• 关于微生物世界的科普故事大全

  • 发布时间:2018-03-26 23:14 浏览:加载中

  •   20世纪50年代以前,由病原引起的传染病和各种炎症是人类健康的最大威胁。其实从19世纪后半叶以来,随着微生物学的发展,人们已经陆续发现了寄生虫、细菌。进入20世纪后,人们又进一步认识了螺旋体和病毒等病原微生物,为人类的健康打开了一扇窗子。

      随着对微生物认识进一步加深,人们逐渐认识到有一些微生物可以为人所用,比如人们从青霉中提取出抗炎类药青霉素,可以利用微生物清理环境,甚至于利用微生物勘探石油。

      现在生命科学已成为前沿学科之一。基因、DNA、基因工程、生物技术等,不仅仅是科学家们关心的主题,它们也日益成为普通百姓谈论的话题。对于DNA的理解将使我们在21世纪经受一次人类自身进化的风暴。

      1.走进微观世界

      1665年,列文虎克终于自己研制出了第一台显微镜,这是世界上第一台显微镜,也是列文虎克的一张走向微观世界的通行证。列文虎克用显微镜观察一些肉眼很难看清楚的东西,比如,苍蝇的翅膀、蜘蛛的脚爪等。他不停地观察,不停地记录。

      1675年的一天,忽然下起了滂沱大雨,狭小的实验室又黑又闷,列文虎克无法再在显微镜下观察了,便站在屋檐下,眺望从天飞落的雨水。忽然,他萌生了一个念头:想看一看雨水里面是不是还有什么东西?

      于是,他用吸管在水塘里取了一管雨水,滴了一滴在显微镜下,进行观察。

      “雨水怎么会活?”列文虎克不禁大叫起来。原来,他看到雨水里有无数奇形怪状的小东西在蠕动。起初他十分惊骇,就连忙大声呼唤自己的女儿,女儿听到父亲的喊叫声,以为实验室里发生了什么意外的事,于是直奔实验室。女儿也看到了这种奇观。

      列文虎克并没有放弃对这个问题的探索,他叫女儿用干净的杯子到外面接了半杯雨水,然后取出一滴,放在显微镜下,结果没有看到什么东西。可是,过几天再观察,杯子里的雨水又有“小居民”了。因此,列文虎克得出结论:这些“小居民”不是来自天上的。

      自从在雨水里发现“小居民”后,列文虎克又转向研究其他东西,他想其他东西中是否也存这样的“小居民”呢?他将别人的牙垢取下来观察,又将泥土取来,稀释后观察,结果也看到了“小居民”。列文虎克将这些实验记录,写成实验报告,寄给了英国皇家学会。

      最初绝大多数的科学家对列文虎克的报告持怀疑的态度,所幸英国皇家学会组织了由12名学术权威组成的考察团乘船渡过北海,来到列文虎克的家乡——荷兰的德尔夫特。

      在列文虎克家,科学家们在列文虎克自制的显微镜下,观察到了水中的“小居民”。他们激动万分,纷纷称赞列文虎克的发现“具有里程碑的意义”。考察结束后,他们向英国皇家学会提交了书面报告,报告称:“列文虎克在他的小实验室里创造了奇迹!”

      列文虎克发现的“小居民”就是后来人们所说的细菌。他的这一发现,打开了微观世界的一扇窗口,开创了微生物学这一全新的领域。透过这扇窗口,人们就可以看到一个神奇的微观世界。

      1680年,列文虎克被选为英国皇家学会会员。这是对他20年来刻苦钻研的最好褒奖。

      细菌小档案

      中文名:细菌

      英文名:Bacterium

      细菌是属于原核型细胞的一种单胞生物,形体微小,结构简单。没有成形细胞核,也无核仁和核膜,除核蛋白体外无其他细胞器。在适宜的条件下其保持相对稳定的形态与结构。一般将细菌染色后用光学显微镜观察,可识别各种细菌的形态特点,但是它内部的超微结构须用电子显微镜才能看到。研究细菌的形态对诊断和防治疾病以及研究细菌等方面的工作,具有重要的理论和实践意义。

      1931年,德国科学家卢斯卡和诺尔根据磁场可以会聚电子束这一原理发明了世界上第一台电子显微镜。在电子显微镜下我们可以看见比细菌小得多的病毒。

      2.酱油上的白花

      入夏的一天傍晚,妈妈让文文去买瓶酱油,酱油买回来了,妈妈打开一看,上面浮着一层白花。于是妈妈说酱油有问题,文文想不明白:这酱油是今年5月份产的,肯定没过期;酱油瓶密封得也挺好的。晚上他去书房问爸爸。

      爸爸从他们家的书架上找出一本书,看过后,他告诉文文,这是一种很常见的现象。尤其是在初夏到深秋之间,在酱油的表面,常常可以看见一朵朵白色的“花”——白浮。这些白浮最初只不过是一个个白色的小圆点,但是这些小圆点一天天变大,成了有皱纹的被膜,日子久了,颜色渐渐转为黄褐色。这一现象,叫做酱油发霉或酱油生花。

      酱油的生花,主要是一种产膜性酵母菌寄生、繁殖而成的。据研究,这种酵母菌大约有七八种之多。这些酵母菌大都是杆状的或球状的,用孢子进行繁殖,这些孢子轻而小,在空中到处飞扬,落到酱油中便生子生孙,大量繁殖起来。

      虽然产膜性酵母菌是酱油生花的祸首,但这与外界条件也有关系:

      首先是气温。产膜性酵母菌最适宜的繁殖温度是30℃左右。因此在一年之中,夏、秋繁殖很盛,寒冬则繁殖较难。

      其次与卫生环境的不洁有关。酱油厂灰尘多或工具不洁,使产膜性酵母菌混进了酱油。

      再者,它还与酱油成分有关。酱油盐量高,不易生花;含糖量高,则易生花。

      酱油生花,会使酱油变质、变味。为了防止酱油生花,人们也想出了许多办法:例如,把酱油加热或暴晒,进行杀菌;把酱油瓶盖紧盖子;在酱油上倒一滴菜油或麻油,使酱油与空气隔绝;盛酱油的容器,事先要煮沸过。另外,切忌在酱油中掺入生水。

