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第20章 W

微生物可分解塑料

1991年,日本的科研人员研制成一种可由微生物分解的热塑性塑料。这是用小麦中所含的蛋白质即面筋做原料,再添加甘油、尿素等,混合后干燥热压而成的。这种塑料袋埋在土里4个星期,即可分解为无公害物质,渗入土壤。荷兰的医学科技人员,用一种可分解塑料,代替不锈钢来固定折断的骨头。塑料紧固件植入人体后,经过大约两年,便会自动分解成二氧化碳和水,被人体细胞吸收。这样就不必通过二次手术取出紧固件,从而大大减轻了病人的痛苦。

微生物的代谢旺盛

微生物虽然很小,但胃口”大“,能”吃“会”拉“,代谢旺盛,素有活的”化工厂“之称。微生物的代谢强度比高等动物的代谢强度高几千倍到几万倍。例如一千克酒精酵母一天能分解几千千克糖类,使它们变成酒精。

微生物的适应性强

微生物的适应性强,能在严酷的外界环境中随机应变,保存自己。例如,肺炎双球菌有荚膜,可以抵抗白细胞的吞噬。再如细菌的芽孢、放线菌的分生孢子,真菌的各种孢子,更能抵抗外界不良环境的侵害,一般能成活几年甚至几千年。我们可以利用这个特点保藏菌种,诱变菌种,改变微生物的遗传特性和代谢途径。

微生物的易培养性

微生物对营养要求一般都不高,农副产品、工厂下脚料都可以用来培养微生物。沼气发生池就是利用粪便、草木纤维等生产沼气的。大多数微生物的反应条件温和,能在常温常压下生长繁殖,不需要昂贵的设备,这比用化学法生产化工原料要优越得多。微生物培养不受季节、气候影响,因而能长年累月地进行工业化生产。

微生物的开发与利用

当微生物的存在有害时,人们想尽各种办法来消灭它们。然而在许多情况下,微生物的存在是有益的,这时人们又绞尽脑汁来培养它们。由于利用的目的不同,有时要求微生物长得快,有时则要求微生物繁殖快,有时只需要某一种微生物生长,不让其他种类生长。所以在培养微生物的方法上,也是各式各样的。为此,人们不知付出了多少心血。

现代科技已能把固氮的微生物进行人工培养,并获得大量的活菌体,然后可以将它们进行施播。这就是最近迅速发展的细菌肥料。

许多微生物的菌体中都含有丰富的营养物质。石油酵母菌中含有50%左右的蛋白质。有的细菌的蛋白质含量超过大豆而类似于鱼肉。石油蛋白组成与动物蛋白很相似,有的菌体中还含有动植物几乎没有的维生素B12。经测定,石油蛋白的消化率可达80%~90%,食用是完全可以的。从这些菌体中获得的能量可与面包相比。因此,开发、利用微生物作为粮食来源,在蛋白质营养方面与动植物相比并不逊色。

微生物电池

煤炭、石油、天然气,是当前人类生活中的主要能源。随着人类社会的发展和生活水平的提高,需要消耗的能量日益增多。可是这些大自然恩赐的能源物质是通过千万年的地壳变化而逐渐积累起来的,数量虽多,但毕竟有限。因此,人们终将面临能源危机的一天。

电池有很多种类,燃料电池是这个家族中的后起之秀。一般电池是由正极、负极、电解质三部分构成,燃料电池也是这样:让燃料在负极的一头发生化学反应,失去电子;让氧化剂在正极的一头发生反应,得到从负极经过导线跑过来的电子。同普通电池一样,这时候导线里就有电流通过。

燃料电池可以用氢、甲醇、甲醛、甲烷、乙烷等作燃料,以氧气、空气、双氧水等为氧化剂。现在我们可以利用微生物的生命活动产生的所谓”电极活性物质“作为电池燃料,然后通过类似于燃料电池的办法,把化学能转换成电能,成为微生物电池。

