微生物的研究趋势论文

浅谈微生物与人类的关系摘要：我们应该时刻意识到,在我们的周围和机体内都有其他生命体与我们共存。虽然人类与微生物的斗争会无止境地持续下去，但只要我们充分认识到我们所处的环境，认识到生态平衡对人类的好处，不要为了发展而牺牲环境，而坚持可持续发展战略，那么，人类就能够在这微生物的世界里更好地生存下去。关键字：微生物、人类，祸、福在说明微生物与人类之前，我们首先明确一下什么是微生物。不了解何为微生物又从何谈微生物与我们人类的关系呢？微生物主要是由一群肉眼看不见的单细胞生物所构成的，其种类之繁多，数目之庞大，超乎我们的相像。目前，微生物大致分类为细菌、真菌（包含酵母菌和微菌）、藻类和俗称为寄生虫的原虫和蠕虫。病毒是一种只能在活的生物细胞中复制的简单有机体，严格说来并不能视为一种生物，不过，也被归属于微生物。我们生活中的世界，其实是到处布满微生物的世界，从远古时期起人类就和微生物在地球上共处，人类在适应了微生物的同时，又不断遭遇微生物所引起的各种疫病，因此人类与微生物之间就了战争。1929年，英国细菌学家弗莱明，在研究培养葡萄球菌时，偶然发现了青霉素，这是人类历史上第一个抗菌素类药物的诞生。青霉素能抑制病菌细胞壁的形成，使菌体的新陈代谢失调，达到抑菌和杀菌的效用。之后又出现了很多抗菌素类药物，如头孢霉素、链霉素、氯霉素、四环素、卡那霉素、庆大霉素、红霉素等。一时间，人们就觉得在人类与微生物的斗争中，人类已经领先了，因为如结核菌、细菌性肺炎、败血症、梅毒、淋病和其他细菌性传染病慢慢被征服了。但是，正是由于这些抗菌素类药物有抑菌和杀菌的效用，人们大多数认为，不管患了什么病，总是认为多吃点抗菌素药物好，这就导致了以下问题：在多数情况下，抗菌素的作用只是抑制或削弱病原菌的活动，人最终还得靠机体本身来彻底战胜病原菌。长期使用某种抗菌素，不但起不到应有的作用，相反，还会使病原菌产生"抗药性"变异品种，从而使抗菌素失去它特有的效用。细菌的确很聪明的，一个细菌可在24小时内留下约l60多万个后代，然后成群地更有效地带着抗药性来危害人类。因此，人类和细菌这场无宵烟的战争又开始了，一场领先者不断变化的比赛就这样持续下去。正因为细菌有这种抗药性，科学家们正在研究各种策略。例如，使抗药性的细菌产生带有影响其生存能力的基因，使它更难忍受温度和酸度，使有抗药性的细菌在与同类细菌的竞争中，总处于劣势，这样就可以有效地抑制抗药性细菌的蔓延。即使这样，与微生物的斗争中，人类并不能说完全领先，因为到目前为止，有些疾病依然严重威胁着人类，如艾滋病，还有一些一度被控制的传染病又开始死灰复燃。为了防除这些疾病，全世界虽然已经花费了成千上万的美圆，但这些疾病的罪魁祸首却仍然没有被征服，甚至艾滋病还在每年呈指数增长。这不能不引起人们的高度重视。鼠疫,艾滋病(AIDS),癌症,肺结核、虐疾、霍乱“卷土重来”,埃博拉病毒,疯牛病，还有近一段时间又出现了引起人们恐慌的新疾病SARS，禽流感等都是由一些极少部分的微生物所致，那鼠疫来说吧，1347年的一场由鼠疫杆菌(Yersiniapestis)引起的瘟疫几乎摧毁了整个欧洲，有1/3的人(约2500万人)死于这场灾难，在此后的80年间，这种疾病一再肆虐，实际上消灭了大约75%的欧洲人口，一些历史学家认为这场灾难甚至改变了欧洲文化。我国在解放前也曾多次流行鼠疫，死亡率极高。而且还证实，这些病毒还在变异，这就更加增加了对这些疾病研究的困难。而这些疾病的出现，又是跟人们的行为有关，由于发展的需要，人们对环境进行破坏，造成生态的不平衡，生态环境越来越严重，造成病毒能够接触到人们的机会大大增加，而且加快了它们变异的能力。这些无不是人类自身所种的恶果。但这些祸只是由一极少部分的微生物所致，只有这一少数微生物也是人类的敌人。但并不是说一切的微生物对人类都有危害的，如果是这样，人类或许早就灭亡了，因为上面已经讲了，人类是生活在微生物的世界。那现在就谈谈微生物对人类有好处的一面。