      中文名:酵母菌

      英文名:saccharomycete

      酵母菌属单细胞真菌。一般呈卵圆形、圆形、圆柱形或柠檬形。菌落形态与细菌相似,但较大较厚,呈乳白色或红色,表面湿润、黏稠,易被挑起。生殖方式分无性繁殖和有性繁殖。酵母菌分布很广,在含糖较多的蔬菜、水果表面分布较多,在空气土壤中较少。

      酵母菌在酿造、食品、医药等工业上占有重要的地位。早在4000多年前的殷商时代,中国就用酵母菌酿酒。

      3.有益的霉菌

      当我们感冒发烧需要输液时,医生会在输液前在我们手臂上做皮肤试验,以此确定我们是否对青霉素过敏。别小看瓶子里的那一小簇白色的粉末,它的功劳可不小呢。青霉素的发现也是一个很长的过程。

      青霉素,按英文译音叫盘尼西林。其拉丁文原意非常古怪:毛笔。原来,人们是从毛笔一样毛茸茸的霉菌里,提取盘尼西林的,所以就给它取名“毛笔”。

      我们伟大的祖国在2500年以前,就有人用豆腐上的霉来医治痈、疖等疾患。在欧洲的希腊、塞尔维亚,古代也曾把发了霉的面包放在化脓的创口上,用来消炎。可见,在古代人们就知道用青霉素消炎了。

      1640年,英国伦敦的医生巴尔金森曾经这样写过:“古墓里死人脑盖所产生的霉具有奇异性能,可以医治伤口而不用贴膏药。”19世纪70年代,俄罗斯医生伏`阿`马纳辛和阿`格`柏洛切勃夫,也曾用青霉放在伤口上,用来给病人治病。

      许许多多国家的医生们早就知道了青霉能够杀菌,但对青霉素为什么能够杀菌却一直都不明白,直到1929年,这个问题才第一次被弄清楚。那么,青霉素究竟为什么能够杀菌呢?英国的细菌学家亚历山大`佛来明从青霉中提取出白色的结晶体,证明它具有极强的杀菌能力,并把这种物质叫做“青霉素”。不过,佛来明最初制的青霉素质地不纯,性质也很不稳定。1940年,人们才制得了较纯净的青霉素,并开始大规模地生产。

      青霉素是青霉菌分泌的一种抗生素,能够杀死链球菌、葡萄球菌、肺炎球菌、淋球菌、脑膜炎球菌等,医疗范围有点和磺胺类药相近。青霉素的杀菌本领非常强,把它用水冲稀30万倍,也能有效地阻止葡萄球菌的生长,杀菌效力远远超过磺胺类药物。

      除了青霉素以外,青霉素的姐妹们——链霉素、氯霉素、金霉素等,也都是从各种霉菌分泌液中提取出来的抗生素,它们的杀菌能力也非常强,是现代着名的药物。

      青霉素小档案

      中文名:青霉素(盘尼西林)

      英文名:penicillin

      青霉素是抗生素的一种,是从青霉菌培养液中提制的药物,是第一种能够治疗人类疾病的抗生素。

      小朋友们都知道在输液时,如果药品中有青霉素的话,要事先进行皮肤测试,看一下是否对青霉素过敏。但是你知道吗?在口服青霉素制剂时也要进行皮肤测试。因为所有抗生素类药物都可以引起过敏反应,而在药店买一些像阿莫西林等的药品时,工作人员很少提醒顾客做皮肤测试。即便如此,你也应该先做皮肤测试。

      4.狂犬病研究室与病毒发现

      19世纪80年代,巴斯德开始研究征服狂犬病的方法,经过反复实验后,他制成了一种疫苗。

      随后,他牵了两只狗,先让疯狗把这两只狗咬伤,然后对其中一只用特殊的方法注射疫苗,另一只不采取任何措施。结果,那只没采取措施的狗得了狂犬病死了,而注射疫苗的狗却躲过了鬼门关。巴斯德由此得出了结论,免疫注射法对已被疯狗咬伤的狗同样有效。1885年,巴斯德在狗身上进行的狂犬病免疫治疗的报告受到广泛的好评,但由于治疗过程中要用到有毒性的脊髓,考虑到人命关天,巴斯德一直不敢在人身上做试验。但是,终于有一天,形势迫使他不得不下决心把这种疫苗用到人身上。

      1885年7月的一天,巴斯德的实验室来了一位可怜的远方小客人墨斯特,他是在上学途中被疯狗咬伤的。他的父母急得晕头转向,四处求医都没有结果。他们怀着最后一线希望,来到巴斯德处治疗。巴斯德通过检查后确认墨斯特已感染狂犬病原。假如对他进行注射疫苗的治疗,他就有死里逃生的可能,否则他就只能等死。

      当晚,巴斯德决定给墨斯特注射用干燥了14天的脊髓制作的疫苗,第二天注射13天的,然后是12天的、11天的,共注射了14次。巴斯德详细观察和记录了墨斯特的病情。治疗终于获得了成功,墨斯特战胜了死神,又回到了学校。墨斯特长大以后,为了报答巴斯德的救命之恩,主动要求到巴斯德研究所做一名看门人,而他的名字也随这段故事被载入科技史。

      在研究狂犬病的过程中,巴斯德还有一项意外的发现。因为他想尽了办法都无法用显微镜找到引起这种狂犬病的病原微生物,也无法用一般培养细菌的培养基来培养它,这激起了他刨根问底的决心。通过仔细研究,他发现这是一种比细菌更小,能通过细菌过滤器的微小生命。这种生命后来被称作病毒。巴斯德也因此成为第一个发现病毒的人。

