微生物在自然界中的分布與菌種資源的開(kāi)發(fā) （2）

（四）工農業(yè)產(chǎn)品中的微生物

1 ．農產(chǎn)品上的微生物

    各種農產(chǎn)品上均有微生物生存，糧食尤為突出。據統計，全世界每年因霉變而損失的糧食就占總產(chǎn)量的 2 ％左右，這是一筆極大的浪費。在各種糧食和飼料上的微生物以曲霉屬、青霉屬和鐮孢 ( 霉 ) 屬的一些種為主，其中以曲霉為害最大，青霉次之。有些真菌可產(chǎn)生真菌毒素，有的真菌毒素是致癌物，其中以部分黃曲霉菌株產(chǎn)生的黃曲霉毒素最為常見(jiàn)。黃曲霉毒素是一種強烈的致肝癌毒物，對熱穩定 ( 300 ℃ 時(shí)才能 被破壞) ，對人、家畜、家禽的健康危害極大�，F已發(fā)現的黃雷毒素有 B l 、 B 2 、 G l 、 G 2 、 B 2a 、 G 2a 、 M l 、 M 2 、 P l 等十幾種，其中以 B l 的毒性和致癌性最強，含黃曲霉毒素最多的食品是花生及花生制品、玉米。另一類(lèi)劇毒致癌毒素為 T2 。由鐮孢霉屬的真菌產(chǎn)生，被人吸收后會(huì )引起白細胞下降和骨髓造血機能破壞。在國際上，少數國家曾用來(lái)制成生物武器。

2 ．食品上的微生物

    食品是用營(yíng)養豐富的動(dòng)植物原料經(jīng)過(guò)人工加工后的制成品，其種類(lèi)繁多，如面包、糕點(diǎn)、罐頭、蜜餞等。由于在食品的加工、包裝、運輸和貯藏等過(guò)程中，都不可能進(jìn)行嚴格的無(wú)菌操作，因經(jīng)常遭到細菌、霉菌、酵母菌等的污染，在適宜的溫、濕度條件下，它們又會(huì )迅速繁殖。其中有的是病原微生物，有的能產(chǎn)生細菌毒素或真菌毒素，從而引起食物中毒或其他嚴重疾病的發(fā)生，所以食品的衛生工作就顯得格外重要。

    要有效地防止食品的霉腐變質(zhì)，除在加工制作過(guò)程中必須注意清潔衛生外，還要控制保藏條件，尤其要采用低溫、干燥、密封等措施，此外，也可在食品中添加少量無(wú)毒的化學(xué)防腐劑，如苯甲酸酸、山梨酸等。

3 ．引起工業(yè)產(chǎn)品霉腐的微生物

    許多工業(yè)產(chǎn)品是部分或全部由有機物組成，因此易受環(huán)境中微生物的侵蝕，引起生霉、腐爛、腐蝕、老化、變形與破壞，即使是無(wú)機物如金屬、玻璃也可因微生物活動(dòng)而產(chǎn)生腐蝕與變質(zhì)，使產(chǎn)品的品質(zhì)、性能、精確度、可靠性下降，給國民經(jīng)濟帶來(lái)巨大的損失，因此工業(yè)產(chǎn)品的防腐問(wèn)題，日益受到人們的重視。

（五）人及動(dòng)物體上的微生物

    正常人體及動(dòng)植物體上都存在著(zhù)許多微生物，生活在健康動(dòng)物各部位、數量大、種類(lèi)較穩定且一般是有益無(wú)害的微生物，稱(chēng)為正常菌群。例如，在動(dòng)物的皮毛上經(jīng)常有葡萄球菌，鏈球菌和球菌等，在腸道中存在著(zhù)大量的擬桿菌、大腸桿菌、雙歧桿菌、乳桿菌、糞鏈球菌、產(chǎn)氣莢膜菌等，都屬于動(dòng)物體上的正常菌群。

