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1、微生态诱发控制系统程序机制及其应用蔡清赞黄荣昌 联合编撰去年日本爱知博览会的主题为自然的睿智，而英国Bath大学和 Reading大学在仿生学（Biomimetics）有许多突破，均是起因于对大自然奇妙生物之研究，而学习其优良的设计而应用于人类其它的工程。21世纪为 Biotechnology 之世纪，生物科技正迅速兴起。英国仿生学一些研究之内容如松果效应、莲花效应、朋驰仿生概念车及大自然一些神奇的平常事以显示其中的奥妙。然而大自然中最神奇的莫过于生态学，特别生物借着竞争、合作、共生、寄生、抗生、剥削、捕食产生彼此竞合的关系，且外在环境包括日光、水、氧气、温度、pH 值、空间、微量元素而影响其
2、恒定性、生物时钟、生理律动及其生命周期，产生品种的差异、生命周期的差异、习惯性的差异并因其限制因子产生品种上极大的差异。而生态系的组成包括生产者、消费者、分解着及转换者使物质循环作用生生不息；生产者是指能自行将无机物转变成有机物而获得能量及营养的生物是自营性的生物；消费者是指必须从生产者那里取得能量和营养的一群生物；分解者又称还原者也是由一群异营生物所组成，他们的功用是：将有机物分解成无机物回归到环境系统中，转变者是当分解者分解有机物成为无机物后，将某些无机物转变成可被植物吸收的型式方可再循环利用。微生态系统然而在生态系中微生物占有举足轻重的角色，而在微生物界中仍有一般生态系的组成包括生产者、
3、消费者、分解者及转换者之组成，有藻类等生产者、有纤毛虫、鞭毛虫、轮虫、扁虫类等消费者，也有细菌等分解者及如固氮菌、消化菌等转换者，产生微生态循环，生生不息为大自然的凈化默默的贡献心力。微生态系统的平衡一般稳定的微生态具有多样化的组成成分、有复杂的传递途径、有平衡的能量进出及有自我修护的调节功能，而其传递途径包括能量流动会遵守十分之一定律且具有稳定的食物网，在同一营养阶层中有多样族群组合使生态系中之物种略有变动时也会因代偿的功能的发挥而稳住生态系。生态系中自外界输入之能量与向外输出之能量接近平衡，亦即生态系中总生产量与呼吸消耗量的比值接进于一。缘于微生态复杂的食物网、也基于各类多变的传递途径，一
4、个成熟稳定的生态系会具有较高的抗干扰能力，如受到内在或外在的破坏，它仍会经由自身调节能力达到修护的功能。微生态系平衡调节机制生态系是否平衡稳定和其调节能力有关，而调节机制包括物质能量输出输入调节、负回馈控制调节及生物环境的适应调节。还有抵抗力及恢复利的调节。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 1 页，共 7 页 -物质能量输出输入调是一个生态系中输入能量减少，它会以降低总产量来因应。因此输入某些物质，可能会增减某些物种生成，影响其生产者、消费者的生成物种走向，负回馈控制调节是生态系中某一组成成分出现变化，由于食物链或其传递途径等因素，会使生态系内的相关成分也引起一连串的因应改变，
5、但最后的结果是回过头来抑制最初的变化不要再抑制下去，生态系中的变化，可能起源于非生物成分的变动(如气候变化、或微生态中的人工变化)或由生物成分的变化(某些微生物大量引入)就会产生生物与环境间的适应变化，不论变因来自生物或环境，对应的另一方都会以因应的改变来调整双方的互动，使彼此间的关系再恢复到原有的协调状态。微生物会以改变自身生理、型态或行为的方式，或以物种群落的组成来适应并重建自己与环境的关系。微生态系对外界环境之抵抗力与恢复力另外微生态承受外来的干扰的耐受度称为抵抗力。构造越复杂、发展越成熟之生态系有越强的抵抗力，而生态系受强烈的干扰后，原有的平衡状态可能被严重破坏，甚至整个生态系既成的相
