“想一想”
真菌中的擔子菌是可以食用的，那麼所有的真菌都能食用嗎？
環境小衛士
明明是一名愛動腦筋的小學生，遇事總喜歡刨根問底，也因此他懂得了許多知識。在有一天的生物課上，老師告訴同學們這樣一件事。
重金屬和放射性元素等汙染物，一般在土壤和水體中的濃度不會太高，但許多生物體具有攝取和積累重金屬的能力，例如某些水生生物體內富含的重金屬濃度可達周圍環境所含此種重金屬濃度的數百至數萬倍。這些被低等生物攝入的重金屬沿食物鏈逐漸轉移，而且在被高等動物和人體吸收後，會在內髒中長期積累，達到一定的濃度後而呈現毒性。因此，環境中即便隻存在極少量的重金屬和放射性金屬元素，也有可能造成嚴重的危害。明明聽完老師的話後就想：現在科學家們研究出解決的辦法了嗎？
放學後，明明去了學校的圖書館，他查閱了許多資料。雖然有些字他都還不認識，但在圖書館管理員阿姨的幫助下，他終於發現目前防止這種危害的最有效的途徑之一，就是對受汙染的土壤或水體進行突擊性的處理，以去除其中的大部分重金屬元素。美國科學家利用重組DNA技術，構建了具有超強的吸附重金屬能力的大腸杆菌，采用它可以有效去除重金屬。
那麼，是什麼樣的改變讓大腸杆菌具有非同一般的吸附重金屬的能力呢？明明又找到了答案：原來，在此之前已經有科學家發現，某些植物、酵母和藻類會合成一類稱為“植物螯合素”的多肽，它們與這些生物細胞內的重金屬解毒有關，解毒的機理就是利用這些多肽上的巰基將重金屬離子整合。美國環保署的幾個科學家甚至將一係列與“植物螯合素”產生有關的基因，克隆並重組到大腸杆菌中，通過適當的遺傳改造，讓這些大腸杆菌能產生若幹種不同分子量的“植物螯合素”，並且讓產生的這些多肽都集中固定到細胞的表麵。為了便於應用，他們還通過類似的操作方式，讓細胞表麵同時還帶上具有結合纖維素能力的稱為“纖維素結合結構域”（cellulosebindingdomain）的肽鏈，這樣，細胞就可以牢固地結合在紙張或木屑的纖維素上，成為固定化細胞。用這種固定化細胞做吸附劑，可以非常有效地清除鎘、汞、鉛等重金屬。
大腸杆菌小檔案
中文名：大腸杆菌
英文名：colonbacillus
大腸杆菌是生活在人和動物腸道中的埃希氏屬細菌。外形呈杆狀，周身有鞭毛，能運動，往往在新生兒或動物出生數小時後即進入腸道。除某些菌株能產生腸毒素，使人得腸胃炎外，一般不致病。大腸杆菌能合成對人體有益的維生素B和維生素K，但當人或動物機體的抵抗力下降或大腸杆菌侵入人機體其他部位時，可引起腹膜炎、敗血症、膽囊炎、膀胱炎及腹瀉等病。
“想一想”
日常生活中，你還能想到其他的微生物可以充當環境小衛士嗎？
製造沼氣能源
又是一個寒假，文娟高高興興地回到農村的姥姥家過春節。讓她感到奇怪的是，不僅村裏那一堆堆的豬、牛糞不見了，而且家家都在用一種奇怪的氣做飯，此外生活用電也是自己村裏解決。後來，姥姥告訴她，這是沼氣發電，那些豬、牛糞都用來製沼氣了。接著舅舅帶她四處看了看，並告訴她許多新鮮的東西。
聽了舅舅的解釋後，文娟知道了，炎炎的夏日裏，在沼澤地、汙水池和糞池裏經常可以看到許多大大小小的氣泡從裏麵冒出來，那就是沼氣。如果用玻璃瓶把這些氣體收集起來，點燃後，瓶口就會出現淡藍色的火焰。
沼氣是微生物在缺少氧氣時，通過發酵將秸稈、雜草、人畜糞便等有機物質分解而產生的一種可燃性氣體。城市汙水處理廠產生的活性汙泥，也可以在密閉的消化池中經發酵生產出沼氣。在合適的溫度、濕度和酸堿度下，微生物產生沼氣的速度很快。產生出的沼氣是多種氣體的混合物，有甲烷、二氧化碳、氮氣、氧氣、氫氣、硫化氫、一氧化碳、水蒸氣和極少量除甲烷之外的碳氫化合物，其中甲烷占大部分，平均含量約為60%，二氧化碳平均含量為35%。1立方米的沼氣完全燃燒，可釋放出5203～6622千卡（1千卡=4.186×103J）的熱量。沼氣可作為能源，用於發電、照明及家庭和工業燃料。微生物是沼氣發酵過程中的關鍵因素。沼氣發酵過程大致分為以下兩個階段：
