用微生物凈化地球

王　風

悄無聲息地分布在地球上一切場所的微生物正擔任著物質循環的主角，它使我們的地球不會被生物的遺骸填滿。現已知道1克土壤中棲息著1～10億個微生物，其中大部分是未知的微生物。我們人類掌握的微生物只占總數的1％而已，而且不管多么難分解的物質，地球上必然存在可以分解它的微生物。科學家受此啟發，正考慮采用生物修復的方法來凈化地球環境，即用人工手段強化微生物分解有毒有害的污染物質的能力，縮短凈化時間。

地球受到嚴重污染

目前地球環境污染已經十分嚴重，而且污染范圍還在擴大，其主要原因是人口急劇增加、經濟飛速發展帶來煤炭、石油的大量消耗，大量新的化學合成物被廢棄。特別是大氣中二氧化碳的增加嚴重，導致地球全面變暖。另外，人類為了自身方便，不考慮環境保護而制造出來的各種化合物嚴重污染了土壤和地下水，給地球生物帶來災難性危害。

在化學合成物中，像三氯乙烯和多氯化聯苯即使人攝入少量，在體內也不能被消化，而且還會在體內富集、濃縮。三氯乙·烯在全世界的高技術工廠中是作為半導體的洗凈劑被大量使用的有機氯化物，因懷疑它對動物有致癌作用，其后從土壤或地下水中被檢測出來。據調查，僅日本超過環境標準的三氯乙烯污染地下水事件已達到469起；另外，作為干洗溶劑常用的四氯乙烯引起的污染事件達629起。被調查的地下水中，三氯乙烯超標的約占20％，四氯乙烯超標的約占27％。

又如多氯化聯苯(聚氯聯苯)，由于它難以溶解，不容易燃燒，絕緣性好，而且化學性質穩定，所以廣泛用作電機的絕緣油、熱交換器的熱介質等。但是科學家發現，多氯化聯苯在體內富集，會引起肝臟疾病。多氯化聯苯已經進入環境的量估計有41萬噸，對世界各地均造成污染。科學家甚至從海洋哺乳類動物如海豚或海豹的身體中也檢測到高濃度的多氯化聯苯。

另外，原油污染也是個大問題。近年來，由于油船事故造成大量原油向海洋泄漏的事件屢屢發生，給海洋生態系統帶來極大破壞。正成為世界性的問題。

凈化三氯乙烯實驗

人類造成的有害污染物質單靠自然界難以分解，即使能夠分解，其凈化能力也趕不上污染速度，而且所需時間很長。科學家提出的生物修復辦法的主要目標是凈化這些難以分解的物質。

生物修復大體上分為激活原本生息在污染現場的微生物的“生物激活”法和培養外來生物的“擴大微生物”法。另外，按處置的方式還能分為在現場凈化的“原地處置”和運到有處置設施的“移動處置”。

下面介紹一些實際進行的生物修復技術。首先是地下水的三氯乙烯凈化實驗，其方法是在現場把地下水打上來放入裝置中，再在裝置中添加甲烷和營養鹽(氮、磷)，激活現場的“甲烷生成菌”，將其返回地下分解三氯乙烯。這是很經典的微生物激活治理污染的例子。

實驗的結果是在注入甲烷40天后，三氯乙烯的濃度從每升0.8毫克減少到0.5毫克。另外，即使停止注入，三氯乙烯的濃度也得到有效抑制。

被三氯乙烯污染的地方很多，但是因為成本較高，使用甲烷來進行三氯乙烯的生物修復至今尚未普及。當然，現在所謂的“監視自然凈化”是指不加任何人為干預的自然凈化，所謂“增加自然凈化”是指有人為干預的凈化。

生物復原油污染

1997年俄國的油船“納霍德卡”號在日本海上觸礁，泄漏的原油漂到了日本海沿岸。當時對原油的毒性認識還沒那么深刻，倒是鳥的翅膀沾滿油污，沿岸的海藻類和生物大量死亡成為人們關注的焦點。另外，漂浮在海面上的油污無法生物修復，除了回收外別無良策。為此，實驗以漂到了沿岸的原油為對象。

方法是把現場的原油與海礫攪拌后放入網中，然后分成兩組，一組添加營養鹽，一組不添加營養鹽。實驗結果證明，加進營養鹽的一組，原油確實被分解了，而且也沒有看到對海上的小動物造成任何不良影響。

讓海洋大量吸收CO₂

為了減少全球溫室氣體CO₂，科學家正在考慮用占地球表面70％的海洋來固化CO₂的生物修復辦法。海洋中的植物、浮游生物可吸收大氣中大量的CO₂。但是。僅因生長所必須的“鐵質”不足，致使植物、浮游生物不能正常存在的海洋面積約占10％，即大約為3600萬平方千米，比亞洲大陸還要大。如果在這些海域播撒鐵，繁殖植物、浮游生物，通過它們的光合作用來吸收CO₂，就相當于增加了陸地上的植物。這樣做實際上是增強了大海原來特有的自然治愈力，所以對環境也是有利的。

以美國為主，自1993年起在加拉帕戈斯群島海面上進行實驗。科學家從船上撒下鐵，用飛機和衛星監測，結果發現，確實引起植物、浮游生物的增加，海水中所含的CO₂量也減少了。另外，科學家還將煤灰或焚燒灰做成塊狀，撒上微細藻類和營養鹽，把它漂浮在海上做吸收CO₂的實驗。這么做不但有效地固化CO₂，而且微細藻類作為副產品還可制成紫外線吸收劑或回收農藥等有用物質。海洋可稱是未知微生物、基因的寶庫，專家正進行各種有用基因的探尋。構建海洋的生物修復系統，讓海洋重新獲得特有的自凈化能力，防止大海污染惡化，讓大海回復到應有的狀態是非常重要的。

制造超級微生物

目前科學家正把基因工程制造的超級微生物用于生物修復的研究。

超級微生物的開發，首先從多氯化聯苯分解菌開始。多氯化聯苯是非常穩定的化合物，之前科學家沒有發現能夠分解多氯化聯苯的微生物，后來才發現吃聯苯的菌也可以分解多氯化聯苯。

美國和日本使用各自發現的兩種多氯化聯苯分解菌進行基因操作。用所謂“DNA倒換”方法使這些分解菌的基因彼此發生關系。使其進化。多氯化聯苯在氯制備理論上能制造209種化合物。被發現的兩種分解菌的酶有95％相似，但各自能夠分解的多氯化聯苯化合物不同。

取出兩個分解菌的基因，用PCR(聚合酶鏈反應)方法繁殖，首先各自通過酶將基因鏈拆開，然后再用PCR繁殖。這時放入被稱之為“引子”的DNA斷片，斷片被連接，兩個基因被混合，其次為了放大基因的全長，放入“引子”再度進行PCR。在混合的基因中，把能力強的超基因與原先多氯化聯苯分解菌的基因交換，制成超級微生物。

制成的微生物對多氯化聯苯的分解能力遠遠超過原來的分解菌。科學家還用所謂“分子模擬實驗”方法預測分解酶的構造，能夠把僅與多氯化聯苯分解有關的氨基酸更改。由此，甚至還能育出分解二日惡英和甲苯的分解菌。而在此前，這兩種物質是無法分解的。

科學家還進行高效分解三氯乙烯的超級微生物的開發，以及三氯乙烯分解菌的育種研究。就實用化來說，如果使用自然界的微生物當然也行。但是在人們追求高效率的今天，將需要更強的分解菌。地球的未來，或許就是這些微生物的天下。

責任編輯蒲暉