三江源自然保护区高寒湿地生态系统放线菌资源及其生物多样性研究的意义及紧迫性

    摘要： 本文根据作者多年从事中国西北极端生境放线菌研究的体会和相关资料，从五个方面论述了研究中国三江源高寒湿地生态系统放线菌资源的意义及紧迫性：①三江源是世界上独一无二的特殊高寒湿地生态系统，该生境的特殊性决定了其中生存的放线菌的特殊性，这些放线菌资源及其与三江源特殊生境的关系尚未被人类认识：②特殊生境放线菌资源研究对解决人类目前面临的生存难题有重要意义；③中国极端生境放线菌资源研究亟待加强；④中国放线菌资源研究取得了重要进展，也反映了我国放线菌资源的丰富性和开发潜力巨大；⑤我国放线菌资源的系统研究与其它微生物资源研究相比发展极不平衡。

    关键词：三江源自然保护区；放线菌资源；高寒湿地生态系统；

    近年来，有关青藏高原北部可可西里藏羚羊被猎杀、成片土地因采金被刨得千疮百孔的惊心动魄的恶性事件不时被媒体报道，已引起了全社会的高度关注，使得这些严重破坏生态环境的活动得到了有效地遏制。但对于可可西里所在的三江源自然保护区高寒湿地生态环境中的微生物资源研究与保护的意义及其紧迫性，人们的了解还非常有限。本文拟对三江源特殊生境放线菌资源研究的意义及其紧迫性作一简要论述，以期引起有关研究者及部门的重视，使该地区的放线菌资源得到强有力的保护与科学利用。

    一、三江源是世界上独一无二的特殊高寒湿地生态系统，该生境的特殊性决定了其中生存的放线菌的特殊性，这些放线菌资源及其与三江源特殊生境的关系尚未被人类认识。

    “三江”指黄河、长江和澜沧江，其源头地处全球海拔最高、面积最大、隆起时代最新及地壳最厚的“世界屋脊”青藏高原上。被列为国家自然保护一号工程的“国家级三江源自然保护区”位于长江、黄河和澜沧江的源头地区，面积32万平方公里，平均海拔4000多米，其上有号称“风雪仓库”的唐古拉山，区内雪山连绵，冰川纵横，河网密集，湖泊星罗棋布，多达1.6万余个，构成了世界上海拔最高，面积最大、分布最为集中的高寒湿地生态系统，是世界上发育大江大河最多的地域，素有“中华水塔”之美誉。据初步计算，长江总水量的25%、黄河总水量的49%和澜沧江总水量的15%都来自这一地区。区内分布着特有的11种类型的土壤,8种类型的植被,73科390属1700余种种子植物和1000余种中藏药材、48种两栖和爬行动物及147种鸟类和76种兽类，是目前我国面积最大、海拔最高的天然湿地和三江流域生态系统最敏感的源头地区，也是世界高海拔地区生物多样性最集中的自然保护区。保护区内的可可西里等地区位于青藏高原的核心区，平均海拔5000米以上，环境非常严酷，迄今仍是无人居住的“禁区”。 “国家级三江源自然保护区”内有许多类似于可可西里的无人居住区，因而保存了其“原始的生态环境”[17]。近年来，三江源地区生态环境恶化严重，境内湖泊萎缩，湿地和草地严重退化，径流量减少，土地沙漠化剧烈发展，青藏高原生物多样性种类和数量锐减。有关专家经过科学考察呼吁说，三江源地区是中国最主要的两大河流和一条国际河流的发源地，如果这一地区的生态环境恶化趋势得不到有效控制，脆弱的生态环境得不到保护和改善，三江流域上、中、下游地区的经济和社会的可持续发展将受到严重影响。这一严酷的现实引起了国家有关部门的高度重视，于2000年4月设立了目前最大的国家级自然保护区—三江源自然保护区。划定与建设三江源自然保护区，对于保护世界屋脊区湖泊湿地、原始森林、高寒灌丛、草甸草原、珍稀动植物以及“世界第三极”景观都具有重要意义。三江源地区的自然地理和资源背景是三江源生态保护和及建设的基础。经过多年的努力，人们已对该区动植物资源有了一定了解[17]，但对区内微生物资源的研究几乎为空白，区内放线菌资源及其与三江源特殊生境的关系更无人问津。故研究探索该区自然条件下高寒湿地生态系统放线菌资源、放线菌系统发育及其与三江源特殊生境的关系，对三江源自然保护区高寒湿地生态系统中放线菌区系的揭示及我国放线菌学科发展有着不可替代的意义。 　　三江源自然保护区海拔高、气候寒冷、紫外幅射强烈、长期渍水及土壤永冻层存在。在这一特殊严酷的高寒湿地生态系统中生存着数量不同且种类各异的放线菌，这些放线菌在长期的环境选择压力下进化，必然会产生具有特殊形态及生理功能的类群。在三江源自然保护区选择典型生境，对不同生境土壤中的放线菌资源进行系统调查和分类研究，对摸清三江源高寒湿地生态系统中放线菌资源状况、系统发育及放线菌生物多样性背景，了解高寒湿地生态系统退化对放线菌生物多样性的影响，探索高寒湿地生境放线菌的系统进化，发现极端环境下放线菌新种属和高活性抗生素及其他有益代谢产物产生菌，丰富我国极端环境放线菌生态与资源研究内容及对三江源自然保护区生态环境建设都具有重要的理论意义和应用价值。