微生物无处不在，我们无时不生活在“微生物的海洋”中。细菌数亿/g土壤，土壤中的细菌总重量估计为：10034×1012吨；每张纸币带细菌：900万个人体体表及体内存在大量的微生物：皮肤表面：平均10万个细菌/平方厘米口腔：细菌种类超过500种肠道：微生物总量达100万亿粪便干重的1/3是细菌，每克粪便的细菌总数为：1000亿个；每个喷嚏的飞沫含4500-150000个细菌。时时刻刻与微生物“共舞”是祸？是福？微生物既是人类的敌人，更是人类的朋友！微生物在许多重要产品中所起的不可替代的作用，例如：面包、奶酪、啤酒、抗生素、疫苗、维生素、酶等重要产品的生产.体内的正常菌群是人及动物健康的基本保证；帮助消化、提供必需的营养物质、组成生理屏障是人类生存环境中必不可少的成员，有了它们才使得地球上的物质进行循环.因为这样，现在有不少的国家正投资把优先发展微生物经济作为发展生物产业的“火车头”,这可是内有乾坤的。发展微生物经济可以充分发挥比较优势,投入少、产出多、见效快、应用广,可以把其他生物产业带动起来,催生大批高新产业,形成巨大的技术经济优势,占领世界生物领域的制高点。具体地用微生物经济带动生物产业,也需要贯彻“有所为、有所不为”的方针,集中力量攻破难关,并与国内外大市场密切结合,利用强大的需求拉动产业的兴起和扩张,使得自主创新与加快转化形成互动机制。1、大力推广已经成熟的微生物技术,尽快形成单独产业,如抗生素、各种人畜疫苗、生物药品、生物农药、生物肥料等应当大力扶持,以优化质量为主线,提高核心竞争力,迅速占领市场、引导市场。2、组织技术集成,使用微生物技术成为重要环节,同发展循环经济的大趋势结合起来。循环经济的一个重要支柱,就是微生物技术。如果在循环经济中的微生物技术有重大突破,那就会带出一批新型绿色产业。较低层次的有把作物秸秆制成沼气、残渣再制成肥料;污物、污水处理中制取再生用水和其他有用物质,更能保护环境。其高端层次,则可获得新的资源和产品,进一步开拓防治微生物污染的领域。3、开展技术创新,利用微生物研究和开发新的生物技术,取得技术突破,获得自主知识产权,打破国外对某些关键性产业的垄断。特别是同中医中药结合,对预防医治人类的疑难病症如癌症、艾滋病、恶性传染病有所突破,就会形成产业。生物能源也应当作为一个重点,集中力量加以攻关。4、在支持性软硬环境方面,应考虑多培养一些应用微生物技术人才,充实微生物研究机构,广泛开展多种形式的产学研结合,国家、社会和企业给予的投入,鼓励发展应用微生物的研发企业。微生物对人类的好处，除了制造食物和生产有用的物质外，环境中的微生物，其实是地球上所有生物所构成的食物链中极重要的一环。若不是微生物所扮演的分解者，忠心地把死亡的生物体不断分解成活生物体成长所需的营养物质，地球上的生物很快就会面临食物短缺而停止繁衍。此外，人类所制造的垃圾和各类毒性物质对环境造成的污染，如果不是靠著微生物的分解，对人类的危害将不只是现今的千百倍而已。人类既然生活在微生物的世界里，那么一些和我们紧密生活在一起的微生物通常对人体无害，甚至可以帮助我们消化食物和产生人体所需的物质，如维生素等。更重要的是，当有致病性微生物入侵的时候，人体往往还得靠这些共生菌一起将它们驱逐出去。只是当人体的免疫力因先天或后天的种种因素而变差时，有些共生菌就会立刻翻脸，露出狰狞的面目，进一步侵入宿主体内的组织和器官，造成致命的感染。因此，保持身体健康有一部分也意味着维持人体和共生菌之间的微妙平衡，而达到一种互利的关系。我们应该时刻意识到,在我们的周围和机体内都有其他生命体与我们共存。虽然人类与微生物的斗争会无止境地持续下去，但只要我们充分认识到我们所处的环境，认识到生态平衡对人类的好处，不要为了发展而牺牲环境，而坚持可持续发展战略，那么，人类就能够在这微生物的世界里更好地生存下去