      病毒小档案

      中文名:病毒

      英文名:virus

      一个世纪前,科学家们相信,传播疾病的微生物是细菌。直到1939年,人们才终于看见了体积一般只有细菌百分之一大小的病毒。现在我们知道,病毒的形状和大小千差万别。体积最大的病毒,像天花一类的疹类病毒直径约0.003毫米。在病毒的蛋白壳体内含有病毒的DNA,能使被感染细胞对病毒进行复制。体积最小的是小核糖核酸病毒,直径只有几千个原子叠加起来的长度,但这么小的病毒仍能使人严重感冒好几天。

      巴斯德(Louis Pasteur,1822—1895年),法国微生物学家、化学家,近代微生物学的奠基人。他一生进行了多项探索性的研究,取得了重大成果,他的理论和免疫法引起了医学实践的重大变革。他还成功地挽救了处于困境中的法国酿酒业、养蚕业和畜牧业。他的对饮料加热灭菌的方法,被后人称为巴氏消毒法。直到今天,许多企业还在运用巴氏消毒法进行食品消毒处理。

      5.抗生素功臣——放线菌

      一天爸爸问乐乐:“医生常常用头孢霉素、螺旋霉素、庆大霉素、利福霉素、链霉素等抗生素为病人治病,使许多病人转危为安。你可知道生产抗生素的主角是谁吗?”乐乐查了很多资料后,告诉爸爸说:“生产抗生素的主角就是一种被称作放线菌的细菌。目前已经发现的抗生素有近60000种,其中4000多种是由放线菌产生的。”

      爸爸很高兴乐乐已经养成勤于动手动脑的好习惯,接着爸爸又让乐乐介绍一下放线菌。于是乐乐又向爸爸做了仔细地介绍,原来放线菌是一种原核生物,细胞构造和细胞壁的化学组成都与细菌十分相似,因菌落呈放射状而得名。实际上,它们是细菌家庭中一个独立的大家庭,如果按照革兰氏染色法进行分类,放线菌是一类革兰氏阳性细菌。然而,放线菌又有许多真菌家族的特点,例如菌体呈纤细的丝状,而且有分支,所以从生物进化的角度看,它是介于细菌与真菌之间的过渡类型。放线菌有许多交织在一起的纤细菌体,叫菌丝。当放线菌在固体营养物质上生长时,不同的菌丝分工不同,有的扎根于它们的食物中“埋头大吃”,不用说这肯定是专管吸收营养的营养菌丝,又因为这些菌丝是生长在培养基内的,因而也称为基内菌丝;有的菌丝朝天猛长,这是由营养菌丝发育后形成的气生菌丝。放线菌长到一定阶段,便开始“生儿育女”了。它们先在气生菌丝的顶端长出孢子丝,成熟之后,就形成各种各样形态各异的孢子。孢子的外形有的像球,有的像秆子,还有的像瓜子。它们可以随风飘散,遇到适宜的环境,就会在那里“安家落户”,开始吸收水分和营养,萌生成新的放线菌。

      放线菌平时最乐意住的地方就是有机质丰富的微碱性土壤,这种土壤所特有的“泥腥味”就是由放线菌产生的。放线菌中绝大多数是腐生菌,能将动植物的尸体腐烂、“吃”光,然后转化成有利于植物生长的营养物质,在自然界物质循环中立下了不朽的功勋。科学家根据不同的放线菌的特点制成抗生素,帮助人类抵抗病菌的骚扰。除了生产抗生素外,放线菌在工业上还有大贡献呢。例如,利用放线菌还可以生产维生素B12、β胡萝卜素等维生素,生产蛋白酶、溶菌酶,以及用于生产高果糖浆的葡萄糖异构酶等酶制剂。另外,放线菌在石油工业和污水处理等方面也可发挥一技之长。为了使自己的说法生动形象,乐乐还拿出书中的图片给爸爸看。

      抗生素小档案

      中文名:抗生素

      英文名:antibiotic

      抗生素也叫抗菌素,它是从微生物及动物、植物代谢产物中提取或人工合成的化学物质,能抑制或杀灭一种或多种微生物,广泛应用于医疗、畜牧、农林和食品工业上。

      瓦克斯曼为了寻找制服结核病的抗生素,鉴定了泥土中的细菌种数达8000种,从土壤中成功地培养出了一种药物后,又经过一万多次实验,才发现了理想的新药物——一种灰色放线菌,并几经努力才制成新药链霉素。可见,完成一项造福人类的伟大发明发现,不仅需要韧性,还需要严谨的治学态度。

      6.美味的真菌

      什么样的微生物最美味可口?

      很多人可能会反问,微生物也可以吃吗?

      不过,相信我们中的每个人都吃过蘑菇。

      所以答案是肯定的。我们日常食用的美味可口的蘑菇等都属于微生物中的真菌,它们是可食用菌,大部分属于担子菌——这是一类最高级的真菌。

      有统计数字表明,在已知的550种左右食用菌中,担子菌占95%以上。可食用和有医用价值的常见担子菌有香菇、凤尾菇、金针菇、草菇、竹荪、牛肝菌、木耳、银耳、猴头菌、口蘑、松茸、灵芝、茯苓、马勃等。

      常有人把这些食用菌误认为是植物。这不,兰兰和冬冬又为此事而吵起来了。最后,他们两个闹到了博士爷爷家中。冬冬大声嚷着:“爷爷,爷爷,您说蘑菇是植物吧?”兰兰马上喊:“是微生物中的真菌。”

      “不对……”

      “你才不对……”

      爷爷明白是怎么回事了,他说:“孩子们,别吵了,我来告诉你们吧。”冬冬他们这才静下来,仔细听博士爷爷讲解。

      爷爷告诉他们,蘑菇等食用菌与植物有本质的区别。担子菌不含叶绿素,不能靠进行光合作用获得能量。无论它们的细胞结构还是繁殖方式都与其他真菌类似,只是更复杂一些。它们往往形成较大的个体,称为子实体。

      食用菌营养丰富,首先它含有丰富的蛋白质。这些蛋白质中所含的氨基酸的种类齐全,尤其是人体所需的氨基酸全部可以供给,例如,在蘑菇、草菇和金针菇中含有丰富的一般谷物中缺乏的赖氨酸,因此最适于用来补充人体所需的赖氨酸。另外,食用菌中所含的维生素十分丰富,有B族维生素,维生素K、维生素D、维生素C、维生素PP、泛酸、烟酸、叶酸、维生素H等。爷爷最后问:“现在你们明白了吧?”