    二、特殊生境放线菌资源研究对解决人类目前面临的生存难题有重要意义

    放线菌是抗生素的主要产生菌,也形成维生素、氨基酸、淀粉酶、蛋白酶、纤维素酶及色素等多种有益代谢产物，在国民经济许多领域有重要作用。近几十年来，抗生素和化学农药大量使用，使许多动植物病原菌的抗药性急剧增强，新抗生素和新农药的开发研制速度远远落后于动植物病原菌抗药性的上升速度，人们对许多危及人类生存的重大动植物病害面临无药可用的困境；同时，随着化学农药和有害工业废弃物进入水源和土壤，粮果菜茶及畜产品中农药及其他有毒物残留量大大超过了安全标准，严重威胁人民健康，生产无公害粮果菜茶已成了保证食品安全的当务之急。生物防治技术的研究与应用是减少或停止有害农药大量使用的前提条件，生防菌的防效是生防技术的核心。目前生防菌研究范围主要在一般生态区，从一般生态系统中发现新抗生素的概率愈来愈低，而对特殊生境放线菌研究不够；研究对象主要集中在生防细菌和生防真菌的筛选及防效，而对能产生抗生素的生防放线菌研究较少。从特殊生境筛选对主要农作物病原菌有高效拮抗作用的放线菌是生物防治技术的关键，其结果对利用生态原理防治农作物病害，生产绿色无公害食品有重要意义。

    三、中国极端生境放线菌资源研究亟待加强

    开展大规模放线菌资源调查，摸清我国放线菌生态与资源状况，筛选产生新抗生素的拮抗性放线菌，开发新型高效抗生素是解决上述人类面临难题的有效途径之一。目前各国已在这一领域投入了大量人力和物力，日本和英国在放线菌资源开发利用方面处于领先地位，美英俄德日在放线菌分类方面已到化学分类和分子生物学水平，获得了许多重要结果。我国在放线菌分类及资源调查方面虽在阎逊初、阮继生、姜成林及胡润茂等科学家的艰苦努力下发现了两个新属和多个新种，取得了重要成果，使我国放线菌资源调查研究与发达国家之间的差距正在逐渐缩小；但因研究经费投入严重不足，至今除姜成林、徐丽华等人对云南省放线菌资源进行了系统研究外，其他地区的放线菌资源很少有人过问，特殊生境放线菌生态与资源研究更多为空白。放线菌资源调查的严重滞后直接限制着我国放线菌研究水平提高和我国抗生素工业的发展，导致我国具有原创性和自主知识产权的抗生素药物很少。加入WTO后这一形势将会更加严峻。加强对放线菌资源的系统调查与分类研究，逐步摸清我国不同生态环境特别是极端生境土壤中放线菌资源状况，是促进我国开发原创性和自主知识产权新型医用农用抗生素的重要基础性工作，已到了刻不容缓的程度。

    我国是一个土地辽阔、自然条件复杂、生态环境多样且各具特色的国家，不同生境中生存着数量及种类不同的放线菌，其中必然有大量具有重大经济意义和潜在开发前景的新型抗生素和其他活性物质产生菌，这些宝贵的微生物资源只有通过对不同生态区进行系统调查才能发现。这是一项十分艰苦和细致的基础性工作，直接关系到我国生物制药工业的发展后劲，需要国家投入大量资金才能完成。但目前国家在该领域内的资金投入难以支持和保证这一工作的进行，研究队伍的维持和研究力量的培养难以为续。

