甲烷细菌的生长也很缓慢,在人工培养条件下需经过十几天甚至几十天才能长出菌落,有的甲烷细菌需要培养七八十天才能长出菌落;在自然条件下甲烷菌长出菌落所需的时间更长。甲烷细菌生长缓慢的原因,是它可利用的物资很少,只能利用很简单的物质,如二氧化碳、氢气、甲酸、乙酸等。这些简单物质必须由其他发酵性细菌把复杂有机物分解后,才能提供给甲烷细菌,所以甲烷细菌一定要等到其他细菌都大量生长后才能生长。
甲烷菌的生存环境
甲烷细菌在自然界中分布极为广泛,在与氧气隔绝的环境中都有甲烷细菌生长,海底沉积物、河湖淤泥、沼泽地、水稻田以及人和动物的肠道、反刍动物瘤胃,甚至在植物体内都有甲烷细菌存在。
甲烷菌不能在有氧气处生存,因此它们只能生存在完全缺氧气的环境中,比如湿地土壤、动物消化道和水底沉积物等。甲烷作用也可发生在氧气和腐烂有机物都不存在的地方,如地面下深处、深海热水口和油库等。
甲烷菌吃什么
甲烷菌的食料非常广泛,几乎所有的有机物都可以用作沼气发酵的原料。在沼气池里,甲烷菌可以源源不断地产生沼气。一个年产两万吨酒精的工厂,如果用全部的酒精废液生产沼气,每年可得沼气1100万立方米,相当于9000吨煤。而且,被甲烷菌“吞嚼”过的残渣还是庄稼的上等肥料,肥效比一般农家肥还高。
现代甲烷菌的“食物”来源更加广泛,杂草、树叶、秸秆,食堂里的残羹剩饭、动物粪尿,乃至垃圾等都是甲烷菌的美味佳肴。沼泽和水草茂密的池塘底部极为缺氧,甲烷菌躲在这里“饱餐”一顿之后,便可舒心地呼出一口气来,这便是沼气泡。沼气泡中充满沼气,而沼气的主要成分是甲烷,另外还有氢气、一氧化碳、二氧化碳等。沼气是廉价的能源,用于点灯、做饭,既清洁又方便,还可以代替汽油、柴油,是一种理想的气体燃料。
苏云金杆菌——灭虫勇士
在微生物王国中,有一大批灭虫勇士。千百年来,它们悄悄地帮助人类杀灭害虫,保护庄稼。然而,它们的功绩直到近百年才被人们发现。它就是苏云金杆菌,这种菌长得像棍棒,矮矮胖胖,身高不到5毫米。当它长到一定阶段时,身体一端会形成一个卵圆形的芽孢,用来繁殖后代;另一端则产生一个菱形或近似正方形的结晶体,因为它与芽孢相伴而生,我们叫它伴孢晶体,有很强的毒性。
面粉厂里的发现
1911年,德国人贝尔奈在苏云金这个地方的一家面粉厂里,发现有一种寄生在昆虫体内的细菌,有很强的杀虫力。于是,人们称这种细菌为苏云金杆菌。
让害虫一命呜呼的苏云金杆菌
当害虫咬嚼庄稼时,会同时把苏云金杆菌吃进肚去,这就像孙悟空钻进铁扇公主的肚子里一样,在害虫的肚子里大显威风。苏云金杆菌的伴孢晶体含有的内毒素可以破坏害虫的消化道,引起食欲减退、行动迟缓、呕吐、腹泻等情况。而芽孢能通过破损的消化道进入血液,在血液中大量繁殖而造成败血症,最终使害虫一命呜呼。
灭虫勇士的光明前途
苏云金杆菌的发现,为人们利用微生物消灭植物病虫害提供了很好的前景。现在,人们已经用发酵罐大规模地生产苏云金杆菌,经过过滤、干燥等过程制成粉剂或可湿性粉剂、液剂,喷洒到庄稼上,对棉铃虫、菜青虫、毒蛾、松毛虫以及玉米螟、高粱螟等100多种害虫有不同的致病和毒杀作用。
