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神奇的微生物

作者:admin 发布于:2015-01-30 11:35:33【大】【中】 【小】

微生物是一切肉眼看不见或看不清的微小生物,个体微小,结构简单,通常要用光学显微镜和电子显微镜才能看清楚的生物,统称为微生物。微生物包括细菌、病毒、真菌以及一些小型的原生动物等在内的一大类生物群体,它个体微小,却与人类生活密切相关。微生物在自然界中可谓"无处不在,无处不有",涵盖了有益有害的众多种类,广泛涉及健康、医药、工农业、环保等诸多领域。
一、微生物的种类
微生物种类繁多,至少有十万种以上。按其结构、化学组成及生活习性等差异可分成三大类:
1、真核细胞型微生物:细胞核的分化程度较高,有核膜、核仁和染色体;胞质内有完整的细胞器(如内质网、核糖体及线粒体等)。真菌属于此类型微生物。
2、原核细胞型微生物:细胞核分化程度低,仅有原始核质,没有核膜与核仁;细胞器不很完善。这类微生物种类众多,有细菌、螺旋体、支原体、立克次体、衣原体和放线菌。
3、非细胞型微生物:没有典型的细胞结构,亦无产生能量的酶系统,只能在活细胞内生长繁殖。病毒属于此类型微生物。
二、微生物的六种营养要素
1、碳源 碳源对微生物生长代谢的作用主要为提供细胞的碳架,提供细胞生命活动所需的能量,提供合成产物的碳架。
2、氮源 氮对微生物的生长发育有重要的作用,它们主要用来合成细胞中的含氮物质,一般不作为能量。只有少数细菌如硝化细菌能利用铵盐、硝酸盐作为氮源和能源。
3、能源 能为微生物的生命活动提供最初能量来源营养物或辐射能。
4、生长因子 微生物生长所必需而且需要量很小,但微生物自身不能合成的或合成量不足以满足机体生长需要的有机化合物。
5、无机盐 微生物生长所不可缺少的营养物质,具有以下作用: ① 参加微生物中氨基酸和酶的组成。 ② 调节微生物的原生质胶体状态,维持细胞的渗透与平衡。 ③ 酶的激活剂。
6、水 是微生物生长所必不可少的物质。
三、微生物之最
微生物的身体是那么微小,简直无法与高等生物相比,它那么微小的身体,却产生了它特有的小体积大面积的体形,这体形带来的许多特征使高等生物也无法与它相比,因此使微生物获得了许多"生物界之最"的桂冠。
1、世界上最大的微生物
目前世界上已知最大的微生物:1985年Fishelson、Montgomery及Myrberg三人发现一种生长于红海水域中的热带鱼(名叫surgeonfish)的小肠管道中的微生物,这是当时世界上所发现最大的微生物。它外形酷似雪茄烟,长约200~500μm,最长可达600μm,体积约为大肠杆菌的100万倍,这种微生物并不需要由显微镜观察便可直接由肉眼察觉到它的存在。目前最大的微生物则是1997年,由。Heidi Schulz在纳米比亚海岸海洋沉淀土中所发现的呈球状的细菌,直径约100~750μm。这比之前所提的微生物大上100倍。
2、世界上最小的微生物
目前世界上已知最小的微生物:支原体,过去也译成"霉形体",它是一类介于细菌和病毒之间的单细胞微生物。地球上已知的能独立生活的最小微生物,大小约为100纳米。支原体一般都是寄生生物,其中最有名的当属肺炎支原体(M.Pneumonia),它能引起哺乳动物特别是牛的呼吸器官发生严重病变。
3、最小的个体
微生物的个体小到什么程度呢?要测量它们都是以微米(um,百万分之一米)或纳米(nm,十亿分之一米)作单位。现在就以微生物中最常见的细菌作为代表来说明其个体的大小。
微生物这样微小的身体有什么作用呢?任何物体被分割得越细小,则其单位体积所占的表面积越大。微生物就有这样的特点,可以使它极大地扩大与外界的接触面,有利于物质交换、能量和信息的交换。微生物的一切特征都是从这一点引起的。
4、最大的胃口