      冬冬和兰兰点点头,高高兴兴地出去玩了。

      真菌小档案

      中文名:真菌

      英文名:fungus

      菌体由菌丝组成,无根、茎、叶的分化,无叶绿素,不能自己制造养料,是以寄生或腐生方式生活的低等生物。真菌的种类很多,分鞭毛菌、接合菌、子囊菌、撮子菌和半知菌五类。真菌菌丝呈管状,多数菌丝有隔膜,此类菌丝为多细胞,隔膜中央有小孔,使细胞质、细胞核得以通过。有些真菌的菌丝无隔膜,为多核细胞。真菌以无性生殖和有性生殖两种方式进行繁殖,广泛地分布在自然界中,与人类关系十分密切。

      银耳,又称白木耳,含蛋白质、磷脂、钾、钙、磷、铁、镁等矿物质和多种微量元素,以及多糖、粗纤维等。据报道,银耳多糖有抑制肿瘤生长的作用,银耳的其他成分如粗纤维和钙也有预防癌症的作用。有人证实,银耳制剂可提高机体的免疫功能,增强巨噬细胞的吞噬作用,增加免疫球蛋白含量,从而抑制癌细胞的生长。银耳作为一种抗癌食品,正在备受重视。

      7.环境小卫士

      明明是一名很爱动脑筋的小学生,遇事总喜欢刨根问底,也因此他懂得了许多知识。有一天的生物课上,老师告诉同学们这样一件事。

      重金属和放射性元素等污染物,一般在土壤和水体中的浓度不会太高,但许多生物体具有摄取和积累重金属的能力,例如某些水生生物体内富集的重金属浓度可达周围环境中浓度的数百至数万倍。这些被低等生物摄入的重金属沿食物链逐渐转移,而且在被高等动物和人体吸收后,会在内脏中长期积累,达到一定的浓度后而呈现毒性。因此,环境中即便只存在极少量的重金属和放射性金属元素,就有可能造成严重的危害。明明听完老师的话后就想,现在科学家们研究出解决的办法了吗?

      放学后,明明去了学校的图书馆,他查阅了许多资料,虽然有些字他都还不认识,但在图书馆管理员的帮助下,他终于发现目前防止这种危害的最有效的途径之一,就是对受污染的土壤或水体进行突击性的处理,以去除其中的大部分重金属元素。美国科学家利用重组DNA技术,构建了具有超强的吸附重金属能力的大肠杆菌,采用它可以有效去除重金属。

      那么,是什么样的改变让大肠杆菌具有非同一般的吸附重金属的能力呢?明明又找到了答案:原来,在此之前已经有科学家发现,某些植物、酵母和藻类会合成一类称为“植物整合素”的短肽,它们与这些生物细胞内的重金属解毒有关,解毒的机理就是利用这些短肽上的流基将重金属离子整合。美国环保署的几个科学家甚至将一系列与“植物螯合素”产生有关的基因,克隆并重组到大肠杆菌中,通过适当的遗传改造,让这些大肠杆菌能产生若干种不同分子量的“植物螯合素”,并且让产生的这些多肽都集中固定到细胞的表面。为了便于应用,他们还通过类似的操作方式,让细胞表面同时还带上具有结合纤维素能力的称为“纤维素结合结构域”(cellulosebindingdomain)的肽链,这样细胞就可以牢固地结合在纸张或木屑的纤维素上,成为固定化细胞。用这种固定化细胞做吸附剂,可以非常有效地清除镉、汞、铅等重金属。

      大肠杆菌小档案

      中文名:大肠杆菌

      英文名:colonbacillus

      大肠杆菌是生活在人和动物肠道中的埃希氏属细菌。外形呈杆状,周身有鞭毛,能运动,往往在初生儿或动物出生数小时后即进入肠道。除某些菌株能产生肠毒素,使人得肠胃炎外,一般不致病。大肠杆菌能合成对人体有益的维生素B和维生素K,但当人或动物机体的抵抗力下降或大肠杆菌侵入人机体其他部位时,可引起腹膜炎、败血症、胆囊炎、膀胱炎及腹泻等。

      2006年9月,科学家表示在澳大利亚的一个污染场地发现的微生物细菌,不仅可以忍受废油和氯污染的致命性土壤和污水,而且可以将这些污染物分解,使它们不再对人类构成威胁。

      科学家发现,有的细菌能“吃”掉镁、锰、铁、铜等金属元素,于是把细菌吹入低品质的铜矿石中,让细菌把铜矿石中的一些其他盐吃掉,便剩下纯净的铜了。这样,不需要动力消耗,就能够得到大量的铜。

      8.沼气能源

      又是一个寒假,文娟高高兴兴地回到农村的奶奶家过春节。这一次让她感到奇怪的是村里那一堆堆的猪、牛粪不见了,家家都用一种奇怪的气做饭,而且生活用电也是自己村里解决。后来,舅舅告诉她,这是沼气发电,那些猪、牛粪都用来制沼气了。接着舅舅带她四处看了看,并告诉她许多新鲜的东西。

      听舅舅解释后,文娟知道了炎炎的夏日,在沼泽地、污水池和粪池里经常可以看到许多大大小小的气泡从里面冒出来,那就是沼气。如果用bō璃瓶把这些气体收集起来,点燃后,瓶口会出现淡蓝色的火焰。