    人體在健康的情況下與外界隔絕的組織和血流是不含菌的，而身體的皮膚、粘膜以及一切外界相通的腔道中存在有許多正常的菌群。皮膚上最見(jiàn)的細菌是某些革蘭氏陰性球菌，其中以表皮葡萄球菌多見(jiàn)，有時(shí)也有金黃色葡萄球菌存在；鼻腔中常見(jiàn)的有葡萄球菌、類(lèi)白喉分支桿菌，口腔中經(jīng)常存在著(zhù)大量的球菌、乳桿菌屬和擬桿菌屬的成員。胃中含有鹽酸，不適于微生物生活，除少數耐酸菌外，進(jìn)入胃中的微生物很快被殺死。人體腸道呈中性 ( 或弱堿性 ) ，且含有被消化的食物，適于微生物的生長(cháng)繁殖，所以腸道特別是大腸中含有很多微生物。過(guò)去曾認為腸道菌群中主要種類(lèi)是大腸桿菌和腸球菌。近代研究表明，腸道菌群中占優(yōu)勢的是擬桿菌、雙歧桿菌等厭氧菌，它們比大腸桿菌和腸球菌多 l 000 倍以上。幾乎占所有被分離活菌的 99 ％，而好氧菌 ( 包括兼性厭氧菌在內 ) 所占比例不超過(guò) 1 ％。

    在一般情況下，正常菌群與人體保持著(zhù)一個(gè)平衡狀態(tài)，且菌群之間也互相制約，維持相對的平衡。它們與人體的關(guān)系一般表現為互生關(guān)系。應該指出的是，所謂正常菌群，也是相對的、可變的和有條件的。當機體防御機能減弱時(shí)，如皮膚大面積燒傷、粘膜受損、機體受涼或過(guò)度疲勞時(shí)，一部分正常菌群會(huì )成為病原微生物。另一些正常菌群由于其生長(cháng)部位發(fā)生改變也可導致疾劇的發(fā)生。如因外傷或手術(shù)等原因，大腸桿菌進(jìn)入腹腔或泌尿生殖系統，可引起腹膜炎、腎盂腎炎等炎癥。還有一些正常菌群由于某種原因破壞了正常菌群內各種微生物之間的相互制約關(guān)系時(shí)，也能引起疾病。如長(cháng)期服用廣譜抗生素后，腸道內對藥物敏感的細菌被抑制，而不敏感的白假絲酵母或耐藥性葡萄球菌則大量繁殖，從而引起病變。這就是通常所說(shuō)的菌群失調癥。兒童患遷移性腹瀉、消化不良，成人患胃腸炎時(shí)，都有好氧菌、腸桿菌數量增加，擬桿菌、雙歧桿菌數量減少的傾向。痢疾病人除出現擬桿菌減少，腸桿菌增加外，還可檢出痢疾桿菌等致病菌。因此在進(jìn)行治療時(shí)，除使用藥物來(lái)抑制或殺滅致病菌外，還應考慮調整菌株恢復腸道正常菌群生態(tài)平衡的問(wèn)題。

    無(wú)菌動(dòng)物與悉生生物 凡在其體內外檢查不到任何正常菌群的動(dòng)物，稱(chēng)為無(wú)菌動(dòng)物。用無(wú)菌動(dòng)物進(jìn)行實(shí)驗，可排隊正常菌群的干擾，從而使人們可以更深入、更精確地研究動(dòng)物的免疫、營(yíng)養、代謝、衰老和疾病等問(wèn)題。

    凡已人為地接種上某已知純種微生物的無(wú)菌動(dòng)物或無(wú)菌植物，稱(chēng)為悉生生物。

（六）極端環(huán)境中的微生物

    在自然界中，存在著(zhù)一些可在絕大多數微生物所不能生長(cháng)的高溫、低溫、高酸、高堿、高鹽、高壓或高輻射強度等極端環(huán)境下生活的微生物，例如嗜熱菌、嗜冷菌、嗜酸菌、嗜堿菌、嗜鹽菌、嗜壓菌或耐輻射菌等，它們被稱(chēng)為極端環(huán)境微生物或簡(jiǎn)稱(chēng)極端微生物。