第一階段，由多種細菌分泌的酶，將複雜的有機物質逐步分解成一些低分子量的簡單有機物及二氧化碳、氫氣、硫化氫等無機物，這一階段叫酸發酵階段。這一階段起作用的微生物有纖維素分解細菌、蛋白質分解細菌、果膠分解細菌、脂肪分解細菌、丁酸細菌和醋酸細菌。
第二階段，由甲烷細菌分泌的酶，將酸發酵階段分解出來的簡單有機物分解成甲烷和二氧化碳；甲烷細菌分泌的某些酶還可利用酸發酵階段產生的氫氣，將二氧化碳還原成為甲烷。這一階段是產生甲烷的階段，因此叫做氣體發酵階段。
產甲烷的細菌種類很多，根據它們的細胞形態、大小、有無鞭毛、有無孢子等特性，可分為杆菌類、球菌類、八疊球菌類和螺旋菌四類。甲烷細菌分布廣泛。在土壤、湖泊、沼澤中，在池塘汙泥中，在牛、羊的腸胃道中，在牛、馬糞和垃圾堆中，都有大量的甲烷存在。
此外，通過沼氣發酵還可獲得優質肥料。因此，越來越多的人認識到綜合利用沼氣的廣闊前景，並且采取各種措施支持沼氣利用。
“知識鏈接”
沼氣是一種具有較高熱值的可燃氣體，與其他燃氣相比，其抗爆性能較好，是一種很好的清潔燃料，傳統上大多利用沼氣進行取暖、炊事和照明，現在隨著沼氣產量的不斷增加，科學家們正在研究如何更高效地利用沼氣。
“神遊天下”
山東昌樂酒廠安裝2台120千瓦的沼氣發電機組，一年節約能源開支29萬元，工程運行一年即收回全部成本。杭州天子嶺填埋場發電工程在運行過程中，在平均電價為0.438元/千瓦時的條件下，投資回報率可達14.8%。
“想一想”
汙水廢物怎麼能變成可利用的沼氣能源呢？
製服天花惡魔
法國著名的醫生琴納從小就刻苦學習，大學畢業後回到家鄉開始行醫。有一年他的家鄉天花肆虐，奪去了無數人的生命，琴納很傷心，於是他一邊行醫，一邊研究治療天花病的方法。
琴納通過學習知道，中國人已發明了往人的鼻孔裏種牛痘預防天花的方法，隻是這種方法並不安全，輕的會留下大塊疤痕，重的還會導致死亡。
有一次，鄉村裏有檢察官讓琴納統計一下幾年來村裏因天花而死亡或變成麻臉的人數。他挨家挨戶地進行了解，幾乎家家都有天花的受害者。但奇怪的是，養牛場擠奶女工中間，卻沒有人死於天花或臉上留麻子。細心的琴納沒有放過這個奇怪的現象，他挨個問擠奶女工生過天花沒有以及奶牛生過天花沒有，擠奶女工告訴他，牛也會生天花，隻是在牛的皮膚上出現一些小膿皰，叫牛痘。擠奶女工給患牛痘的牛擠奶，也會傳染而起小膿皰，但很輕微，一旦恢複正常，擠奶女工就不再得天花病了。
琴納由這一線索入手，開始研究用牛痘來預防天花的方法。
1796年5月的一天，琴納從一位擠奶姑娘的手上取出微量牛痘疫苗，接種到自己兒子的胳膊上。不久，種痘的地方長出痘皰，接著痘皰結痂脫落。一個月後，他又在兒子手臂上接種人類的天花豆漿。盡管這樣做非常危險，但是為了驗證種痘的效果，為了製服天花這個惡魔，琴納還是咬著牙將針紮進了兒子的手臂。最後，奇跡出現了，兒子沒有出現任何天花病症。
1798年，琴納宣布自己的試驗成果，可是英國皇家學會一些科學家根本不相信一個鄉村醫生能製服天花，有的還說接種牛痘會像牛一樣長出牛尾巴，甚至像公牛一樣眼睛斜起來看人……
麵對無情的誹謗和攻擊，琴納不但沒有動搖，反而更加堅信不疑。真理終究會被人們所接受，1801年，接種牛痘的技術逐漸被歐洲人所認同。這時英國政府終於承認琴納的發現有重要價值，並在倫敦建立新的研究機構——皇家琴納學會，由琴納擔任主席。在這裏，琴納將全部精力投入研究工作，直到1823年逝世。世界因為琴納而永遠地脫離了天花的魔掌。