6、貌也会完全的改变，但微生态圈经一段时间后，仍可恢复其原来的样子这就是生态系的恢复力。微生态系生态失调的征兆尽管微生态系有各种自动调节的功能，但如果强度过大或干扰时间过久，微生态系仍难免被毁灭的命运，如人为的水污染或土壤污染，其干扰本质都事件进而长远的，所以不管强度或时间方面微生态系所承受的，都可能已超过其自动调节能力的极限，于是功能降低、结构破坏等衰败现象便逐渐显现，而使微生态系失调。微生态失调的征兆是构成微生态系中某种物种成分的消失，而各种环境条件变化都会产生失调的征兆。微生态失调的征兆包括组成成员的缺损、结构比例的失衡，能量流动的受阻及物质循环的中断。组成成员的缺损会而产生优势的微生物，如
7、水库中氮磷增多，优氧化藻类成为优势族群的现象，结构比例的失衡即食物链中稳定的营养阶层受到干扰，使底层多于上层的比例关系受到变化，产生微生态失调，能量流动的受阻经常伴随食物链关系破坏或营养阶层比例失衡微生态系诱发控制系统程序多种族互利竞逐：所谓多种族互利竞逐是将数种不同型态的微生物，在一特定条件控制下的开放环境中培养，并由特定的微生物取得环境优势，藉由代谢产物的指向引导其它竞逐的微生物，依照物质变化其能接受的先后次序，形成一个小型的微生物食物链，而建立微生态系统。应用上述调节机制包括物质能量输出输入调节、负回馈控制调节及生物环境的适应调节。建立微生态诱发控制程序，在不同的环境因子包括水分比例、氧
8、气(耗氧及厌氧)、温度高低、pH 值、空间、钠、钾及其它微量元素而等投入皆会影响微生物竞争、合作、共生、抗生、剥削、捕食产生彼此竞合的关系，而影响其轨迹导向，诱发出不同的微生态物种，为使微生态安全稳定本研究仿生态系之原理，产品备制及其应用皆在开放式的空间进行，以切合自然之生态环境，当微生态系统吸纳环境大量名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 2 页，共 7 页 -环境微生物参与时，微生物指数会产生空间的占有率的分配，在互利竞逐过程多种微生物参与留下丰富的细胞残骸及代谢产物，使本系统在各种环境下皆具有诱发微生态建立之功能，如同一般培养基加上特殊营养源，使环境中各微生态物种得到培育诱发
9、，当调节其不同的营养源如碳源、氮源、氢源、氧源、钠盐及钾盐即可控制其微生态之走向。但因采开放空间，其走向皆朝自然生态发展。建立一个平衡的生态，产生一个完整的食物链循环，且在各物种其数量上更有其一定的限制，方能产生一个平衡稳定的生态体系，而达到微生态系统之诱发控制程序建置。本系统建置之目的在于增加微生态系对外界环境之抵抗力与恢复力，并藉生态体系之恢复达到物种多样化，并强化环境自净作用，故可广效及安全的应用于环境消毒、水污染、湖泊优养化及掩埋场等。微生态系诱发控制系统程序原创概念自然生态环境中，从单细胞的微生物到聚合细胞组织的植物及动物皆会因应环境的物质、温湿度等变量的限制做适应调整，当物种无法因
10、应环境的物质、温湿度等变量的能力时，该物种必从现地环境中消失（适者生存、不适者淘汰）；任何区域必因其地理位置、物质、温湿度等环境的条件不同，产生该环境适合的生态组合；一个生态平衡的环境为物种极多样化、干净、舒适少有疾病的环境；如以自然环境生态的宏观角度来看，一个完整的平衡生态需建立在各现存于该环境的物种，由微生态物种、小型动植物、大型动植物等，皆能在生产者、消费者、分解者及转换者之间产生一个完整的食物链循环；就一个平衡的生态绝对需建立在在生产者、消费者、分解者及转换者之间产生一个完整的食物链循环上，且在各物种其数量上更有其一定的限制，方能产生一个平衡稳定的生态，由大型可见的生态物种平衡的基础条
11、件来观看微生态物种，当单细胞的微生态物种在生产者、消费者、分解者及转换者间因数量的失衡亦会产生相同的结果，而环境变化的起点与终点皆由单细胞的微生态物种在作生产者、消费者、分解者及转换者，当微生态失衡其产生的影响必造成，自然生态中作为生产者的植物无法正常的生长，进而影响植物消费者的动物生长，最后必导致生态食物链其相关联的物种灭绝微生态诱发控制系统以气候、物料、环境控制等技术作基础，所发展的新应用技术，而微生态诱发控制系统并不适用于作高专一性的工程，只适用于多变的环境工程处理；如以生物制剂看待微生态诱发控制系统架构下所生产的产品并不妥当，该以环境微生态诱发引导控制剂较能具体贴切的相符微生态诱发控制