微生物冶金技术及其应用 摘要:综述微生物冶金技术及冶金过程的机理,并介绍了该技术的历史沿革和发展现状。 关键词:微生物;冶金;机理;应用 0 引言 随着人类社会的快速发展,人类对自然资源的需求量 与日俱增,而自然矿产资源的枯竭,对矿冶工作提出了更 高的要求。微生物冶金技术是近代学科交叉发展生物工程 技术和传统矿物加工技术相结合的工业上的一种新工艺, 其能耗少、成本低、工艺流程简单、无污染等优点,在矿 物加工、三废治理等领域展示了广阔的应用前景,并取得 了较好的经济效益。 1 微生物冶金技术[1] 按照微生物在矿物加工中的作用可将生物冶金技术分 为:生物浸出、生物氧化、生物分解。 1·1 生物浸出 硫化矿的细菌浸出的实质是使难溶的金属硫化物氧化, 使其金属阳离子溶入浸出液,浸出过程是硫化物中S2-的 氧化过程。其浸出机理是: ———直接作用:指细菌吸附于矿物表面,对硫化矿直 接氧化分解的作用。可用反应方程式表示为: 2MS+O2+4H+细菌参与2M2++2S0+2H2O 式中M———Zn、Pb、Co、Ni等金属。 ———间接作用:指金属硫化物被溶液中Fe3+氧化,可 用以下反应式表示: MS+2Fe3+M2++2Fe2++S0 所生成的Fe2+在细菌的参与下氧化成Fe3+: 4Fe2++O2+H+细菌参与4Fe3++2H2 ———原电池效应。两种或两种以上的固相相互接触并同 时浸没在电解质溶液中时各自有其电位,组成了原电池,发 生电子从电位低的地方向高的地方转移并产生电流。例如, 对于由黄铁矿、黄铜矿、闪锌矿组成的矿物体系,在浸出过 程中静电位高的矿物充当阴极,低的矿物则充当阳极: 阳极反应: ZnS Zn2++S0+2e CuFeS2Cu2++ Fe2++2S0+4e 阴极反应: O2+4H++4e 2H2O 原电池的形成会加速阳极矿物的氧化,同时细菌的存 在会强化原电池效应。 1·2 生物氧化 对于难处理金矿,金常以固-液体或次显微形态被包裹 于砷黄铁矿(FeAsS)、黄铁矿(FeS2)等载体硫化矿物 中,应用传统的方法难以提取,很不经济。应用生物技术 可预氧化载体矿物,使载金矿体发生某种变化,使包裹在 其中的金解离出来,为下一步的氰化浸出创造条件,从而 使金易于提取。在溶液pH值2~6范围内,细菌对载体矿 物砷黄铁矿的氧化作用可用下式表示: 4FeAsS+12·75O2+6·5H2O 3Fe3++Fe2++ 2H3AsO4+2H2AsO-4+H2SO4+3SO2-4+H++4e 生物预氧化方法其投资少、成本低、无污染等优点, 在处理难处理金矿过程中体现了理想的效果,并取得了较 好的经济效益。 1·3 生物分解[2] 铝土矿存在许多细菌,该类微生物可分解碳酸盐和磷 酸盐矿物。例如: Bacillus mucilaginous分泌出的多糖可和 铝土矿中的硅酸盐、铁、钙氧化物作用,应用Aspergillus niger、Bacillus circulans、Bacillus polymyxa和 Pseudomonus aeroginosa可从低品位铝土矿中选择性浸出 铁和钙。微生物分解碳酸盐矿物可用如下反应过程表示: 微生物代谢产生的酸使碳酸盐分解: CaCO3+H+Ca2++HCO-3 呼吸产生的CO2溶解产生H2CO3,从而加速碳酸盐的 分解: CaCO3+H2CO3Ca2++2HCO-3 2 生物冶金技术应用现状 2·1 微生物冶金技术的历史沿革[1,3] 1687年,在瑞典中部的Falun矿,人们使用微生物技 术已经至少浸出了2 000 000吨铜,但当时人们对其反应机 理并不清楚,细菌浸矿技术的发展十分缓慢。直到1947 年, Colmer与Hinkel首次从酸性矿坑水中分离出一种可以 将Fe2+氧化为Fe3+的细菌即氧化亚铁硫杆菌(Thiobacillus ferrooxidans)[3]。1954年, L·C·Bryner和J·V·Beck等人 开始利用该菌种进行硫化铜矿石的实验室浸出试验研究, 并发现该细菌对硫化矿具有明显的氧化作用。