      沼气是微生物在缺少氧气时,通过发酵将秸秆、杂草、人畜粪便等有机物质分解而产生的一种可燃性气体。城市污水处理厂产生的活性污泥,也可以在密闭的消化池中经发酵生产出沼气。在合适的温度、湿度和酸碱度下,微生物产生沼气的速度很快。产生出的沼气是多种气体的混合物,有甲烷、二氧化碳、氮气、氧气、氢气、硫化氢、一氧化碳、水蒸气和极少量除甲烷之外的碳氢化合物,其中甲烷占大部分,平均含量约为60%,二氧化碳平均含量为35%。1立方米的沼气完全燃烧,可释放出5203~6622千卡的热量。沼气可作为能源,用于发电、照明及家庭和工业燃料。微生物是沼气发酵过程的关键因素。沼气发酵过程大致分为以下两个阶段:

      第一阶段是多种细菌分泌的酶,将复杂的有机物质逐步分解成一些低分子量的简单有机物及二氧化碳、氢气、硫化氢等无机物,这一阶段叫酸发酵阶段。这一阶段起作用的微生物有纤维素分解细菌、蛋白质分解细菌、果胶分解细菌、脂肪分解细菌、丁酸细菌和醋酸细菌。

      第二阶段是由甲烷细菌分泌的酶,将酸发酵阶段分解出来的简单有机物分解成甲烷和二氧化碳;甲烷细菌分泌的某些酶还可利用酸发酵阶段产生的氢气,将二氧化碳还原成为甲烷。这一阶段是产生甲烷的阶段,因此叫做气体发酵阶段。

      产甲烷的细菌种类很多,根据它们的细胞形态、大小、有无鞭毛、有无孢子等特性,可分为杆菌类、球菌类、八叠球菌类和螺旋菌四类。甲烷细菌分布广泛。在土壤、湖泊、沼泽中,在池塘污泥中,在牛、羊的肠胃道中,在牛、马粪和垃圾堆中,都有大量的甲烷细菌存在。

      此外通过沼气发酵还可获得优质肥料。因此,越来越多的人认识到综合利用沼气的广阔前景,并且采取各种措施支持沼气利用。

      沼气是一种具有较高热值的可燃气体,与其他燃气相比,其抗爆性能较好,是一种很好的清洁燃料。传统上大多利用沼气进行取暖、炊事和照明,现在随着沼气产量的不断增加,科学家们正在研究如何更高效地利用沼气。

      山东昌乐酒厂安装2台120千瓦的沼气发电机组,一年节约能源开支29万元,工程运行一年即收回全部成本。杭州天子岭填埋场发电工程在运行过程中,在平均电价为0.438元/千瓦时的条件下,投资回报率可达14.8%。

      9.制服天花恶魔

      法国着名的医生琴纳从小就刻苦学习,大学毕业后回到家乡开始行医。有一年他的家乡天花肆虐,夺去了无数的生命,琴纳很伤心,于是他一边行医,一边研究治疗天花病的方法。

      琴纳通过学习知道,中国人已发明了往人的鼻孔里种牛痘预防天花的方法,只是这种方法并不安全,轻的留下大块疤痕,重的还会死亡。

      有一次,乡村里有检察官让琴纳统计一下几年来村里因天花而死亡或变成麻脸的人数。他挨家挨户了解,几乎家家都有天花的受害者。奇怪的是,养牛场挤奶女工中间,却没有人死于天花或脸上留麻子。细心的琴纳没有放过这个奇怪的现象,他挨个问挤奶女工生过天花没有以及奶牛生过天花没有,挤奶女工告诉他,牛也会生天花,只是在牛的皮肤上出现一些小脓疱,叫牛痘。挤奶女工给患牛痘的牛挤奶,也会传染而起小脓疱,但很轻微,一旦恢复正常,挤奶女工就不再得天花病了。

      琴纳由这一线索入手,开始研究用牛痘来预防天花。

      1796年5月的一天,琴纳从一位挤奶姑娘的手上取出微量牛痘疫苗,接种到自己儿子的胳膊上。不久,种痘的地方长出痘疱,接着痘疱结痂脱落。一个月后,他又在儿子胳臂上再接种人类的天花痘浆。尽管这样做非常危险,但是为了验证种痘的效果,为了制服天花这个恶魔,琴纳还是咬着牙将针扎进了儿子的肩膀。最后,奇迹出现了,儿子没有出现任何天花病症。

      1798年,琴纳宣布自己的试验成果,可是英国皇家学会一些科学家根本不相信一个乡村医生能制服天花,有的还说接种牛痘会像牛一样长出牛尾巴,甚至像公牛一样眼睛斜起来看人……

      面对无情的诽谤和攻击,琴纳不但没有动摇,反而更加坚信不疑。真理终究会被人们所接受,1801年,接种牛痘的技术逐渐被欧洲人所认同。这时英国政府终于承认琴纳的发现有重要价值,在伦敦建立新的研究机构——皇家琴纳学会,由琴纳担任主席。在这里,琴纳将全部精力投入研究工作,直到1823年逝世。世界因为琴纳而永远地脱离了天花的魔掌。

      1977年10月26日,联合国卫生组织在索马里发现最后一例天花后,这些年在世界各地从没有发现一例天花病人。

      这个肆虐几千年的恶魔终于从人类的视野里消失了。

      天花病毒小档案

      中文名:天花(牛痘)

      英文名:smaupox

      天花病毒属于牛痘病毒科,是一类最大、结构最复杂的病毒。病毒由中心的双链DNA和包裹在外面的一层含有蛋白质的膜组成。同属于这一科的病毒还有牛痘病毒、猴痘病毒等。

      人类学会接种牛痘后,又相继研制出了各种预防疾病的疫苗:1891年,研制出白喉和破伤风疫苗;1922年,法国研制出结核疫苗;1954年,第一种有效的脊髓灰质炎疫苗问世;1960年,美国一位病毒学家安德斯制成麻疹疫苗。现在,科学家又研制出狂犬病疫苗、甲肝疫苗、乙肝疫苗等,而且接种方法也不只限于注射,还可以把疫苗制成糖丸给幼儿口服。