尽管微生物电池还处在试验研究的阶段,但它预示着不久的将来,将给人类提供更多的能源。

微生物解毒

20世纪50~60年代,甲苯汞是用作稻田的有效的农药,后来发现,其毒性是导致人患水俣病的祸根,成了公害。日本科学家已找到了一种能分解有机汞的假单胞微生物。它可以将这种有机汞分解成苯和金属汞,金属汞大部分挥发到空气中,少量沉淀到试验容器底部。研究人员将这种微生物基因植入具有传播性能的药剂质体上,广泛喷施到有毒的田地水域,抗汞的质体使其他微生物也具有了解汞毒的性能,从而降低了汞毒危害。

微生物细胞融合

微生物的细胞融合,需要先将细胞壁溶解后,由原生质体进行融合。在微生物中,通过原生质体融合技术的处理可以培育出新的菌种。一些具有亲代双重有用特性的优良菌株已经培育成功,如生产药用的链霉素新菌种,发酵和糖化性能齐备的酵母新菌种等。

微生物的作用

微生物——细菌是大地的清洁工,地球上每时每刻都有数不尽的有机体死亡,其中只有不到10%的落叶及1%以下的死树被动物吃掉,剩余部分就成为真菌或细菌的食物。如果没有这些真菌和细菌,特别是人们常说的腐生细菌,那么,动物不能消化的物质会不断堆积,长此以往,地球就可能被死去的动植物的尸体垃圾所堆满,人和其他生物体就没有存身之地。以食草为主的多细胞动物不易消化纤维素,即使像牛和白蚁这些专门以富含纤维素的草木为食物的动物,也只能靠生活在消化道内的无数细菌才能将纤维素分解。人类对微生物的认识,是从有了显微镜以后才真正开始的,这时人们清楚地看见了这些微小的生命。法国医生巴斯德发现病原菌后,人们把细菌和传染病联系起来,以至于普通人说起细菌就认为是致病而有害的细菌。实际上,病菌只占全部细菌的一小部分。

微生物的繁殖

微生物的繁殖速度快得惊人。细菌每隔20分钟即可分裂一次,一天时间内即可繁殖72代,如果一个不死,总数将达到4722吨。假如再这样繁殖4~5天,它们就会形成跟地球同样重量的物体。当然不会出现这种情况,因为影响细菌繁殖的各种因素随时都在起作用。微生物这种惊人的繁殖速度,使我们可以在短时间获得大量菌体。用酵母生产单细胞蛋白质,每隔8~12小时就可以收获一次。

微生物的食性

微生物”食“性很杂,几乎什么都吃,如蛋白质、脂肪、糖类以及无机盐,甚至有些不能被动植物利用的物质,如纤维素、石油、塑料,以至有毒物质,微生物也有办法分解它们。这样,人们就可以用微生物来开展综合利用,化废为宝。

微生物的分布

微生物在自然界中的分布极广泛,是任何动植物所无法相比的。上至几万米高空,下至几千米深的海底,热达300℃的温泉,冷至-80℃的极地,都可以找到它们的踪迹。微生物大量存在的地方是土壤,那里是微生物的一统天下,在1克肥沃的土壤中有几十亿个微生物。

微生物的培养方法

1905年,德国微生物学家科赫因对结核杆菌和结核菌素的研究取得重大成就而荣获诺贝尔奖金。他发明固体培养基,用它分离培养细菌,创造细菌的纯粹培养法。他又改进细菌染色法,为研究细菌的形态和结构创造有利条件。荷兰科学家E.C.翰逊教授研究使啤酒发酵的酵母,创造单细胞的纯粹培养法。以后,又有人采用纯粹培养法选择适当酵母,用于啤酒的工业生产,为纯粹培养法在工业发酵上的应用开辟了道路。翰逊的学生哈斯发现,当时用的由明胶制成的固体培养基很容易发生液化现象,使用时有困难。哈斯的妻子建议用琼脂代替明胶,获得了较好的效果。这种琼脂培养基被后人采用,一直沿用到今天。后来又有人创造一种培养皿,可供微生物平板分离用。从此以后,分离出的微生物日益增多,新的微生物不断被发现。这样,可供工业用的微生物也日益充实起来,一支微生物生力军异军突起。

