高中生物 急

【專家解說(shuō)】：微生物與環(huán)境 摘要：微生物在生物圈中無(wú)處不在，無(wú)時(shí)不在，微生物能夠忍受的最極端的生活條件就是生命存在的極限。我們很容易地把高等植物、動(dòng)物對(duì)我們?nèi)祟惿a(chǎn)生活的影響視為理所當(dāng)然，然而，只有當(dāng)某種微生物引起的災(zāi)害發(fā)生時(shí)（如瘟疫爆發(fā)、食物腐敗或工農(nóng)業(yè)產(chǎn)品受到侵蝕時(shí)）發(fā)生時(shí)，大多數(shù)人才想起微生物并把它們視為令人恐懼和怨恨的隱形敵人。事實(shí)上，我們這個(gè)有限的生物圈所進(jìn)行的物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)、植物和動(dòng)物所進(jìn)行的各種有序高效的生命活動(dòng)都離不開微生物，沒有微生物，就沒有我們這個(gè)生機(jī)盎然的生命樂園。關(guān)鍵詞：微生物　物質(zhì)循環(huán)　環(huán)境治理一、 微生物與物質(zhì)循環(huán) 我們這個(gè)星球的大氣、土壤和贆的組成經(jīng)歷了幾千萬(wàn)年的逐漸變化才成為我們今天所知的這個(gè)生物圈。但就從今天看來(lái)，我們這個(gè)生物圈的組成在相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)期內(nèi)已是恒定不變的了。生物圈中各種生命形式所需要的各種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和元素的問題是有限的，而生物界的延續(xù)和發(fā)展是無(wú)限的，這一矛盾只有使地球上任何一種生命活動(dòng)所引起的變化被其他的生命活動(dòng)所逆轉(zhuǎn)的情況下才能得到解決，換句話說(shuō)，就是讓各種營(yíng)養(yǎng)元素循環(huán)往復(fù)地變化，由生物合成到非生物合成，然后再?gòu)姆巧锖铣傻缴锖铣?。在這個(gè)過程中，動(dòng)物植物無(wú)休止地向自然界索取營(yíng)養(yǎng)元素并為己所用，然后它們又“大方”地向自然界排放廢物垃圾（動(dòng)物和植物的糞便、遺骸和殘枝敗葉），微生物卻從事著最臟最累最為人不齒的垃圾處理工作，如果沒有微生物，我們將會(huì)生活在一個(gè)到處充斥著有害氣體的惡臭難耐的垃圾堆中。氮素的生物循環(huán)離不開微生物的生命活動(dòng)。排除非生物因素在外，將空氣中游離的氮?dú)庾兂苫蠎B(tài)氮并隨之進(jìn)入生物合成的只有微生物，將氮素以氮?dú)獾男问竭€給大氣的也只有微生物。在游離的不能被動(dòng)植物直接利用的氮?dú)夂突系目杀恢参镂盏牡氐南嗷マD(zhuǎn)化過程中，微生物起到了紐帶的作用。將氮?dú)庖氲匮h(huán)的是是固氮微生物，固氮微生物將氮?dú)鈱⒒癁榘辈⒃趤喯趸?xì)菌和硝化細(xì)菌的共同作用下轉(zhuǎn)化為硝酸根離子，銨鹽和硝酸鹽均能被　植物和微生物吸收，并同化為有機(jī)氮。動(dòng)植物死亡后的含氮有機(jī)殘余物可在微生物的氨化作用下生成氨氣，氨繼續(xù)通過硝化作用和反硝化作用可轉(zhuǎn)化成氮?dú)饣貧w大氣。由此可見微生物在氮素循環(huán)中的重要作用。另一個(gè)對(duì)生物圈至關(guān)重要的生物循環(huán)是碳循環(huán)。在碳循環(huán)中，微生物好像不像在氮循環(huán)中的作用那樣的舉足輕重。因?yàn)槲覀兌贾?，植物的逃命作用是二氧化碳生物合成的最主要途徑，有機(jī)碳通過食物鏈在動(dòng)植物間傳遞，動(dòng)植物通過自己的呼吸作用將大敗毒還原給生物圈。這似乎已經(jīng)構(gòu)成了一個(gè)完整的碳素循環(huán)從而將微生物排除在了這個(gè)循環(huán)之外。這樣想的話，我們就忽略了兩個(gè)基本的常識(shí)。第一，有哪種動(dòng)物或者植物傻呼呼地把自己辛辛苦苦同化來(lái)的成果一點(diǎn)不剩地給呼吸掉，隨著它們的衰亡，它們的枝體不斷地凋零，它們體內(nèi)的廢物不斷向處排泄，就算走到生命的盡頭，還要把自己的一副殘骸留給生物圈。這些無(wú)用的有機(jī)廢物的分解轉(zhuǎn)化還是要靠微生物來(lái)完成的，在這個(gè)過程中碳素以二氧化碳的形式回歸大氣。第二，我們的星球70%的面積是蔚藍(lán)的海洋，海洋中有著極其豐富多彩的生命形式，它們所需的營(yíng)養(yǎng)歸根結(jié)底都來(lái)源于海洋中的生產(chǎn)者，而海洋中能夠進(jìn)行光合作用的微生物（藻類、藍(lán)細(xì)菌等）充當(dāng)了這一角色，海洋中二氧化碳的固定基本上都是有微生物來(lái)完成的。