      10.噬菌体的独特食谱

      1915年,英国微生物学家特沃特做了一个实验:在固体培养基上培养一批细菌。在细菌生长的过程中,他一直观察着细菌的生长变化,有一天,他意外地发现:在细菌的菌落上有些部分慢慢地形成一种透明的胶体状。

      特沃为了弄清楚这个问题,首先检查了那些形成透明胶体的部分,发现胶体里面的细菌不见了,接着他粘了一小部分的胶体东西放到生长正常的细菌群落上,过一段时间之后,发现与胶体接触到的细菌也形成一种透明的胶体状。

      经过几次的重复实验之后,特沃特判断:“胶体中一定存在某一种因子。”

      到了1917年,法国医官埃雷尔发表了一篇实验报告,内容和特沃特的发现类似。他认为有一种光学显微镜所看不到的微生物存在着,这种微生物可以寄生在细菌体内,最后将整个细菌破坏掉。埃雷尔的实验是这样的:

      他把细菌培养在培养液中,等到细菌增殖到浑浊状时,就把他所认为的微小生物加进去,数小时之后,细菌培养液就会变成一种透明的澄清液。

      然后,他再将这种液体用一种特殊的“过滤器”(一种由陶土烧成的,有极微小的孔隙,普通的细菌滤不过去,但是比细菌微小的粒子是可以被滤过去的)进行过滤。将过滤液滴到生长于固体培养基的细菌群落上,则在细菌群落上出现了与特沃特所看到的相同现象。

      埃雷尔心想:那种能够使细菌分解掉的因子,是一种微生物,而不是化学物质。

      事实虽然被埃雷尔言中了,但在当时他并没有用充足的实验来证明,直到20年以后,世界上出现了电子显微镜,人们才得到最后的答案,并将它命名为噬菌体。

      随着时间的推移,人们对噬菌体又有了新认识:1922年,荷兰的拜耶林克根据当时计算出的噬菌体数量级,认为噬菌体和蛋白质分子的大小相当;1925年,法国巴斯德研究所的沃尔曼夫妇提出噬菌体最活跃的要素是含有一种有稳定遗传性的物质;20世纪40年代中期,科学家已测出噬菌体的大小和含有以蛋白质为外壳和以DNA为核心的化学本质。

      至此,人们对噬菌体的认识逐渐清晰、完整。

      噬菌体小档案

      中文名:噬菌体

      英文名:bacteriophage

      噬菌体也叫细菌的病毒。噬菌体是能溶解细菌的微生物,体积极小,比细菌小得多,大多数形似蝌蚪,由头尾两部分组成,需要侵入细菌体内才能够生长、繁殖,引起细菌溶解。这种病毒与动物病毒、植物病毒不同,它们只对细菌的细胞发生作用,所以是一种很小的但非常有用的病毒,凡是有细菌存在的地方,都有它们的行踪。因此,我们也可以把它们看做是细菌的天敌。某一种噬菌体只对相应的细菌起作用,因此可用以诊断和防治细菌性疾病。如:痢疾噬菌体仅对痢疾杆菌有作用,可用以防治细菌性疾病。

      人体的环保小卫士——白细胞。白细胞中的中性粒细胞和单核细胞的吞噬作用很强,它可以通过毛细血管的肉皮间隙,从血管内渗出,在组织间隙中游走。人体内的白细胞会吞噬侵入的细菌、病毒、寄生虫等病原体和一些坏死的组织碎片。

      11.微生物肥料——根瘤菌

      一个星期六的上午,小云到郊区的外婆家玩。恰巧舅舅在地里干活。小云就蹦蹦跳跳地跟着去了。舅舅他们都在地里干活,小云就在田地边上玩耍,不小心,她把一颗快要成熟的黄豆给拔出来了。小云惊奇地发现,黄豆根部长了一些小“肿瘤”。她心想黄豆可能“病了”,于是赶紧告诉舅舅他们。舅舅告诉小云这些小疙瘩是由于植物根部被根瘤菌侵入后形成的“肿瘤”。不过,这些“肿瘤”的存在不仅不会使植物生病,反而会不断地为植物提供营养。听舅舅这么一说,小云反而不明白了,她对舅舅说,细菌不是能让植物生病吗?现在怎么又说它不会让黄豆生病呢?舅舅告诉小云说,根瘤菌侵入豆科植物根部形成“肿瘤”后,虽然在根瘤中它们是依靠植物提供的营养来生活的,但同时它们也把空气中游离的氮气固定下来,转变成植物可以吸收利用的氨。这样,一个个小疙瘩就像是建在植物根部的一个个“小化肥厂”,因此也可以说根瘤菌与植物的关系是“相依为命”的,它们之间是“共生的关系”。根瘤菌固氮的最大优点是由于它们与植物的根系的“亲密接触”,使得固定下来的氮几乎能百分之百地被植物吸收,而不会跑到土壤中造成环境污染。

      现在,因为使用化肥存在着某些严重的缺点,因此人们都在大力研究和推广新型的“绿色”肥料——微生物肥料。简单地说,微生物肥料就是利用特定微生物来增加土壤肥力的微生物品,就如同黄豆根部的根瘤菌一样。微生物肥料又称细菌肥料或菌肥,这是因为其中涉及的微生物大部分都是细菌之故。

      除了根瘤菌这类与植物共生的固氮微生物外,在土壤中还存在如自生固氮菌、氮单孢菌、贝氏固氮菌、固氮螺菌等固氮细菌。不过,这些固氮微生物往往只固定仅够自身用的氮,比起根瘤菌来,就差远了。