微生物采矿

微生物几乎都能和金属发生一定作用,恰当地利用这种作用可以取得相当可观的经济效益,因此逐渐受到企业界的重视。目前主要应用在从矿石中浸滤金属或浓缩废液中所含的微量金属两个方面。现在,美国已大规模地利用细菌浸滤法从废弃的原料中回收铜,据推算,美国利用这种方法生产的铜约占总生产量的11.5%~15%。浸滤是用大量的水(一般为数百吨)在矿石间循环,使生息在岩石间的细菌浸提出金属。机理有两种,一是细菌直接与矿石作用,提取金属;二是细菌产生亚铁及硫酸之类的物质,利用这些物质提取金属。在铀矿山应用细菌浸滤法,有可能从已无法开采的铀矿中采铀。使含有细菌的水通过地下矿脉渗透到竖井中,然后用泵把溶有铀的水提升到地面回收铀。这种方法称为”地下溶解冶炼“,已经在加拿大应用。使用这种方法可以大幅度减轻对地面风景及建筑物的破坏,有利于保护环境。另外,使用这种方法虽然比采矿石花费的时间长,但由于不需要破碎矿石的机械操作,操作系统比较简单,因此需要的经费也少,特别对矿脉深、品位低的矿山更有利。

维生素类补药

每个人的肌体都不一样,因此维生素对每个人的作用也各不相同。认为服用一种维生素会对每个人都产生同样的效果,这只是幻想。人体不是个数学等式,而是个充满秘密的生物化学”原始森林“。1996年年初,美国国立癌症研究所揭示了人们经常服用的胡萝卜素的真实面目。科学家们经过调查认为,服用胡萝卜素和维生素E并不能增强抗癌力。令人惊讶的是服用这类药物的人更容易受癌症的危害。服用维生素的人的死亡率比不服用的高13%。

众所周知,维生素C可以增加人体铁的摄入量。因此,得出结论认为,服用钙的人也应该服用维生素C,以求体内铁的平衡。这样做对吗?从理论上说是有道理的,但是没有能找出确切答案。这是个没有头的盘旋路,实际上不可能人为地控制人体的新陈代谢。

微生物工程

微生物工程又叫发酵工程。发酵是微生物特有的作用,在几千年前就被人类认识了,并且用来制造酒、面包。微生物工程,是大规模发酵生产工艺的总称,就是利用微生物发酵作用,通过现代工程技术手段来生产有用物质,或者把微生物直接应用于生物反应器的技术。它是在发酵工艺基础上吸收基因工程、细胞工程和酶工程以及其他技术的成果而形成的。

发酵工程跟化学工业、医药、食品、能源、环境保护和农牧业等许多领域关系密切,对它的开发有很大的经济效益。DNA重组技术和生物反应器(装有固定化酶的容器),能进行生物化学合成,是生物工程中的两大支柱。从工业规模生产这一点看,生物反应器尤其重要。因为只有通过微生物发酵,才能形成新的产业。

微生物食品

微生物都是核酸和蛋白质的实体,大多是单细胞,用发酵法生产这些单细胞微生物就可以得到极为丰富的单细胞蛋白。微生物的繁殖速度惊人,一头体重500千克的牛,每天只能合成0.5千克的蛋白质。而500千克的活菌体,只要有合适的条件,在24小时内能够生产1250千克的单细胞蛋白质。

胃动力学

胃动力学就是对胃的生理和病理情况下所产生的运动加以研究和检测。正常情况下,人们吃进的食物进入胃后,胃体扩张以便容纳食物,同时开始有节奏地蠕动。蠕动波从胃体开始,向幽门方向推进。这种蠕动将食物混合并磨碎,并将食物自幽门部送入十二指肠,这一现象叫胃的排空。胃内容物的排空,主要是通过胃窦和幽门的作用。胃动力学可以通过研究不同的疾病给胃带来不同的变化,从中找出规律,指导疾病的诊断和治疗。目前国内采用较多的是电极测压法,即利用电极收集食管、胃内压力的变化,以达到指导治疗胃病的目的。

