书城科普读物探究式科普丛书-显微镜下的微世界:微生物
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第10章 人类与微生物和谐相处(2)

在要脱蜡的石油产品中,石油酵母大吃特吃,如鱼得水,把石蜡一扫而光,同时自己也迅速繁殖起来。这样,人们既得到了高级航空汽油和柴油,又获得了大量的石油酵母,可以说是一本万利。

完成了脱蜡任务的石油酵母,个个含有丰富的维生素和蛋白质,白白胖胖,可以制成无毒高蛋白的精饲料,用于喂养家禽和家畜。

据说加喂一吨石油酵母饲料,可多生产700千克猪肉。科学家预测,石油酵母将来还可以作为色香俱全的人类食物!

9.水底气源——甲烷菌

在泥泞的沼泽或水草茂密的池塘里,生活着无数专爱“吹”气泡的小生命,这就是甲烷菌。

甲烷菌是地球上最古老的生命体。在地球诞生初期,死寂而缺氧的环境造就了首批性情随和的“生灵”——甲烷菌。它们不需要氧气便能呼吸,仅靠现成简单的碳酸盐、甲酸盐等物质便可以维持生命。它们具有生命实体——细胞,并开始自然繁殖。它们就是生物的鼻祖——甲烷菌。时至今日,地球几经沧桑,甲烷菌仍保持着厌氧本色,本性难移。当然,现代甲烷菌的“食物”来源更加广泛,杂草、树叶、秸秆,食堂里的残羹剩饭,动物粪尿,乃至垃圾等,都是甲烷菌的美味佳肴。沼泽和水草茂密的池塘底部极为缺氧,甲烷菌会躲在这里“饱餐”一顿之后,便舒心地呼出一口气来,这便是沼气泡。

沼气泡中充满沼气。沼气的主要成分是甲烷,另外还有氢气、二氧化碳、一氧化碳等。它是廉价的能源,清洁又方便,可用于点灯做饭;还是一种理想的气体燃料,可以代替汽油、柴油。

现在,开发利用新能源已成为世界性的紧迫问题,世界上大多数国家都在为燃料不足而发愁。而小小微生物却在解决能源危机的问题上作出了自己的贡献,为人类分忧。在国外,已有许多工厂使用沼气作为燃料来开动机器。我国也有不少地区特别是农村兴建了沼气池,人工培养微生物制取沼气。据估计,每立方米沼气池生产大约6000千卡的热量,可供一个马力的内燃机工作24小时;供一盏相当于60~100瓦电灯亮度的沼气灯照明五六个小时。还可以建成沼气发电站把生物能变成电能。

几乎所有的有机物都可以用做沼气发酵的原料,可以说,甲烷菌的食料非常广泛。沼气池则为甲烷菌提供了一个缺氧的环境。在这里,甲烷菌可以愉快地劳动,源源不断地产生沼气。一个年产2万吨酒精的工厂,如将全部酒精废液生产沼气,每年可得沼气1100万立方米,相当于9000吨煤。而且,被甲烷菌“吞嚼”过的残渣,肥效比一般农家肥还高,是庄稼的上等肥料。

10.灭虫勇士——苏云金杆菌

有一大批灭虫勇士生活在微生物王国中。千百年来,它们悄悄地帮助人类消灭害虫,保护庄稼。然而,直到近百年来,它们的功绩才逐渐被人们发现。

1911年,德国人贝尔奈在苏云金这个地方的一家面粉厂里,发现有一种寄生在昆虫体内的细菌,有很强的杀虫力。于是,人们称这种细菌为苏云金杆菌。

苏云金杆菌矮矮胖胖,长得像根棍棒,身高不到5‰毫米。当它长到一定阶段,身体一端会形成一个卵圆形的芽孢,这芽孢可以用来繁殖后代;另一端便产生一个菱形或近似正方形的结晶体,因为它与芽孢相伴而生,有很强的毒性,我们叫它伴孢晶体。当害虫咬嚼庄稼时,同时把苏云金杆菌吃进肚子,在害虫的肚子里大显威风,就像孙悟空钻进铁扇公主的肚子里去一样。它的伴孢晶体含有的内毒素可以破坏害虫的消化道,引起食欲减退、行动迟缓、呕吐、腹泻;而芽孢能通过破损的消化道进入血液,在血液中大量繁殖而造成败血症,最终使害虫丧命。

