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当前位置:第一节 细菌
作者：未知来源：中央电教馆时间：2006/4/29 11:33:20阅读：nyq
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磁性细菌
磁性细菌中的超微粒
1975年美国新罕布什大学的生物学家布莱克莫尔，首次发现了磁性细菌。这种细菌是一种厌氧菌，为了尽可能到达地下缺氧的环境中，在北半球的磁性细菌总是朝向地磁S极方向移动，而南半球的磁性细菌则总是朝向地磁N极方向移动，这是什么道理呢？原来地球的磁力线只是在赤道地区才与地面平行。随着纬度的升高，磁力线的倾斜度也增大，因而在地球两极的磁力线便与地面垂直。这说明在高纬度的南北半球上，沿磁力线运动就意味着从上向下移动。由此可见，这种趋磁性正是磁性细菌生存所需要的。
研究表明，磁性细菌之所以能感知地磁，沿着磁力线移动，是因为在其菌体内含有10~20个自己合成的磁性超微粒。这种微粒的大小为500~1000埃（1埃=10-8厘米）。每个颗粒都具有相同的结晶构造。迄今为止，无论采用哪种高技术都不能制造出这样的结晶体。如果用人工方法合成500~1000埃的磁性微粒，就需要采取一系列的复杂工程，例如在真空状况下熔炼金属，再进行蒸发等等。并且人工制作的磁性超微粒的形状和大小是不均一的。而磁性细菌只需在常温、常压条件下就能简单地合成。为此，磁性细菌因其生产简便和利用价值高，正受到国际科学界和工业界的极大的瞩目。
磁性细菌的俘获和分解
目前，日本的东京农工大学、日立制作所、新技术开发事业集团等，正在全力以赴地对磁性细菌进行研究。其中，东京农工大学的松永教授领导的小组，已经成功地做到了把酶、抗体等固定于磁性超微粒上；实现了磁性细菌和绵羊红血球的细胞融合，使磁性超微粒导入红血球内。
松永等人用于实验的磁性细菌，是在东京都小金井市内的池中俘获的。所应用的捕获器，是根据磁性细菌会沿着磁力线的方向移动的性质制造的，这种装置附有采用磁铁的特殊过滤器。把该装置安放在水中后就能进行捕捉。捕获到的磁性细菌首先进行培养和繁殖。随后破坏菌体，利用菌体和磁性超微粒之间存在着的比重差，通过离心器进行分离，便能抽取出磁性超微粒。用X射线对这种微粒进行解析后表明。确实是四氧化三铁，其大小约为500~1000埃。
磁性细菌的利用
最初进行的试验是把葡萄糖氧化酶固定于磁性微粒上，结果表明，1微克（10-6克）的磁性超微粒可以固定200微克的葡萄糖氧化酶。而同量的人造锌——铁氧体磁性超微粒（5000埃），只能固定1微克的葡萄糖氧化酶，两者相差200倍。并且固定于天然超微粒的酶的活性也提高了40倍，此外，使抗大肠菌抗体固定于磁性微粒的试验也获得了成功，而且还证实，使用过和微粒能够被再度利用。
近来松永等人取得的最新成果是，把磁性细菌的超微粒导入绵羊的红血球内。其方法是首先用酶去除磁性细菌的细胞壁，接着用聚乙二醇（一种细胞融合的促进剂）的溶液，使得磁性细菌和红血球共存。结果发现，在这两种细胞共存20分钟之后，约3%的细胞已经发生了融合。此时人们可以看到，磁性超微粒融合得好像是被红血球“吸收进去”似的。当研究者在这种红血球上转动磁铁时，血球也随这而一起运动。
目前，用人工方法制造的磁性微粒是不均匀的，要把它们导入血球内很困难。而且即使把人造微粒送入细胞内，人们也会担心细胞被毒化。与此相比，磁性细菌的超微粒具有均一的结晶构造，进入生物体后又不用担心会使细胞被毒化。为此，科学家对于在医学方面应用生物合成的磁性微粒，寄予很大的期望。科学家认为，如果把酶、抗体和抗癌药物等固定于这种超微粒上，再使其导入白血球和免疫细胞内，随后从体外进行磁性诱导，那么这将在制伏癌症和其它疾病的斗争中发挥出巨大的作用。
