第二篇第三十二章多才多艺的小精灵
第二次世界大战以后，不仅是发酵
工业的迅速崛起，微生物在其他人类活动中，也扮演起越来越重要的角色。微生物，
这些显微镜下的小精灵，现在已经渗透到人类的生产活动的方方面面，对人类的生活产
生了巨大的影响。
下面，就让我们一起去看看，勤劳的小精灵们是怎样帮助人们从事生产活动的吧。
发酵的主力军
微生物发酵是人类利用微生物最普遍的方法。几千年来，人类就一直在经验地利用微生物
产面包、馒头、酒、醋、奶酪、腌菜等传统发酵和酿造食品。尽管到了18、19世纪，其
中某些产品如啤酒等已经
较大规模地生产，但它们的生产方式还是较接近于手工作坊。即便是
今天，尽管这些产业早已完成了工业化改造，但由于习惯的原因，一
般我们还是将它们归入食品工业，而不将它们归类到发酵工业中。
在第一次世界大战期间，英国的魏茨曼博士(曼彻斯特大学化学
教授，后来成为以色列的第一任总统)发明了利用微生物发酵的方法
生产丙酮(这个过程同时还产生丁醇)，用以合成一种新型炸药。而在
德国，纽博格等也出于生产炸药的需要而开发出了利用微生物发酵
生产甘油。这两种同样是以生产炸药为目的的发酵技术，成为人类最
早的主动利用微生物大量生产工业产品的尝试。一般认为，它们的出
现标志着近代微生物发酵工业的萌芽。丙酮、丁醇和甘油
都是相应的微生物在基本生理活动中产生
的初级代谢物。这类产品包括氨基酸、有机酸、核苷酸、维生素、酶制
剂等，它们大多是工业原料、食品添加剂和营养补充剂。
真正标志着微生物发酵成为一项成熟的工业技术的，则是第二
次世界大战时期青霉素的商业化生产技术的开发。特别值得庆幸的
是，虽然大规模生产青霉素技术的出现也与战争有关，但它的直接作
用却是治病救人。从这点上说，这也是人类利用微生物历史上的一个
巨大进步。青霉素开发成功后，其他的抗生素不断涌现，抗生素工业
迅速地成长为发酵工业的支柱产业。像青霉素这样的抗生素，是微生
物为了提高自己的生活质量和数量(如有利于它们与其他微生
物的生存竞争等)而产生的，但并不是微生物生存所必需的，
一般将这类产物称为次级代谢物。
最初发现和生产的次级代谢物主要都是抗生素，但发展到今天，
抗生素之外的其他次级代谢物已经变得越来越重要。
由于重组DNA技术的诞生，20世纪80年代以来又出现了一类
新的发酵工业产品——利用微生物生产的基因工程药物。这类产品
的特点是将人或其他哺乳动物的基因克隆并重组到微生物的基因载
体上，利用微生物来生产人或其他哺乳动物基因的表达产物。
由于利用微生物发酵生产的产品种类繁多，要完整地统计发酵
工业的经济效益是比较困难的。然而，仅仅是根据一些产量比较大的
产品的市场数据估计，20世纪末，初级代谢物的市场在100亿美元左
右，主要是一些氨基酸、有机酸、维生素、酶制剂等工业原料和食品添
加剂；次级代谢物的市场在400亿美元以上，主要是抗生素和其他各
种药物；而基因工程药物虽然只有不到20年的历史，它们的市场却
已经有150亿美元左右。虽然相当一部分基因工程药物来自重组
哺乳动物细胞和昆虫细胞培养技术，但其中至少有30亿美元以上，
是利用重组微生物生产的。
微生物与环境保护
微生物与环境保护有着极为密切的关系。在自然环境中，微生物是降解大部分污染物的功
，而且人为地利用微生物处理污染物也取得了很大的成果，可以说，微生物在环境保护中有
着不可替代的作用。
微生物在污水处理中起着非常重要的作用。微生物对污染物的分解和清除能力是非常惊人
的。
普通的生活污水自然不在话下，即便是各种各样有毒的农药或者其他化工产品，一般也能找
出某种微生物来分解和吃掉它们，不同的微生物可以分解和清除不同的污染物。有些微生物
甚至可以除去某些剧毒的物质，例如，某些假单孢菌可以将剧毒的氰化物分解成无毒的二氧
碳和氨。还有一些微生物具有富集重金属离子的特性，可以用它们来处理含重金属离子的废
水。
利用微生物具有的广泛降解污染物的能力，可以对受污染的土
壤进行修复。虽然在自然条件下，由于土壤自身带有一定数量的微生
物，只要经过足够长的时间，至少在理论上，土壤是具有一定的自我
修复能力的，但人类已经不愿也不能容忍这些污染物继续存在数十
年乃至上百年。为了加速土壤的修复，常用的方法是通过向受污染的
土壤中加入某些促进微生物生长的营养物质，以合适的方法向土壤
供应更多的氧气，向土壤中投放具有很强的污染物降解能力微生物
菌株等策略，提高土壤中可以降解污染物的微生物的数量和改进土
壤中微生物群的降解能力。采用这种方法，可以在几个月时间内明显
