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第4章 微生物生活趣闻(2)

近年来,许多高档营养性护肤膏等化妆品纷纷出现,人们在化妆品的膏霜中添加了人参汁、蜂皇浆、珍珠粉等物质,它对滋润皮肤和增生细胞无疑起到了良好的作用。也正因为它们的营养丰富,污染它的细菌种类和数量就更多了,所以,人们使用时更应特别注意。

沉睡2000年的微生物

微生物很容易在不良条件下进入休眠状态,产生特殊的休眠结构。尤其在人们给予缺氧、避光、干燥、低温、缺乏营养并加入适当的保护剂等条件时,就更有利于其休眠。这对菌种的保藏是十分有利的。

炭疽杆菌的芽孢,在自然条件下可存活10~24年。在实验室条件下,用土壤保存的1234株杆菌,经15年后仍有95.5%存活。在实验室条件下有些细菌的芽孢,可存活40年或更长。米曲霉的分生孢子被风干、存放30年后尚能存活。利用冷冻干燥法,一般细菌可藏5~15年。

据说,有的芽孢经500~1000年仍有活力。1981年有人报道,在接触过一个考古遗址后前苏联乌拉尔山西麓彼尔姆州“五一”农庄的奶牛,都患了奇怪的炭疽病。经证实,这些奶牛感染了该地1000年前曾流行的炭疽病病菌的芽孢。

1983年,在开罗南部的一个墓穴里,考古部门发现了一些干酪片,经研究,这些距今2200年的食物中竟含有活的发酵菌。据报道在三四千年前埃及金字塔中的木乃伊上至今仍有活的病菌。

菌捕虫和虫捕菌

微生物之间或微生物与其他生物之间有一种特殊的关系——颉顽,人们认为这种颉顽关系可能由相克、竞争或捕食等因素造成。相克是指一个种被另一种微生物的产物所抑制,这种产物有有机酸、抗生素、毒素、硫化氢等。竞争是指在某一环境中两个种为某一有限的因素而争夺。被竞争的环境因素包括氧气、营养和空间。捕食现象,在原生动物、细菌、真菌中都有发现,如黏菌捕食细菌、真菌捕食线虫、原生动物捕食酵母等等。

微生物捕食现象中了解得比较详细的是半知菌中某些捕食线虫真菌。有人发现梗虫霉属的菌种可以分泌一种黏液,任何接近它的线虫经过时,就被黏附在菌丝体上,菌丝就伸入线虫的皮层内组织,膨大吸取营养,直至线虫死亡。

另外,原生动物捕食酵母菌的现象常常通过草履虫可以观察到。将草履虫和酵母菌染上红色后放在一起,在显微镜下可以清楚地看到草履虫食物泡中的红色酵母细胞。这便是虫捕食菌的现象。

无氧也能生存的微生物

高等动、植物和人一样,不论处于何种生活状态,只要活着,就要不停地呼吸。人最多能屏住呼吸不过几分钟,时间稍长,就会窒息死亡。高等动植物在呼吸过程中离不开氧气。这同微生物相比逊色很多。

微生物具有高等动植物不具备的独特呼吸作用。按照呼吸作用方式不同,微生物可分为3大类:好氧型、厌氧型和兼性厌氧型。同高等动植物一样,好氧型只能在氧气环境中生存,缺氧时就会导致死亡。厌氧型恰恰相反,它们只能在缺乏氧气或无氧环境中生存,氧气浓度稍高就无法生活。为什么同属微生物,却有截然相反的呼吸作用呢?这要从呼吸作用的本质说起。

呼吸作用的实质是生物氧化作用。生物体通过呼吸作用而获得能量。人体的各项生理活动都离不开能量,所以人和一切其他生物一样,生命不息,呼吸不止。好氧型生物的氧化过程必须有氧气参与,而厌氧型生物遇到氧气就会在细胞内产生过氧化氢,破坏生物体内的蛋白质和酶。厌氧型生物不靠氧化有机物来获得能量,而是依靠有机物分解过程中不断脱氧来完成呼吸作用,通过生物氧化获得能量。

更神奇的要算兼性厌氧型微生物了。它们在有氧、无氧环境中都能生存,但它们在不同的环境中以不同的氧化方式获得能量。例如酵母菌在有氧环境中,有氧呼吸;在缺氧环境中就进行著名的发酵。发酵本质是无氧呼吸,分解有机物生成乙醇和二氧化碳。这就是用酵母菌酿酒的原理。还有一种硝酸盐还原细菌,在有氧时可进行有氧呼吸,在缺氧可利用NO3进行无氧呼吸。

