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浅析微生物与人类的关系

Answer 1

摘要    世界的每一个角落都存在着精致的微生物，它们转化物质，传递能量，努力创造它们生命所需的环境；我们的生产和生活始终与它们密切相关，它们在我们的生活中起着重要而复杂的作用。我们应该正确认识它们。它们既是人类的朋友，也是人类的敌人。我们应该正确处理与微生物的关系，合理利用微生物，提高人类生活质量，与微生物长期和谐相处。

关键词    微生物；  人类；  有利有害

引言    微生物（microorganism简称microbe）是一大类生物，包括细菌、病毒、真菌和一些小型原生动物。它们是小个体，但它们与人类生活密切相关。微生物在自然界无处不在，它们可以在我们的外部环境和身体中找到。它们不仅分布广泛，而且种类和数量也超出了我们的想象。我们总是不可避免地与微生物打交道。

微生物对人类有一个有害的一面，可以腐蚀工业设备，腐蚀和恶化食品和原材料，甚至通过食品作为媒介引起人类中毒、疾病、癌症和死亡；它们对人类也是有益的，在食品、制药、冶金、采矿、石油、皮革、轻化工业等行业中可以发挥不可替代的重要作用。所以，人类的生活无法不与微生物世界产生交集，微生物是人类永远“相爱相杀”的老伙伴。

一、微生物与食品的关系

    微生物产品在人类日常生活中随处可见。葡萄酒、酸奶、酱油、醋和味精等食物，以及抗生素、激素、疫苗和其他药物都是通过微生物发酵制成的。

目前，酒精发酵主要用于将葡萄糖等单糖转化为食用酒精，食用酒精是酒精食品中的主要物质。酵母菌是兼性厌氧微生物。有氧时呼吸氧气，直接消耗葡萄糖，产生更多能量，新陈代谢旺盛，便于大规模繁殖，提高生产效率。在缺氧和适当温度的条件下，酵母菌会无氧呼吸，将葡萄糖、果糖和甘露糖等单糖吸入细胞，并在内部酶的作用下将单糖分解成乙醇和二氧化碳，这就是所谓的发酵。

一些细菌的代谢产物可以改善酒、米酒和葡萄酒的风味。在发酵过程中，适当引入细菌也可以克服白酒后味不足的缺点。酿酒工业中常用的细菌包括乳酸菌、醋酸菌、丁酸菌等。

糖化菌是一种能将淀粉质原料转化为葡萄糖的细菌，广泛应用于酿酒行业。糖化酶产生的淀粉糖化酶和蛋白水解酶能促进消化，使乳酸菌和双歧杆菌增殖和活化。其糖化力强，繁殖速度快，热稳定性好，耐酸耐醇，不产生或产生较少的果胶酶，可减少甲醇产量。曲霉属、根霉属、内孢霉属、红曲霉属和毛霉属是葡萄酒工业中常用的菌种。

    泡菜是国人的发明，也是一种受欢迎的民间食物。它是一种发酵加工的腌制品。泡菜制作简单，成本低廉，味道鲜美，有利于保存，深受大众欢迎。在泡菜的制作过程中，许多种细菌都参与了发酵，但乳酸菌起着主要作用。乳酸菌是异养厌氧菌，在厌氧条件下将葡萄糖分解成乳酸和少量乙醇，这些物质相互作用形成许多芳香物质，使泡菜具有独特的风味；同时，乳酸菌能有效保存泡菜中的维生素。因此，泡菜是一种风味独特、营养丰富的食品。常见的乳酸菌有乳酸链球菌和乳酸杆菌，其中乳酸杆菌常用于制作酸奶。

像这样的食品有很多，比如醋、腐乳、酱油，都是应用微生物发酵的原理，所以这里就不详细描述了。值得一提的是，随着现代科学技术的飞速发展，微生物香料、营养品和香水已经逐渐从梦想变成现实，并进入普通人的生活，给制造业带来了巨大的创新。

然而，微生物也对人类有不利影响。例如，微生物可以导致传染病的发生和流行，导致食物、衣服、皮革等的发霉和腐烂。这些都是不良保护措施造成的负面影响。

二、微生物与人类健康

人类肠道中有许多有益微生物，包括细菌、病毒、真核生物等。它们能与肠道内的其他微生物和免疫系统相互作用，合成多种维生素和氨基酸，如核黄素和维生素K等，满足人类需求，与人体形成复杂的共生系统，对人类健康有重要影响。

2.1微生物病原菌给人类带来的灾难

    微生物病原体能给人、动物和植物带来疾病，给人类健康和生命带来严重威胁。在14世纪中叶，由耶尔森菌引起的鼠疫导致了欧洲三分之一的死亡。解放前，中国也经历过类似的灾难。即使现在，人类社会仍然受到由微生物病原体引起的疾病和灾难的威胁。艾滋病、结核病、疟疾和霍乱正在卷土重来并大规模传播，新出现的疾病如疯牛病、军团病、埃博拉病毒病、大肠杆菌0157、霍乱0139新致病株、非典病毒、西尼罗病毒、禽流感病毒和猪流感病毒等正在给人类带来新的疾病和灾难。