    微生物對極端環(huán)境的適應，是自然選擇的結果，是生物進(jìn)化過(guò)程的動(dòng)因之一。了解極端環(huán)境下微生物的物種、遺傳特性及適應機制，不僅可為生物進(jìn)化、微生物分類(lèi)積累資料，提供新的線(xiàn)索，還可直接利用它的特殊基因、特殊機能，培育更有用的新種。因此，研究極端環(huán)境中的微生物，在理論上和實(shí)踐一都且重要的意義。

1 ．嗜熱菌 (thermophiles)

    嗜熱菌廣泛分布在草堆、廄肥、溫泉、煤堆、火山地、地熱區土壤及海底火山附近等處。在濕熱草堆和廄肥中生活著(zhù)好熱的放線(xiàn)菌和芽孢桿菌，它們的生長(cháng)溫度在 45 — 65 ℃ ，有時(shí)甚至可使草堆自燃。一些人為的高溫環(huán)境，如工廠(chǎng)的熱水裝置和人造熱源等處也是嗜熱微生物生長(cháng)的良好環(huán)境。

    嗜熱菌的代謝快、酶促反應溫度高和增代時(shí)間短等特點(diǎn)是中溫菌所不及的，在發(fā)酵工業(yè)、城市和農業(yè)廢物處理等方面均具有特殊的作用。但嗜熱菌的良好抗熱性也造成了食品保存上的困難。

    近年來(lái)，由于把嗜熱菌的耐熱 DNA 多聚酶“ Taq ”用于多聚酶鏈式反應（ PCR ）中，使該反應在科學(xué)研究和醫療等實(shí)際領(lǐng)域的應用中實(shí)現了新的飛躍。 PCR 是一種 DNA 分子的體外擴增技術(shù)，在 1985 年由美國 Cetus 公司人類(lèi)遺傳學(xué)實(shí)驗室的學(xué)者所發(fā)明。它可使目的 DNA 分子在體外快速擴增。在正常機體內， DNA 的合成必須有一個(gè) DNA 多聚酶、一個(gè)現存的單鏈 DNA 模板、一個(gè)小片段的 RNA 引物和若干種合成底物等條件下。在體外，如能滿(mǎn)足這些條件，也可實(shí)驗現 DNA 的擴增。正常的 DNA 分子是雙鏈的，它必須在高溫下才能解開(kāi)，而高溫又會(huì ) DNA 多聚酶失活。因此，在雙鏈 DNA 分子解開(kāi)、復制、再解開(kāi)、再復制的擴增過(guò)程中，必須不斷添加 DNA 多聚酶。 1988 年后，由于使用了耐熱的“ Taq ”，才使 PCR 的專(zhuān)一性、收得率、靈敏度、 DNA 片段長(cháng)度、復制的忠實(shí)、操作簡(jiǎn)便性和自動(dòng)化程度有了明顯的提高。例如，使用自動(dòng)化儀器可使 48 個(gè)樣品在 4 小時(shí)內同時(shí)擴增 10 6 倍。 PCR 已廣泛應用于各種遺傳病、病毒病的診斷，胎兒性別的鑒定，司法工作以及人類(lèi)學(xué)和動(dòng)物學(xué)等的研究工作中。在基本理論研究中， PCR 也有廣泛的應用，例如核苷酸的分析，以及染色畸變和基因突變的研究等。

2 ．嗜冷菌

    嗜冷菌分布在南北極地區、冰窖、高山、深海和土壤等的低溫環(huán)境中。嗜冷菌可分為專(zhuān)性和兼性?xún)煞N，專(zhuān)性嗜冷菌對 20 ℃ 以下的低溫環(huán)境有適應性， 20 ℃ 以上即死亡，如分布在海洋深處、南北極及冰窖中的微生物；兼性嗜冷微生物易從不穩定的低溫環(huán)境中分離到，其生長(cháng)的溫度范圍較寬，最高生長(cháng)溫度甚至可達 30 ℃ 。嗜冷菌是導致低溫保藏食品腐敗的根源。

