第三卷 微生物家族(2)(3 / 3)

20世紀70年代,我國開始對鳥苷酸、肌苷酸等鮮味物質進行研究,現在也製成了""特鮮味精""供應市場需要。

核酸在生物體的遺傳和蛋白質合成方麵有重要作用。最近,科學家對老年人營養進行大量研究,發現核酸具有增強體質、延年益壽的功能。20世紀70年代開始,一些國家大量生產核酸,用做保健食品的添加劑。在膳食中適當增加核酸類物質,可以延緩衰老的速度。核酸被稱為""葆春食品""。

酸酸還用來製造洗滌劑、化妝品、美容霜等的添加劑,促進皮膚的蛋白質合成,滋潤皮膚,消除皺紋,促進代謝,延緩衰老。

人們發現了核苷抗生素以後,核酸衍生物已成為一類新類的生化藥物,有的已臨床應用。它將成為治療冠心病、病毒性疾病的主要藥物,也將成為寄生蟲病、性病和熱帶病的有效藥物,還有可能成為糖尿病、過敏、氣管病、抗凝血、牛皮癬的治療藥物,以及防止休克和控製癌症的藥物。

核酸是在工廠發酵生產出來的。製取的方法,一種是用糖質原料經過發酵,直接生產;另一種是用糖質原料經過發酵生產出酵母,再從酵母中提取。

我國有豐富的糖蜜(製糖工業下腳料)資源,如果采用高產核酸酵母科研成果,進行工廠化生產,將會加快核酸工業的發展。

細菌·電池·冶金

微生物同人類生活的關係密切,它們有著許多意想不到的妙用。

細菌可以用來發電和冶金。倫敦的一所大學發明了一種細菌電池,這種生物燃料電池能把化學能轉化為電能。

在生物燃料電池裏,電子是由生活在陽極裏的細菌經生化反應而產生的。當細菌消化碳水化合物後,就能產生電子。通常,細菌和利用電子來維持生長。英國學者發現,如果將一種叫做硫堇的化學物同細菌放在一起,它會從細菌那裏奪取電子,把它送到陽極的導體(電線)上。細菌很快會死去,電池裏必須經常加進新的細菌,才能持久有電。每加一次細菌,可維持3個月左右。細菌的食料是食品加工廠和汙物處理廠的廢料,成本極低,用它可以生產出廉價的電來。這種細菌電池在偏僻地區是一種理想的電源。

日本東京工業大學教授鈴木周一曾做了一個試驗:將氫生產菌用瓊脂包上,然後投進裝有200毫升糖溶液的罐裏,奇跡出現了,糖溶液在細菌的作用下,每分鍾可生產600毫升的氫氣,連續生產了7個小時。這個數量相當於所用糖裏含有氫的26%。

在實驗過程中,糖被分解為氫、二氧化碳和有機酸。鈴木為了再進一步把含在有機酸中的氫提取出來,就用陽光照射有機酸,使它發生光化學反應,然後再用能把物質分解為氫的光合細菌作用於有機酸,結果成功地提取出44%的氫。再把氫通到磷酸燃料電池裏去進行能量交換,就持續地得到10~12瓦的電。

幼苗冶金,是現代工業發展中的一項新技術。我國在宋代就已經利用氧化硫鐵杆菌來煉鋼了。

在美國,細菌能幫助人們從貧礦中開發銅。把礦石堆放在人工挖掘的坑中,讓硫細菌將硫銅礦中的硫變成硫酸,再使銅變成硫酸銅。然後,人們再用硫酸銅來提煉銅。這比直接從銅礦石中提煉銅方便多了。

美國各礦業公司對一些細菌進行試驗,發現它們能""吃""鎂、錳、鐵、鈷、鎳和銅等金屬。

原子能工業的主要原料是鈾。可是,地球上的鈾分布太散了,人們得從貧礦中取得鈾。20世紀50年代,礦工們已經知道從鈾礦廢石堆流出的酸性溶液中可以回收鈾。後來,科學家發現,這些廢液之所以能生產鈾,主要是裏麵生活著一生中氧化鐵硫杆菌,當它侵蝕鈾礦中的黃鐵礦時,會產生硫酸和硫酸鐵。在這一化學過程中,細菌由此而獲得大量繁殖所需的能量。而酸性的硫酸鐵溶液能從鈾礦中浸出鈾。人們收集浸液,就可從中提取鈾。