自從1977年10月26日，聯合國衛生組織在索馬裏發現最後一例天花後，直到今日在世界各地也沒有再發現一例。
這個肆虐幾千年的惡魔終於從人類的視野裏消失了。
天花病毒小檔案
中文名：天花（牛痘）
英文名：smaupox
天花病毒屬於牛痘病毒科，是一類最大、結構最複雜的病毒。病毒由中心的雙鏈DNA和包裹在外麵的一層含有蛋白質的膜組成。同屬於這一科的病毒還有牛痘病毒、猴痘病毒等。
“想一想”
小的時候，你注射過天花疫苗嗎？你能說出它的作用嗎？
噬菌體的獨特食譜
1915年，英國微生物學家特沃特做了一個實驗：在固體培養基上培養一批細菌。在細菌生長的過程中，他一直觀察著細菌的生長變化，有一天，他意外地發現：在細菌的菌落上有些部分慢慢地形成一種透明的膠體狀。
特沃特為了弄清楚這個問題，首先檢查了那些形成透明膠體的部分，發現膠體裏麵的細菌不見了，接著他粘了一小部分的膠體東西放到生長正常的細菌群落上，過一段時間之後，他發現與膠體接觸到的細菌也形成一種透明的膠體狀。
經過幾次的重複實驗之後，特沃特判斷：
“膠體中一定存在某一種因子。”
到了1917年，法國醫官埃雷爾發表了一篇實驗報告，內容和特沃特的發現類似。他認為有一種光學顯微鏡所看不到的微生物存在著，這種微生物可以寄生在細菌體內，最後將整個細菌破壞掉。埃雷爾的實驗是這樣的：
他把細菌培養在培養液中，等到細菌增殖到渾濁狀時，就把他所認為的微小生物加進去，數小時之後，細菌培養液就會變成一種透明的澄清液。
然後，他再將這種液體用一種特殊的“過濾器”（一種由陶土燒成的，有極微小的孔隙，普通的細菌濾不過去，但是比細菌微小的粒子是可以被濾過去的）進行過濾。將過濾液滴到生長於固體培養基的細菌群落上，則在細菌群落上出現了與特沃特所看到的相同現象。
埃雷爾心想：“那種能夠使細菌分解掉的因子，是一種微生物，而不是化學物質。”
事實雖然被埃雷爾言中了，但他在當時並沒有用充足的實驗來證明，直到一二十年以後，世界上出現了電子顯微鏡，人們才得到最後的答案，並將它命名為噬菌體。
隨著時間的推移，人們對噬菌體又有了新認識：1922年，荷蘭的拜耶林克根據當時計算出的噬菌體數量級，認為噬菌體和蛋白質分子的大小相當；1925年，法國巴斯德研究所的沃爾曼夫婦提出噬菌體最活躍的要素是含有一種有穩定遺傳性的物質；20世紀40年代中期，科學家已測出噬菌體的大小，並測出它是含有以蛋白質為外殼和以DNA為核心的化學本質。
至此，人們對噬菌體的認識逐漸清晰、完整。
噬菌體小檔案
中文名：噬菌體
英文名：bacteriophage
噬菌體也叫細菌的病毒。噬菌體是能溶解細菌的微生物，體積極小，比細菌還要小很多，大多數形似蝌蚪，由頭尾兩部分組成，需要侵入細菌體內才能夠生長、繁殖，引起細菌溶解。這種病毒與動物病毒、植物病毒不同，它們隻對細菌的細胞發生作用，所以是一種很小的但非常有用的病毒，凡是有細菌存在的地方，都有它們的行蹤。因此，我們也可以把它們看做是細菌的天敵。某一種噬菌體隻對相應的細菌起作用，因此可用以診斷和防治細菌性疾病。如：痢疾噬菌體僅對痢疾杆菌有作用，可用以防治細菌性疾病。
“想一想”
既然有以細菌為食的微生物，那麼我們能否利用它們來治療由細菌引起的疾病呢？
微生物肥料——根瘤菌
