微生物在自然界中的分布与菌种资源的开发 （2）

（四）工农业产品中的微生物

1 ．农产品上的微生物

    各种农产品上均有微生物生存，粮食尤为突出。据统计，全世界每年因霉变而损失的粮食就占总产量的 2 ％左右，这是一笔极大的浪费。在各种粮食和饲料上的微生物以曲霉属、青霉属和镰孢 ( 霉 ) 属的一些种为主，其中以曲霉为害最大，青霉次之。有些真菌可产生真菌毒素，有的真菌毒素是致癌物，其中以部分黄曲霉菌株产生的黄曲霉毒素最为常见。黄曲霉毒素是一种强烈的致肝癌毒物，对热稳定 ( 300 ℃ 时才能 被破坏) ，对人、家畜、家禽的健康危害极大。现已发现的黄雷毒素有 B l 、 B 2 、 G l 、 G 2 、 B 2a 、 G 2a 、 M l 、 M 2 、 P l 等十几种，其中以 B l 的毒性和致癌性最强，含黄曲霉毒素最多的食品是花生及花生制品、玉米。另一类剧毒致癌毒素为 T2 。由镰孢霉属的真菌产生，被人吸收后会引起白细胞下降和骨髓造血机能破坏。在国际上，少数国家曾用来制成生物武器。

2 ．食品上的微生物

    食品是用营养丰富的动植物原料经过人工加工后的制成品，其种类繁多，如面包、糕点、罐头、蜜饯等。由于在食品的加工、包装、运输和贮藏等过程中，都不可能进行严格的无菌操作，因经常遭到细菌、霉菌、酵母菌等的污染，在适宜的温、湿度条件下，它们又会迅速繁殖。其中有的是病原微生物，有的能产生细菌毒素或真菌毒素，从而引起食物中毒或其他严重疾病的发生，所以食品的卫生工作就显得格外重要。

    要有效地防止食品的霉腐变质，除在加工制作过程中必须注意清洁卫生外，还要控制保藏条件，尤其要采用低温、干燥、密封等措施，此外，也可在食品中添加少量无毒的化学防腐剂，如苯甲酸酸、山梨酸等。

3 ．引起工业产品霉腐的微生物

    许多工业产品是部分或全部由有机物组成，因此易受环境中微生物的侵蚀，引起生霉、腐烂、腐蚀、老化、变形与破坏，即使是无机物如金属、玻璃也可因微生物活动而产生腐蚀与变质，使产品的品质、性能、精确度、可靠性下降，给国民经济带来巨大的损失，因此工业产品的防腐问题，日益受到人们的重视。

（五）人及动物体上的微生物

    正常人体及动植物体上都存在着许多微生物，生活在健康动物各部位、数量大、种类较稳定且一般是有益无害的微生物，称为正常菌群。例如，在动物的皮毛上经常有葡萄球菌，链球菌和球菌等，在肠道中存在着大量的拟杆菌、大肠杆菌、双歧杆菌、乳杆菌、粪链球菌、产气荚膜菌等，都属于动物体上的正常菌群。

    人体在健康的情况下与外界隔绝的组织和血流是不含菌的，而身体的皮肤、粘膜以及一切外界相通的腔道中存在有许多正常的菌群。皮肤上最见的细菌是某些革兰氏阴性球菌，其中以表皮葡萄球菌多见，有时也有金黄色葡萄球菌存在；鼻腔中常见的有葡萄球菌、类白喉分支杆菌，口腔中经常存在着大量的球菌、乳杆菌属和拟杆菌属的成员。胃中含有盐酸，不适于微生物生活，除少数耐酸菌外，进入胃中的微生物很快被杀死。人体肠道呈中性 ( 或弱碱性 ) ，且含有被消化的食物，适于微生物的生长繁殖，所以肠道特别是大肠中含有很多微生物。过去曾认为肠道菌群中主要种类是大肠杆菌和肠球菌。近代研究表明，肠道菌群中占优势的是拟杆菌、双歧杆菌等厌氧菌，它们比大肠杆菌和肠球菌多 l 000 倍以上。几乎占所有被分离活菌的 99 ％，而好氧菌 ( 包括兼性厌氧菌在内 ) 所占比例不超过 1 ％。

