第六章第十节生态系统中的清道夫——分解者
在日常生活中，我们每个人都有这样的经历或体会，放置的食物、衣物、木材等经
或长或短的时间，都要变质、发霉、腐烂，这就是微生物分解作用的结果。微生物的这种作
用虽然会造成人类生存资源的损失，但对于生态系统乃至全球的生物的生存和发展却是不可
缺少的。
生态系统中的每一种生物在其生命活动过程中都要从周围的环境中吸收水分、能量和营养物
质；在其生长、繁育等生命活动中又会不断向周围环境释放和排泄各种物质，死亡后的生物
残体也要复归环境。生态系统中的每一种生物，其营养要求不尽相同，甚至是完全不同。地
球上的生物可以分为三大类：植物、动物和微生物。绿色植物（包括光合作用微生物）以土
壤中的无机化合物（如氨或硝酸盐、磷酸盐及其他无机矿物）、空气中的二氧化碳和氧气，
以及水等为营养，利用太阳光能固定二氧化碳合成自身，为动物提供食物，是生态系统中的
生产者；动物以植物或其他动物为食物，通过消化食物为自身提供能量和营养，是生态系统
中的消费者；微生物则通过分解动植物的残体或腐殖质获得能量和营养来合成自身，同时将
有机物分解成可供植物利用的无机化合物，是生态系统中的分解者。
微生物可以把地球上死亡的动植物残体清扫得干干净净，将有机体分解成生产者生长所需
的元素，所以微生物被看成是生态系统中的“清道夫”。我们可以设想，如果没有微生物的
分解作用，地球上的动植物残体和有机物将得不到分解，那么迄今为止几十亿年来生命活
动的结果，将是把地球上所有的生命构成元素以动植物残体的形式堆积起来，植物生长的营
养将会枯竭，生产者将不能生产，消费者将得不到食物，地球上的生命也就无法维持了。因
此，微生物的分解作用是地球上生命波浪式发展、螺旋式进化的原动力之一。
微生物抗毒
微生物个体微小，繁殖迅速，数量巨大，代谢能力强，速度快，易于突变，它们较其他生
物更
易适应环境。当环境条件发生变化，例如有新的化合物存在时，某些微生物能逐步发生改变
以适应环境的变化。它们可能通过自然突变形成新的突变种，也可能通过在细胞内产生新的
功能而适应新环境。这些特征使得微生物成为污染物降解中的主力军。
当前已知的环境污染物质达数百万种，其中包括有机污染物如塑料、尼龙等“白色污染”
类，农药（杀虫剂、除草剂）、染料等难降解类，抗生素类，石油及石化产品类等。无机污
染物有氨、硝酸盐、汞、砷等。在自然条件下，有些人工合成的大分子化合物不能被微生
物降解（如塑料薄膜类的“白色污染”），有些能被降解但速度很慢（如各种染料和农药）
。现在人们通过生物技术，例如人工筛选或者基因改良，可以得到比野生菌株降解效率提高
很多的优良菌株，从而为治理环境污染物提供了重要的工具。
微生物在与环境污染物的相互作用中不是完全被动的，很多微生物在与环境的相互作用中有
积极主动的一面。像不少致病性细菌对青霉素具有抗药性一样，很多微生物对各种重金属污
染也有抗性。
许多有机污染物本来是作为杀虫剂、杀菌剂、除草剂、防腐剂等而被开发出来，并大量生产
和广泛使用的。它们是人工合成的本来在自然界不存在的化合物，一般来说，都是有毒的。
它们的使用给工农业生产带来丰收的同时，也广泛地污染着环境。它们可以杀菌或防腐，说
明它们对微生物也是有毒有害的，主要表现在以下几个方面的作用：
（1）造成微生物细胞的裂解，如表面活性剂；
（2）破坏微生物细胞的能量代谢作用，许多农药有此作用；