还有一个叫做微量好氧型微生物小分支。例如拟杆菌属中个别种。它们适于在低氧浓度的环境中生存。可以把它划在厌氧和好氧之间,是一种过渡类型。

微生物具有的这些独特呼吸作用,为高等动植物望尘莫及的。这些作用拓宽了微生物生存的空间环境,为微生物在生存竞争中生存立下了“汗马功劳”。

微生物之间的依赖关系

微生物与动物、微生物与植物之间广泛存在互惠互利现象。例如在白蚁、蟑螂的肠道里生活着的微生物,能分解昆虫吃进肚子里的木材,把木材变成糖类供给昆虫利用。昆虫不仅为肠道微生物提供了生活的场所,在昆虫蜕皮时还能产生一种蜕皮激素,这种激素可以促使微生物产生配子,进行有性繁殖。微生物与植物互惠互利的例子也很多,例如豆类和根瘤菌的共生,可以提高土壤肥力。

发酵工业的核心是培养微生物,使之产生人们所需要的产物,并且要优质、高产。为此,了解微生物之间的相互关系就显得十分重要。在微生物这个大家族的成员中,它们之间不仅有竞争、颉顽,还存在着互惠互利,相依为命的关系。例如,阿拉伯糖乳杆菌不能自身合成苯丙氨酸,所以不能在缺少这种氨基酸的培养基中生产;粪链球菌自身不能合成叶酸,所以不能在缺少这种维生素的培养基中生长。但把这两种菌混合培养在既无苯丙氨酸又无叶酸的培养液中,它们就都能生长,因为它们能相互提供各自生长所必需的营养物质,一种菌将产生的物质扩散到培养液中,供另一种菌利用。

在土壤中,单纯一种分解纤维素的细菌分解能力没有混合多种菌有效。这些不同种之间的相互关系不仅是营养上的互惠关系,还是由于混合菌的共同生活创造一个有利于纤维素分解的物理或化学条件。例如,用三种分解纤维素的高湿厌氧菌,其中仅有一种可以单独分解纤维素,另两种只能明显地改变纤维素的分解速度。由于这三种菌都是厌氧菌,其中两种不分解纤维素的菌种,可以利用分解纤维素的过程中所产生的毒素物质,如乳酸或乙醇等,这有利于纤维素分解细菌的继续生长和对纤维素的分解。

综上,微生物之间谁也离不开谁,是因为它们能够互惠互利,谁都“不忘恩负义”。了解它们的相互关系,使我们知道,在发酵工业中不仅可以采用单一菌种的纯培养,还能利用两种或更多菌种的混合培养来创高产、优质的代谢产物。

微生物的生存秘诀

微生物是地球上最古老的生命。它们的个体非常微小,生存的环境变化,经常导致微生物个体的大量死亡。但是亿万年来,微生物世界逐步发展壮大,丝毫不见衰败的迹象。微生物是如何在残酷的生存竞争中立于不败之地的呢?

微生物有特殊的生存本领。首先,它们有惊人的繁殖能力。许多微生物只需15~20分钟即可繁殖出下一代,难怪微生物具有数量大、种类多、分布广的特点。虽然由于自身和环境影响的作用,大批新生菌死亡了,但还是有大量微生物能生存下来。

其次,微生物适应环境的能力也很强。人类能够生存的温度范围就在±40℃之间,有些耐寒病毒可以在-190℃生活自如,而耐热微生物可以在60℃~70℃范围内生存。微生物对空气的要求有需氧型,也有厌氧型,因此即使在缺氧的恶劣环境中,也有大量厌氧微生物生存,对整个微生物世界来说又增加了生存的机会。微生物能出没于8万米的高空中,4000米的深海中,这更令人赞叹不已。

微生物还有对抗不利环境的独特本领——休眠,即在一定阶段有些微生物的原生质会浓缩,外面生成厚厚的外壁,叫做芽孢。芽孢可以抗干燥、抗高温、抗化学药剂。一个芽孢甚至可以独立生存十年至几十年,一旦环境条件适合,它又会恢复原来的“面貌”,这种“本领”在生物界是独一无二的。

微生物的食性非常繁杂,它们有的吃动植物的尸体,有的吃人类的残渣剩饭,有的吃塑料,有的吃纸,甚至有些微生物只吃点空气中的二氧化碳就够了。这样广泛的食谱,在自然界实属罕见。微生物寻找食物可谓易如反掌,难怪它们能在各种环境中生存。

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