    在一般情况下，正常菌群与人体保持着一个平衡状态，且菌群之间也互相制约，维持相对的平衡。它们与人体的关系一般表现为互生关系。应该指出的是，所谓正常菌群，也是相对的、可变的和有条件的。当机体防御机能减弱时，如皮肤大面积烧伤、粘膜受损、机体受凉或过度疲劳时，一部分正常菌群会成为病原微生物。另一些正常菌群由于其生长部位发生改变也可导致疾剧的发生。如因外伤或手术等原因，大肠杆菌进入腹腔或泌尿生殖系统，可引起腹膜炎、肾盂肾炎等炎症。还有一些正常菌群由于某种原因破坏了正常菌群内各种微生物之间的相互制约关系时，也能引起疾病。如长期服用广谱抗生素后，肠道内对药物敏感的细菌被抑制，而不敏感的白假丝酵母或耐药性葡萄球菌则大量繁殖，从而引起病变。这就是通常所说的菌群失调症。儿童患迁移性腹泻、消化不良，成人患胃肠炎时，都有好氧菌、肠杆菌数量增加，拟杆菌、双歧杆菌数量减少的倾向。痢疾病人除出现拟杆菌减少，肠杆菌增加外，还可检出痢疾杆菌等致病菌。因此在进行治疗时，除使用药物来抑制或杀灭致病菌外，还应考虑调整菌株恢复肠道正常菌群生态平衡的问题。

    无菌动物与悉生生物 凡在其体内外检查不到任何正常菌群的动物，称为无菌动物。用无菌动物进行实验，可排队正常菌群的干扰，从而使人们可以更深入、更精确地研究动物的免疫、营养、代谢、衰老和疾病等问题。

    凡已人为地接种上某已知纯种微生物的无菌动物或无菌植物，称为悉生生物。

（六）极端环境中的微生物

    在自然界中，存在着一些可在绝大多数微生物所不能生长的高温、低温、高酸、高碱、高盐、高压或高辐射强度等极端环境下生活的微生物，例如嗜热菌、嗜冷菌、嗜酸菌、嗜碱菌、嗜盐菌、嗜压菌或耐辐射菌等，它们被称为极端环境微生物或简称极端微生物。

    微生物对极端环境的适应，是自然选择的结果，是生物进化过程的动因之一。了解极端环境下微生物的物种、遗传特性及适应机制，不仅可为生物进化、微生物分类积累资料，提供新的线索，还可直接利用它的特殊基因、特殊机能，培育更有用的新种。因此，研究极端环境中的微生物，在理论上和实践一都且重要的意义。

1 ．嗜热菌 (thermophiles)

    嗜热菌广泛分布在草堆、厩肥、温泉、煤堆、火山地、地热区土壤及海底火山附近等处。在湿热草堆和厩肥中生活着好热的放线菌和芽孢杆菌，它们的生长温度在 45 — 65 ℃ ，有时甚至可使草堆自燃。一些人为的高温环境，如工厂的热水装置和人造热源等处也是嗜热微生物生长的良好环境。

    嗜热菌的代谢快、酶促反应温度高和增代时间短等特点是中温菌所不及的，在发酵工业、城市和农业废物处理等方面均具有特殊的作用。但嗜热菌的良好抗热性也造成了食品保存上的困难。

    近年来，由于把嗜热菌的耐热 DNA 多聚酶“ Taq ”用于多聚酶链式反应（ PCR ）中，使该反应在科学研究和医疗等实际领域的应用中实现了新的飞跃。 PCR 是一种 DNA 分子的体外扩增技术，在 1985 年由美国 Cetus 公司人类遗传学实验室的学者所发明。它可使目的 DNA 分子在体外快速扩增。在正常机体内， DNA 的合成必须有一个 DNA 多聚酶、一个现存的单链 DNA 模板、一个小片段的 RNA 引物和若干种合成底物等条件下。在体外，如能满足这些条件，也可实验现 DNA 的扩增。正常的 DNA 分子是双链的，它必须在高温下才能解开，而高温又会 DNA 多聚酶失活。因此，在双链 DNA 分子解开、复制、再解开、再复制的扩增过程中，必须不断添加 DNA 多聚酶。 1988 年后，由于使用了耐热的“ Taq ”，才使 PCR 的专一性、收得率、灵敏度、 DNA 片段长度、复制的忠实、操作简便性和自动化程度有了明显的提高。例如，使用自动化仪器可使 48 个样品在 4 小时内同时扩增 10 6 倍。 PCR 已广泛应用于各种遗传病、病毒病的诊断，胎儿性别的鉴定，司法工作以及人类学和动物学等的研究工作中。在基本理论研究中， PCR 也有广泛的应用，例如核苷酸的分析，以及染色畸变和基因突变的研究等。