微生物是没有口的,它是通过细胞膜的渗透作用来"吃东西"的,由于它是上体积大面积,所以胃口特别大。例如,在适合环境下,一个大肠杆菌生小时吸收消耗的糖,是它自身重量的200位。如果以人来换算的话,这自身重量200倍的糖,要从吃500年的粮食中才能吸收得到。
5、最广的食谱
微生物什么都"吃",凡是一切动植物能吃的东西它都吃,动植物不能吃的东西,它能吃,甚至有毒的或极毒的东西它也能吃。例如,任何动物吃的焦,任何植物所吸收的养料,微生物都能吸收。而象纤维素、木质素、几丁质、角蛋白、石油、甲醇、天然气、塑料、酚类、合成药物、极毒的氰化物,微生物都吃。可以这样说,凡有机化学家所能合成出来的东西,不管它们的结构是何等复杂、新颖,一到微生物的"嘴巴"中,全部分解,可见微生物的食谱多么广。
6、最快的繁殖
这是微生物最高超的本领,任何高等生物都要甘拜下风,望尘莫及。现以大肠杆菌为例,如果它每20分钟分裂一次,24小时后,可产生4,722,000,000万亿个后代,总重要可达4722吨。如果让它继续分裂下去,48小时后,则一个大肠杆菌竟可繁殖成2×1043个后代。假如一个细菌重10-12克,那么它的总重量达22×1022吨,相当于4000个地球之重!当然,因种种因素的限制,它生得快,死得也快,否则大家都被它理在土层底下变化石了。可是人类利用它惊人的繁殖力,为遗传工程作出了巨大贡献。
7、最高的数量
由于微生物个儿小、胃口大、食谱广、繁殖快,几乎到处都有它们存在,而且数量巨大。例如,一克土壤中含量:细菌(几亿)>放线菌(几千万孢子)>霉菌(几百万孢子)>酵母菌(几十万)。
人体肠道中始终聚居着一百多种微生物,数量达100万亿左右。
每克新鲜叶子上约有100多万个微生物。
有人检验某单位食堂100张饭票,40%被大肠杆菌污染。这些纸币和饭票曾通过某种途径与粪便接触过,要引起警惕!
据测算,一个喷嚏含有1~2万个飞沫,其中含有细菌4500~15万个,而患感冒的"高质量"喷嚏含有细菌8500万个。
据测定,闹市里没有绿化的街道,每立方米含有细菌400万个,林荫道约60万个,公园里4000个,森林里不到50个。
8、最强的抗性
微生物对外界各种恶劣环境的抵抗能力,可算是生物界的"绝对冠军"了。
细菌有很强的抗热性。可在90℃的温泉中生长。例如,有人从美国黄石公园温泉中分离到一株高温芽孢杆菌,可在当地水温93℃下生活,如果把它培养在恒温器内升温,到100℃还能生长,同时加压再加温,升至105℃还能生长,真是生命的奇迹。
细菌有很强的抗寒性。有些嗜冷菌可在-12℃低温下生活,在南极-50℃低温还有低等藻类生活。一般说低温对微生物仅起"催眠"作用,多数不会冻死,所以在干冰造成的-70℃或液态氮造成的-196℃都冻不死,甚至在-253℃还不能杀死某些细菌呢。
细菌还能抗压力。在6000米的深海中,可以找到小球菌、芽孢杆菌、弧菌等。在10000米的深海,1140个大气压大,还可找到嗜压菌。微生物能在短时间内耐高压是普遍现象,如各种细菌、酵母菌、病毒在数分钟的短时间内耐12000个大气压还不会死亡。
9、最广的分布
微生物的足迹,除了活火山中心外,可以说遍布全球,这里再举几个最近了解到的情况,可以说明其分布之广和深了。
最近发现在东太平洋加拉帕戈斯群岛东部深达10000米的海底温泉中,有一个不依赖太阳能的独特生态系统:其中生产者是硫细菌,每毫升海水中含100万~100亿个,它们以地壳中逸出的硫化氢气体为能源,二氧化碳为碳源,在厌氧条件下营自养生活,这些细菌还养活了附过海底独有的蠕虫、蛤、贝和蟹等。还有人在南极洲的罗斯岛和泰罗尔盆地128米和427米的沉积岩心中找到了活细菌。
这里所介绍的几个生物之最,还仅是部分,但已告知人们微生物的无穷奥秘。真正的微生物世界还有待我们进一步去了解和探索,使它们更好为人类服务。
四、微生物的作用