1992年,“世界环境与发展大会”明确指出:到2000年要在全球范围内控制化学农药的销售和使用,生物农药的用量达到60%。美国、英国、日本、巴西等国家已下令取缔有残留的化学农药,要求生物农药占农药总量的60%以上。我国农业部计划到2005年和2015年,生物农药发展到分别占农药总量的30%和50%。我国农药耗用量每年达150万吨以上。按此比例,年需生物农药量至少在60万吨以上。可见,发展微生物杀虫剂在我国具有巨大的潜在市场。
燃料乙醇——绿色能源
燃料乙醇是一种可再生能源,可在专用的乙醇发动机中使用,又可按一定的比例与汽油混合,在不对原汽油发动机作任何改动的前提下直接使用。使用含醇汽油可减少汽油消耗量,增加燃料的含氧量,使燃烧更充分,降低燃烧中的一氧化碳等污染物的排放。在美国和巴西等国家,燃料乙醇已得到初步的普及,在中国也开始有计划地发展。
微生物与制作乙醇燃料
科学家经过研究发现了一种新的微生物,名叫蓝细菌。它可以将纤维素转换为乙醇和其他的生物燃料。科学家称,如果该微生物的生产量可以按比率扩大,那么就将给国家运输燃料的生产带来重大的发展契机。
研究微生物学和细胞生物学的科学家们则认为这种蓝细菌是一种十分廉价的资源,只要将其纤维素分解为糖,就可以用来生产乙醇和其他生物燃料。并且这种蓝细菌还可以在咸水中生长,不会占用耕地。而关于蓝细菌,还有一些其他方面的观点如下:1.蓝细菌能利用光能生产出糖和纤维素。
2.葡萄糖、纤维素和蔗糖会不断地产出,但绝不会伤害或破坏蓝细菌的生长。
3.蓝细菌可以利用大气中的氮作为养料,而不再需要其他肥料就能生长旺盛。
科学界一直认为使用蓝细菌作为乙醇和其他生物燃料的最大好处在于不用通过占用大量耕地,就能制取生物燃料,同时也降低了对森林的压力。
蓝细菌是如何进行生物转化的呢?首先用同样的发酵方式生产燃料乙醇的方法,将蓝细菌和多种常用微生物菌种进行优化组合后培养一段时间,然后制成纤维素发酵促进剂,利用该促进剂对农作物秸秆进行糖化发酵,进而将秸秆中的纤维素转化为糖,再通过发酵,最后产生燃料乙醇。
利用蓝细菌的最大好处在于不需要通过高温爆破和酶制剂,就能大幅度地节约能源,降低成本,提高秸秆利用效率。相信利用现有的粮食生产酒精的工艺,一定能实现以秸秆纤维素替代部分或全部粮食的目的,其作用对生物能源和饲料产业发展具有促进作用。
新的再生能源
乙醇作为可再生能源,可用于生产生物燃料乙醇的主要原料来源或者同汽油混合使用,减少对不可再生能源石油的依赖。
如果作为汽油添加剂,可提高汽油的辛烷值。通常,车用汽油的辛烷值一般要求为93或97,乙醇的辛烷值可达到111,所以向汽油中加入燃料乙醇可大大提高汽油的辛烷值,且乙醇对辛烷值调和效应好于烯烃类汽油成分和芳烃类汽油成分,添加乙醇还可以较为有效地提高汽油的抗爆性。
燃料乙醇不是“油”
乙醇具有许多优良的物理和化学特性。燃料乙醇是优良的油品质量改良剂,或者说是增氧剂。当它按一定比例加入汽油中,并不是简单作为替代油品使用的。把乙醇作为“油”的概念,可就大大降低了燃料乙醇的功能和价值。乙醇汽油可以改善尾气污染和动力。其原理是乙醇里所含的内氧,部分地补充了汽油在油缸内燃烧,而外界供氧不足的问题,又较好地解决了汽油的高辛烷值成分问题,使乙醇的物理化学特性得以充分的发挥。只要知道了这些,就不难给燃料乙醇定位了。