2 ．嗜冷菌

    嗜冷菌分布在南北极地区、冰窖、高山、深海和土壤等的低温环境中。嗜冷菌可分为专性和兼性两种，专性嗜冷菌对 20 ℃ 以下的低温环境有适应性， 20 ℃ 以上即死亡，如分布在海洋深处、南北极及冰窖中的微生物；兼性嗜冷微生物易从不稳定的低温环境中分离到，其生长的温度范围较宽，最高生长温度甚至可达 30 ℃ 。嗜冷菌是导致低温保藏食品腐败的根源。

3 ．嗜酸菌

    大多数微生物生长在 pH4.0 — 9.0 的范围内，最适生长 pH 接近中性。嗜酸菌分布在酸性矿水、酸性热泉和酸性土壤等处，极端嗜酸菌能生长在 pH3 以下。如氧化硫硫杆菌的生长 pH 范围为 0 ． 9 — 4 ． 5 ，最适 pH 为 2.5 ，在 pH0.5 下仍能存活，能氧化硫产生硫酸。 ( 浓度可高达 5 ％一 10 ％ ) 。氧化亚铁硫杆菌，为专性自养嗜酸杆菌，能将

    还原态的硫化物和金属硫化物氧化产生硫酸，还能把亚铁氧化成高铁，并从中获得能量。这种菌已被广泛用于铜等金属的细菌沥滤中。

4 ．嗜碱菌

    在碱性和中性环境中均可分离到嗜碱菌，专性嗜碱菌可在 pHll 一 pHl2 的条件下生长，而在中性条件下却不能生长，如巴氏芽孢杆菌在 pHll 时生长良好，最适 pH 为 9.2 ，而低于 pH 9 时生长困难。

5 ．嗜盐菌 (halophiles)

    嗜盐菌通常分布在晒盐场、腌制海产品、盐湖和著名的死海等处。如盐生盐杆菌和红皮盐杆菌等。其生长的最适盐浓度高达 15 ％一 20 ％，甚至还能生长在 32 ％的饱和盐水中。嗜盐菌是一种古细菌，它的紫膜具有质子泵和排盐的作用，目前正设法利用这种机制来制造生物能电池和海水淡化装置。

6 ．嗜压菌 (barophiles)

    嗜压菌仅分布在深海底部和深油井等少数地方。嗜压菌与耐压菌不同，它们必须生活在高静水压环境中，而不能在常压下生长。例如，从深海底部压力为 l01.325MPa 处，分离到一种嗜压的假单胞菌；据报道，有些嗜压菌甚至可在 141 ． 855MPa 的压力下正常生长。由于研究嗜压菌需要特殊的加压设备，特别是不经减压作用，将大洋底部的水样或淤泥转移到高压容器内是非常困难的，于是使得对嗜压菌的研究工作受到一定限制，有关嗜压菌和耐压菌的耐压机制目前还不清楚。

7. 抗辐射的微生物

    与上述不同的是，抗辐射微生物对辐射仅有抗性或耐受性，而不是“嗜好”。与微生物有关的辐射有可见光、紫外线、 x 射线和 Y 射线，其中生物接触最多、最频繁的是太阳光中的紫外线。 生物如果没有对紫外线损伤的防御机制，也许地表就是生物难以生存的极端环境，。然而生物具多种防御机制，或能使它免受放射线的损伤，或能在损伤后加以修复。抗辐射的微生物就是这类防御机制很发达的生物，把它们分离培养，可作为生物抗辐射机制研究的极好材料。．

二、菌种资源的开发

    自然界的菌种资源虽十分丰富，但要设法从其中筛到较为理想的菌种也不十分容易。如链霉素的发现就是其中一个例子。

    分离样品中的微生物，通常情况下可分四步来进行：

1 ．采集菌样

2 ．富集培养 又称增殖培养，就是利用选择性培养基的原理，在所采集的土壤等含菌样品中加入某些特殊营养物，并创造一些有利于待分离对象生长的条件，使样品中少数能分解利用这类营养物的微生物乘机大量繁殖，从而有利于分离它们。

3 ．纯种分离

4 ．性能测定