      有的微生物能把土壤中难以溶解的含磷化合物分解成植物容易吸收的营养形式,还有的微生物分解土壤中的含钾矿石并富集钾元素,分解土壤中的动植物残体并为植物和其他微生物提供养分,分泌刺激和调控植物生长的物质,还有减轻植物病虫害等许多其他作用。

      12.微生物的药用价值

      1909年,德国苏云金的一家面粉加工厂中发生了一件怪事,本来一种叫地中海粉螟的幼虫每天都在仓库中到处飞舞,但后来不知什么原因,这种幼虫突然大量死亡。面粉厂的人觉得很奇怪,就把这些害病的地中海粉螟幼虫的尸体寄给生物学家贝尔林内。贝尔林内对此很感兴趣,他决定揭开粉螟幼虫死亡的秘密,以此造福人类。

      经过无数次努力,贝尔林内终于在1911年从虫尸中分离出来一种杆状细菌。他把这种菌涂在叶子上,将粉螟幼虫放到这些叶子上,等粉螟幼虫吃下这些叶子后,粉螟幼虫先是惶惶不安,过了两天后纷纷死去。这种细菌却生长旺盛,一天后,就可在细胞一端长成一个芽孢。芽孢就像一个结实的“蛋”,不仅可以“孵化”出下一代,而且还有一层厚厚的壁,能更好地抵抗像高温、干旱等一些不利的外界环境。4年以后,贝尔林内详细描述了这种微生物的特性,并给它命名为苏云金杆菌。他后来还发现,在细菌的芽孢形成后不久,会形成一些正方形或菱形的晶体,称为伴孢晶体。

      苏云金杆菌的发现,使人们自然想到利用它来给害虫制造“流行病”以杀灭害虫。由于化学农药的价格优势,苏云金杆菌长期未获得产业界的足够重视。

      直到今天,随着大量使用化学农药造成的严重环境污染日益突出,人们才重新认识用细菌防治害虫的生物防治方法的意义,苏云金杆菌重新走进了人们的视野。

      苏云金杆菌小档案

      中文名:苏云金杆菌

      英文名:Bacillusthuringiensis

      苏云金杆菌产生的对昆虫有致病作用的毒素有7种,即α-外毒素、β-外毒素、γ-外毒素、δ-内毒素、不稳定外毒素、水溶性毒素、鼠因子外毒素。苏云金杆菌杀死昆虫可由菌体本身的活动而引起,但是使害虫死亡的更主要的原因是菌体产生的毒素。这种毒素不仅能帮助细菌入侵,而且可使害虫在短时间内中毒身亡。

      科赫(1843—1910),德国细菌学家。1873—1881年,他经过研究发现了炭疽杆菌、伤寒杆菌、结核杆菌、霍乱弧菌等传染病菌,发明了细菌的固体培养技术、细菌染色法、用于诊断结核病的结核菌素和预防炭疽病、霍乱病的免疫接种法。因为他的杰出贡献,1905年,他被授予诺贝尔生理学和医学奖。

      13.巴氏灭菌法

      1864年,作为法国经济命脉的酿酒业正面临严峻的形势,很多葡萄酒、啤酒常常因变酸而被倒掉,造成了巨大的损失。酒商们叫苦不迭,有的甚至因此而破产。在这种危急时刻,拿破仑三世皇帝再也不能眼睁睁地看着这种巨大的损失继续发生下去了。他决定让着名的生物学家巴斯德想办法挽救这一损失,于是就要求巴斯德对这种威胁酿酒业的“疾病”开展调查和研究。为此,巴斯德到阿波斯的一个葡萄种植园去研究这个问题。

      根据在里尔研究时积累的经验,他很快找出了使葡萄酒变酸的罪魁祸首——杆菌。接下来的问题就是要想办法消灭这些杆菌,同时必须保证不破坏葡萄酒的风味。于是,他开始了实验。他把封闭的酒瓶放在铁丝篮子里,泡入水中加热到不同的温度,试图既杀死杆菌,又保持酒的口味。就这样,经过反复多次的试验,巴斯德终于找到了一个简便有效的方法:只要把酒放在60℃左右的环境里,保持半个小时,就可杀死酒中的杆菌。后来,巴斯德还把这种方法应用到防止其他酒类和牛奶变酸等领域,也取得了成功。

      这就是着名的“巴氏灭菌法”。这个方法至今仍在世界上被广泛使用。

      培养基的灭菌最常用的方法,是采用高压水蒸气对培养基进行加温,从而杀死其中的微生物,这称为蒸气灭菌或湿热灭菌。最常见的方式是在培养基配制好后,直接向发酵罐中通入高压水蒸气,将培养基加热到120℃左右,保持这一温度20分钟到半个小时,然后冷却。这样的灭菌方法称为间歇灭菌或实罐灭菌。

      自然界中有许多嗜热微生物生活在高温环境下,如在俄罗斯的堪察加的温泉里(水温57℃~90℃)存在着一种嗜热细菌——红色栖热菌(Thermustuber);在美国怀俄明州黄石国家公园内的热泉中,一种叫热容芽孢杆菌(Bacilluscaldolyticus)的细菌可在92℃~93℃的温度下生长,另外该细菌在试验室条件下还可在100℃~105℃下生长;1985年,生物学家在太平洋底部甚至还发现了可生长在250℃~300℃高温高压下的嗜热菌。

      14.霉菌有好有坏

      这天从早晨开始,小璐就不停地跑厕所,没办法,闹肚子。妈妈带她去医院检查。在仔细询问了昨天的饮食后,医生认为小璐是因为吃了发霉的食物而引起闹肚子的。

      小璐听医生这么一说,就问:“叔叔,那是不是细菌引起的?”