另一方面，如果把这种具有均一的结晶构造的微粒，用作高性能的磁性记录材料，则其记录容量亦比目前使用的人造材料高出几十倍。为此，科学家正力图从遗传学上，弄清楚磁性细菌合成磁性超微粒的机理，以便能够利用大肠菌进行大规模生产，从而使得磁性记录材料的质量获得飞跃。
资料来源《绚丽多彩的生命》
国外杀菌新技术简介
近年来国外出现了一些新的杀菌技术，能有效杀菌，且保持食品的原有风味，现简介如下。
1．低温高压杀菌法
日本、美国等采用这种杀菌技术。这种杀菌方法是采用高的大气压及低温对食品的杀菌。如：日本采用60℃，6×108Pa，20min；美国采用25℃，6×108Pa，杀菌20min。可将霉菌孢子及细菌芽孢减少到原来的10-6。
该法的原理：微生物细胞内渗透压为3×105~6×105Pa，而环境渗透压往往低于细胞内渗透压，微生物能吸收外界溶液中的水分及营养物质，而当微生物在高渗溶液中生长受抑制。当施加6×108Pa时，微生物细胞内渗透压远远低于细胞外渗透压，使细胞内水分渗透到细胞外，使细胞失水发生严重质壁分离而死亡。另外，高大气压力下，微生物细胞往往由于承受不住而使细胞破碎，达到杀菌目的。
该法适用于肉类、果汁、果酱、果脯、乳及乳制品等，不会破坏食品的原有风味及营养成分。
2．水中高压杀菌法
美国、日本等饮料生产厂家，发明了在加工水中施加压力对食品进行杀菌的方法。此法的原理同上法，即高压下使微生物细胞发生严重质壁分离，及使微生物细胞破碎，而不影响食品原有的营养及风味。方法如下：用1个耐高压容器装水后，将装有饮料的塑料袋沉入水中，然后加大压力，当压力为2.5×108Pa时，能杀死大肠杆菌；当压力达4×108Pa时，能杀死细菌、酵母菌、霉菌菌体及孢子、芽孢。
该法适用于天然果汁等饮料及乳或乳制品，既能达到杀菌目的，又能保持食品原有成分及风味。
3．高压电脉冲杀菌法
该法是利用强电场脉冲的介电阻断原理，使菌体细胞物质迅速电离，使水产生H+和OH-离子，与液体中氧分子作用生成具有强氧化性的过氧化物，它们氧化微生物细胞的蛋白质及酶的—SH基，从而使细胞膜破坏，而游离出脂肪，并在以后分离工序中吸收脂肪。
该技术的工作原理：当食物运入装有相平行的两个碳极的脉冲管时，触点接通，电容器开始充电，触点转向另一端，电离器通过一对碳极放电，并在几秒内完成杀菌。一般温度45~50℃，场强30kV/cm时，对微生物有强杀菌作用。该法可避免加热引起蛋白质变性及维生素破坏。因微生物细胞破坏泄出脂肪，该法只适用于鱼糜和肉糜等食品，可保持原有风味。
4．强磁场杀菌
日本秋田大学，试验用交变磁力杀菌技术，该法是采用6000高斯的磁力强度，将食品放在N极和S极之间，经过连续摇动，达到100%杀菌。
该法原理：用交变磁场，产生强电流，一方面干扰细胞膜电荷分布，进而影响物质出入细胞；另一方面使细胞内物质及水电离产生过氧化物，作用于蛋白质及酶类，使蛋白质变性，破坏细胞结构。该法因引起微生物细胞破坏，故适用于酿造调味品如味精、醋、酱油、酒、乳制品，但不适于果蔬类。
5．感应电子束杀菌
以电为能源的线性感应电子加速器产生的电离辐射，可导致细胞内物质电离，破坏细胞结构，进而杀死微生物。
该法是将电子加速，去撞击重金属铅板，铅板发出具有宽带光子能量频谱的强射线，穿透力强，具有较高能量杀死微生物。该法用于肉类、果蔬及果酱，饮料等食品杀菌。
6．脱乙酰壳多糖杀菌法