現在,許多國家建設了細菌提鈿工廠,利用一種裝礦石的圓柱形容器--細菌氧化柱、浸出柱等提鈾,來代替用天然的露天礦石提鈾。

日本宮崎醫科大學化學研究室,成功地利用鏈黴菌、放線菌從海水中提到了鈾。

地下的""氮肥工廠""

地球上的氮很多。然而,氮氣不能溶於水,要經過化學變化才能使植物吸收。大自然中的閃電,能夠觸發這種氮元素的化學變化,使它變成滋養植物的肥料。

植物能不能直接從空氣中吸取氮呢?大自然中有些植物如苜蓿、扁豆、豌豆、大豆等,都能夠直接吸收空氣裏的氮,然後把它轉交給土壤。

為什麼大豆等作物具有這種特別的本領呢?原來,這些植物的根部長著許許多多的""小瘤球"",叫做""根瘤""。每顆大豆的根瘤,就像一個小小的""氮肥工廠""。這個""工廠""裏有許多""工人""--根瘤菌,它們特別喜歡大豆根部分泌的糖分。根瘤菌從空氣裏吸收氮氣,變成大豆能夠利用的含氮養分,自己耗用1/3左右,其餘全都供應給大豆,使大豆更好地生長。大豆也將自己葉子製造的糖分等,供給根瘤菌,讓它們一起更好地繁殖。

根瘤瘤有個怪脾氣,不同種類的根瘤菌要與不同的豆科植物共生,專一性很強。豌豆根瘤菌隻能跟豌豆、蠶豆共生一起,而大豆根瘤菌隻能同大豆共生一起。

新種植的大豆,由於土壤中缺少合適的根瘤菌,人們就人工接種大豆根瘤菌,使大豆根結瘤多,固氮也多,大豆的蛋白質含量提高6%,產量增加一二成。

固氮菌中的根瘤菌是一種共生菌。另有一種自生固氮菌,它同共生菌完全不同,喜歡孤獨地生活在水裏或土壤中,不跟作物合作,完全靠自己從空氣中直接吸收氮素製製造肥料,供給作物需要。

化學家經過長期研究和試驗發現,氮同氧化合成氮的氧化物,固氮菌並沒有起什麼作用,而氮同氫化合成氮氫化合物--氨時,固氮菌卻起著重要的作用。這一發現揭開了固氮菌的固氮之謎。

科學研究證明,每公頃大豆一年中從空氣中固定氮素100多千克,相當於500多千克硫酸銨肥料。而自生固氮菌一年中也可固定20多千克的氮,相當於100千克的硫酸銨。

這真是一個奇妙的氮肥工廠。這億萬個看不見的""勞動者"",在地下無聲無息地製造著氮肥。可惜,這個地下工廠工作進行得很慢,得花上好幾年。

現在,人們已經能培養各種共生和自生固氮菌,製成各種細菌肥料,應用於農業和平,使作物豐收。

從1888年歐洲第一次成功地分離出固氮菌以來,人們對固氮菌的研究已有100多年的曆史。目前,隨著遺傳工程興起,科學家希望能將固氮菌的固氮基因轉移到植物的細胞中去,使植物本身具有固氮能力。

可是,過去已發現的固氮菌,在生物分類上都屬真細菌類,它們的細胞都沒有細胞核結構,是一種較低等的生物。而植物的細胞是有核結構的,是一種較高級的生物群,叫真核生物。實驗證明,這些固氮菌的固氮基因隻能在真細菌細胞間轉移,表現得十分專一。

英國的《自然》雜誌載文說,能使腐敗植物產生沼氣的奧氏甲烷杆菌,是一種新發現的固氮菌,同過去發現的固氮菌屬於不同的生物群,有不同的核糖體結構。

這種甲烷固氮菌是一類古細菌,它的代謝形式特別適合於地球生命早期所存在的環境,細胞核結構原始而不完整,在某些最根本的構造上同真細菌類和真核生物有著明顯差異。可是,甲烷固氮菌的DNA的片斷結構卻同真核生物的DNA類似,它的細菌結構介於真細菌與真核生物之間。

甲烷固氮菌的發現,突破了固氮菌隻在真細菌細胞中轉移的界限,科學家希望能夠將固氮基因直接轉移到植物中。1981年,美國威斯康星大學的農學家已研究出一種遺傳工程法,把一種植物品種裏的基因轉移到另一種植物品種上,為植物品種的重大改良開辟了道路。農學家把取自菜豆籽的一個基因轉移到根瘤菌細胞體內,再將根瘤菌體內的菜豆基因傳播給向日葵細胞,誕生了具有特殊功能的新品種""向日豆""。它奇妙地繼承了豆科植物的固氮本領。

第四章 消菌殺毒

""天寒地凍""防細菌

冷凍保存食品是我們生活和生產中經常使用的方法,家庭使用的冰箱、冰櫃,工廠使用的冷庫、冷藏車、冷藏船等,都是為有效保存食品,防止微生物汙染而設製的。那麼,為什麼低溫會抑製微生物生長呢?