改善土壤的污染情况。例如，美国犹他州针对航空发动机油污染的土
壤，在污染区打竖井，通过竖井抽风13个月后，土壤中平均油含量由
410mg／kg降至38mg／kg。
随着重组DNA技术的发展，有不少科学家正致力于创造具有更
强的降解某些污染物能力的“超级降解菌”。相信在不久的将来，土壤
微生物修复的效率会更高。不过，要真正使我们生活的环境变得安全
和洁净，最关键的还是防止污染物的产生和排放。只有从源头上切断
污染物的产生，才是最彻底的解决方案。
白色垃圾已经成为当今环境的“杀手”，即便是微生物——这些自然界中最勤劳的“清洁
工”，
对这些化学结构不复杂却很难分解的高分子化合物，也显得力不从心。要避免“白色污染”
，最有效的办法就是寻找一些在自然界中可以被微生物降解的替代产品。虽然用纸制品或天
然动植物纤维可以部分代替塑料，但效果不好，成本也较高。为了找到性能优良的可生物降
解塑料，人们又将目光转向了微生物。研究表明，很多种类的微生物都可以产生PHB或者类
似的产物(一种可生物降解的塑料)，现在英国、美国都已有少数公司开始工业化生产PHB
。目前，由于PHB的生产原料主要是粮食副产品，生产成本高，故难以普及，但是，人们相
信会有那么一天，这种生物降解塑料的生产成本可以大大下降，我们再也不用为“白色污染
”而担心了。
微生物和绿色能源
随着社会的发展，能源问题日益突出。现在我们用的石油、煤、天然气都是不可再生能源，
总有一天会耗尽；而核能的使用因为潜在的危险性而在世界各地受到环保人士的强烈反对；
太阳发电的投资太高，还受气候条件影响；风力发电和水力发电则受到地区限制，而且资源
有限。因此，生物能源作为可再生、污染小的绿色能源，正日益受到世人的关注。
酒精，也就是乙醇，是一种可以通过微生物发酵，利用植物原料制造的新型燃料。把酒精
添加到汽
油中，可以节约部分汽油。自两次石油危机以来，西方国家对于燃料酒精的生产投入了极大
的热情。
在我国农村，沼气是一种优良的生物能源。
此外科学家还发现，某些在典型的海洋环境中无处不在的微生物，在自然条件下也能够发电
。也许微生物发电离我们已经不是很遥远了。
微生物在农业中的应用
微生物做肥料
半个多世纪以来，我国农业取得了长足的发展，不仅基本解决了十几亿人的温饱问题，而且
使我们的饮食结构和质量都有了很大的改善，这其中，化学肥料功不可没。可是
目前在我们脚下的这片土地上，化肥已经到了被滥用的地步。所谓物极必反，化肥的过量使
用，导致了一系列环境问题，开始威胁到人民的健康。
要解决这些问题，人们开始大力研究和推广新型的绿色肥料——微生物肥料。
微生物肥料就是利用特定微生物来增加土壤肥力的微生物制品。大家都知道，把豆科植物
根拔起常可以看到这些植物的根上长着许多小疙瘩，这些小疙瘩就是由根瘤菌侵入后形成的
“肿瘤”。不过这些“肿瘤"的存在不仅不会使植物生病，反而会不断为植物提供营养。原
这些根瘤菌可以把空气中的氮固定下来，转变成植物可以吸收的氨。这样，一个个的小疙瘩
就像是建造在植物根部的一个个“小小化肥厂”，固定下来的氮几乎能百分之百被植物吸收
，而不会跑到土壤中造成环境污染。除了根瘤菌外还有一些微生物也有固氮作用，但是即便
是里面最“勤快”的微生物，比起根瘤菌来也大大不如。
除了固氮作用外，微生物还能把土壤中难溶解的含磷化合物分解成植物能吸收的形式，分
解土
壤中的含钾矿石，并富集钾元素，此外还能够分解动植物残体为植物提供营养。总之，微生
物肥料的使用不仅能降低化肥的使用量，防止土壤肥力的退化，还可以保护环境。随着研究
的深入，我们可以预言，微生物肥料在新的世纪里将会得到更广泛的应用。
微生物做农药
1911年，一个叫贝尔内里的生物学家发现一种细菌可以杀死螟虫，四年后他给这种细菌取名
为苏云金杆菌。苏云金杆菌的发现使人们自然想到，利用它来给害虫制造“流行病”以杀死
虫。经过几十年的努力，科学家用试验证明，苏云金杆菌可以防治鳞翅目、膜翅目、直翅目
等的130多种害虫。但由于化学农药的价格优势，苏云金杆菌长期未获产业界的重视。
随着化学农药造成严重环境污染日益突出，人们才重新认识利用细菌防治害虫这种生物防
治方法的
重要意义。苏云金杆菌从此登上了生物防治的“舞台”。这种生物农药对人体无害，所以又
叫做无公害农药。
不仅细菌可以作为杀虫剂，其他微生物也不甘落后，在此不赘述了。
有的微生物还可以担任除草剂的角色，微生物除草比化学
除草方便安全，而且不会造成环境污染，这代表了除草剂的发展趋势。
微生物的研究和应用领域实在是太广阔了，我们在这里就不一一枚举了。相对于动植
物