脱乙酰壳多糖抑制微生物的机理，是由于聚阳离子聚合物在微生物表面形成一层包衣，它阻止微生物细胞从外界吸收营养物质及排泄废物，进而杀死微生物。试验发现，脱乙酰壳多糖对真菌抑制作用较大，若结合高压或高压均质等杀菌效果更佳。该法是将脱乙酰壳多糖配成一定浓度的水溶液均匀地溶在液态、半固态食品中，既起到抑制作用，又不影响食品原有营养成分，且能作为碳源为人体吸收利用。
7．抗生素酶杀菌法
日本、美国等将带有溶菌酶的壳多糖酶，葡萄糖酶等用于食品杀菌，其作用机理是破坏微生物细胞膜。目前发现的抗微生物的酶有4类：（1）使细胞失去新陈代谢作用，主要破坏新陈代谢的酶类；（2）对细菌产生有毒作用，主要抑制微生物呼吸酶的作用；（3）溶解细胞膜进而使细胞物质泄出；（4）减弱细胞中酶的作用钝化其他酶。
该法目前已应用于乳制品、饮料及果酱等食品的杀菌。
8．软电子束杀菌法
软电子束，是低于30万电子伏特的低能级电子束，在距高电子束发生器出口处约17cm的地方，其电子能量较低，约6~20万电子伏特，其杀菌机理在于此电子束穿透力弱，只穿透食品表面50~100üμm深，其主要作用在于软电子束的辐射作用，使微生物膜电荷分布不均，影响微生物的物质交换。其次产生电离作用，诱发产生过氧化物，破坏细胞的蛋白质及核酸、酶的结构，迅速杀菌。
该法因穿透力不强，只进行表面50~100μm的深处杀菌。故适应于谷物等粮食及香料的杀菌，杀菌效果100%，使表层无菌，不能深入食品内部，对食品质量无任何影响
资料来源《生物学通报》1999年第5期
垃圾能否食用？
在我们看来，既然细菌可能是以根本不能吃的物质为食，那么，为什么不能利用它们来处理硬的废料呢？因为我们这个星球，特别是大城市，越来越不堪垃圾的重负了。
拨出巨大面积的土地作垃圾场，然而这样一来却使我们非常需要的土地失去了用场。垃圾是可以烧掉，但有毒物质却飘落在空气中。把垃圾埋入地下，我们岂不是成了把头藏在沙土里的驼鸟，总是试图回避问题，往后怎么处理垃圾呢？
问题在于，许许多多的人造化合物可以数十年不降解，积存在土壤中，如玻璃和一些塑料。或者是慢慢地毒化周围环境，释放毒素，而接着我们就会在植物和畜牧产品中发现危害我们的物质的痕迹。
于是我们想到了借助细菌来从贫矿中提取金属的一种在生态上比较干净的方法。例如，千百年来，人们利用排水法采铜，但没有人想到，微生物在其中发挥了什么作用。它们将金属变成可溶解的化合物，这样就很容易用水将这些化合物冲洗出来。目前人们仍在完全有意识地使用这种方法，不仅仅用这种方法采铜，而且用它采镍、淘金、采铀和许多其它的化学元素。开采过程变得更快、更经济，主要的是更干净了！对聚合物就不可以照此“办理”吗？
好极了，细菌前来助一臂之力了。人们发现有些细菌可以提取落入土壤中的聚合物，于是人们便从土壤中专门培育出了这种细菌的变种。有趣的是，如果周围有足够适合细菌吃的食物，细菌就不储备食物。但是只要它一感到“正常”的食物开始减少，而且塞给它们一些不合胃口的东西，它们就开始在自己体内疯狂地储存聚合物微粒。这些微粒在借助电子显微镜拍摄的照片上不难看到。
微生物以此促进了将有害垃圾从自然界中清除掉的工作。进一步说，如果有组织地回收工业范围内的聚合物，那我们就会得到一座生产聚合物的天然加工厂，而且不出废料。与此同时，可以使那引起细菌“生产”出各种各样的产品，性能可以指定。还有一种利用这些细菌特点的方法，即用聚合物废料，例如，用污染全世界的聚乙烯薄膜制成营养丰富的植物肥料。
正如你们所见，大自然建造了工厂，数百万年来这些工厂清理着我们星球上的各种天然污染物，进行处理后，又将它们还给大自然。这样完美的技术不值得重视吗？在许多种情况下，我们只要认真观察一下这些过程，并有将其用于我们所需的愿望就足够了。
