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环境微生物组研究:让地球更健康

  • 来源:《光明日报》
  • 发布时间:2016-08-29

作者:刘双江  现在大家对人体微生物组的重要性已经有所了解,但对地球微生物组却并不清楚。其实,正是有了微生物,地球环境才是今天的面貌。在地球微生物组中,环境微生物是非常重要的一个组成部分,它们不仅是地球环境演化的关键参与者,也将在生态环境治理和保护中发挥重要作用。

  环境微生物组是地球微生物组的一部分,它是指把微生物组学研究思路、技术和方法运用到环境过程的研究中,研究环境过程中微生物群体的结构、功能及其与环境的相互作用,最终利用微生物群体提升环境质量。环境微生物组与人体微生物组、农作物微生物组、传统发酵过程微生物组等共同组成当今生物科学发展的前沿。

                                                

  水体微生物修复(特别是黑臭水体治理)——早在一百多年前,人类就利用微生物降解污染物的功能,发明了污水处理技术,但目前在活性污泥中我们知道的微生物种类不到其总数的15%,科学家已经启动研究污水处理设施中活性污泥的微生物组,旨在彻底了解活性污泥的微生物组成及其消除污染物的原理,从而提高设施运行效率和稳定性。“水十条”明确要求,到2020年,地级及以上城市建成区黑臭水体均控制在10%以内。解析水体黑臭形成原因、提出控制途径和发展消除技术、保障污水处理设施高效运行等,环境微生物组技术将发挥不可替代的作用。

  环境微生物菌剂——微生物菌剂是将一种或者多种功能微生物组合在一起,它可以有效去除水体或者土壤中污染物,无论是对污染水体还是污染土壤的生物修复,微生物菌剂常常是技术依托的核心。近年来,微生物菌剂已经普遍应用于河道治理、污染土壤修复,但是其效果不够稳定。这是因为微生物菌剂的效果,不仅仅取决于菌剂菌种本身对污染物的去除效率,更受到菌剂使用环境中微生物群落的影响,菌剂微生物与水体微生物、土壤微生物的相互作用,是制约微生物菌剂效率的关键因素。我国在过去十多年的研究立项中,主要关注微生物菌剂本身,对环境微生物组、菌剂与各种环境微生物组的相互作用重视不够。

  尽快启动以微生物组为主题的研究计划或重大项目  缺乏以微生物组为主题的研究计划和重大项目,致使我国与美国等发达国家的差距正在加大

  与国外集中启动环境微生物组计划不同,我国在过去启动的以“环境”和“生物资源”为主题的科技计划或重大项目中,部分包括了环境微生物组的内容,但缺乏以微生物组为主题的研究计划和重大项目,致使我国与美国等发达国家的差距正在加大。20世纪初,中国科学院有关专家开始推动“微生物地球”研究计划,并于2014年启动了土壤微生物相关的先导专项研究计划。目前,“水圈微生物”研究计划正在论证之中。

  同时,微生物组大数据的收集、存储、功能挖掘、开发利用等共性技术,还是我国微生物研究的薄弱环节,这是制约微生物组发展的关键核心,建议以战略眼光进行先行部署。

<spa style="fot-size:12.0pt;lie-height:180%;fot-family:;" "="">  在应用方面,建议以国家需求和工程实施为出发点,发展新一代环境微生物技术,提升我国环境质量;发展基于环境微生物组研究成果的微生物菌剂和应用技术,以用于黑臭水体治理、城市污水处理效能提升、污染土壤修复等。同时,加强应用基础研究与成果转化的协同发展,搭建研究机构与环保企业的沟通平台,畅通成果转移转化的渠道。

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