1955年10 月24日S·R·Zimmerley, D·Gwilson与J·D·Prater首次申 请了生物堆浸的专利并委托给美国Kennecott铜矿公司, 开始了生物湿法冶金的现代工业应用。 2·2 微生物冶金技术的应用现状[4] 2·2·1 微生物冶金技术在金、银矿石中的应用[5~12] 微生物湿法冶金技术在金、银矿中主要应用于氧化预 处理阶段,近年来已有6个生物氧化预处理厂分别在美国、 南非、巴西、澳大利亚和加纳投产。南非的Fairvirw金矿 厂采用细菌浸出,金的浸出率达95%以上;美国内华达州 的Tomkin Spytins金矿于1989年建成生物浸出厂,日处理 1 500 t矿石,金的回收率为90%;澳大利亚于1992年建 成Harbour Lights细菌氧化提金厂,处理规模为40 t/d。 巴西一家工厂于1991年投产,处理量为150 t/d。我国陕 西省地矿局1994年进行了2 000 t级黄铁矿类型贫金矿的细 菌堆浸现场试验,原矿的含金只有0·54 g/t,经细菌氧化 预处理后金的回收率达58%,未经处理的只有22%; 1995 年云南镇源金矿难浸金矿细菌氧化预处理项目启动,建起 我国第一个微生物浸金工厂。新疆包古图金矿经细菌氧化 预处理后,金浸出率高达92%~97%。 2·2·2 微生物冶金技术在铜矿石中的应用[13~17] 最初生物浸出铜主要用于从废石和低品位硫化矿中回 收铜,细菌是自然生长的,近年来这种方法已用来处理含 铜品位大于1%的次生硫化铜矿,称为生物浸出。现在, 美国和智利用SX-EW法生产的铜中约有50%以上是采用 生物堆浸技术生产的,如世界上海拔最高4 400 m的湿法炼 铜厂位于智利北部的奎布瑞达布兰卡,该厂处理的铜矿石 含Cu 1·3%,主要铜矿物为辉铜矿和蓝铜矿,采用生物堆 浸,铜的浸出率可以达到82%。生产能力为年产7·5万t 阴极铜。我国已开采的铜矿中85%属于硫化矿,在开采过 程中受当时选矿技术和经济成本的限制产生了大量的表外 矿和废石,废石含铜通常为0·05%~0·3%。德兴铜矿采 用细菌堆浸技术处理含铜0·09%~0·25%的废石,建成了 生产能力2 000 t/a的湿法铜厂,萃取箱的处理能力达到了 320 m3/h,已接近了国外萃取箱的水平。该厂1997年5月 投产,已正常运转了几年,生产的阴极铜质量达到A级。 福建紫金山铜矿已探明的铜金属储量253万t,属低品位含 砷铜矿,铜的平均品位0·45%,含As 0·37%,主要铜矿 物为蓝辉铜矿、辉铜矿和铜蓝。该矿采用生物堆浸技术已 建立了年产300 t阴极铜的试验厂,“十五”期间计划建立 更大的生产厂。 2·2·3 微生物冶金技术在铀矿石中的应用[18~20] 细菌浸铀也已有多年历史。葡萄牙1953年开始试验细 菌浸铀,到1959年时某铀矿用细菌浸铀浸出率达60%~ 80%。在60年代,加拿大就开始用细菌浸出ElliotLake铀 矿中的铀。在该区的3个铀矿公司都有细菌生产厂, 1986 年U3O8年产量达3 600 t。1983年成功地以原位浸出的方 式从Dension矿中回收了大约250 t U3O8。到目前为止,美 国、前苏联和南非、法国、葡萄牙等国都有工厂在用生物 堆浸法回收铀。1966年加拿大研究成功了细菌浸铀的工业 应用,用细菌浸铀生产的铀占加拿大总产量的10% ~ 20%,而西班牙几乎所有的铀都是通过细菌浸出获得的, 印度、南非、法国、前南斯拉夫、塔吉克斯坦、日本等国 也广泛应用细菌法溶浸铀矿。我国在20世纪70年代初, 也曾在湖南711铀矿作了处理量为700 t贫铀矿石的细菌堆 浸扩大试验,而在柏坊铜矿则将堆积在地表的含铀0·02% ~0·03%的2万多吨尾砂历经8年用细菌浸出铀浓缩物2 t 多。进入20世纪90年代后,新疆某矿山利用细菌地浸浸 出铀取得了良好的经济效益。