苏云金杆菌的发现,为人们利用微生物消灭植物病虫害提供了美好的前景。现在,人们已经用发酵罐大规模地生产苏云金杆菌,经过过滤、干燥等过程制成粉剂或可湿剂、液剂,喷洒到庄稼上,对棉铃虫、菜青虫、松毛虫、毒蛾,以及玉米螟、三化螟、高粱螟等100多种害虫有不同的致病和毒杀作用。

11.美味佳肴——食用真菌

在家庭餐桌上,我们经常可以吃到味美可口的食用菌如蘑菇、香菇等,这都是微生物对人类的奉献。

我国人民很早就懂得食用菌的栽培,早在两三千年前就已把菇菌作为珍贵的食用菌了。食用菌类一般都是高等真菌的子实体,在我国发现的不下350多种中,常见的有蘑菇、草菇、香菇、平菇、凤尾菇、黑木耳、金针菇、松口蘑、竹荪、牛肝菌、羊肚菌等多种。这些食用菌味道鲜美,含有丰富的蛋白质、糖、脂肪、维生素、矿物质等营养成分,营养极为丰富。而且某些食用菌能抑制肿瘤的发生和发展,对动植物病毒性疾病有免疫或抑制作用,并能溶解一定量的胆固醇,所以被人们称为“保健食品”。

以前,山林、草地、田野是这些食用真菌的野生地。在潮湿的林地上,随便捡起一块潮湿的朽木或几片腐叶,不用放大镜也能看见许多丝状物,这常常就是它们的菌丝体。发育良好的菌丝,能钻进木材、落叶的组织里,吸取养料。

在蘑菇、香菇等的菌丝体上,会长出子实体,像一把漂亮的“小伞”。子实体上面是平整的,而下面密生着许多叫菌褶的薄膜,长着能繁殖后代的担子或担孢子,能随风飞散,到它们喜欢的地方去“安家”。现在,人们已经掌握了它们的生长发育习性,可以采用人工栽培的方法,大量生产了。

高等真菌中的许多菌类可以作为药用。例如有补中、固肾、补肺、益脾、止血作用的灵芝,滋阴、补肾、强精、润肺、补血提神的银耳,滋补、退热、利尿、消肿、助消化的茯苓。还有对消化道肿瘤有较好疗效,又可治消化不良、神经衰弱等慢性疾病的猴头,可以做止血外敷药的马勃等。

琳琅满目、奇妙诱人的真菌大家族中,蕴藏着丰富的资源,等待科学家去开发和利用。

12.新颖食品——单细胞蛋白

20世纪八九十年代,一种引人注目的新食品出现在中国的市场上。它们的样子很像鸡肉、鱼肉或猪肉,但却不是农家耕种收获的五谷杂粮,也不是饲养的畜禽制品,而是用微生物生产的微生物蛋白制成的,有人称它为“人造肉”。

一切有生命的地方都有蛋白质,蛋白质是生命活动的基础,微生物当然也不例外。不过,到目前为止,能够担当生产微生物蛋白的菌种还不多,主要是一些不会引起疾病的细菌、酵母和微型藻类。

因为它们的结构非常简单,一个个体就是一个细胞,所以这样的蛋白又叫单细胞蛋白。

在生产单细胞蛋白的工厂里,有一些大小不等的发酵罐,这是人们为微生物安排的最适宜的居住环境。这些罐里存放着适合不同种类微生物“胃口”的食料,保证它们在这里能吃饱喝足,迅速繁殖。

当发酵罐里的微生物繁殖到足够数量时,便可收集起来加工利用了。

单细胞蛋白的营养价值很高,它的蛋白质含量可高达40%~80%,远远超过一般的动植物食品。而且单细胞蛋白质里有几种在一般粮食里缺少的氨基酸。它们的氨基酸种类比较齐全,粮食里缺少的氨基酸在单细胞蛋白里大量存在。另外,单细胞蛋白还含有多种维生素,这也是一般食物比不上的。现在人们用它加上相应的调味品做成鸡、鱼、猪肉的代用品,不仅外形相象,而且味道鲜美,营养也不亚于天然的鱼肉制品;用它掺和在饼干、饲料、奶制品中,则能提高这些传统食品的营养价值。在畜禽的饲料中,只要添加3%~10%的单细胞蛋白便能大大提高饲料的营养价值和利用率,用来养鸡能多产蛋,用来喂猪可增加瘦肉率,用来饲养奶牛还可以提高产奶量。在井冈霉素、肌苷、抗菌素等发酵工业生产中,它又可代替粮食原料。由此可见,单细胞蛋白用途广泛,前程远大。

