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| 利用微生物來凈化生活污水和有毒工業(yè)污水 | |||
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維護(hù)環(huán)境、維護(hù)生態(tài)平衡以提高土壤、水域和大氣的環(huán)境質(zhì)量。人類生存所面臨的重大任務(wù)。隨著工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展和人民對生活環(huán)境質(zhì)量要求的提高，發(fā)明一個(gè)適宜人類生存繁衍、并能生產(chǎn)平安食品的良好環(huán)境。對于進(jìn)入環(huán)境的日益增多的有機(jī)廢水污物和人工合成有毒化合物等所引起的污染問題，越來越受到關(guān)注。而微生物是這些有機(jī)廢水污物和合成有毒化合物的強(qiáng)有力的分解者和轉(zhuǎn)化者，起著環(huán)境“清道夫”作用。環(huán)境維護(hù)方面可利用微生物的地方甚多，例如可以利用微生物肥料、微生物殺蟲劑或農(nóng)用抗生素來取代會(huì)造成環(huán)境惡化的各種化學(xué)肥料或化學(xué)農(nóng)藥；利用微生物生產(chǎn)可生物降解塑料替代目前正在大規(guī)模使用的非生物降解塑料以減少環(huán)境污染；利用微生物來凈化生活污水和有毒工業(yè)污水，進(jìn)行污染土壤的微生物修復(fù)等。
尤其是抗生素。自從遺傳工程開創(chuàng)以來，進(jìn)一步擴(kuò)大了微生物代謝產(chǎn)物的范圍和品種，使昔日只由動(dòng)物才干發(fā)生的胰島素、干擾素和白細(xì)胞介素等高效藥物紛紛轉(zhuǎn)向由“工程菌”來生產(chǎn)。與人類生殖、避孕等密切相關(guān)的甾體激素類藥物也早已從化工生產(chǎn)方式轉(zhuǎn)向生物轉(zhuǎn)化（biotransform或bioconv生產(chǎn)方式。此外，一大批與人類健康、短命有關(guān)的生物制品，例如疫苗、菌苗和類毒素等均是微生物的產(chǎn)品。進(jìn)入21世紀(jì)，微生物發(fā)酵產(chǎn)業(yè)將呈現(xiàn)全新的局面,而防治這類疾病的主要手段又是各種微生物發(fā)生的藥物。微生物與人類健康有著密切的關(guān)系。首先是因?yàn)楦鞣N污染病構(gòu)成了人類的主要疾病。除了更廣泛地利用和挖掘不同生境 包括極端環(huán)境)自然資源微生物外，基因工程菌將形成一批強(qiáng)大的工業(yè)生產(chǎn)菌，生產(chǎn)外源基因表達(dá)的產(chǎn)物，特別是藥物的生產(chǎn)將出現(xiàn)前所未有的新局面。結(jié)合基因組學(xué)在藥物設(shè)計(jì)上的新策略，將出現(xiàn)以核酸為靶標(biāo)的新藥物的大量生產(chǎn)，微生物制藥工業(yè)的生產(chǎn)水平將進(jìn)一步提高。新世紀(jì)人類將完全征服癌癥、艾滋病以及其他特殊的疾病，為人類的生存、健康和可繼續(xù)發(fā)展作出更大貢獻(xiàn)。
科學(xué)的進(jìn)步、工業(yè)化的發(fā)展促進(jìn)了世界社會(huì)和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。尤其是20世紀(jì)60年代以來進(jìn)行了空前規(guī)模的全球資源開發(fā)，發(fā)明了空前的社會(huì)繁榮。但是人類的生產(chǎn)活動(dòng)。加上工業(yè)廢棄物的任意排放和人口的急劇增長，使人類又深深地陷入了歷史上前所未有的全球資源生態(tài)環(huán)境問題的困境之中。當(dāng)今人類社會(huì)面臨人口膨脹、糧食短缺、疾病危害、環(huán)境污染、能源危機(jī)、資源匱乏、生態(tài)平衡破壞、生物物種大量消亡等主要問題和挑戰(zhàn)，可繼續(xù)發(fā)展已成為全球的呼聲。要解決人類生存和發(fā)展面臨的主要問題，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，很大水平上要依靠生物科學(xué)和技術(shù)，包括工業(yè)微生物學(xué)來解決。
糧食生產(chǎn)是全人類生存中至關(guān)重要的大事。而且與食品平安和品質(zhì)改善密切相關(guān)。農(nóng)業(yè)是人類賴以的最重要的客觀基礎(chǔ)。微生物不只與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)密切相關(guān)。