硫作為生物體內(nèi)某些氨基酸、維生素和輔酶的成分，也是生物的重要元素，而硫循環(huán)則完全領(lǐng)帶于微生物的活動(dòng)。在硫循環(huán)中，動(dòng)植物蛋白質(zhì)的硫是從植物而來(lái)的，而植物則是從土壤中獲得硫酸根，且只能利用硫酸根。在死去的物質(zhì)的腐爛分解過程中，細(xì)菌將硫以硫化氫形式釋放，硫化氫可以在硫化細(xì)菌的作用下氧化成硫單質(zhì)或硫酸根，硫酸根除了被植物利用外，還能被反硫化細(xì)菌還原成硫化氫。這些將硫元素不斷還原和氧化的細(xì)菌幾乎毫無(wú)生物學(xué)關(guān)系，它們的共同點(diǎn)只是代謝都離不開硫罷了。其它元素如氫、鐵、鎂、硅和磷也是生物大分子結(jié)構(gòu)的組成部分，它們有著類似的循環(huán)過程。在磷的循環(huán)中，并不存在磷的氧化還原過程，主要是磷酸根的有效化和無(wú)效化過程，微生物在磷酸根的有效化過程中發(fā)揮著關(guān)鍵的作用。微生物在這些營(yíng)養(yǎng)元素的循環(huán)中的作用就不再贅述。二、 微生物與環(huán)境治理 科學(xué)技術(shù)的應(yīng)用促進(jìn)了人類文明的發(fā)展，使人們得到了前所未有的物質(zhì)享受。人類把從自然界拿各種物質(zhì)加工、合成、轉(zhuǎn)化成我們生活中的各種工藝品和奢侈品，當(dāng)這些由橡膠、塑料、玻璃等制造的物品破舊不堪，難以再用的時(shí)候，我們又把它們重新堆集到自然界。與些同時(shí)，我們還在向這個(gè)行星的生物圈中拋棄衣服、食物殘?jiān)?、殘枝敗葉、同伴遺體、寵物和家畜的糞便、生活污水等等。是什么東西才得以使我們避免生活在沒過膝蓋的垃圾臭糞中去的呢？是微生物。微生物代謝方式的多樣性和易變異性使之具有多種多樣的物質(zhì)轉(zhuǎn)化能力，它的這咱能力對(duì)污染環(huán)境的廢物和有毒物質(zhì)降解和清除有很好的效果，從自然界存在的天然化合物到人工合成的有機(jī)物都能找到能降解它們的微生物。工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)向水體和土壤中排放了大量的包括化學(xué)農(nóng)藥在內(nèi)的一大批人工合成物質(zhì)，這些物質(zhì)稱為異生物質(zhì)，它們是自然界本來(lái)沒有的，一般不容易自行降解或降解過程異常緩慢。微生物一般都含有降解某種大分子有機(jī)物的降解性酶，編碼這種酶的遺傳因子一般位于質(zhì)粒上，質(zhì)料比較容易在不同的菌種之間轉(zhuǎn)移，經(jīng)過突變和適應(yīng)后一些微生物往往可以獲得其本身所不具備的降解能力，微生物的這種特性使得它在污染物處理中具有巨大的應(yīng)用價(jià)值。隨著分子生物學(xué)的發(fā)展，基因工程、遺傳工程、DNA重組技術(shù)已經(jīng)用于構(gòu)建有特殊降解代謝能力的工程菌，它們具有潛在的參與生物治理的能力。目前面臨的問題是，這種轉(zhuǎn)基因的工程菌會(huì)不會(huì)對(duì)原有的生態(tài)系統(tǒng)造成一些不可預(yù)知的影響。而且，經(jīng)過定向操作培養(yǎng)來(lái)消耗像殺蟲劑這類污染物的細(xì)菌，常優(yōu)先攝取它們?cè)谕寥阑蛩邪l(fā)現(xiàn)的那些普通的營(yíng)養(yǎng)成分，而隨后出現(xiàn)的變種更是不把分解污染物當(dāng)回事。如果這些定向培養(yǎng)的細(xì)菌能夠在環(huán)境中旺盛生長(zhǎng)并繁殖開來(lái)，而且土壤或水中的原生動(dòng)物和掠食者會(huì)很快發(fā)現(xiàn)這一豐富的食物來(lái)源，并開始以這類細(xì)菌為食，導(dǎo)致生物修復(fù)過程的停滯。因此，在微生物的環(huán)境治理中，還有很多問題亟待解決，我們對(duì)微生物的降解活動(dòng)了解得還很模糊，對(duì)這些過程中的生物化學(xué)知識(shí)的掌握也實(shí)在有限。有很多研究成果目前還只停留在實(shí)驗(yàn)室里，要大規(guī)模應(yīng)用，還有許多技術(shù)的瓶頸和經(jīng)濟(jì)因素的限制。三、 綜述 微生物在地球上的各種生命元素的循環(huán)變化中扮演著重要的角色，它還是我們?nèi)祟惢顒?dòng)所造成的污染的清潔者，它總是在最不起眼的角落默默地凈化著我們的環(huán)境，維持著生物圈中各種生命活動(dòng)有序高效地運(yùn)轉(zhuǎn)?？梢杂靡痪湓拋?lái)說(shuō)，微生物完全不需要?jiǎng)游锖椭参?，而?dòng)物和植物卻時(shí)時(shí)刻刻離不開微生物。