環(huán)境微生物組研究：讓地球更健康!
小佳 / 2019-05-08 15:31:54
中國微生物菌種查詢網(wǎng) 現(xiàn)在大家對人體微生物組的重要性已經(jīng)有所了解，但對地球微生物組卻并不清楚。其實，正是有了微生物，地球環(huán)境才是今天的面貌。在地球微生物組中，環(huán)境微生物是非常重要的一個組成部分，它們不僅是地球環(huán)境演化的關(guān)鍵參與者，也將在生態(tài)環(huán)境治理和保護中發(fā)揮重要作用。
環(huán)境微生物組是對環(huán)境污染進行生物修復的技術(shù)核心
環(huán)境微生物組學近期應關(guān)注四個重點方向
環(huán)境微生物組是地球微生物組的一部分，它是指把微生物組學研究思路、技術(shù)和方法運用到環(huán)境過程的研究中，研究環(huán)境過程中微生物群體的結(jié)構(gòu)、功能及其與環(huán)境的相互作用，最終利用微生物群體提升環(huán)境質(zhì)量。環(huán)境微生物組與人體微生物組、農(nóng)作物微生物組、傳統(tǒng)發(fā)酵過程微生物組等共同組成當今生物科學發(fā)展的前沿。
環(huán)境微生物組是污染環(huán)境生物修復的技術(shù)核心，可為實施生態(tài)文明建設、提高環(huán)境質(zhì)量的國家目標提供資源和技術(shù)的保障。當前，結(jié)合我國環(huán)境需求，特別是為了實現(xiàn)國家《水污染防治行動計劃》（簡稱“水十條”）、《土壤污染防治行動計劃》（簡稱“土十條”）、《大氣污染防治行動計劃》（簡稱“大氣十條”）的目標，環(huán)境微生物組學研究應該重點關(guān)注以下研究內(nèi)容。
水體微生物修復（特別是黑臭水體治理）——早在一百多年前，人類就利用微生物降解污染物的功能，發(fā)明了污水處理技術(shù)，但目前在活性污泥中我們知道的微生物種類不到其總數(shù)的15%，科學家已經(jīng)啟動研究污水處理設施中活性污泥的微生物組，旨在徹底了解活性污泥的微生物組成及其消除污染物的原理，從而提高設施運行效率和穩(wěn)定性?！八畻l”明確要求，到2020年，地級及以上城市建成區(qū)黑臭水體均控制在10%以內(nèi)。解析水體黑臭形成原因、提出控制途徑和發(fā)展消除技術(shù)、保障污水處理設施高效運行等，環(huán)境微生物組技術(shù)將發(fā)揮不可替代的作用。
污染土壤微生物修復——微生物是污染土壤生物修復的主力軍，農(nóng)藥、除草劑、重金屬等化學污染品主要是通過土壤微生物菌群降解和轉(zhuǎn)化作用得到消除或者被鈍化。“土十條”規(guī)定，到2020年，受污染耕地安全利用率達到90%左右，污染地塊安全利用率達到90%以上。實現(xiàn)上述目標，需要因地制宜的多種土壤修復技術(shù)，其中基于微生物轉(zhuǎn)化和降解的植物—微生物聯(lián)合修復技術(shù)將發(fā)揮重要作用，微生物組技術(shù)和方法，將為研究微生物、植物、污染物三者相互關(guān)系、建立土壤微生物群體調(diào)控技術(shù)等，提供關(guān)鍵微生物資源和核心技術(shù)原理。
環(huán)境微生物菌劑——微生物菌劑是將一種或者多種功能微生物組合在一起，它可以有效去除水體或者土壤中污染物，無論是對污染水體還是污染土壤的生物修復，微生物菌劑常常是技術(shù)依托的核心。近年來，微生物菌劑已經(jīng)普遍應用于河道治理、污染土壤修復，但是其效果不夠穩(wěn)定。這是因為微生物菌劑的效果，不僅僅取決于菌劑菌種本身對污染物的去除效率，更受到菌劑使用環(huán)境中微生物群落的影響，菌劑微生物與水體微生物、土壤微生物的相互作用，是制約微生物菌劑效率的關(guān)鍵因素。我國在過去十多年的研究立項中，主要關(guān)注微生物菌劑本身，對環(huán)境微生物組、菌劑與各種環(huán)境微生物組的相互作用重視不夠。
