奇趣的微生物
吴遵胜编写
微生物（Microorganism）顾名思义，是微小的生物。例如需用可放大100倍的显微镜，才能看到的细菌（Bacteria）；真菌或霉菌（Fungus）（主要靠菌丝体吸收外界营养物质，常寄生在其他物体上。例如酵母菌、青霉菌，手癣、脚癣、蘑菇等）；病毒（Virus），大小为20-200毫微米（1毫微米是100万分子1毫米），是世上最小的生物，需用可放大200万倍的电子显微镜观察。
有人用火箭在74 公里高空中，采集到微生物；在10公里深海的沉积物，发现每克中有800多万细菌；在4公里深、在400大气压下、60℃
– 105℃处发现有硫酸还原细菌；在南极冰川293米深的岩石中，发现有真菌。
有些细菌是嗜热细菌，并且只有在高温下，才能生长得良好。有人在深海、温度高达400℃的海底喷发物中，发现了嗜热细菌。
有些细菌是嗜盐细菌。一般情况，倘若细胞外的溶液浓度大于细胞液的浓度，细胞就会脱水致死。但嗜盐细菌可产生大量溶质或从外面取得溶质来维持生活。例如有些细菌的细胞质（一种无色透明的胶状物质，介于细胞核与细胞膜之间），可分别再浓缩高浓度的氯化钾或氯化钠的细菌，以供应其细胞质中蛋白质的需要。
细菌这些奇异特性，是一切其他生物无法比拟的。
细菌亲代通过分裂产生的子代，若具有与亲代相同的结构、繁殖、代谢及致病的表现，称为遗传性（Inheritance）；倘有不同表现，则称为变异性（Variability）。
1.形态的变异：例如有些细菌有鞭毛（能迅速收缩、松弛，产生波浪运动，推进菌体）。在含1
%碳酸、用海产的石花菜所制成的琼脂培养基中，失去鞭毛；在不含碳酸的培养基中，则鞭毛又可恢复。
2.毒力和抗原性的变异：例如将牛型结核杆菌在含有胆汁、甘油和马铃薯的培养基中，经200代长期培养，得到毒力大为减弱而抗原没有改变、无毒、活菌的结核杆菌，即预防结核病的疫苗----卡介菌疫苗（BCG
Vaccine）。（抗原（Antigen）进入人体或动物血液中，能使血清产生具有扺抗或杀死病菌（Germ）、病毒作用的蛋白质为抗体（Antibody）。它只能与相应的抗原起作用，例如伤寒患者体内所产生的抗体，只能对伤寒杆菌有效）。
3.菌落的变异：菌落是单个菌体或孢子在固体培养基上，生长、繁殖后所形成、肉眼可见的微生物群落。（群落：生存在一起、在一定生存条件相适应的动、植物的总体。孢子：是低等动、植所产生的一种有繁殖或休眠作用的细胞，在离开母体时，即能形成新的个体。休眠：某些生物为了适应环境，生命活动几乎停止。例如蛇在冬季不吃不动；植物的芽在冬季停止生长）。
4.耐药性（抗药性）的变异：有些病菌对某些药物敏感而具有耐药性。例如青霉素原先对治疗细菌性感染，有非常好的疗效，但病菌逐渐生成耐药性的青霉菌株而耐药。
5.流行性感冒病毒的变异：流行性感冒（简称流感）的病毒有A、B、C三型，而以A型的变异最为突出，一般是10-25年有一次大的变异，产生新的毒株。人们对新的毒株缺乏免疫力（具有抵抗力，不患某种传染病），又对新的病菌研究探索，研制新的疫苗，措手不及，从而流感猖狂地流行传播，造成全球大流行。1918-1919年第一次全球大流行，患者约5亿，死亡约两千万人；1946-1947年，1957-1958年，1968-1969年分别再发生了三次全球大流行！
