沙福芽孢桿菌是土壤里的“休眠戰(zhàn)士”。環(huán)境宜人時(shí),它像普通桿菌分裂繁殖;一旦遇干旱、高溫或高鹽,便迅速縮成圓芽孢,外壁裹滿吡啶二羧酸,耐熱八十度、耐旱十年,只等雨露歸來。植保學(xué)家愛把它當(dāng)“生物衛(wèi)兵”:芽孢萌發(fā)后分泌脂肽、幾丁質(zhì)酶,可撕破病原菌壁,使灰霉、枯萎菌無法入侵番茄、黃瓜;同時(shí)激發(fā)植物系統(tǒng)抗性,讓葉片自己升“警備”。溫室試驗(yàn)顯示,育苗土中每克添百萬芽孢,黃瓜枯萎率降四成,農(nóng)藥少打一半,果實(shí)仍青亮。更妙的是,它能將有機(jī)磷長鏈分解成植物可吸收的正磷酸鹽,相當(dāng)于給土壤配了“微肥”。如今,生物公司以糖蜜發(fā)酵罐培養(yǎng),把芽孢制成可濕性粉劑,拌種、灌根皆宜,保質(zhì)期兩年,運(yùn)輸不必冷鏈??茖W(xué)家還在其基因組里插入耐鹽基因,讓它在西北鹽堿地也能萌發(fā),為棄荒灘涂奪回糧田。小小沙福芽孢桿菌,用微米之軀守護(hù)綠色豐收,讓農(nóng)藥瓶少一個(gè),飯碗多一粒。小小格雷厄姆氏根瘤菌,用微米之軀撬動(dòng)綠色農(nóng)業(yè),讓藍(lán)天少一縷煙,田里多一季香。芬娜冬菇
侄子根瘤菌是土壤里的微型氮廠,直徑不過微米,卻能把天空搬上餐桌。當(dāng)春雨浸潤,休眠的它隨水流游向豆科稚嫩的根毛,像機(jī)敏的牧羊犬識(shí)別前列聲啼哭。雙方以化學(xué)密語互通:根分泌類黃酮,菌回贈(zèng)Nod因子,根毛收到暗號(hào)立刻蜷曲內(nèi)陷,把菌請(qǐng)進(jìn)“客廳”,并發(fā)出指令讓皮層細(xì)胞分裂,幾天便鼓出粉白瘤狀“育嬰室”。瘤內(nèi)氧氣被植物合成的血紅蛋白調(diào)到恰好,菌體也變形為膨大“類菌體”,固氮酶開始運(yùn)轉(zhuǎn),把空氣中占七成卻極穩(wěn)定的N?裂成NH?,再經(jīng)谷氨酰胺合成酶轉(zhuǎn)化為氨基酸,沿維管束晝夜輸送給宿主,自己只留一口碳糖作為“房租”。溫室示蹤顯示,一畝接種的春豌豆可少施18公斤尿素,籽粒蛋白卻增3.6%,相當(dāng)于多收兩袋奶粉;收獲后根瘤脫落,礦化釋氮,后茬玉米吸氮量提15%,土壤硝態(tài)淋失降四成,地下水不再喊“又咸又綠”。在西南山區(qū),農(nóng)民把菌劑與草木灰拌種,坡地扁豆畝產(chǎn)翻半,省錢買化肥,村里小學(xué)因此添了圖書角。更妙的是,菌渣富含多糖,能把沙粒粘成團(tuán)粒,三年后板結(jié)田的孔隙度增加一成,蚯蚓回歸,雨后不再硬如磚。如今生物公司把菌液封裝成鋁箔袋,春耕拌種即可,比化肥便宜三成,比糞肥干凈百倍。紫藍(lán)鏈霉菌隨著人們對(duì)環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展的關(guān)注不斷增加,生物脫膠技術(shù)越來越受到重視。