直接利用酒精作为汽车燃料这一点,巴西走在最前面。早在1989年,巴西以甘蔗、糖蜜、木薯、玉米为原料开发发酵酒精,几乎全部用来代替汽油。从那时起,巴西已不再进口原油,少量国产原油还可出口,率先实现了汽车燃料的酒精化。目前,巴西是世界上最大的燃料乙醇生产和消费国,也是唯一不使用纯汽油作为汽车燃料的国家。
干扰素——病毒的克星
1957年,英国病毒生物学家埃里克和瑞士研究人员简在利用鸡胚绒毛尿囊膜研究流感干扰现象时了解到,病毒感染的细胞能产生一种因子,这种因子能作用于其他细胞,干扰病毒的复制,所以将其称为干扰素。
奇妙的干扰现象
干扰素最开始还只是治愈流感、肝炎、水痘之类的小毛病,但后来被大量用来对付肿瘤、癌症还有白血病。不但如此,越来越现代的生产方式,使得基因工程干扰素已上市了。
说到干扰素的发现,还要追溯到60多年前。1935年,美国科学家用黄热病毒在猴子身上做试验。黄热病是一种由病毒引起的恶性病。他们先用一种致命性弱的病毒感染猴子,猴子安然无恙。当他们又用致病性很强的黄热病毒感染同一只猴子,猴子竟然也没有反应。这一现象使科学家得到启发:前一种病毒可能产生了某种物质,使细胞在受到新病毒的进攻时能自我防御。1937年,有人重复类似的实验,证实给经过裂谷热病毒感染的猴子注射黄热病毒,猴子会平安无事。反复的实验证据让科学家们意识到,生物界的病毒也存在着奇妙的互相干扰现象。
贵如黄金的干扰素
干扰素是在人们研制病毒的“干扰现象”时发现的,它是细胞在病毒侵入生物体后产生的自卫卫士,虽然不能帮助被侵染的细胞杀死对方,但它可以在入侵者的周围筑起“钢铁长城”,保卫其他未被侵染的细胞,防止入侵者无止境地蔓延,这样就抑制了病情的发展。干扰素是英国科学家首先从人体细胞中提取出来的,是一种能够调节细胞功能的重要蛋白质。天然的干扰素很难分离,含量极少,浓度不到1%,而且人体的干扰素必须从人体细胞中获得,不能与其他动物的干扰素通用,这样更加限制了干扰素的来源,根本无法大量应用于临床,导致其价格比黄金还要贵。
万能的干扰素
干扰素是病毒的克星,被公认为是自抗生素诞生以来,一种最具有巨大效力的新药。它对治疗癌症、流感、肝炎等病毒性疾病都有效,而这些病症都是尚未有决定性根治手段的疑难病症。如当癌症患者的癌细胞形成后,会以惊人的速度繁殖。但给患者注射干扰素后,癌细胞的增殖速度会大大减慢,有时癌细胞甚至会消失。现在已经证明:干扰素对骨肉瘤、多发性骨髓病、黑色素瘤、皮肤病以及淋巴癌都有治疗效果。总之,任何病毒引起的疾病,它都可以预防和治疗。
蛋白酶与干扰素
蛋白质是干扰素的本质,能不能把制造成这种蛋白质的遗传基因找出来,转入大肠杆菌体内,让它们代劳以进行大量生产呢?经过科学家的试验,干扰素的批量生产成为了可能。科学家利用DNA重组技术构建了生产干扰素的基因工程。
如今,运用基因工程技术的国家有美国、日本、法国、比利时、德国、英国以及中国等。通过DNA重组、大肠杆菌发酵等方法,大量获取各种干扰素,并且经过试验表明,这样制得的干扰素对乙型肝炎、狂犬病、呼吸道发炎、脑炎等多种传染病都有一定的疗效。
干扰素成为猖狂进攻的病毒的死敌。但目前干扰素还有许多缺点,需要进一步研究、改造,并提高其活性和扩大应用范围。终有一天,干扰素会成为一种威力无比的药物,成为各种危害人体健康的病毒们的最大克星。