非典呼吸道传染病（Sars）的病毒，在2003年年初在全球蔓延。据世界卫生组织统计：截止2003年8月7日，它涉及32个国家，8,422人患病，919人死亡，死亡率约11%。
有些微生物在一定条件下，在细胞内形成一个椭圆、耐旱、耐高温、耐低温、壁很厚的休眠体，叫作芽孢。微生物的休眠有利于微生物的保藏。例如有人用土壤保存1,234株杆菌，15年后，其存活率达95%。1983年埃及考古部门在开罗南部一个墓穴里，发现含有活菌，2,200年前的发酵菌。
四、微生物的呼吸及吃食：
1.呼吸：微生物呼吸有好氧型，厌氧型、及好氧和厌氧兼有型。好氧型者缺氧即死亡。厌氧型者遇氧则在细胞内产生过氧化氢，破坏蛋白质和酶；它靠有机物分解而呼吸。好氧和厌氧兼有型，例如酵母菌在有氧时，产生大量的酵母菌；在无氧时，就进行发酵，产生酒精、啤酒；而发酵实际上就是无氧呼吸。微生物独特的呼吸方法，使它们在生存竞争中，独辟蹊径，独树一帜。
2.吃食：细菌既无嘴又无消化器官，但它们的细胞质膜有选择性地只让本身需要的营养进入细胞。对小分子物质，例如水、二氧化碳、氧等。它们依靠细胞内外的浓度的差异，作为扩散的动力，使其经细胞膜进入细胞。至于其他物质，则用细胞膜外的透明性酶与物质结合，转运到膜内。
微生物因具有不同的酶而口味各异，例如酵母菌喜欢吃麦芽糖、葡萄糖、石油，而对淀粉则不屑一顾。
生物界有生物体小而消耗比例多食物的规律。例如大肠杆菌每小时消耗自身重量2,000倍的糖；相当于一个成人消耗500年的粮食！
五、共生体：
真菌和植物的根形成共生体，叫作菌根。（共生体：两种不同生物生活在一起，互存互利，缺一不可。例如白蚁肠内的鞭毛虫，帮助消化白蚁吃的木纤维；白蚁供给鞭毛虫营养。因此两者都不能独立生活而相依为命！）。
菌根从土壤中吸收水分和营养供给植物；植物分泌物质供给菌根作为营养。这共生合作关系，使植物更加茂盛。
由病菌使人致病的有：例如肺炎、结核病、白喉、麻疹、天花、百日咳等。这些病菌在晴天比雨后的空气中多；低空比高空多；夏季比冬季多；尘埃多的地方比清洁的地方多。
由病毒使人致病的有：例如麻疹、流感、流行性腮腺炎、传染性肝炎、乙脑、风疹、猩红热，伤寒、脊髓灰质炎、Sars
等。
病毒分布极广，可感染所有的生物，目前共发现约有1,000种，其危害性远远超过病菌所引起的疾病。例如肉毒梭菌是肉毒梭菌产生的外毒素（病菌分泌到病菌体外的毒素）。肉毒梭菌广泛地分布在人、畜、鱼肠道和粪便中，可引起植物性食物中毒，例如家庭滥制的臭豆腐、豆酱等;和动物性食品中毒，例如动物的肉类。这种外毒素是毒性最强的蛋白，0.0005毫克可使人致命！
但是有些微生物可被利用，对人类有贡献，例如：
1.防止矿井中的瓦斯爆炸；瓦斯（Gas）主要的成分为可燃的甲烷（Methane
CH4
）。甲烷单毛杆菌以甲烷为食物，通过菌体的新陈代谢，成为简单的有机物，有效地防止瓦斯爆炸；有成本低、效果好的优点。
2.净化污水：工业废水中的酚类，例如苯酚（Phenol