12、系统的功能及特性。微生态系诱发控制系统程序说明以宏观的角度来说明，有关微生态诱发控制系统的运作机制；分析单细胞或聚合细胞组织体（植物与动物），所有的基本细胞构成的成分，皆由极复杂的元素聚合而成的生命形式；此结果明确的指出不管单细胞的微生态或聚合细胞组织体的自然生态，在真实的自然环境中并不存在由单一物质所建构形成的生命形式，也指出生命形式的存在环境皆含有极复杂的物质条件。单细胞或动植物会因所处的环境地理位置、温湿度、特定物质的浓度等条件的诱导或限制，发展出适应生存于该环境的生理特性与形式；大型动植物的存在是依靠微名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 3 页，共 7 页 -生态内所包含
13、难以估算的单细胞物种共同运作产生的环境结果。单一细胞对物质的代谢有其一定的惯性，在实验室内以隔离环境的条件培养单一特定的细胞可明确发现，该细胞在一定时间后会因细胞本身的代谢物浓度升高而产生死亡；将此因代谢物浓度升高而产生死亡的培养环境其隔离条件去除，会诱发其它种类的单细胞进入生长，环境在特定物质的限制下虽因季节性的因素会有不同的细胞进入接续生长，但在此可发现进入该环境的细胞其生理代谢机制与环境物质必有绝对的关联性。特定物质的诱导可引发特定的细胞的生成，单一物质浓度的蓄积必会造成毒性，而微生态的诱发控制须藉由不同物质的宽广接受性及物质代谢流程的主控性，诱发控制生成接续的单细胞其物质代谢的关联性与
14、完整性，进而达到一个物质循环浓度安定无蓄积，单细胞物种、指数能平衡稳定的微生态共生共营架构。微生态系诱发控制系统程序成形概念环境分析：调查分析一般环境生态当环境生物多样化其物种丰富且稳定的生态环境，可发现该环境中的微生物种类以乳酸菌系、酵母菌系、丝状菌系为主体，随着环境地理、物质、气候等因素影响会存在不同属性的其它关联性物种；但在物种丰富且安全的环境中乳酸菌系、酵母菌系、丝状菌系皆共同存在环境中；在分析的过程中可发现一个特殊现象，乳酸菌系、酵母菌系、丝状菌系共存的环境中皆无致病性的细胞存在，且在此环境中其相关连的大型动植物成长与健康状态均极佳；但在对应受污染环境中的分析会发现，环境受污染时酵母
15、菌系的细胞会先消失于该环境中，当污染增加时丝状菌系细胞亦消失，唯有乳酸菌细胞依然存在环境中。实地调查乳酸菌系细胞能与其它环境强势或弱势菌类细胞共存在同一环境中，透过长时间与大量的野地环境分析可明确发现环境中存有大量无致病型乳酸菌，该环境中并未发现致病型微生物的存在，却充满无致病型环境微生物且数量庞大种类繁多。但在对应受污染的环境中分析可发现一现象，当季节性疫病出现时，环境中致病型的乳酸菌与致病型细胞会同时出现共存同一环境中，且原始存在环境中的无致病型环境微生物其数量与种类会大量减少，当季节性疫病消失后致病型的乳酸菌与致病型细胞会同时于原环境中消失。现地的实际调查归纳可发现：无致病型乳酸菌或致病
16、型乳酸菌，在环境中皆可与其它环境微生物共存。与无致病型乳酸菌共存于环境中且无对抗性的环境微生物皆为无致病性的环境微生物。与致病型乳酸菌共存于环境中的关联性环境微生物以致病性的环境微生物居多。当环境污染时致病型乳酸菌会出现，季节变化或污染量变大，致病型乳酸菌指数增生，无致病型乳酸菌则锐减，并会伴随着无致病型环境微生物数量与种类的减少，致病型的环境微生物指数升高。在有关无致病型的乳酸菌运用于食品加工，如：乳酸饮料、奶酪、酱类制品等，就其相关食品的制造在乳酸菌运用与功能则经历千年以上的实作与验证，当无致病型食品制造用乳酸菌存在时可确保相关食品生产过程所需的其它环境微生物菌项的安定，并能确保制程的安全