      医生笑着说:“对啊,那是一种霉菌。”

      “真讨厌。”小璐撅着嘴说。

      “可不能轻易下结论哟,霉菌不光有讨厌的一面,它也有好的一面呀。”医生笑了。

      看到小璐奇怪的样子,医生又告诉了小璐一些关于霉菌方面的知识。

      原来,霉菌对于人类有功也有过。诚然,有些霉菌会引起衣服、食物和物品的霉烂,使人和动植物得病。比如,小麦赤霉、水稻恶苗赤霉会引起小麦、水稻病害,毛霉引起养鳖场最怕的白斑病,黑根霉引起甘薯得软腐病,青霉引起柑橘得青霉病,等等。大家都有这样的经历:买来的橘子,时间放长了,橘子皮就烂了一块,周围还有绿色的一圈,上面竖立着许许多多绿绒毛,这是青霉在作怪。人们吃了这种腐烂的橘子以后,带苦味的毒素就会在消化道里引起不同程度的肠炎或胃炎。还有一种黄曲霉素,人、畜吃了后会引起肝癌等疾病。这种毒素要在摄氏280~300度才会被破坏,一般的煮或炒,是达不到这个温度的,因此发霉的花生和玉米一定不能吃。在这方面,历史上有一个鲜明的例子:很多年前,在英国的一个养殖场里有10万多只火鸡突然患病,几天内就死光了。一开始人们找不出病因。经过一年多的仔细调查才发现,原来罪魁祸首就是在这些火鸡的饲料——发霉的花生粉里找到的黄曲霉毒素。

      另一方面,如果我们能很好地利用霉菌,它也能给我们带来意想不到的好处。早在周代,有种专职的官员,就负责专门从黄色曲霉中取得一种黄色的液体,来染制皇后穿的黄色袍服。

      现在,霉菌被广泛运用于食品加工企业。例如,我们平时喜欢吃的豆腐乳就是在豆腐上接种了鲁氏毛霉而制成的。

      此外,霉菌还是发酵工业、医药工业的重要菌种。

      黄曲霉菌小档案

      中文名:黄曲霉

      英文名:Aspergillusflavuslink

      黄曲霉属半知菌亚门真菌,分生孢子梗直立粗糙,顶囊近球形至烧瓶状,它适宜在温度30℃、相对湿度85%的环境中生长。黄曲霉菌能产生黄曲霉毒素,黄曲霉及其毒素的产生受湿度、温度、籽粒状况、空气成分、微生物区系等多种因素影响。一般来说,相对湿度高于85%时毒素增加,常见于玉米中,如果玉米籽粒含水量低于16%时该霉菌不生长,17%时生长缓慢,18%~19%生长迅速。刚收获的玉米含水量20%~28%,气温处于20℃~30℃时,在48小时内即可产生毒素。

      很多人都喜欢吃花生,但在吃花生时也要注意安全。据研究,花生是最容易感染黄曲霉菌的农作物,而世界各国的科学家公认,黄曲霉菌毒素是迄今为止所发现的最强的致癌物,它的理化性质相当稳定,在人体内不能降解,只能沉积在肝细胞中。当黄曲霉菌毒素沉积量超过人体的耐受力,便会引起肝脏的损伤,甚至诱发肝癌。

      15.细菌也会“挑食”

      小强的爸爸是位微生物学家,平时小强总喜欢听爸爸讲一些关于微生物的知识。今天是周末,爸爸带小强出去玩了一上午,在路上,小强无意中从一张纸上发现什么“葡萄糖”之类的字样。

      爸爸灵机一动,就告诉小强说:“你平时就挑食,你可知道,细菌也喜欢‘挑食’啊?”

      “细菌‘挑食’?新鲜,爸爸你快说说是怎么回事?”小强迫不急待地问。爸爸笑笑,牵着小强到一处树荫下坐了下来,然后就告诉小强细菌是怎样“挑食”的。

      小强的爸爸是以大肠杆菌为例的。他讲道,大肠杆菌会“吃”葡萄糖,也会“吃”乳糖,但它有“挑食”的毛病。如果让它在同时含有这两种糖的培养基中生长,开始时它只“吃”葡萄糖,当葡萄糖吃完后它才“吃”乳糖。而且,这种习性还是代代相传的。

      大肠杆菌会有这种遗传性的“挑食”习惯,是因为它的特定的基因在作怪。

      大肠杆菌细胞中,与吸收、利用葡萄糖有关的酶类是与生俱来的,我们称这些与生俱来的酶为组成型酶;而与乳糖吸收、利用相关的酶却只有在培养基中有乳糖的情况下才会产生,所以称这一类酶为诱导酶。但是,如果培养基中同时含有葡萄糖和乳糖,大肠杆菌开始时还是不会产生与吸收、利用乳糖相关的酶,只有在吃完葡萄糖后,只剩下乳糖的情况下,这些酶才会产生。当然,这两类酶的基因在细胞中的存在,是不因培养基的组成而改变的。诱导酶是否产生的关键,在于环境条件是否适合这些基因的表达,或者说处在某种环境下的细胞是否需要这些酶的产生。

      听爸爸这么一讲,小强感到微生物世界真是太神奇了。他真希望自己长大后也能做个微生物学家,也能解决好多好多的问题。

      地下生物圈不只是大,而且还是与现今的生物观念完全不同的“另一个新世界”。与地表不同的特殊环境中生存的微生物,或许有具备现在尚不知道的特殊功能的微生物。现在已发现能分解原油及一部分农药的微生物、分解二氧化碳的微生物以及具有各式各样特殊功能的微生物。探索这些具有特殊功能的微生物,也是地下生物圈研究的目的之一。

      世界上最耐盐的植物是盐角草,它能耐0.5%~6.5%的盐度,而某些嗜盐菌远远超过这一极限。例如,着名的死海,盐度高达23%~26%,那里几乎没有动植物生长,却有少数几种细菌和藻类能很好地生存。另外,现在发现的某些嗜盐菌还可在饱和盐水中生长。
  • (责任编辑:中国历史网)
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