C6H5OH），对人类毒害较大。一种芽孢杆菌可通过代谢作用使苯酚转化为无害的醋酸，并以此为营养食物；净化率可达99%。废水中的汞是剧毒物质，会严重地损害人的大脑和神经系统，甚至使人死亡。鱼吃了附着汞的水草或游生物，也会中毒。一种假单孢杆菌可吸收汞，再用特殊的酶系统将汞转化，回收达90%的汞。
3.酿酒：
（1）葡萄酒：葡萄用破碎机成浆，放入酵母菌，在25℃-30℃，旺盛地发酵几天产生乙醇（Alcohol,
C2H5OH）。去渣，压榨，过滤，放入桶中将新酒在10℃-15℃进行后发酵后，再装瓶。
（2）啤酒：将大麦浸在水2-3天，吐出的麦芽形成大量的淀粉酶。淀粉酶将麦粉里的淀粉溶解（即糖化，因淀粉在酵素作用下变成糖），形成大量的麦芽糖。煮好，过滤，加入啤酒花（由树脂、芽香油及苦味物质所组成）。加入啤酒酵母，其丰富的麦芽酶将麦芽糖分解成葡萄糖。因有残余的糖，在0℃-2℃放置密闭罐中达1-4月，进行后发酵。
啤酒为低酒精度饮料（含有3%-4%乙醇），并含有人体需要的八种氨基酸，可增进食欲。全球啤酒种类，数以万计。
4.乳酸菌饮料：有些人体内缺乏乳糖分解酶，无法消化乳糖（Milk
Sugar 或Lactose，C12H22O11
.H2O）因而食用含有乳糖的食物（如牛奶）而腹泻。若加入乳酸菌使牛奶中的乳糖分解成乳酸，则人喝牛奶不致腹泻。乳酸菌在人体肠中可抑制不良的肠道细菌，对人的康健大有裨益。
糖分充足、蛋白质的质和量俱佳的牛奶，是非常好的乳酸菌发酵的培养基。乳酸菌将奶类中的乳糖分解为乳酸时，也产生一些其他酸性物质，从而导致pH值下降。当乳类蛋白质达到等电点（Isoelectric
Point）时，（等电点：一种物质，在某一pH的溶液中，解离成阳离子和阴离子的程度相等，呈电中性，如牛奶蛋白质的等电点约在pH
4.5左右），蛋白质形成沉淀，类似果冻状物，称为“ 凝乳”，
即酸奶。可再加工，变成西方人和游牧民族爱吃的奶酪（Cheese）。
乳酸菌是众多有益的微生物中最有价值的一群，到目前为止，已有59种。制造泡菜、酱油、酱等都有乳酸菌的参与。制品中含有对人有益的活菌。
5.降低汽油凝固点：在寒冷地带，汽油因其石腊凝结，使汽车机器不能发动，高空飞行的飞机发生事故。假丝酵母以石腊作为食物，消化、繁殖了大量菌体。分离，提取，可得凝固点为
-50℃、脱腊的石油，再提炼成汽油。
6.杀灭害虫：
（1）粮食：虫害使人类每年损失成千上万吨的粮食。农药杀死害虫，但也杀死益虫；且农药成分稳定，不易分解；若长期使用，则使农产品粘有毒物。害虫易受微生物侵袭，患病，甚至导致死亡。例如松毛虫可将松树的针叶吃得精光。白僵菌的孢子成熟后，在空中飘浮。当空气湿度较大时，易粘附在害虫体壁上。在适当温度、湿度下，孢子吸水，萌发出菌丝，溶解害虫的几丁质（或叫壳质，是有机化合物、质地坚硬、构成昆虫甲壳的主要物质），将害虫毒死。白僵菌对大豆食心虫、玉米螟、苹果食心虫、蝗虫，亦有防治作用，且对人畜无害。
（2）茶叶：茶叶有消化、醒酒作用，是我国传统的大批出口商品。化学农药可降低茶叶的品质，且残留在茶叶上，造成危害。茶小卷叶蛾可使茶叶减产甚至80％。从茶小卷叶蛾中分离出一种病毒，用以除虫，安全有效，方法简单，对人无害。
7.指示菌：