目前,粮食和饲料不足的情况日益严重,因为世界人口不断地增长。面对这一严峻的现实,开发利用单细胞蛋白已成为许多国家增产粮食的新途径。如果以蛋白质含量计算,1千克单细胞蛋白相当于1千克~1.5千克的大豆。

建立一座5~100吨发酵罐的工厂,可以年产5000吨单细胞蛋白,相当于5万亩耕地上种植大豆的产量。

在现代科学技术培育下,也许用不了多久,用单细胞蛋白制成的饭菜,就会出现在你家的餐桌上了。单细胞蛋白的生产正在向人们展示美好的前景。

13.绿色能源——乙醇

我们通常说的酒精就是乙醇。纯乙醇很容易燃烧,它的沸点是78.5℃。在世界面临能源危机的今天,开发利用乙醇作为动力燃料,正受到人们越来越多的关注。有的国家把乙醇掺进汽油里混合使用,效率甚至比单用汽油还高。

这种油称为醇汽油。产糖量居世界第一的巴西,完全用乙醇发动汽车,目前,这些使用乙醇作燃料动力的汽车,已经在圣保罗的大街上奔驰了。

大名鼎鼎的酵母菌是生产乙醇的主角。在缺氧的条件下,它能够开动体内的一套特殊装置——酶系统,把碳水化合物转变成乙醇。近些年来人们又陆续发现,微生物王国中能够制造乙醇的菌种还不少。比如有一种叫酵单孢菌的,它的本领比酵母菌还高,不仅发酵速度快,生产效率高,而且能更充分地利用原料,产出的乙醇要比酵母菌高出8倍多,成为更为理想的乙醇制造者。

在相当长的一段时间里,甘蔗、甜菜、甜高粱等糖料作物和木薯、马铃薯、玉米等淀粉作物是微生物用来生产乙醇的主要原料。现在人们找到了一种廉价的原料,这就是纤维素。

纤维素在自然界里大量存在,它也是碳水化合物,而且,许多绿色植物及其副产品,如树枝树叶、稻草糠壳等,几乎有一半成分是纤维素,用它们作原料可以说是取之不尽,用之不竭。

当然,用纤维素作原料对酵母菌来说,将产生极大的困难,也就是说很难施展它的发酵本领。不过,从牛、羊等牲畜所以能吸收纤维素的研究中,人们早就发现,微生物中的球菌、杆菌、粘菌和一些真菌、放线菌,会分泌出一种能催化纤维素分解的酶,叫纤维素酶。用这种纤维素酶先把纤维素分解成单个葡萄糖分子,然后酵母菌就能把葡萄糖发酵变成乙醇了。更令人赞叹不已的是,有一种叫嗜热梭菌的微生物,它们居然能一边“吃”纤维素,一边就“拉”出乙醇来,这样就更简单了。在日本和韩国等地,利用木霉和酵母菌协同作战,也成功地用纤维素生产出了乙醇。

微生物利用纤维素作原料生产乙醇,为乙醇登上新能源的宝座铺平了道路。有人把乙醇称为“绿色的汽油”,因为这些原料都来自绿色植物。

14.吃汞大亨——假单孢杆菌

20世纪50年代初,日本水俣地区发生了一种病,这种病非常奇怪。患者开始感到手脚发麻,接着听觉视觉逐渐衰退,最后神经失常,身体像弓一样弯曲变形,痛苦而死。人们按地名把它称为“水俣病”,因为当时谁也搞不清楚这是什么病。经过医学工作者几年的努力,这个怪病的谜底终于揭开了:原来当地工厂排出的含汞废水污染了水俣湾,使那里的鱼虾含汞量大大增加,人吃了这些鱼虾后,汞也随之进入人体。当汞在人体内的含量积累到一定程度时,就会严重地破坏人的大脑和神经系统,产生可怕的中毒症状,直到致人死亡。

人们曾试图用物理的方法和化学的方法来制服汞化物,但效果都不太理想,因为汞化合物是一种极难对付的污染物。最后,还是请来了神通广大的微生物。

在微生物王国里生长着一批专吃汞的勇士,例如有一种名叫假单孢杆菌的,就是一员骁将。它们到了含汞的废水中,不但安然无恙,而且还能把汞吃到肚子里,经过体内的一套特殊的酶系统,把汞离子转化成金属汞。这样,既能达到污水净化的目的,人们还可以想办法把它们体内的金属汞回收利用,可谓一举两得。