资料来源《大自然的奥秘》
摄氏250度高温中的生命
以前人们认为，微生物以及任何一种活的生物体能够存活的最高温度界限是90℃。去年，在邻近加利福尼亚湾的太平洋海底，两名美国科学家发现了一些喷射出摄氏几百度的高温水的涌泉。它们处在2，600米深的海底，那里的压力高达265个大气压。最为令人惊奇的是，两位科学家在高温水样中竟发现了一些活的微生物——一种以前无人知晓的细菌！要知道，金属锡在摄氏232度时就会熔化，而这种细菌在摄氏232度时居然还能自由自在地生活！
为了能够在地面上仔细研究这些令人惊奇的微生物，科学家们用金属钛特别设计和制造了一种类似高压锅的容器，以保证水样中的细菌能够继续生活在它们已经习惯了的温度和压力之中。已经查明，这些抗高温微生物在水温低于80℃时即停止繁殖。初步的化学分析表明，这些微生物基本上还是由人们已知的物质组成的，它们的遗传密码也保存在脱氧核糖核酸里，原生质是由蛋白质组成的，外壳和内膜也都是由碳和脂类物质组成的。暂时还搞不清楚，这些生物机件的抗高温本领是通过什么方式得到的，但是科学家们发现这些微生物的核糖核酸的结构有了若干的改变：在它们的分子中，鸟嘌呤—胞嘧啶的含量提高了。随着温度的升高，核糖核酸的链不断受到水分子的强烈冲击，会产生分崩离析的趋向，而鸟嘌呤和胞嘧啶的对子要比尿嚓啶和腺嘌呤的对子结合得更为牢固，因此前者越多，它们各自形成的螺线在一起缠绕得也就越牢固，因而也就越能经受水分子的冲击，保持核糖核酸链的稳定。除此之外，人们还发现，一些细菌用一种特殊的蛋白质包裹住自己的核糖核酸。但是，所以这一切措施都不能使生命最重要的信息仓库——核糖核酸的生存和发挥作用的耐温极限提高到摄氏100~120℃以上。所以，这些有机体一定还有一引起用来保护自己的更为高妙的方法。
在新发现的微生物的蛋白分子中还发现了大量的以前在别的生物体中所没有发现过的氨基酸。另外又发现，这引起微生物中脂类物质的分子呈现出多分枝链的样子。科学家们认为：这些链条相互缠绕在一起，使得用这种脂类物质组成的细胞分子具有了特别的坚固性，能够承受住高温水分子的强烈冲击。人们推测，这些抗高温细菌一定还有一引起暂时还未被人类发现的生物化学方面的“绝招”，使得它们能够在如此严酷的条件下安身立命。
这些高温中生活的细菌靠吃热泉中所含的丰富的化学物质生活。在它们的新陈代谢活动中起主要作用的是硫。
这一轰动世界的发现，从一个新的角度说明了诸如生命起源，外星球上能否找到生命等生命学上的问题。过去，生物学家们一直从研究地球上的生命现象所得到的观念出发，认为我们这个星球上的生命不会早在地球本身形成和冷却之前出现，因此也同样认为，在那些温度很高的星球上去寻找生命是毫无希望的。现在，新的发现冲破了旧观念的束缚，打开了人们的眼界，既然地球上存在着能够在熔化金属的温度中生活的生命体，那么以前的那些生物生存的最高温度界限也就不再是不可改变的了。
资料来源《绚丽多彩的生命》
微生物学的诞生
19世纪微生物学的建立是生物学史上一项伟大在成就，它确立了生物界除植物、动物之外的另一大类，即微生物。更重要的是它揭示了许多疾病产生的原因，从而指明了治疗这些疾病的正确途径。法国化学家和生物学家巴斯德（Louis Pasteur，1822－1895）是微生物学的创立者。