（3）抑制微生物细胞各种酶的活性，导致微生物死亡，许多农药有此作用；
（4）作为蛋白质变性剂使微生物细胞中的蛋白质变性而死亡，许多洗衣粉和农药有此作
用；
（5）破坏微生物细胞中金属蛋白和金属酶的功能；
（6）破坏微生物细胞的遗传物质，许多强化学诱变剂如硝基类化合物等有此作用；
（7）抑制微生物细胞合成功能蛋白，如许多农药可以干扰或破坏细胞内的蛋白质合成。
至于残留在农田中的农用薄膜，主要是对微生物生态系统功能的破坏。由于它们的存在，
阻断了微生物生态系统中的正常的物质、能量和信息的流动与转化，而使其丧失或改变了正
常的功能。
转化和降解
相对于生物的进化历史来说，有些有机污染物被释放到环境中的时间是非常短暂的，微生物
与之相互作用的时间就更短了。但是农药等生物外源性物质的广泛使用和对环境的污染，增
加了微生物生存环境中的不利因素，用科学术语来说，就是增加了微生物进化的选择压力。
许多微生物可以对生物外源性物质进行化学转化，使其转变成为毒性较小或易于被其他微生
物降解的化合物。如对杀虫剂DDT和对炸药TNT的转化。
微生物对生物外源性物质的转化主要有以下几种形式：
（1）脱卤（主要是脱氯），如DDT的脱氯；
（2）还原，将生物外源性物质上的取代基，特别是硝基，进行还原；
（3）水合反应，如对有机氰的水合反应，形成无毒的含氮有机化合物。
微生物除了可以转化生物外源性物质外，有些微生物还可以把它们分解掉，因为是把较大
化合物分子一步一步地变小，所以称为降解作用。有些生物外源性物质可以被彻底降解，即
变成水和二氧化碳等无毒无害的很小的分子化合物或元素。但是，有些生物外源性物质不能
被彻底降解。
多数情况下，这种降解过程需要多种微生物的协同作用，才能彻底完成。有些微生物在降
生物外源性物质时，要给微生物另外提供对它们生长繁殖所需要的营养物质，因为这些生物
外源性物质的降解产物，并不能成为该微生物生长繁殖所需的碳源和能源。在微生物生态学
中，我们把这种情况叫做共代谢作用，或辅代谢作用。这种降解往往是不彻底的，同时也是
最多见的。
利用特定的微生物降解合成多聚物也是解决此类污染，特别是土壤中已存在的污染的有效
法。科学家已经发现，有些微生物（主要是真菌）可降解合成多聚物，如聚乙烯醇、乙烯薄
膜、聚乳酸薄膜等。微生物一般是在用物理化学方法处理这些多聚物，将它们降解成聚合程
度较小的物质之后，更易于降解它们。
很多多环芳烃化合物是生物外源性物质，亦有不少并不是生物外源性物质，而是天然存在
的化合物。但由于多环芳烃特别是四环以上的多环芳烃，具有很强的致癌性，也难以被生物
降解，很容易积累在环境中。近年来，有关微生物降解多环芳烃的研究，和利用这些研究成
果净化环境中的多环芳烃污染的设想备受人们关注。实验已经证明，很多微生物可以降
解多环芳烃。
多氯联苯(PCBs）是人工合成的有机化合物，广泛用于润滑油、绝缘油、增塑剂中。它会损
伤皮肤、神经、骨骼，还是一种致癌因子。PCBs很稳定，在环境中不易降解。但早在1973年
就有人发现了能够降解PCBs的微生物。
1978年一位日本科学家从美国威斯康星一个湖泊中，分离到两株能“吃”多氯联苯的细菌。
经研究发现，它们能分泌一种酶，把PCBs转化为联苯或对氯联苯，然后把这些转化产物进一
步降解成苯甲酸或取代苯甲酸，而最后这些化合物可以由环境中的其他微生物轻而易举地分
解掉。
