将微生物作为环境先锋的的若干讨论.doc

将微生物作为环境先锋的若干讨论
林学院 生态学1001班 李晓荣 2010074030109
【摘要】人类的发展与其说是文明的光大，倒不如说是与环境的斗争。在今天，选择什么手法与环境交涉成了关键问题。以往做法所酿成的恶果时时警醒着打算走向未来的人类。而此时，微生物魔幻般的身影淡入人们视野。微生物的与众不同，也许正是人们所在探寻的答案。
【关键字】 微生物 环境
1. 条件
1.1 微生物简介
微生物是一类肉眼看不见或看不清的微小生物的总称。它们当中的大多数个体很容易被人忽略，因而，相对于人类对于动植物的认识，人类对于微生物的认识要晚得多。
然而，在历史上，微生物却一度在地球广袤的大地上“扬名立万”。当然，针对于当时的特殊情况——动植物尚未在世界上出现，这种繁荣就只能沦为了荒凉中的自娱。当30多亿年前躁动的地球稍微消停下来，原始海洋中便开始出现了微生物的踪迹。它们是地球的拓荒者，在地球贫瘠的环境中顽强斗争，开垦着生命的沃土，为之后各种生命在地球的立足奠定了基础。
与那些肉眼可见的大生物相比，微生物具有一些独特之处：体积小，面积大；吸收多，转化快；生长旺，繁殖快；适应强，易变异；分布广，种类多。这些特点使微生物在今天的地球生态中扮演着重要角色。
长期的历史进程中，人们对于微生物的认识是非常片面、浅薄的，即便进入近代，人们的眼球也大多集中在作为“分解者”角色的微生物，以及致病微生物。这不仅造成了眼界的狭隘，也将大自然的宝藏遗留在了未知里。
1.2 微生物与环境
无论是生活在土壤、水体等自然环境中的微生物，还是生活在其他生物体表或体内的微生物，都与其所生存的环境相适应。微生物既受着周遭各种环境要素的影响，同时又以自身生理活动对环境产生着作用。
环境对于微生物的影响主要体现在对于微生物生理活动、微生物数量以及分布等方面的影响。微生物对环境的影响主要体现在对环境中生物环境、物质循环的影响。微生物与周围环境中其它生物形成的关系既多样又复杂，是生物链条中的重要一环。同时，微生物在自然界C、N、S等各种生物元素的地球化学循环中扮演了重要角色。另外，微生物对于生态环境演替也有着一定的影响，尤其在生物进化早期，更是为各种生命提供了宜居环境。
1.3 现今的环境问题
步入近代，各种环境问题越来越突出。土地荒漠化、环境污染、全球变暖……日益逼近的环境危机无不牵扯着每个人的神经。与此同时，地球人口大增，生存环境越来越拥挤，扩大空间的需求从未停止。无论哪个与环境有关的问题，都需要一个能解决将遇到的环境难题的良策。这不是一个容易解决的问题，但是，将微生物应用于解决环境问题，或许会是个不错的策略。
1.4 极端环境中的微生物
在自然界中，有些环境是普通生物不能生存的，如高温、低温、高酸、高碱、高盐、高压、高辐射等。然而，即便是在这些通常被认为是生命禁区的极端环境中，仍然有些微生物在顽强的生活着。
在地球的南北极地区、冰窖、终年积雪的高山、深海和冻土地区，生活着一些嗜冷微生物。专性嗜冷菌适应在低于20℃的环境中生活，高于20℃即死亡。与它们相反，嗜热菌广泛分布在温泉、堆肥、地热区土壤、火山地区以及海底火山等。兼性嗜热菌最适宜生长温度在50～65℃之间，专性嗜热菌最适宜生长温度则在65～70℃之间。在冰岛，有一种嗜热菌可在98℃的温泉中生长。在美国黄石国家公园的含硫热泉中，曾经分离到一株嗜热的兼性自养细菌——酸热硫化叶菌，它们可以在高于90℃的温度下生长。
1千米以下的深海一度被认为是生命的禁区，那里永远没有阳光，低温、高压、低营养，处处弥漫着死亡的气息。然而，上世纪70年代，载人深潜器“阿尔文”号在加拉帕格斯群岛附近2500米深处热液口环境中首次发现了大量的化能合成自养微生物。它们以硫化物提供能量，并作为生产者供应着整个热液生态系统。
死海是地球上含盐量最大的水域，是普通海水含盐量的8倍。大多数生物在这种水域中根本无法生存。然而，死海不死，在死海中仍然有一些微生物的存在。多数情况下，高盐含量会对生物细胞，特别是细胞中的DNA造成破坏。DNA分子通常被水分子簇团团包围着，它依靠这些水分子维持双螺旋结构的完整性，免遭损坏，而在高盐含量的死海中，海水中的盐分将水分子挡住，使得生物无法获得所需水分，这样DNA就会断裂，细胞相继失活或死亡。因此，大多数海洋生物无法在死海中生存。而死海中的嗜盐杆菌在不断进化中，适应了高盐环境，它们拥有强大的自我修复能力，有一套复杂的DNA修复技术。科学家们认为，放射性和高盐浓度能对嗜盐杆菌DNA造成同一类型的损伤，所以一旦微生物适应了高盐浓度的环境，面对强烈的放射环境，已经形成的自我修复机制就会发生作用。
2. 经验及假设
2.1 应对当前环境危机
