【2021遴选公基知识】每日一练（2021.8.22）

与其他生物相比，微生物的种类极其丰富，普遍存在于地球生态圈与人类社会中。无论是我们生活的外部环境还是人体内部，都存有数目庞大的微生物。它们不仅千姿百态，而且繁殖迅速，给人类的生产和生活带来了极为深远且重要的影响。表面上看，微生物与我们人类生活相距甚远，但事实上，它与人类生活密不可分。这些微生物不仅关乎我们每一个人的生命安全、身体健康，更广泛存在于食品、医疗保健、工农业生产、环境保护等诸多领域，在给人类带来有益作用的同时，也会滋生风险。

微生物与人类健康的关系。相关研究显示，存活于人体内外的细菌个体数量约为1亿个左右，而一个普通成年人的人体细胞仅为1000万个。这不仅仅表明人体的细菌数量是人体细胞数量的10倍，更意味着微生物与人类健康有着紧密联系。存活于人体口腔、肠道或皮肤的微生物群中，有数百万的种群不但不会对人类产生任何伤害，反而有助于保护人类免受有害微生物的感染。但仍有相当的有害微生物，例如一些占比不到总量1%的细菌、病毒、真菌和原生动物等可以侵入宿主(人类)并致病，例如感冒、水痘、腺鼠疫、结核病、疟疾和皮肤癣等。引起疾病的微生物被称为病原体。此外，国际微生物学会联合会(International Union of Microbiological Societies)以及微生物学界的研究者们也广泛认为，有强有力的证据表明，微生物可能会导致某些非传染性慢性疾病，例如某种形式的癌症或冠心病。

尽管微生物能够传播并导致大量广为人知的疾病，然而随着生物技术的发展，通过人为给药的方式，使得已经死亡或灭活的微生物进入人体，可以刺激免疫系统产生相关微生物抗原的抗体。如疫苗接种就是这种技术的应用。时至今日，疫苗仍然是预防社区性和突发性传染病最有效的技术手段之一，而近年来疫苗技术的迅猛发展，则意味着微生物技术的发展再一次取得了能够深度影响人类福祉与进一步保障社会平稳运行的重大突破。

微生物与农业生产的关系。微生物与人类生活关系密切，并无时无刻不在影响着人类的生存环境。微生物在农业生产中扮演着无可比拟的重要角色。在农业生产中，微生物学与相关技术被广泛地应用于农业实践当中。利用农业有机废料，通过微生物发酵工程制取的单细胞蛋白、菌体蛋白或微生物发酵饲料等被广泛地应用于畜牧业与种植业的生产中。而利用微生物活动代谢作用制成的微生物肥料，不仅为各类基础农作物与经济作物提供了充沛的氮、磷、钾肥料，更降低了化学肥料的用量与其制造过程中产生的资源消耗与环境污染。不仅如此，随着基因组学和生物防治技术的发展与革新，微生物农药制剂可以利用其成分中分泌的有效代谢物质杀灭有害昆虫或农作物致病细菌。微生物农药的广泛应用将有利于降低化学农药的使用份额，从而在防止农作物病虫害的同时降低对大气、动植物与土壤的负面作用。此外，各类在市场中受到消费者追捧的食用菌(蘑菇)也是微生物为农业生产作出的重大贡献之一。

在农业和畜牧业生产中，只有少数类型的微生物能够将自然界中的氮气通过固氮酶还原为氮素这一构成生命物质与养分供给的关键元素。由微生物参与主导的氮循环在作物和牧草的栽培中扮演着重要角色。当环境中的生物所生产的蛋白质被特定的土壤细菌和真菌分解氨化后，硝化细菌和反硝化细菌能够将氨或铵离子氧化为硝酸盐并还原为氮气。在接下来的步骤中，为了向农业和畜牧业生产过程中提供足够的氮元素，除了生态圈本身存在的自然固氮系统外，工业固氮法与生物固氮技术发挥着重要作用。尤其是近年来微生物学的发展使得可持续循环且对环境几乎无负面影响的生物固氮技术在改良经济作物栽培技术中获得了相当的成就。近年来，通过研究并筛选不同栽培条件与作物搭配，中国南方大面积的基于红壤栽培的农作物产量与质量相较以往获得了显著的增长。此外，中国农业科学院与全国土壤微生物学界的最新研究表明，基于基因组学的研究使得对已经在中国北方农业产区逐步推广的联合固氮菌的进化模型、分子机理与根际间的竞争机制也被进一步地发现与完善。此类微生物学的研究成果都将有力地巩固、提升中国农业的国际竞争力与国家粮食安全水平。