    四、中国放线菌资源研究取得了重要进展，也反映了我国放线菌资源的丰富性和开发潜力巨大

     我国放线菌资源调查与研究近20年来取得了重要进展。姜成林、徐丽华等对云南境内不同生态区的放线菌资源进行了系统研究，发现了双孢放线菌属[1～5]；胡润茂等发现了游动四孢菌属[6]；张利平、阮继生等对分离自云南具有链孢囊菌属特征的部分放线菌进行了细胞化学组分分析及传统性状的数值分类研究，取得了新的进展，并在分子生物学水平进行了有益尝试[7，8]；罗在碧、程丽娟、朱铭莪、薛泉宏及来航线等人对西藏高原生态区土壤放线菌进行了初步研究，结果表明，在西藏高寒生态区成土作用微弱的原始性和粗骨性土壤中仍存在一定数量的放线菌，且以链霉菌属为主，其次为小单孢菌属；从中发现了一些形态特殊、拮抗性强及酶活性较高的菌株[9～14]。本课题组近10年对西藏土壤放线菌资源研究表明，高寒生境中的确栖息着不同于其他生境的放线菌；薛泉宏等近年对青海农田及部分自然土壤放线菌的初步研究[15]也证明了这一点。因此，对中国西部三江源高寒湿地生态系统放线菌生态与资源进行系统研究将有可能获得极具重要意义的结果。

    自1989年以来，国际上共发现了8个放线菌新属，我国姜成林和胡润茂先后发现了双孢放线菌属和游动四孢菌两个新属，反映了我国生态条件和放线菌资源的多样性及发现新种新属和产生新型抗生素的拮抗性放线菌的潜力很大。据Okami推断，目前人类已分离到的放线菌仅占自然界实际存在的10%左右，尚有大量放线菌新种属和高活性抗生素产生菌尚未被发现[16]，特别在生态条件特殊且研究工作薄弱的地区，开展放线菌生态与资源研究其意义更重大，更有希望获得新种属和新型高效抗生素产生菌株；在三江源进行的研究将为我国特有的高寒湿地生态系统放线菌生态分布规律的解释提供重要的科学依据。

    五、我国放线菌资源的系统研究与其它微生物资源研究相比发展极不平衡

    我国放线菌资源研究从总体水平上讲与发达国家仍存在一定的差距，但国内有些单位（如云南大学微生物研究所）的研究水平已与国际接轨，取得了一些重要的成果。同国内其他微生物资源研究相比，我国的放线菌资源研究相对滞后，也存在较大差距。如我国豆科植物根瘤菌资源的系统调查研究在中国农大陈文新院士主持下已基本完成，初步摸清了我国全境内豆科植物根瘤菌的生态分布与资源状况，发现了多个根瘤菌新属新种，使我国豆科植物根瘤菌研究跻身于世界同类研究先进行列。放线菌资源研究如能达到如此程度，无疑将大大缩小我国放线菌研究整体水平与世界发达国家的距离，使我国丰富的放线菌生态与资源研究在理论与应用方面迈入世界先进行列，为我国抗生素工业发展源源不断地提供优秀而具有极大开发潜力的后备菌株，同时改善放线菌资源研究条件，培养出一批优秀的研究人才。　  自然资源的丰缺和有效利用程度决定着一个国家和民族的发展速度和持续性，决定着一个国家和民族的前途和命运。

    生物资源是可重复利用的绿色资源，但生物资源的破坏和生物基因丢失却是不可逆的。搞清楚我国的生物资源库，在保护好现有生物基因的情况下开发利用生物资源是低投入、高产出及保持持续发展的理想途径。

    本文所关注的三江源高寒湿地生态系统因遭到人类的破坏急剧退化，藏羚羊惨遭猎杀，系统内一些地区的原始植被被破坏，我们得天独厚的三江源生物基因库受到严重威胁。国家已将三江原设为国家级自然保护区，以有效保护三江源的生物基因库。

    我们应尽快加强对三江源放线菌资源的研究，搞清三江源原始高寒湿地生态系统中放线菌资源背景，保护和利用好三江源的放线菌基因库。

    （责任编辑 董秀丽）