（1）勘探石油：石油的烃类物质，可由深处扩散到地壳表面。有些微生物专吃它们。从微生物繁殖的量，有助于勘探石油工作。
（2）防止二氧化硫毒气：工业废气中的二氧化硫的毒性很强，可引起人的疾病甚至死亡。地衣是真菌和藻类的共生体，它对二氧化硫特别敏感而影向它的生长，从而获得二氧化硫的信息。
（3）饮水检测：饮用水的病原菌多来自病人粪便的大肠杆菌，若它在饮水中超过一定数量。则可标明饮水污染程度。
现代技术用同位素喂养细菌，制成示踪菌体，可确定菌体的位置和密度。
8.产生沼气：沼气中有60-70%可燃的甲烷，燃烧后的产物为二氧化碳、水，不会污染空气。将人畜粪尿、杂草、落叶、农作物的杆、茎、叶，在无氧中，用沼气细菌，使之发酵。发酵剩余的泥渣、含有氮、磷、钾肥料。
9.奇特功能：
（1）增高儿童身材：3,000名日本学龄儿童吃了加有0.5%赖氨酸（Lysine）的面包，一年后身高平均增加5.7cm，体重平均增加4.4kg。1
吨的赖氨酸可节省125吨的饲料，相当于少种13公顷的饲料地。
（2）治病救人，防虫除害：抗生素（Antibiotic）治疗许多过去认为是绝症，并抢救病危者；已控制95%的细菌感染疾病。许多抗生素用于森林、果树、家畜、家禽的防病除害。抗生素在微生物工业产品中，功效最好，总产值最多。
（3）酶制的洗衣粉：大多数的洗衣粉均有三聚磷酸钠，污染水质，使水发臭。酶是由各种氨基酸所构成的一种特殊蛋白质，被称为生物催化剂（Biocatalyst）。它能使动物、植物和微生物都产生酶。酶制剂洗衣粉主要有蛋白酶、脂肪酶、及纤维酶，可分别专吃蛋白质污垢，油脂污垢，纤维污垢；速度快，效力高，不污染环境，对人无害。
自然界有难以计数的病菌，使人致病，但人有很好的防御系统，例如：人能分泌含有溶菌酶的眼泪，能使许多病菌丧生。人的唾液中含有大量的高效溶菌酶。人的鼻道中有粘液可粘住病菌，人打喷嚏将大量病菌排出。人的血小板（Blood
Platelet）可分泌有杀菌能力的血小板溶素。人的白血球可分泌白血球溶菌素。人的胃有大量可杀菌的胃酸。人的淋巴细胞与病菌搏斗。人的肝脏可将病菌分泌的毒素转化为无毒物质。人的肠道中的微生物可合成人不可缺少的维生素B1，B2，B6，B12，K及多种氨基酸。
八、结语：
可使人致病的细菌称为病原菌，但许多种细菌却对人有益。例如一种病毒的噬菌体战胜病菌的精彩过程，人们用可放大200万倍的电子显微镜，将这世上最小的生物、约一万个排队的总长度只有1毫米的病毒，一览无余，了如指掌。噬菌体有蛋白质外壳，被外壳包着的核酸（遗传物质）,以及尾部有几根尾丝。噬菌体有选择性的敌对。例如大肠杆菌体只对大肠杆菌挑战，对其他病菌则相安无事。尾丝牢固地吸附病菌。噬菌体分泌一种溶菌酶，使病菌的细胞壁被溶解成小孔，将核酸注入病菌，最后冲破了奄奄一息的病菌细胞壁，使之毙命！
随着科学不断进步，仪器不断更新，开阔了人们的眼界。例如可怕的病毒可被利用杀死害虫，为人们节约大量财富；正如水能载舟，也能覆舟。其契机在于如何兴利除弊，化敌为友，造福人群。
微生物极微小，甚至小于尘埃，但结构小巧玲珑，适应变化多端的环境，令人匪夷所思；能分辨病菌，令人惊叹不已。科学愈昌明，愈能使人体会造物主创造的奇妙深邃，发人深省，令人心折首肯！