17、与稳定。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 4 页，共 7 页 -经过长期与大量的环境调查分析发现：乳酸菌系、酵母菌系、丝状菌系共同存在的环境是绝对健康与安全的环境。乳酸菌系细胞在环境中具有绝对的指标意义，与其它环境生态物种更有其关键性的诱导意义。细胞渗透压离子分析钾与钠：一般可分解净化且不会攻击活体细胞的环境微生物，其细胞渗透压的控制机制以钾离子为主，而会攻击活体细胞的病源微生物，其细胞渗透压的控制机制以钠离子为主，细胞渗透压的控制机制以钾离子为主的微生物，对物质所产生的渗透压抗性均较低，细胞渗透压的控制机制以钠离子为主的生物，对物质所产生的渗透压抗性均较高。针对钾与钠渗透压的
18、实验中发现，比对氢氧化钾与氢氧化钠在同一浓度下所产生的电气压力值，氢氧化钾的电气压力值低于氢氧化钠的电气压力值。调查地表环境发现钾离子与钠离子约以钾10：钠1的比例存在一般土壤中，此结果可局部证明季节性疫病的产生与终止有其惯性；此为地表环境皆以钾离子为主，不利致病性以钠离子为主的病原菌发展，唯有季节天候与物质的条件有利于病原菌发展时，病原菌方能大量生成并产生攻击性；当季节天候与物质条件不利于病原菌发展时，病原菌立既消失并潜藏于环境中。另环境中氯离子升高时其引发的微生物效应与钠离子类似，尤其钠离子与氯离子共存时对一般以钾离子为主的无致病性环境微生物会有更严重的抑制与排挤。微生态系诱发控制系统过程
19、控制概念系统法则适者共生共荣，不适者淘汰。微生态诱发控制系统是一个开放的微生态引导控制技术，系统下所有的应用技术与产品制程其控制及生产均在开放的自然环境中操作制造；为使成品能达最大功能效应在操作制造的过程中，透过操作的时间差并藉助水、空气、物料、地理环境等媒介，吸纳最大量的自然环境微生物进入系统。物以类聚、道不同不相为谋，以此来比喻微生态诱发控制系统的功能定义是最为最贴切的说明；在经过长时间与大量的环境分析可发现，钾离子与钠离子所适应的不同微生物壁垒分明，单以此机制即可安全控制关联性的环境微生物属性技术导向所谓技术导向是以微生态诱发控制系统的微生态控制技术，引导即将用来当作环境启始的指标性乳酸
20、菌，依特定的作用程序让特定的物料环境，更改成唯有关联性物种能接受适应的开放环境，让能兼容指标性乳酸菌所衍生的环境微生物进入生长。在强存弱亡的、适者共生共荣，不适者淘汰的自然法则下因启始指标性乳酸菌具有主导环境条件的强势菌，唯有能接受并能利用指标性乳酸菌代谢生成物的环境微生物，方能进入此系统中生长而其所衍生成的产物亦由其它菌族进入接受，如此循序渐进达到如食物链般的共生共荣。多种族互利竞逐：名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 5 页，共 7 页 -所谓多种族互利竞逐是将数种不同型态的微生物，在一特定条件控制下的开放环境中培养，并由指标性乳酸菌取得环境优势，藉由代谢产物的指向引导其它能
21、适应的关联性竞逐的微生物，依照物质变化其能接受的先后次序，并在一特定的物质环境中，诱发相同物质适应属性的自然生态环境中其相关先后继代微生物进入，最后形成一个具体而微的小型微生态食物链。环境导向：环境导向包含：物质控制；培体多重变温控制；培体多重环境控制；培体多重置换氧控制；湿度控制；时间差控制；等六项环境基本控制。系统特性:微生态诱发控制系统具有多任务多变的环境与物质适应能力，与活化诱导环境中同属性的关联性微生物形成一个完整的微生态食物链，建构一个能适应复杂环境中其物质代谢循环完整的微生态；解除环境因物质单一化所引发的微生态物种单一化与其所衍生的生态危机；虽然微生态诱发控制系统对诱发控制环境微
22、生态物种的功能，几乎不受物质浓度、环境温度、湿度、气体置换等限制；在实际应用处理的环境中其物质条件与温湿、气体置换的变化并不会造成系统效能的显现障碍，但须该应用环境中尚有其它环境微生物存在本系统才能产生实际效能，此说明本系统是藉由活化环境微生物参与形成完整的微生态进行物质完整的代谢与污染物的去除，当环境中无任何现有物质关联性微生物存在时，本系统的功能将难以显现；此外本系统虽无适地适用的限制，且指针性乳酸菌经过系统强化虽拥有多任务多变的物质代谢能力，但系统功能运作是藉助乳酸菌在环境微生态中的指标性，与其它环境微生物的环境共存性，透过乳酸菌将系统功能讯息传递给其它环境微生物，形成一特定属性的微生态