2.2微生物与人类的关系

在日常生活和生产中，微生物也存在于食品、药品、化妆品、其他产品和物品、饮用水和污水、环境空气和内外生物中。这些微生物对我们的身体有利也有弊，对我们的生产、生活和健康都有重要影响。与人类健康相关的微生物包括自然界中存在的所有微生物，宇宙中已知甚至未知的微生物都可能对人类产生影响；包括病原微生物和非病原微生物，对人体有害和有益的微生物。病原微生物能引起人类患各种疾病，影响人们的健康、生活和生活质量，甚至致命，这反映了微生物的有害影响。另一方面，微生物有益于人体和生产生活。作为微生物的宿主，人类是最大的微生态空间，也是它们繁衍的最佳领地之一。

    人一出生，身体表面就有微生物，而且与外界在同一个体腔内，这将伴随着人类生命的终结。人体肠道内的细菌依靠消化道提供生存环境，而宿主可以从胃肠道的正常菌群中获得营养，如维生素B(B1、B2、B6和B12)、泛酸、烟酸和维生素K等。碳水化合物[微生物具有几乎与宿主一样多的碳水化合物酶，其中一些(如纤维素分解酶)在宿主(反刍动物)中是缺乏的，并依赖细菌酶将多糖降解成营养物]，蛋白质(细菌)细菌参与宿主的代谢和吸收(细菌的B-葡萄糖醛酸酶和硫酸化酶在许多化合物的肠肝循环中起重要作用；肠道细菌参与大多数肠肝循环，如胆红素、胆汁、雌激素和胆固醇；微生物生长和繁殖过程中合成的营养物质最终会被宿主消化、吸收和利用)；参与宿主免疫(正常微生物群落对人和动物有不可或缺的免疫刺激作用)；发挥生物拮抗作用(反对外籍菌群的定居)。从以上事实可以看出，在宿主环境中，正常微生物和外来微生物必须争夺生存空间和食物，并从环境中捕食。它们生活在宿主体内并与宿主合作，这主要是一种互利共生的关系。可以说，没有微生物，人和动物就无法生存，反之亦然。

2.3微生物在医药卫生中的应用与人类健康

    众所周知的自然法则是适者生存，不适者淘汰。自人类历史以来，我们的祖先在抗击创伤、疾病和瘟疫以促进健康方面积累了丰富的经验，并创立和发展了预防保健医学和临床医学。医学是诊断、治疗、预防和控制疾病以及保持健康的技术和科学。目前，许多微生物被用于生产各种药物，例如抗生素、维生素、氨基酸、酶制剂、酶抑制剂、细菌制剂和微生物表面活性剂，它们是在微生物生命活动过程中产生的或由微生物自身制造的合成代谢物。虽然生物毒素对人类健康有害，但我们也用它们作为治疗人类疾病的药物。例如，肉毒杆菌产生的肉毒杆菌神经毒素是第一种用于治疗人类斜视、斜颈、面肌痉挛和其他肌肉疾病的微生物毒素药物；河豚毒素和芋螺毒素等海洋生物毒素也显示出良好的应用前景。微生物毒素是一把“双刃剑”，它不仅是人类的敌人，也是人类的朋友。

三、微生物与农业生态环境

3.1二十一世纪农业生态环境面临的问题

    21世纪是生态文明的世纪。人们把对人与自然和谐的追求推到了社会发展主题的位置。它标志着人类即将进入一个全新的文明时代，即生态文明建设的时代。在现代农业发展过程中，遇到了一系列问题。一是化肥使用逐年增加，化肥利用率和化肥增产效益下降；第二，农药的使用逐年增加，造成环境污染，威胁农产品安全；第三，土壤肥力下降，土壤退化加剧；第四，土壤生态环境恶化，土壤生态功能下降。

3.2解决农业生态环境问题的措施

3.2.1有效微生物技术

有效微生物技术的开发和应用对中国设施农业的可持续发展尤为重要。它在提高和保持土壤肥力、转化营养元素、提高肥料利用率、促进作物生长、拮抗土传病害、净化环境和平衡生态系统等方面发挥着重要作用。我们应该充分利用微生物肥料的上述功能，为设施农业生产和农业可持续发展服务。发展设施农业是集约利用资源、增加农民收入、提高农业竞争力的战略举措。近年来，随着我国设施农业的蓬勃发展，设施栽培不仅取得了经济效益和社会效益，而且改变了土壤的生态环境。目前，微生物技术在设施农业和新型肥料开发中发挥着越来越重要的作用，已逐渐成为我国国家生态示范区、绿色有机农产品基地等的主力军。在设施农业生产中发挥了越来越明显的经济、社会和生态效益。

3.2. 2微生物肥料

微生物肥料是一种用于农业生产的肥料，它通过微生物的生命活动促进作物获得特定的肥料效应。使用微生物肥料可以减少化肥用量，提高化肥利用率。微生物肥料的使用还可以充分利用可再生资源，提高土壤肥力，帮助作物吸收养分，增强植物抗病抗旱能力，刺激和控制生长，减少或减少病虫害，对作物品质有良好的影响。根据微生物肥料的作用和机理以及其产品中特定的微生物种类，可以划分不同的类型，但生物肥料的功效主要与营养元素的来源和有效性有关，或者与作物对养分的吸收、水分和抗病性有关。