无孔不入的传染病菌

传染病菌的种类虽然很多,但为非作歹的手段却大致相同:一是产生各种酶溶解寄主细胞,突破动植物体的表面”防线“;二是施放内、外毒素毒害机体。它们侵犯人体的途径主要有三条:病菌的传染,首先,病从口入。引起痢疾、霍乱、伤寒、传染性肝炎及小儿麻痹症等疾病的病菌,都是从口腔侵入人体的。苍蝇、脏手、不清洁的餐具和变质、被污染的食品,都为这类传染病菌提供了可乘之机。其次,病从鼻入。再次,创伤感染。传染病菌还能从****和生殖器官进入人体。有些传染病菌甚至能”多管齐下“,从各个门户同时进犯人体。当今来势凶猛、对人类构成巨大威胁的艾滋病,它的病菌便可从人的口腔、生殖器官和皮肤伤口分别介入,不仅使患者很快痛苦地死去,而且还会传染给后代。

无融合生殖

有性生殖和无性生殖是植物的两种基本生殖方式。有性生殖是经过雌、雄性细胞融合而发育成合子胚或种子,并用种子繁殖后代的,如小麦、水稻、玉米的繁殖。无性生殖是不经过雌、雄性细胞融合而直接用营养体细胞繁殖后代,如甘蔗、土豆的繁殖。无融合生殖是无性胚或无性种子的生殖,是不经过雌、雄性细胞融合直接由营养体细胞或未进行减数分裂的大孢子母细胞发育成的无性胚或无性种子,这种无性胚或无性种子具有保持杂合性的特点,因而能够固定杂种优势。这样,把不经过两性细胞融合,仅用无性胚或无性种子繁殖后代的过程称为无融合生殖。

用无融合生殖的方法固定农作物品种间、亚种间、种间杂种优势的育种方法,是育种的一个新途径。用无融合生殖方法固定水稻杂种优势,选育不要年年制种又可多代利用的杂交水稻品种,对解决人口增长与粮食生产之间的矛盾有重要意义。

乌贼与抗癌

日本青森县产业技术开发中心和弘前大学医学系等单位共同研究发现,常被人们扔掉的乌贼墨液中具有抗癌物质。

这种抗癌物质是由糖、蛋白质以及脂肪等组合而成,被称为复合糖质。

实验中对30只老鼠接种了癌细胞。然后给其中15只服用了三次这种物质,每次万分之二克。结果表明,没有服用这种物质的15只老鼠在20天之内死亡。而服用了这种物质的15只老鼠中,9只老鼠治愈。死亡的6只老鼠中的5只虽因癌细胞而死,但却出现了延长寿命的效果。而且在实验中没有发现副作用。该小组认为,复合糖质不能直接作用于癌细胞,它可使活体防御机能之一的巨噬细胞的作用增强,提高免疫力,从而杀死癌细胞。

外周血干细胞移植

干细胞由骨髓大量生成,其中少量的干细胞被释放到血液中,这就是外周血干细胞(PBSC)。通过使用一种叫做Filgrastim的药物(重组人粒细胞集落刺激因子),我们能够增加释放到血液中的干细胞数量,从而有可能直接从血液中采集到干细胞移植所需要的足量的干细胞。

豌豆与遗传规律

孟德尔发现,豌豆是闭花授粉的植物,由于长期的闭花授粉,保证了豌豆的纯洁性,也就是说,一个开红花的豌豆品种,后代也开红花,高杆的豌豆后代也绝对不会出现矮杆的;在豌豆中,红花与白花、高杆与矮杆、圆粒与皱粒是那样泾渭分明。这些泾渭分明的一对一对的豌豆花色、粒形等称为相对性状。正是由于豌豆的遗传相对性状泾渭分明,而闭花授粉的特点,又使它们的遗传相对性状十分稳定,用具有这样特点的植物作研究,很容易观察到受异种花粉影响的效果。豌豆虽然是闭花植物,但花形比较大,用人工的办法拔除豌豆花中的雄蕊,给雌花送上花粉是容易办到的。

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