23、将环境物质代谢流程导入定向循环，而此定向代谢流程绝对能形成有利于大型物种如动物、植物等生态关联性物种干净安全的生存环境。注：当环境中无任何现有物质关联性微生物存在时，在实务上其范围为欲处理的环境无任何微生物存在时，投入微生态诱发控制系统亦不会产生实际的效用，这也是微生态诱发控制系统使用上唯一的限制。系统环境化透过微生态诱发控制系统的诱导让乳酸菌产生多任务多变的能力，其最大的意义是藉助无致病乳酸菌在环境微生态中能与其共存的微生物属性，诱发引导环境中与现存物质能代谢相关联性的环境微生物形成完整的微生态；系统中指针性乳酸菌虽具有多任务多变的特性，但环境中物质局限于特定条件范名师资料总结-精品资料欢迎
24、下载-名师精心整理-第 6 页，共 7 页 -围内，乳酸菌只能开启就该物质的对应代谢功能，并将此对应物质代谢功能程序透过讯息介质传递至相关连环境微生物，此时指标性乳酸菌因应物质特性所开启的功能会定型，产生环境物质功能定型并丧失系统赋予多任务多变的特性。注：微生态诱发控制系统使用时不须作前置活化培养，也绝对不能作前置活化的培养动作，因微生态诱发控制系统以活化第一次接触的微生态物种及环境物质为主功能，此即为功能开启的关键性致动机制，当微生态诱发控制系统活化时所接触的第一次的环境微生态物种，与实际欲处理的环境的环境微生态物种差异过大时绝对有可能造成微生态诱发控制系统的功能丧失。系统强化：微生态诱发控
25、制系统让乳酸菌产生多任务多变，并具环境微生态物种的主导能力，但在实际对应环境微生态物种其数与量及物质的限制下会产生功能环境化的结果；而在实际环境中特定物质大量蓄积必会产生环境微生态的物种局限于特定种属的范围，虽然在此环境中加入本系统可加速环境微生态物种对现存物质的代谢速率与物质多样性，但在原始环境所存有的环境微生物种类数量因受物质限制，虽然因物质多样化的条件产生会伴随其它环境微生物陆续生成，可是原有加入环境的微生态诱发控制系统因物质导致其功能环境化之后，对新生成的环境微生物物种不再具有引导与限制功能，此时须再导入微生态诱发控制系统进入该环境，进行环境微生态再引导与链接；而系统强化的补充动作其时
26、间长度须随着环境特定物质量的下降作对应调整。注：环境微生态的控制绝非实时性，须有一定时间才能导入特定的微生态循环，微生态诱发控制系统投入环境须以每七日投剂一次，连投三次方能将环境微生态导入一安定的生态。系统惯性微生态诱发控制系统主要的功能为控制并引导环境微生物产生共生互利的链接达到环境物质的完整代谢，将被污染的环境恢复成有利大型生物共同生存且安全、稳定的环境，恢复成一个大部分生物物种皆能共存的优质环境；但此优质环境并非单靠任何单一物种就能达成的结果，必须聚集庞大物种与数量进行分工合作且长时间所蓄积的结果，透过微生态诱发控制系统的能力，虽然能赋予指标性乳酸菌具有更宽广的物质与环境变量适应力及更强
27、势的环境主导控制能力，但其真正效能必须藉由环境关联性微生物的参与方能产生；如将系统应用于一个将环境完全封闭隔离的环境中，让系统中指针性乳酸菌缺乏环境关联性微生物支持时，可发现系统中指针乳酸菌除具有极广的环境及物质的适应性外，并不具任何实际效能。注：虽然微生态诱发控制系统有宽广的物质与环境变量适应力及强势的环境主导控制能力，但并不具全面性完整的物质代谢循环能力，而建构一个安定的微生态绝非单靠少数的微生物能成形，而微生态诱发控制系统是透过阶段性的强化，让环境物质代谢多样化进而诱发环境中不同的微生物参与运作，自然形成一个安定平衡的微生态。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 7 页，共 7 页 -