一個星期六的上午，小雲到郊區的外婆家玩。恰巧舅舅他們要去地裏幹活。小雲就蹦蹦跳跳地跟著去了，舅舅他們都在地裏幹活，小雲就在田邊玩耍，一不小心，她把一顆快要成熟的黃豆給拔出來了。小雲驚奇地發現，黃豆根部長了一些小“腫瘤”。她心想黃豆可能“病了”，於是趕緊告訴舅舅他們。舅舅告訴小雲這些小疙瘩是由於植物根部被根瘤菌侵入後形成的“腫瘤”。不過，這些“腫瘤”的存在不僅不會使植物生病，反而會不斷地為植物提供營養。聽舅舅這麼一說，小雲反而不明白了，她對舅舅說，細菌不是能讓植物生病嗎？現在怎麼又說它不會讓黃豆生病呢？舅舅告訴小雲說，根瘤菌侵入豆科植物根部形成“腫瘤”後，雖然在根瘤中它們是依靠植物提供的營養來生活的，但同時它們也把空氣中遊離的氮氣固定下來，轉變成植物可以吸收利用的氮。這樣，一個個小疙瘩就像是建在植物根部的一個個“小化肥廠”。因此也可以說根瘤菌與植物的關係是“相依為命”的，它們之間是“共生的關係”。根瘤菌固氮的最大優點是，由於它們與植物的根係的“親密接觸”，使得固定下來的氮幾乎能百分之百地被植物吸收，而不會跑到土壤中造成環境汙染。
現在，因為使用化肥存在著某些嚴重的缺點，因此，人們都在大力研究和推廣新型的“綠色”肥料——微生物肥料。簡單地說，微生物肥料就是利用特定微生物來增加土壤肥力的微生物品，就如同黃豆根部的根瘤菌一樣。微生物肥料又稱細菌肥料或菌肥，這是因為其中涉及的微生物大部分都是細菌之故。
“我猜你不知道”
除了根瘤菌這類與植物共生的固氮微生物外，在土壤中還存在如自生固氮菌、氮單孢菌、貝氏固氮菌、固氮螺菌等固氮細菌。不過，這些固氮微生物往往隻固定產生僅夠自身用的氮，比起根瘤菌來，就差遠了。
“眼界大開”
有的微生物能把土壤中難以溶解的含磷化合物分解成植物容易吸收的營養成分，還有的微生物分解土壤中的含鉀礦石並富集鉀元素，分解土壤中的動植物殘體並為植物和其他微生物提供養分，分泌刺激和調控植物生長的物質，減輕植物病蟲害等許多其他作用。
“想一想”
你還聽說過類似的“綠色”化肥嗎？不妨把它（們）寫下來。
微生物也可以當“藥”用
1909年，德國蘇雲金的一家麵粉加工廠中發生了一件怪事，本來一種叫地中海粉螟的幼蟲每天都在倉庫中到處飛舞，但後來不知什麼原因，這種幼蟲突然大量死亡。麵粉廠的人覺得很奇怪，就把這些害病的地中海粉螟幼蟲的屍體寄給生物學家貝爾林內。貝爾林內對此很感興趣，他決定揭開粉螟幼蟲死亡的秘密，以此造福人類。
經過無數次努力，貝爾林內終於在1911年從蟲屍中分離出一種杆狀細菌。他把這種菌塗在葉子上，將粉螟幼蟲放到這些葉子上，等粉螟幼蟲吃下這些葉子後，先是惶惶不安，過了兩天後紛紛死去。而這種細菌卻生長旺盛，一天就可在細胞一端長成一個芽孢。芽孢就像一個結實的“蛋”，不僅可以“孵化”出下一代，而且還有一層厚厚的壁，能更好地抵抗像高溫、幹旱等一些不利的外界環境。四年以後，貝爾林內詳細描述了這種微生物的特性，並給它命名為蘇雲金杆菌。他後來還發現，在細菌的芽孢形成後不久，會形成一些正方形或菱形的晶體，稱為伴孢晶體。
蘇雲金杆菌的發現，使人們自然想到利用它來給害蟲製造“流行病”以殺滅害蟲。但由於化學農藥的價格優勢，蘇雲金杆菌長期未獲得產業界的足夠重視。
直到今天，隨著大量使用化學農藥造成的環境汙染日益嚴重，人們才重新認識用細菌防治害蟲的生物防治方法的意義，蘇雲金杆菌重新走進了人們的視野。
蘇雲金杆菌小檔案
中文名：蘇雲金杆菌
英文名：bacillusthuring？iensis
蘇雲金杆菌產生的對昆蟲有致病作用的毒素有7種，即α？鄄外毒素、β？鄄外毒素、γ？鄄外毒素、δ？鄄內毒素、不穩定外毒素、水溶性毒素、鼠因子外毒素。蘇雲金杆菌殺死昆蟲可由菌體本身的活動而引起，但是使害蟲死亡的更主要的原因是菌體產生的毒素。這種毒素不僅能幫助細菌入侵，而且可使害蟲在短時間內中毒身亡。
學界名人錄：
科赫（1843～1910）德國細菌學家。1873年至1881年，他經過研究發現了炭疽杆菌、傷寒杆菌、結核杆菌、霍亂弧菌等傳染病菌，發明了細菌的固體培養技術、細菌染色法、用於診斷結核病的結核菌素和預防炭疽病、霍亂病的免疫接種法。因為他的傑出貢獻，1905年，他被授予諾貝爾生理學和醫學獎。