huán)境微生物技術(shù)在國際上已進入蓬勃發(fā)展的軌道。隨著全球范圍內(nèi)對環(huán)境保護的高度重視和越來越嚴(yán)厲的環(huán)境法，市場對環(huán)境微生物技術(shù)的需求越來越廣泛。我國的微生物技術(shù)處于剛剛起步階段。該技術(shù)的進一步開發(fā)需要得到社會、同行及主管部門的廣泛支持，大力開展以污染控制技術(shù)為主體的微生物技術(shù)的研究，將大力推進微生物技術(shù)在環(huán)境保護中的

23、應(yīng)用，并發(fā)展帶動整個環(huán)?？萍嫉陌l(fā)展，解決我國目前和未來面臨的嚴(yán)峻的環(huán)境保護問題，并為環(huán)保市場提供高品質(zhì)的環(huán)境保護高技術(shù)10。應(yīng)該充分認(rèn)識到環(huán)境保護和社會、經(jīng)濟發(fā)展的重大意義。參考文獻：1.倪麗娜等.現(xiàn)代生物技術(shù)在環(huán)境微生物學(xué)中的應(yīng)用.氨基酸和生物資源,2002年第24期.2.鐘鳴等.微生物分子生態(tài)學(xué)技術(shù)及其在環(huán)境污染研究中的應(yīng)用.應(yīng)用生態(tài)學(xué)報,2002年2月第13卷第2期.3.余莉萍等.環(huán)境生物技術(shù)的應(yīng)用及發(fā)展趨勢.城市環(huán)境與城市生態(tài)，2002年4月.4.黃澤春等.陸地生態(tài)系統(tǒng)中水溶性有機質(zhì)的環(huán)境效應(yīng)生態(tài)學(xué)報，2002年2月第22卷2期.5.陳家長等.利用有益微生物改善養(yǎng)殖生態(tài)環(huán)境的研究.湛江海洋大學(xué)學(xué)報，2002年8月第22卷第4期.張甲耀等.生物修復(fù)技術(shù)研究進展.應(yīng)用與環(huán)境學(xué)報.任南琪馬放等。污染控制微生物學(xué).王家玲李順鵬黃正等。環(huán)境微生物學(xué)(第二版).沈德中。污染環(huán)境的生物修復(fù)。北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2002.陳守文喻子牛等。微生物生物技術(shù)。北京：科學(xué)出版社，2002.Biotech