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微生物与环境

摘要：微生物在生物圈中无处不在，无时不在，微生物能够忍受的最极端的生活条件就是生命存在的极限。我们很容易地把高等植物、动物对我们人类生产生活的影响视为理所当然，然而，只有当某种微生物引起的灾害发生时（如瘟疫爆发、食物腐败或工农业产品受到侵蚀时）发生时，大多数人才想起微生物并把它们视为令人恐惧和怨恨的隐形敌人。事实上，我们这个有限的生物圈所进行的物质循环和能量流动、植物和动物所进行的各种有序高效的生命活动都离不开微生物，没有微生物，就没有我们这个生机盎然的生命乐园。

关键词：微生物　物质循环　环境治理

我们这个星球的大气、土壤和贆的组成经历了几千万年的逐渐变化才成为我们今天所知的这个生物圈。但就从今天看来，我们这个生物圈的组成在相当长的一段时期内已是恒定不变的了。生物圈中各种生命形式所需要的各种营养物质和元素的问题是有限的，而生物界的延续和发展是无限的，这一矛盾只有使地球上任何一种生命活动所引起的变化被其他的生命活动所逆转的情况下才能得到解决，换句话说，就是让各种营养元素循环往复地变化，由生物合成到非生物合成，然后再从非生物合成到生物合成。在这个过程中，动物植物无休止地向自然界索取营养元素并为己所用，然后它们又“大方”地向自然界排放废物垃圾（动物和植物的粪便、遗骸和残枝败叶），微生物却从事着最脏最累最为人不齿的垃圾处理工作，如果没有微生物，我们将会生活在一个到处充斥着有害气体的恶臭难耐的垃圾堆中。

氮素的生物循环离不开微生物的生命活动。排除非生物因素在外，将空气中游离的氮气变成化合态氮并随之进入生物合成的只有微生物，将氮素以氮气的形式还给大气的也只有微生物。在游离的不能被动植物直接利用的氮气和化合的可被植物吸收的氮素的相互转化过程中，微生物起到了纽带的作用。将氮气引入氮素循环的是是固氮微生物，固氮微生物将氮气将化为氨并在亚硝化细菌和硝化细菌的共同作用下转化为硝酸根离子，铵盐和硝酸盐均能被　植物和微生物吸收，并同化为有机氮。动植物死亡后的含氮有机残余物可在微生物的氨化作用下生成氨气，氨继续通过硝化作用和反硝化作用可转化成氮气回归大气。由此可见微生物在氮素循环中的重要作用。

另一个对生物圈至关重要的生物循环是碳循环。在碳循环中，微生物好像不像在氮循环中的作用那样的举足轻重。因为我们都知道，植物的逃命作用是二氧化碳生物合成的最主要途径，有机碳通过食物链在动植物间传递，动植物通过自己的呼吸作用将大败毒还原给生物圈。这似乎已经构成了一个完整的碳素循环从而将微生物排除在了这个循环之外。这样想的话，我们就忽略了两个基本的常识。第一，有哪种动物或者植物傻呼呼地把自己辛辛苦苦同化来的成果一点不剩地给呼吸掉，随着它们的衰亡，它们的枝体不断地凋零，它们体内的废物不断向处排泄，就算走到生命的尽头，还要把自己的一副残骸留给生物圈。这些无用的有机废物的分解转化还是要靠微生物来完成的，在这个过程中碳素以二氧化碳的形式回归大气。第二，我们的星球70%的面积是蔚蓝的海洋，海洋中有着极其丰富多彩的生命形式，它们所需的营养归根结底都来源于海洋中的生产者，而海洋中能够进行光合作用的微生物（藻类、蓝细菌等）充当了这一角色，海洋中二氧化碳的固定基本上都是有微生物来完成的。

硫作为生物体内某些氨基酸、维生素和辅酶的成分，也是生物的重要元素，而硫循环则完全领带于微生物的活动。在硫循环中，动植物蛋白质的硫是从植物而来的，而植物则是从土壤中获得硫酸根，且只能利用硫酸根。在死去的物质的腐烂分解过程中，细菌将硫以硫化氢形式释放，硫化氢可以在硫化细菌的作用下氧化成硫单质或硫酸根，硫酸根除了被植物利用外，还能被反硫化细菌还原成硫化氢。这些将硫元素不断还原和氧化的细菌几乎毫无生物学关系，它们的共同点只是代谢都离不开硫罢了。

其它元素如氢、铁、镁、硅和磷也是生物大分子结构的组成部分，它们有着类似的循环过程。在磷的循环中，并不存在磷的氧化还原过程，主要是磷酸根的有效化和无效化过程，微生物在磷酸根的有效化过程中发挥着关键的作用。微生物在这些营养元素的循环中的作用就不再赘述。

科学技术的应用促进了人类文明的发展，使人们得到了前所未有的物质享受。人类把从自然界拿各种物质加工、合成、转化成我们生活中的各种工艺品和奢侈品，当这些由橡胶、塑料、玻璃等制造的物品破旧不堪，难以再用的时候，我们又把它们重新堆集到自然界。与些同时，我们还在向这个行星的生物圈中抛弃衣服、食物残渣、残枝败叶、同伴遗体、宠物和家畜的粪便、生活污水等等。是什么东西才得以使我们避免生活在没过膝盖的垃圾臭粪中去的呢？是微生物。微生物代谢方式的多样性和易变异性使之具有多种多样的物质转化能力，它的这咱能力对污染环境的废物和有毒物质降解和清除有很好的效果，从自然界存在的天然化合物到人工合成的有机物都能找到能降解它们的微生物。

工农业生产向水体和土壤中排放了大量的包括化学农药在内的一大批人工合成物质，这些物质称为异生物质，它们是自然界本来没有的，一般不容易自行降解或降解过程异常缓慢。微生物一般都含有降解某种大分子有机物的降解性酶，编码这种酶的遗传因子一般位于质粒上，质料比较容易在不同的菌种之间转移，经过突变和适应后一些微生物往往可以获得其本身所不具备的降解能力，微生物的这种特性使得它在污染物处理中具有巨大的应用价值。

随着分子生物学的发展，基因工程、遗传工程、DNA重组技术已经用于构建有特殊降解代谢能力的工程菌，它们具有潜在的参与生物治理的能力。目前面临的问题是，这种转基因的工程菌会不会对原有的生态系统造成一些不可预知的影响。而且，经过定向操作培养来消耗像杀虫剂这类污染物的细菌，常优先摄取它们在土壤或水中发现的那些普通的营养成分，而随后出现的变种更是不把分解污染物当回事。如果这些定向培养的细菌能够在环境中旺盛生长并繁殖开来，而且土壤或水中的原生动物和掠食者会很快发现这一丰富的食物来源，并开始以这类细菌为食，导致生物修复过程的停滞。

因此，在微生物的环境治理中，还有很多问题亟待解决，我们对微生物的降解活动了解得还很模糊，对这些过程中的生物化学知识的掌握也实在有限。有很多研究成果目前还只停留在实验室里，要大规模应用，还有许多技术的瓶颈和经济因素的限制。

微生物在地球上的各种生命元素的循环变化中扮演着重要的角色，它还是我们人类活动所造成的污染的清洁者，它总是在最不起眼的角落默默地净化着我们的环境，维持着生物圈中各种生命活动有序高效地运转。可以用一句话来说，微生物完全不需要动物和植物，而动物和植物却时时刻刻离不开微生物。