挑战中成长的环境微生物学

二、挑战中成长的环境微生物学

第二次世界大战后，世界范围内的经济繁荣迅速暴露出其阳光下的阴暗，人类对自身生存环境——地球进行了肆无忌惮的践踏，人口剧增、环境污染、资源枯竭的严重问题逐步显现出来，厄运正向人类走来。环境微生物学就在这种挑战中发展起来。

人类对环境中微生物的认识可以追溯到19世纪中期，法国的巴斯德(Louis Pastear，1822～1895)所做的著名的曲颈瓶试验无可辩驳地证实空气中存在着微生物。正是空气中的微生物落入瓶中导致有机质的腐败。Sergei　Winogradsky(俄国，1855～1953)和Martimus Beijerinck(荷兰，1851～1931)等早期的微生物学家早就开始研究微生物与其生长环境的相互关系，从土壤中成功分离出硝化细菌、硫化细菌等自养菌，提出了化能自养菌的概念，揭示了微生物在生物地球化学中的重要作用，并建立了富集培养的方法，这可以认为是环境微生物学的早期发展。

进入20世纪，人类面临新的挑战。首先是许多新的水和食品传播的病原体对人类及其他生物体健康所造成的威胁。伤寒、霍乱等水传播的人类传染病曾经在世界范围内广泛爆发。对城市生活污水的生化处理以及为居民提供经处理后符合标准的饮用水则使这些传染病戏剧性下降。肉毒梭菌、产气荚膜梭菌、金黄色葡萄球菌等细菌导致的细菌性食物中毒以及其他病原原生动物所造成的食物传播疾病的流行曾使许多人患病。污水生物处理及饮用水的制备方法，就在这个过程中产生和形成，食品灭菌保藏技术也应运而生。而更严峻的是环境问题(环境污染和生态破坏)。污染物进入生态环境所造成的污染物通过食物链的生物富集以及海洋、湖泊、河流水体的富营养化和酸矿水、地表水、地下水的硝酸盐污染、重金属的甲基化、臭氧层的破坏、温室效应日趋严重。不适当的人类活动所造成的生态破坏对人类生存环境的影响更加深远，森林的覆盖率骤减，土壤沙漠化、荒漠化也不断加剧。在治理污染和恢复受损生态环境中，科学家认识到微生物通过它们对有机和无机化合物的代谢能力而在整个生态系统的有序物质和能量流动中占据关键的位置。同时发展了依赖于环境微生物基础理论的处理污水、废弃物、废气的生物技术，开发了许多根际菌、菌根菌、固氮菌、解钾菌、解磷菌的新菌剂并接种到其发挥功能的生境，促进植物的生长，有助于受损生态系统的恢复。在难降解有机物的生物降解与处理的研究中产生了生物修复的新概念，形成了生物修复的新技术，把传统生物治理技术大大往前推进了一步。

研究方法和技术的创新，也促进了环境微生物学的发展。埋片技术基础上的原位观察，扫描电子显微镜、荧光显微镜、聚集扫描激光显微镜的使用使我们可以从三维角度观察微生物，为分析复杂的微生物群落提供技术支持。此外同位素测定仪(radiotracer)和微分析技术有助于对微生物群落的代谢活性的测定。

分子生物学技术的应用开创了环境微生物研究的新时代，RNA、DNA探针及PCR扩增技术对RNA、DNA异源性分析使我们能了解微生物群落的多样性，从分子水平上认识微生物的生态分布、相互作用及其功能表达，与环境微生物学密切相关的微生物生态学已进入微生物分子生态学的新时代。

经近半个世纪的发展，环境微生物已经成为一门有相对独立理论框架、研究方法和应用领域的微生物学的重要分支学科。环境微生物学研究在微生物的生态分布与作用、微生物生物降解与生物修复、微生物过程与污染等方面都已有大量深入的研究，为人类利用微生物造福社会，特别是消除污染，保护环境，提高人类生活质量等方面提供了强有力的保证。