3 ．嗜酸菌

    大多數微生物生長(cháng)在 pH4.0 — 9.0 的范圍內，最適生長(cháng) pH 接近中性。嗜酸菌分布在酸性礦水、酸性熱泉和酸性土壤等處，極端嗜酸菌能生長(cháng)在 pH3 以下。如氧化硫硫桿菌的生長(cháng) pH 范圍為 0 ． 9 — 4 ． 5 ，最適 pH 為 2.5 ，在 pH0.5 下仍能存活，能氧化硫產(chǎn)生硫酸。 ( 濃度可高達 5 ％一 10 ％ ) 。氧化亞鐵硫桿菌，為專(zhuān)性自養嗜酸桿菌，能將

    還原態(tài)的硫化物和金屬硫化物氧化產(chǎn)生硫酸，還能把亞鐵氧化成高鐵，并從中獲得能量。這種菌已被廣泛用于銅等金屬的細菌瀝濾中。

4 ．嗜堿菌

    在堿性和中性環(huán)境中均可分離到嗜堿菌，專(zhuān)性嗜堿菌可在 pHll 一 pHl2 的條件下生長(cháng)，而在中性條件下卻不能生長(cháng)，如巴氏芽孢桿菌在 pHll 時(shí)生長(cháng)良好，最適 pH 為 9.2 ，而低于 pH 9 時(shí)生長(cháng)困難。

5 ．嗜鹽菌 (halophiles)

    嗜鹽菌通常分布在曬鹽場(chǎng)、腌制海產(chǎn)品、鹽湖和著(zhù)名的死海等處。如鹽生鹽桿菌和紅皮鹽桿菌等。其生長(cháng)的最適鹽濃度高達 15 ％一 20 ％，甚至還能生長(cháng)在 32 ％的飽和鹽水中。嗜鹽菌是一種古細菌，它的紫膜具有質(zhì)子泵和排鹽的作用，目前正設法利用這種機制來(lái)制造生物能電池和海水淡化裝置。

6 ．嗜壓菌 (barophiles)

    嗜壓菌僅分布在深海底部和深油井等少數地方。嗜壓菌與耐壓菌不同，它們必須生活在高靜水壓環(huán)境中，而不能在常壓下生長(cháng)。例如，從深海底部壓力為 l01.325MPa 處，分離到一種嗜壓的假單胞菌；據報道，有些嗜壓菌甚至可在 141 ． 855MPa 的壓力下正常生長(cháng)。由于研究嗜壓菌需要特殊的加壓設備，特別是不經(jīng)減壓作用，將大洋底部的水樣或淤泥轉移到高壓容器內是非常困難的，于是使得對嗜壓菌的研究工作受到一定限制，有關(guān)嗜壓菌和耐壓菌的耐壓機制目前還不清楚。

7. 抗輻射的微生物

    與上述不同的是，抗輻射微生物對輻射僅有抗性或耐受性，而不是“嗜好”。與微生物有關(guān)的輻射有可見(jiàn)光、紫外線(xiàn)、 x 射線(xiàn)和 Y 射線(xiàn)，其中生物接觸最多、最頻繁的是太陽(yáng)光中的紫外線(xiàn)。 生物如果沒(méi)有對紫外線(xiàn)損傷的防御機制，也許地表就是生物難以生存的極端環(huán)境，。然而生物具多種防御機制，或能使它免受放射線(xiàn)的損傷，或能在損傷后加以修復�？馆椛涞奈⑸�物就是這類(lèi)防御機制很發(fā)達的生物，把它們分離培養，可作為生物抗輻射機制研究的極好材料。．

二、菌種資源的開(kāi)發(fā)

    自然界的菌種資源雖十分豐富，但要設法從其中篩到較為理想的菌種也不十分容易。如鏈霉素的發(fā)現就是其中一個(gè)例子。

    分離樣品中的微生物，通常情況下可分四步來(lái)進(jìn)行：

1 ．采集菌樣

2 ．富集培養 又稱(chēng)增殖培養，就是利用選擇性培養基的原理，在所采集的土壤等含菌樣品中加入某些特殊營(yíng)養物，并創(chuàng )造一些有利于待分離對象生長(cháng)的條件，使樣品中少數能分解利用這類(lèi)營(yíng)養物的微生物乘機大量繁殖，從而有利于分離它們。

3 ．純種分離

4 ．性能測定