微生物千姿百态,有些是腐败性的,即引起食品气味和组织结构发生不良变化。当然有些微生物是有益的,它们可用来生产如奶酪,面包,泡菜,啤酒和葡萄酒。微生物非常小,必须通过显微镜放大约1000 倍才能看到。比如中等大小的细菌,1000个叠加在一起只有句号那么大。想像一下一滴牛奶,每毫升腐败的牛奶中约有5千万个细菌,或者讲每夸脱牛奶中细菌总数约为50亿。也就是一滴牛奶中可能含有50 亿个细菌。
微生物能够致病,能够造成食品、布匹、皮革等发霉腐烂,但微生物也有有益的一面。最早是弗莱明从青霉菌抑制其它细菌的生长中发现了青霉素,这对医药界来讲是一个划时代的发现。后来大量的抗生素从放线菌等的代谢产物中筛选出来。抗生素的使用在第二次世界大战中挽救了无数人的生命。一些微生物被广泛应用于工业发酵,生产乙醇、食品及各种酶制剂等;一部分微生物能够降解塑料、处理废水废气等等,并且可再生资源的潜力极大,称为环保微生物;还有一些能在极端环境中生存的微生物,例如:高温、低温、高盐、高碱以及高辐射等普通生命体不能生存的环境,依然存在着一部分微生物等等。看上去,我们发现的微生物已经很多,但实际上由于培养方式等技术手段的限制,人类现今发现的微生物还只占自然界中存在的微生物的很少一部分。
微生物间的相互作用机制也相当奥秘。例如健康人肠道中即有大量细菌存在,称为正常菌群,其中包含的细菌种类高达上百种。在肠道环境中这些细菌相互依存,互惠共生。食物、有毒物质甚至药物的分解与吸收,菌群在这些过程中发挥的作用,以及细菌之间的相互作用机制还不明了。一旦菌群失调,就会引起腹泻。
随着医学研究进入分子水平,人们对基因、遗传物质等专业术语也日渐熟悉。人们认识到,是遗传信息决定了生物体具有的生命特征,包括外部形态以及从事的生命活动等等,而生物体的基因组正是这些遗传信息的携带者。因此阐明生物体基因组携带的遗传信息,将大大有助于揭示生命的起源和奥秘。
五、微生物在新型农业中的应用
1、 微生物饲料
微生物饲料主要有单细胞蛋白和菌体蛋白饲料、发酵糖化饲料及秸秆微生物发酵饲料等。单细胞蛋白和菌体蛋白饲料是利用微生物生长繁殖快,蛋白含量高,利用有机废物来生产蛋白饲料。由我国于1984年3月20日发现的可利用薯类薯渣等粗淀粉的混生配伍菌株生产菌体蛋白饲料,简称4320菌体蛋白饲料,我国又相继选育出在柠檬渣、甜菜渣、豆渣、酒糟和玉米渣等工业废渣上生长良好的混生配伍菌株,用来生产4320系列菌体蛋白饲料。发酵饲料是利用各种有益微生物,把秸秆类粗饲料加工成营养丰富适口性好的饲料。微生物饲料添加剂也属微生物饲料类,主要有活性微生物制剂、酶制剂、真菌添加剂、维生素类、抗生素类、氨基酸类等。通过生物发酵工程制取的微生物及代谢物、转化物作伺料,正广泛应用于畜牧业生产中。
2、 微生物肥料
利用微生物的生命活动及代谢产物的作用,改善作物养分供应,为农作物提供营养元素、生长物质、调控生长、增强抗逆性,达到提高产量、改善品质、减少化肥使用、提高土壤肥力。微生物肥料的主要种类有根瘤菌肥料、固氮菌肥料、解磷、解钾菌肥料、光合细菌肥料、复合微生物肥料、微生物生长调节剂、菌根制剂、抗生菌肥料及促进植物生长的根细菌类制剂。微生物肥料的使用可减少化肥用量、减少能源资源消耗。
3、微生物农药
随着科学技术的不断发展进步,减少使用化学农药,保护人类生存环境的呼声日益高涨,且早已引起人们的高度重视。研究开发利用有益微生物及其代谢产物防治作物病虫害已取得了较为理想的效果。目前微生物农药主要开发有微生物杀虫剂、微生物杀菌剂、微生物除草剂及利用微生物代谢分泌的有效活性物质制成的农用抗生素杀虫、杀菌剂。微生物杀虫剂中细菌类杀虫剂以苏云金芽孢杆菌推广应用面积最大,而且杀虫效果非常理想,此外,还有真菌杀虫剂,病毒杀虫剂等。
我国政府已经充分认识到发展无公害微生物农药和微生物肥料的重要意义,并把加强农业环境保护和食物的安全生产作为我国21世纪农业科技发展的重要方向之一。微生物农药和微生物肥料的广泛应用为农业环境保护和动植物安全生产将发挥越来越重要的作用。