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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。