此外,北京化工冶金研究院 在细菌浸矿方面做过许多研究工作,他们曾在相山铀矿进 行过细菌堆浸半工业试验研究,而赣州铀矿原地爆破浸出 试验及在草桃背矿石堆浸试验中也都应用了细菌技术。 2·2·4 微生物冶金技术在其它金属矿中的应用[21~24] 据报道,锑、镉、钴、钼、镍和锌等硫化物的生物浸 出试验比较成功。由此可知,氧化铁硫杆菌和喜温性微生 物可从纯硫化物或复杂的多金属硫化物中将上述重金属有 效地溶解出来。金属提取速度取决于其溶度积,因而溶度 积最高的金属硫化物具有最高的浸出速度。这些金属硫化 物可用细菌直接或间接浸出。除上述金属硫化物外,铅和 锰的硫化物、二价铜的硒化物、稀土元素以及镓和锗也可 以用微生物浸出。硅酸铝的生物降解曾被广泛研究,特别 是采用在生长过程中能释放出有机酸的异养微生物的生物 降解,这些酸对岩石和矿物有侵蚀作用。另外,它还应用 在贵金属和稀有金属的生物吸附锰、大洋多金属结核、难 选铜-锌混合矿、大型铜-镍硫化矿、含金硫化矿石、稀 有金属钼和钪的细菌浸取等众多方面。 3 结语 随着社会的发展,人类对自然资源的需求量与日俱增, 而自然矿产资源的枯竭,环境污染日益严重影响着人类的 生存与发展。为了解决这一问题,微生物冶金技术在矿产 资源中的应用愈来愈受到人们的重视。微生物冶金技术具 有工艺简单、投资少、环境污染少等许多优点,正发挥着 巨大的作用,显示出巨大的潜力和广阔的前景,将对人类 产生深远的影响。 参考文献: [1] 杨显万,沈庆峰,郭玉霞·微生物湿法冶金[M]·北京: 冶金工业出版社, 2003-09· [2] EhrlichH L·Manganese oxide reduction as a form of anaerobicrespiration [J]·Geomicrobiology Journal, 1987, 5 (4): 423~431· [3] A·R·Colmer, M·E·Hinkel·Theroleofmicroorganismin acid mine drainage·A preliminary report·Science, 1947, 106: 253~256· [4] 邱木清,张卫民·微生物技术在矿产资源利用与环保中的应 用[J]·《矿产保护与利用》, 2003 (6)· [5] J·Needham, L·Gwei—Djen·Science and civilization in China [J]·Chenistry and Chemical Technology, 1974 (5): 25, 250· [6] 徐家振,金哲男·重金属冶金中的微生物技术[J]·《有色 矿冶》, 2001 (2): 31~34· [7] 钟宏·生物药剂在矿物加工和冶金中的应用[J]·《矿产 保护与利用》, 2002 (3): 28~32· [8] 肖松文·《黄金》[J]·1995, 16 (4): 31· [9] Dutrizac, J·E·eta1·Miner·Sci·Ere·[J]·1974 (6) 2: 50· [10] Souraitro Nagpal eta1·Biohydrometallurgical Technologies, VolumeI [z]·ed·by Torma, A·E·eta1·A Pub~eafion of TMS, 1993·49· [11] J·盖维尔·生物预处理在菱镁矿尾渣浮选回收上的应用 [J]·《国外金属矿选矿》, 1999 (3)· [12] G·Rossi·Biohydrometallurgy [J], 1990: 1~7· [13] 刘大星,蒋开喜,王成彦·铜湿法冶金技术的国内外现状 及发展趋势[J]·《湿法冶金》, 1997 (6)· [14] 孙业志,吴爱祥,黎建华·微生物在铜矿溶浸开采中的应 用[J]·《金属矿山》, 2001·

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