首先。土壤中有機(jī)質(zhì)尤其是腐植質(zhì)的形成和轉(zhuǎn)化、土壤團(tuán)聚結(jié)構(gòu)的形成、土壤中巖石礦物變?yōu)榭扇苄缘闹参锟晌諔B(tài)無機(jī)化合物等等過程都與微生物的生命活動(dòng)相關(guān)：由于微生物的活動(dòng)，土壤的形成及其形成其肥力的提高有賴于微生物的作用。土壤中含氮物質(zhì)的最初來源是微生物的固氮作用。土壤中含氮物質(zhì)的積累、轉(zhuǎn)化和損失。使得土壤具有生物活性性能，推動(dòng)著自然界中最重要的物質(zhì)循環(huán)，并改善著土壤的持水、透氣、供肥、保肥和冷熱的調(diào)節(jié)能力，有助于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。微生物在提高土壤肥力、改進(jìn)作物特性（如構(gòu)建固氮植物）等方面，都可大顯身手。
其次。易造成環(huán)境和食品污染的化學(xué)農(nóng)藥、化學(xué)化肥愈來愈不受歡迎，隨著人類對環(huán)境和食品平安質(zhì)量的要求愈來愈高。綠色農(nóng)業(yè)或有機(jī)農(nóng)業(yè)、綠色食品的呼聲愈來愈高。而綠色農(nóng)業(yè)或有機(jī)農(nóng)業(yè)、綠色食品離不開微生物的作用。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中，農(nóng)作物的防病、防蟲害也與微生物的生理活動(dòng)密切相關(guān)。植物的許多病原就是各類微生物，而反過來也可以利用某些微生物來防治農(nóng)作物的某些病蟲危害。有機(jī)肥的積制過程實(shí)際上就是通過微生物的生命活動(dòng)，把有機(jī)物質(zhì)改造為腐殖質(zhì)肥料的過程。有機(jī)和無機(jī)肥料施人土壤后，只有一局部可被植物直接吸收，其余局部都要經(jīng)過微生物的分解、轉(zhuǎn)化、吸收、固化，然后才干逐漸并較長時(shí)間地供給植物吸收利用。
另外。實(shí)際上很多是利用有益的微生物作用或是抑制有害微生物的危害的技術(shù)。農(nóng)產(chǎn)品的加工、貯藏。
當(dāng)前。如將自然界蘊(yùn)藏量極其豐富的木質(zhì)纖維素（如玉米芯、秸稈）等可再生資源轉(zhuǎn)化成各種化工、輕工和制藥等工業(yè)原料。這些產(chǎn)品除了激進(jìn)的乙醇、丙酮、丁醇、乙酸、甘油、異丙醇、甲乙酮、檸檬酸、乳酸、蘋果酸、反丁烯二酸和甲叉丁二酸等外，化石資源和能源日益枯竭問題正在嚴(yán)重地困擾著世界各國。而微生物能將地球上永無枯竭之虞的生物質(zhì)資源逐步成為替代石油、煤炭等的工業(yè)原料。還可生產(chǎn)水楊酸、烏頭酸、丙烯酸、己二酸、丙烯酰胺、癸二酸、長鏈脂肪酸、長鏈二元醇、23-丁二醇、γ-亞麻酸油和聚羥基丁酸酯（PHB等等。由于微生物發(fā)酵具有代謝產(chǎn)物種類多、原料來源廣、能源消耗低、經(jīng)濟(jì)效益高和環(huán)境污染少等優(yōu)點(diǎn)，故必將逐步取代目前需高溫、高壓、能耗大和“三廢”嚴(yán)重的化學(xué)工業(yè)。微生物在金屬礦藏資源的開發(fā)和利用上也有獨(dú)特的作用，例如細(xì)菌瀝濾技術(shù)，就可把臨時(shí)以來廢棄的低品位礦石、尾礦、礦渣中所含的銅、鎳、鈾等十余種金屬不時(shí)溶解和提取出來，變成新的重要資源；利用產(chǎn)甲烷菌把自然界蘊(yùn)藏量最豐富的可再生資源—生物量”biomass轉(zhuǎn)化成甲烷，這是一項(xiàng)利國、利民、利生態(tài)、利子孫的具有重大戰(zhàn)略意義的措施。
微生物在能源生產(chǎn)上有其獨(dú)特的優(yōu)勢。國年產(chǎn)植物秸稈多達(dá)56億噸，微生物代謝工程在解決能源問題上將發(fā)揮重要作用。據(jù)估計(jì)。如將其中的10％進(jìn)行水解和發(fā)酵，就可生產(chǎn)燃料酒精700800萬噸，余下的糟粕仍可作飼料和肥料，以保證土壤中鉀、磷元素的正常供應(yīng)。例如，美國和澳大利亞科學(xué)家將大腸桿菌中利用5碳糖（木糖和阿拉伯糖）途徑導(dǎo)入運(yùn)動(dòng)發(fā)酵單胞菌（Zymomonamobili中，實(shí)現(xiàn)了不同糖代謝途徑的重組，使工程菌利用木屑水解液（主要成分為木糖）生產(chǎn)乙醇；再如最近發(fā)現(xiàn)能直接分解纖維素和半纖維素發(fā)生乙醇的熱纖梭狀芽孢桿菌（Clostridiumthermocellum還可以利用光合細(xì)菌、藍(lán)細(xì)菌或厭氧梭菌類等微生物生產(chǎn)“清潔能源”氫氣。例如，2000年日本科學(xué)家利用鄉(xiāng)村有機(jī)廢棄物，如豆腐渣、米糠和麥麩等，以經(jīng)富集培養(yǎng)的厭氧產(chǎn)氫微生物為產(chǎn)氫菌，通過發(fā)酵勝利制取了氫氣；2007年美國和荷蘭的科學(xué)家進(jìn)行了微生物燃料電池電助厭氧產(chǎn)氫工藝的研究，巧妙地結(jié)合了原電池和電解池的工作原理，利用環(huán)境中的微生物作為催化劑，通過電能的中間形式將碳水化合物等物質(zhì)中的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為氫能，具有巨大的發(fā)展?jié)摿Α?/span>
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