微生物和其他生物一樣,生長時需要一定的溫度,過熱過冷它們都受不了,最適合它們生長的溫度叫最適溫度。由於微生物的種類各不相同,因此它們的最適溫度也高低不同,如細菌的最適溫度為37℃,黴菌則為28℃。當我們用低一這樣的溫度來處理它們時,它們的新陳代謝過程自然會受到影響。如果用低溫處理,它們的代謝活動就減弱,甚至停止。這樣就抑製了微生物的生長繁殖,防止了它們的腐敗作用。

當然,不同種類的微生物對寒冷的抵禦能力也各不相同。腦膜炎雙球菌、流感病毒在接近零度時容易死亡。酵母菌則在零下130℃時還能活一天。而細菌的芽孢和黴菌的孢子,在零下190℃的溫度下還能活半年。白喉杆菌則更不怕寒冷,即使在零下250℃也安然無恙。同時,大多數微生物對低溫都有較強的抵禦能力。因此,冷凍盡管可以長期保存食物,但食物中的微生物並沒有死去,一旦溫度回升,他們仍然可以繼續生長繁殖。也正是因為它們有這樣的特點,一些在工農業生產中有益的菌種也被長期地保存下來。

高熱高壓滅毒菌

在你吃剩飯菜之前,可造成別忘了一道程序:把飯菜在鍋裏熱一下。你知道這樣做的原因嗎?

高溫高熱是對付有害微生物的法寶,因為它能使微生物體內的蛋白質及核酸結構中的氫鍵斷裂,使蛋白質及核酸的結構發生變化,從而導致微生物的死亡。因此,它常被用於微生物的消毒與滅菌。

在科學研究或工業生產實踐中,經常要進行一些無菌操作,即在接種過程中,都要用火來灼燒一下接種針和裝有菌種的試管口,目的是防止在它們上麵所附著的微生物汙染菌種。對一些因患病而亡的動植物屍體的焚燒就是這個道理,這樣可以防止一些病菌的繼續傳播。另外,對一些玻璃器皿及金屬用具的滅菌,還可以采用烘箱烘烤的方法進行。例如,細菌在100℃下半小時就能被殺死,有些芽孢杆菌則需要在140℃下烘烤2-3才能被殺死。因此,為了幹淨徹底地消滅病菌,一般要在160℃下烘烤1-2小時。以上這些灼燒和烘烤的方法,都屬於幹熱滅菌。

另外,還有一種濕熱滅菌。這種方法往往比幹熱滅菌法更有效,因為蛋白質含水量越大,就越容易被破壞,而且濕熱比幹熱有更強的穿透力。所以,在微生物的工業生產中,就廣泛地應用蒸汽對各種設備、管道、培養基進行滅菌。基於壓力愈高,溫度就愈高的原理所製成的高壓滅菌鍋也被廣泛用於醫院、製藥、食品等許多行業中。但在使用時要注意排盡鍋內的空氣,否則在同樣的壓力下,溫度卻達不到純水蒸汽時的溫度。

那麼,缺少蒸汽鍋爐和高壓鍋時該怎麼辦呢?可以采用間歇滅菌法。這種方法就是將滅菌物反複幾次加熱蒸煮。第一次蒸煮30-60分鍾後能殺死微生物的營養細菌,但不能殺死芽孢。此時,我們可以將被蒸煮過的物品或培養基放在適宜的環境下進行培養,使芽孢萌發成營養體,然後再蒸煮一次便可殺死新形成的營養細菌。如此重複3次,可殺死所有的芽孢和營養細胞,達到滅菌的目的。

有時,在一些飲食品的消毒過程中,如果溫度過高,會破壞其中的營養物質。此時,就可以把它們的消毒溫度控製在60-66℃之間,並加熱30分鍾,其中的一些病原微生物也會被殺死,這就是著名的巴氏消毒法。此法常用於牛奶、酒類等飲品的消毒,這既保持了食品的風味,又不損壞食品的營養成分。