微生物与工业生产的关系。微生物在工业生产中也发挥着举足轻重的作用。在生化制药、化学工业、食品生产领域，微生物学均是相关方向的主要分支学科。微生物药学和生物化学通过利用分子生物学技术，研究基于微生物资源药物及化学品的开发、生产与应用。大量的常用药品和制剂都是以微生物为主体与成分研发的，例如双歧杆菌乳杆菌三联活菌片、口服脊灰减毒活疫苗、复方氨基酸注射液等。在食品生产领域，单细胞蛋白类产品广为人知，例如用作生产啤酒、面包的酵母以及生产各种风味的酸奶所需要的发酵剂(乳酸菌)。尽管微生物在工业生产中起到了众多的正向影响，但是若在生产流程、工艺或保存流程中发生错误或逾过产品保质期，相关的药品、食品与化学品将对人体和环境产生毒副作用。

近来微生物学界从中国及全球各大盐场发现了盐古菌。由于盐古菌具备在高盐浓度下生存并维持活性的独特特性，使得盐古菌中的卤酶可以作为天然的生物催化剂，使得盐古菌具备了大量潜在的工业应用可能性，例如可以在石油开采中提高采收率、在高盐度纺织中抑制不需要的卤代菌生长、在餐具生产中作为生物降解塑料原料等。不仅如此，一些已知的藻类通过分离其中的脂质后，藻类中包含的碳水化合物也可被加工为生物乙醇，这被认为是一项对人类社会与经济发展具有重要影响的技术革新。因为在现阶段绝大部分乙醇是使用了植物材料的可食用部分所制成的，例如甘蔗、甜菜、玉米等作物，因为其成分易被分解为葡萄糖，可以被微生物发酵(分解)为乙醇。因此藻类制作乙醇的技术可以大幅度地增加粮食市场的作物供给，而非分流至工业生产。该项技术创新使得农业生产能在全球疫情或未来类似状况所导致的农业减产大环境下提高供给民生市场的粮食总量，从而进一步保障市场运行与社会稳定。

微生物与环境保护的关系。微生物不仅参与了与人类生产生活息息相关的氮循环与碳循环，更是温室气体(例如二氧化碳和甲烷)产生与消耗过程中的关键要素。在生态环境与全球气候中，微生物对温度和湿度间存在着各种可能的正反馈和负反馈效应。丰富的微生物在多样化的群落中，以复杂的方式与人类和环境相互作用。尽管当前预测微生物对于气候变化与环境变迁的影响仍存在巨大的挑战，但广泛的学术研究已经证实人类活动催化了微生物所生产的温室气体的质量。在自然界中，微生物被称为分解者，它们可以将死去的动植物及一些废物分解为营养物质，包括二氧化碳、水、钠和钾，并使其在生态系统中循环，从而形成完整的生态链与食物链。有研究指出，所有的必要元素，例如碳和氮都通过生化途径进行循环。因此，保持人类生存环境中微生物的多样性与种群平衡是人类长期生存发展的关键问题。

近年来，作为保护环境的重要手段，虽然电动汽车与氢燃料汽车技术已经逐步成熟并在市场中持续推广，但来自欧洲的科学家们仍未放弃可能的生物燃料以致力于进一步降低由人类活动所产生的温室气体。在最近的研究中，藻类被认为是最有可能成为化石燃料替代品的微生物。有研究指出，藻类通过光合作用将二氧化碳转化为糖后再代谢为脂质。而藻类脂质已经被证明可以被加工为生物柴油。此外，藻类可在水中培养的特质使得藻类的培育方式更加环保，不必像其他生物燃料的扩充栽培可能对森林或湿地造成破坏。同时，值得注意的是，生物固氮、工业固氮技术不仅能够在正常情况下为产粮区作物提供足够的生长元素，更能够在有机污水处理厂、高氨氮废水污染水系、日常餐厨排放废水中，利用特定的微生物处理技术，分离水体中的氮元素，不但能以环保节能的方式获得额外丰富的作物肥料，更可以降低化学治污所产生的经济成本与环境成本，从而利于从微生物学的角度为城市与生态污染治理提供额外助力。

（编辑：wangwenling）