巴斯德1822年生于法国一个工人家庭。少年时的巴斯德认为字典中最重要的三个词是意志、工作、成功。他立志要在这三块基石上建立成功的金字塔。在学习中，他具有一股韧劲，有耐心，有毅力。巴斯德有绘画天才，他曾给爸爸、妈妈画像，希望自己将来能成为一名画家。1843年，巴斯德考入巴黎高等师范学校。在大学里，他听了化学家杜马教授的学术演讲，他被杜马教授新颖的学术思想所吸引，从而促使他决心今后从事化学研究，这是他人生道路上的一个重要转折点。自此以后，巴斯德如饥似渴地阅读各类书籍，废寝忘食地在实验室里做实验，他的学习成绩也越来越好。巴斯德在高等师范学校毕业时获硕士学位，然后又为攻读博士学位而继续深造。他节衣缩食，每天抽出两个小时出外任教，以所得报酬添补学习生活之用。巴斯德在获得了博士学位以后，开始了他的科学研究工作。几年中他在化学研究中颇有成绩，成为一名年轻的化学家。
19世纪50年代，因放置久了的葡萄酒和啤酒常常变酸，使法国的酿酒工业蒙受了巨大的损失。1854年，盛产葡萄酒的里尔地区的一些酿酒商向巴斯德请教，是否有一种化学药品可以制止这种变酸过程。巴斯德通过显微镜观察发现，未变酸的酒里有一种圆球状的酵母菌，酵母菌发酵可以产生酒精。变酸的酒里有一种杆状的乳酸菌，乳酸菌可以产生乳酸，使酒发酸变质。他还发现，发酵过程是一个生物学过程，需要活的酵母菌，不需要氧气。巴斯行认为，酒酿制好后，酒中的乳酸杆菌必须去掉，否则它们会使酒变酸。他经过多次实验发现，慢慢将酒加热到55℃，酒中的乳酸杆菌就会被杀死，然后将酒密封起来，酒就不会发酸了。法国酿酒工业很快就采用了这种方法，酒不再发生变酸现象了。这种温热杀菌法被称为巴斯德灭菌法，我们饮用的牛奶就是采用这种方法防腐保鲜的。巴斯德的发明避免了许多经济损失，为社会带来巨大的效益。
1865年，巴斯德接受农业部的要求，去法国南部解决养蚕区蔓延很快的蚕病。他发现导致蚕生病的是一种致病的微生物，他提出将染病的蚕和桑叶全部毁掉。为防止出现致病微生物，养蚕要进行检种（把带有致病微生物的蚕及卵捡出，保证优良蚕种的培育）。巴斯德的方法挽救了法国的养蚕业和丝绸工业。
巴斯德从分析葡萄酒变质问题开始涉足生物学问题，并开创了微生物学的研究。他提出了“微生物病原说”，找到了预防许多疾病的方法，并发明了“巴斯德消毒法”。英国外科医生李斯特率先将巴斯德消毒法用于外科手术，克服了伤口感染发炎的困难，使手术成功率大大提高。巴斯德对微生物学的研究带来了医学领域的一次革命。
巴斯德在对鸡霍乱病的研究中发现，有毒病菌经过处理后，经过几代繁殖，毒性大大减弱。如果用这些毒力弱的细菌给鸡接种，鸡就获得了对鸡霍乱病的免疫能力。后来巴斯德又将提纯出来的炭疽病菌苗。当时许多人不信任这种疫苗，巴斯德决定分开试验。1881年5月5日，在一大群内科医生和兽医面前，巴斯德对48只绵羊中的24只绵羊，10头母牛中的6头母牛，2只山羊中的1只山羊进行炭疽病疫苗接种。25天后，试验主持人拿出了有毒的炭疽病菌液体，为接种和未接种过的牛羊注射。结果未接种的牛羊一个接一个地患炭疽病死去，而接种过的牛羊全部存活。那些开始持怀疑态度的人全都转变了立场，巴斯德取得了巨大的胜利！巴斯德最辉煌的成绩是征服了狂犬病。他经过4年的辛勤工作，经过多次试验，培养出狂犬病疫苗。1885年7月6日，巴斯德第一次给人注射狂犬病疫苗，救活了被狂犬咬伤的病孩迈斯特，这消息轰动了整个世界。人们纷纷把狂犬病患者从世界各地送往法国巴黎，因为这里的巴斯德是惟一能解救他们的人。
巴斯德把造福人类作为自己的座右铭，因此，他把他的科学研究与社会的需要紧密地结合在一起。他重视实验，不受前人旧说的束缚，敢于创新。他遵循着自己提出的“不要在已成的事业上逗留”这句格言，在科学研究上不断努力，尤其在微生物学方面取得了许多重大成就。巴斯德为人类的幸福作出了杰出的贡献，他必将永远被全世界人民怀念。
资料来源《创造发明100例》