将微生物应用于治理环境污染，已经不是什么稀奇的事情了。但是，以往微生物主要用于治理石油污染、重金属污染，以及处理生活垃圾。这显然低估了它们的环境污染处理能力。
最近，农林方面对于微生物肥料的研究倍受重视。大量化肥农药的使用对于土壤生态系统造成严重破坏。微生物在此大显身手。微生物肥料进入生态系统后，在适当的水分、温度、ph值等条件下，与土著有益微生物共同形成优势菌群，促进土壤生态系统的氮、氧循环，从而达到修复土壤生态系统，使之成为新的稳定的平衡生态系统。【1】当然，在水体的改善中，微生物也一展抱负。科学家采用直接投加底改型微生物净水剂复位修复实际养殖水体，去除水体中的有机物、氮、磷等污染物，分析微生物处理对水体理化指标的影响，发现微生物净水剂具有施工效率高、见效快、周期短、成本低、使用简单、安全性高的优点。【2】
既然在农业、水体养殖的环境修复方面，微生物成果显著，那么其他方面呢？
全球范围内的的空气、水体污染让世界各地忧心忡忡，而进一步的研究正在使微生物处理全球性环境问题不再遥远。类似的修复机理，微生物极强的适应性和广泛分布，使得其在全球范围内消除大气水体污染成为可能。
细数起来，土地荒漠化恐怕是当前人们所面临的最严重的土地危机。土壤盐碱化、水土流失，以及由此引发的一系列自然灾害，使危机下的人类提心吊胆。人们遏制荒漠化的一般做法当数造林，但单纯的造林只会是人类的一厢情愿。在荒漠上造林必须克服多重不利因素，其中，土壤贫瘠最难解决。能适应这样恶劣环境的树种寥寥无几。同时，森林病虫害也时时困扰着林业工作者。曾有报道称山地松树林叶子被松毛虫一扫而光的。
殊不知，微生物可是解决这些问题的行家。微生物是克服不利自然因素的高手，而同时，微生物又是土壤肥力的创造者。并且有研究发现，松毛虫最怕的是一种叫苏云金芽抱芽杆菌。以微生物防治林业病虫害是很有研究前途的。可见，微生物在荒漠化防治改造中是可以发挥大作用的。微生物在这方面至少有五个方面可以加强研究应用：（一）应用蓝藻地衣等改造沙漠化、防止水土流失；（二）作为营养物质供应者创造物质财富，提高土壤肥力；（三）作为防治病虫害的生物制剂；（四）处理有机废物，有效利用资源，实现持续发展；（五）与其他生物协同维持生态平衡。【3】
2.2 拓展生存空间
生存空间拥挤是当前的环境问题之一，并且，由于人口的持续增长，这将是我们必须长期面对的问题。
历史上，微生物曾是地球上最早的拓荒者。如今，微生物依然是生物中的环境先锋。无论生存环境多么恶劣，它们几乎总能找到有效的生存手段，就像极地的嗜寒微生物，又或者死海中的嗜盐微生物。它们是生存高手，而它们生存的同时，也为其他生物的生存带来了可能，就像深海热流中由硫细菌建立起的生态系统。应用于人类世界，它们不仅可以像上文所提那样解决荒漠化问题，为人类生存提供空间；而且，在其它由微生物建立起的生存领域，人类都将可以仿效并完善微生物为基础的生态系统，从而扩大生存空间。
2.3 筹备未来的空间事业
宇宙环境是残酷的，除了早已不像在地球上一样温和的阳光，那里几乎没有任何适合生物生存的条件。而开发宇宙资源似乎是必须的，不仅生理上人口需要，精神上，人类文明的发展需要另一个“新大陆”。因此，人类必须考虑应对各种极端环境。这样，微生物就派上用场了，它们可是极端环境应对专家。无论酷暑还是严寒，又或者低氧高辐射，总是有顽强的微生物捍卫着生命的尊严。
其实，微生物在航天中的应用很早就有。太空食品的研制曾成为一道难题，阻碍者登月计划的实施。而营养丰富、易于培养的螺旋藻的发现最终解决了这个问题。
人类的空间事业不会止步于在太空中飘着，人们的最终目的还是站在其它星球上。微生物凭借着它们在适应极端环境、改造环境方面的卓越才干，必将在地球之外帮助人类建立家园。
3. 总结
微生物异于平常生物的性质，使得它们在寻常生物难以发挥作用的领域表现优异。无论多么复杂的环境，微生物总是能够接受挑战。这样，微生物便极有希望成为人类应对复杂多变的未来环境的利剑，成为人类挑战未知世界的先锋。也许不久，人们就将不得不真正关注这些微小的生命形式。运用它们的特殊才干，人们或许将有效解决当前的环境危机，同时，又可大胆展望未来。这一切的实现还有待进一步的研究实践，但是未来，微生物必将大展手脚。

参考文献：
【1】崔世兰、江宪如.土壤中微生物及其环境效益的浅析.环境科学与管理,2011.07.36(7)
【2】黎建斌、何为、周宇、李大列.底改型微生物净水剂对对虾养殖水体的修复作用.南方农业学报.2011,42(2);209-212
【3】罗明典.微生物与造林业.高科技与产业化.2004.06
池振明.2005.现代微生物生态学.北京：科学出版社
周德庆.2002.微生物学教程.北京：高等教育出版社
另外，部分专业名词及相关事件由百度百科查询。