3. 2. 3土壤微生物

土壤中微生物丰富，它们随着环境的不同和时间的延长而变化。新菌株的筛选将大大提高微生物在农业中的应用效率。通过现代分子生物学技术，分离和克隆筛选获得的新菌株的功能基因片段，人工构建和塑造新的生物活性菌株将成为一个重要的研究方向，利用微生物控制污染和改善环境将是主题。然而，随着土壤的破坏，微生物的栖息地逐渐被破坏，因此保护土壤微生物资源尤为重要。从农药到饲料，从肥料到食品，土壤微生物都有广阔的应用前景。

3.2. 4微生物循环农业

以微生物为核心的循环农业是指从农作物秸秆、动植物加工下脚料、人畜粪便、城乡有机垃圾等农产品中分解、消化、吸收和合成新的营养物质，并将其投入农业生产的循环过程。发展以微生物为核心的循环农业，不仅可以促进传统的植物生产和动物生产的“二维农业”向植物生产、动物生产和微生物生产的“三维农业”转变，而且可以提高农业质量和效率，减少资源浪费，维护生态平衡，增加社会就业，提高劳动者素质，具有深远的经济、生态和社会意义。

微生物工程措施能有效改善土壤环境和质量，减少对生态环境的污染，提高作物产量和质量。使人们能够生活在一个相对健康、无污染的环境中，食用绿色、无污染的健康食品，这对人类健康至关重要。

四、微生物与工业生产

一些微生物被广泛应用于工业发酵，生产乙醇、食品及各种酶制剂等；一部分微生物能够降解塑料、处理废水废气等等，并且可再生资源的潜力极大，称为环保微生物；还有一些能在极端环境中生存的微生物，例如：高温、低温、高盐、高碱以及高辐射等普通生命体不能生存的环境，依然存在着一部分微生物等等。看上去，我们发现的微生物已经很多，但实际上由于培养方式等技术手段的限制，人类现今发现的微生物还只占自然界中存在的微生物的很少一部分。

工业微生物涉及许多行业，如食品、制药、冶金、采矿、石油、皮革和轻化工业。通过微生物发酵生产抗生素、丁醇和维生素C，并制备一些风味食品；一些特殊的微生物酶涉及皮革脱毛、冶金、采油和采矿，甚至直接用作洗衣粉等添加剂。此外，一些微生物代谢物可作为天然微生物农药广泛应用于农业生产。通过对枯草芽孢杆菌基因组的研究，发现了一系列与抗生素生产和重要工业用酶相关的基因。乳酸菌作为一种重要的微生态调节剂，参与食品发酵过程。对乳酸菌的基因组研究将有助于寻找关键功能基因，进而转化该菌株，使其更适合工业化生产过程。我国两步发酵生产维生素C的关键菌株氧化葡萄糖酸杆菌的基因组研究，将在基因组测序的前提下发现与维生素C生产相关的重要代谢功能基因，通过基因工程改造实现新工程菌株的构建，简化生产步骤，降低生产成本，进而实现经济效益的大幅提高。通过对工业微生物的基因组研究，不断发现新的特殊酶基因和与代谢产物生产相关的重要代谢过程和功能基因，应用于传统工业和过程的生产和转化，促进现代生物技术的快速发展。

五、微生物与环境

微生物是自然界中最重要的分解者，在维持物质循环和高度生态平衡、分解生物残体方面发挥着极其重要的作用。一些自养微生物，如蓝细菌和一些浮游微生物，是食物链的起点；一些微生物可以分解有毒物质，这对污水处理和自然自净有重要意义。到目前为止，只有微生物才能分解石油等碳氢化合物，在处理石油污染方面发挥着重要作用。在一些没有阳光的地方，自养微生物是整个生态链的基础。例如，海底热液孔隙生态中的硫细菌。

病原微生物可以控制宿主的数量，甚至影响宿主的进化方向，对整个生态平衡起着重要作用。

一些动物和植物有共生微生物，如果它们缺乏这些微生物，它们的生长将受到不同程度的影响，如豆科植物、根瘤菌和地衣中的真菌。

六、结语与微生物学展望

总而言之，微生物对人类社会的发展和人类健康产生了深远的影响。面向21世纪，展望微生物的未来，我们可以看到，微生物基因组和后基因组的研究将全面展开，微生物多样性的研究将进一步发展，微生物和环境治理的重要性将更加受到重视，微生物致病性和宿主免疫机制的研究将继续得到重视和加强。了解微生物之间、微生物与其他生物之间以及微生物与环境之间的相互关系，可以更有效地控制污染，更深入地了解微生物与高等动物之间的共生关系，改善植物。可以预见，在21世纪，微生物学仍将是一门领先的学科，并将为人类健康和社会经济发展做出更大的贡献。

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