空氣微生物指數(shù)——空氣并不是微生物良好的生活場所，但空氣中有各種各樣的微生物，構(gòu)成空氣微生物組。空氣微生物既來源于當?shù)氐娜祟惢顒雍妥匀坏乇磉^程，也可能是遠距離大氣運動輸入而來，它們構(gòu)成氣溶膠，或者附著在塵埃上，其在空氣中存活時間與微生物本身抗逆能力和大氣物理化學條件有關(guān)。空氣微生物與空氣污染密切相關(guān)，據(jù)統(tǒng)計，呼吸道疾病發(fā)生率與空氣污染程度（例如PM2.5濃度）具有明顯的正相關(guān)，空氣中的微生物如病毒顆粒、細菌細胞及真菌的孢子（大多粒徑在0.2微米—2微米范圍）易附著在PM2.5顆粒上由氣流攜帶遷移，被人體吸入可引發(fā)人體免疫反應和呼吸道感染，病原微生物濃度高時還會引發(fā)皮膚接觸類疾病和其他嚴重疾病。“空氣微生物指數(shù)”可以用來指示空氣中微生物種群和豐度，進而評估空氣質(zhì)量，并及時發(fā)現(xiàn)外來微生物（例如烈性病原微生物）。
盡快啟動以微生物組為主題的研究計劃或重大項目
缺乏以微生物組為主題的研究計劃和重大項目，致使我國與美國等發(fā)達國家的差距正在加大有關(guān)資料統(tǒng)計表明，截止到2016年，國際上啟動了9個環(huán)境微生物組相關(guān)的研究計劃，大家比較熟悉的有海洋微生物組計劃、土壤微生物組計劃和地球微生物組計劃（EMP）。EMP旨在全方位分析地球上全部微生物群落的多樣性及功能，該項目將對全球典型的環(huán)境樣本包括土壤、海洋、空氣、淡水生態(tài)系統(tǒng)等的微生物群落進行宏基因組測序，我國參與了部分EMP計劃。
與國外集中啟動環(huán)境微生物組計劃不同，我國在過去啟動的以“環(huán)境”和“生物資源”為主題的科技計劃或重大項目中，部分包括了環(huán)境微生物組的內(nèi)容，但缺乏以微生物組為主題的研究計劃和重大項目，致使我國與美國等發(fā)達國家的差距正在加大。20世紀初，中國科學院有關(guān)專家開始推動“微生物地球”研究計劃，并于2014年啟動了土壤微生物相關(guān)的先導專項研究計劃。目前，“水圈微生物”研究計劃正在論證之中。
不少科學家都在積極呼吁，希望能夠盡快部署我國環(huán)境微生物組的系統(tǒng)研究。我國擁有多種多樣的生態(tài)環(huán)境，高原、濕地、森林、湖泊、沙漠、海洋等，其中蘊藏著豐富的微生物資源，盡管已經(jīng)啟動了一些資源專項調(diào)查研究，但這些調(diào)查研究多從生物多樣性和物種的角度展開，今后應從微生物組的角度，全面掌握這些環(huán)境中的微生物資源、功能、相互作用及其開發(fā)利用價值，這是資源調(diào)查類專項必須提出的要求。
同時，微生物組大數(shù)據(jù)的收集、存儲、功能挖掘、開發(fā)利用等共性技術(shù)，還是我國微生物研究的薄弱環(huán)節(jié)，這是制約微生物組發(fā)展的關(guān)鍵核心，建議以戰(zhàn)略眼光進行先行部署。
在應用方面，建議以國家需求和工程實施為出發(fā)點，發(fā)展新一代環(huán)境微生物技術(shù)，提升我國環(huán)境質(zhì)量；發(fā)展基于環(huán)境微生物組研究成果的微生物菌劑和應用技術(shù)，以用于黑臭水體治理、城市污水處理效能提升、污染土壤修復等。同時，加強應用基礎研究與成果轉(zhuǎn)化的協(xié)同發(fā)展，搭建研究機構(gòu)與環(huán)保企業(yè)的溝通平臺，暢通成果轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)化的渠道。