施氏芽孢桿菌(Bacillus smithii)是芽孢桿菌屬中少見的“高溫工匠”,標(biāo)準(zhǔn)菌株 JCM 9076 更早從堆肥深處分離,可在 30–65 ℃、pH 4.5–9.0 范圍內(nèi)旺盛生長,更適溫度 55 ℃,芽孢耐 100 ℃沸水 2 h 仍存活,是驗(yàn)證高壓蒸汽滅菌的指示菌之一。其耐熱關(guān)鍵在于芽孢內(nèi)高濃度吡啶二羧酸鈣(DPA-Ca)結(jié)合低水分狀態(tài),配合小分子熱休克蛋白,使酶與 DNA 在高溫下依舊穩(wěn)定。2024 年,中國團(tuán)隊(duì)從湖南鎘污染稻田篩選到解磷菌株 M2(保藏號(hào) CCTCC M2024167),鑒定為 B. smithii。該菌可在 50 mg L?1 Cd2?、6 % NaCl 條件下正常分泌有機(jī)酸,將難溶磷酸鈣轉(zhuǎn)化為磷,盆栽玉米根際有效磷提高 42 %,籽粒鎘含量下降 35 %,實(shí)現(xiàn)“增磷減鎘”同步完成。在工業(yè)酶方向,施氏芽孢桿菌是“高溫酶工廠”。其耐堿性 α-淀粉酶更適溫度 70 ℃,在淀粉液化、紡織退漿中可省去降溫環(huán)節(jié),節(jié)能 15 %;耐熱蛋白酶在 60 ℃、30 % 乙醇中仍保持 80 % 活性,為生物煉制提供新型催化劑。農(nóng)業(yè)應(yīng)用上,M2 菌株與秸稈堆肥復(fù)配,可使堆體 24 h 升至 65 ℃,纖維素降解率提高 30 %,堆肥周期縮短 7 d;作為功能性菌劑,每畝基施 200 g 菌粉,冬小麥越冬前磷吸收量提高 18 %,分蘗數(shù)增加 1.2 個(gè),對(duì)后期倒伏有明顯緩解作用。
綠色綠芽菌(Blastochloris viridis)是一株綠色、能出芽的光合細(xì)菌,隸屬α-變形菌綱芽生綠菌屬。菌體圓形至卵圓,具極生鞭毛,可活躍游動(dòng);革蘭氏陰性,無芽孢,不形成芽孢鏈,通過不對(duì)稱出芽繁殖,是光合菌中少見的“芽殖型”。它的培養(yǎng)物呈橄欖綠至翠綠,源于細(xì)菌葉綠素b與類胡蘿卜素的組合,吸收波段集中在700-900 nm近紅外區(qū),可在弱光或近紅外環(huán)境中進(jìn)行不產(chǎn)氧光合,為光能異養(yǎng)生長提供優(yōu)勢(shì)。更適生長溫度30℃,pH 6.8-7.5,鹽度0-6%,兼性微好氧,黑暗條件下也能緩慢呼吸增殖,適應(yīng)淡水到河口多種生境。綠色綠芽菌的光合內(nèi)膜為囊泡狀,含Q-8、Q-10、MK-7、MK-9等醌類,G+C mol% 66-71,系統(tǒng)發(fā)育與紅游動(dòng)菌屬更接近。其反應(yīng)中心結(jié)構(gòu)與電子傳遞鏈已被解析,是研究光能轉(zhuǎn)化和人工光合器件的模型生物。應(yīng)用方面,菌株ATCC 19567常用于教學(xué)與科研;因其能利用低級(jí)脂肪酸和多種有機(jī)酸,也被探索用于高濃度有機(jī)廢水處理,可在光照厭氧反應(yīng)器中同步去除COD并回收單細(xì)胞蛋白,為“光合-凈水-資源”一體化提供新思路。隨著合成生物學(xué)發(fā)展,綠色綠芽菌的細(xì)菌葉綠素b合成基因簇已被克隆,為構(gòu)建近紅外驅(qū)動(dòng)細(xì)胞工廠奠定了遺傳基礎(chǔ)。隨后,細(xì)菌釋放信號(hào),誘導(dǎo)根部細(xì)胞分裂,三天鼓出乳白根瘤,像給根系掛上微型氮肥廠。

無機(jī)磷細(xì)菌培養(yǎng)基(不含瓊脂)是專為“溶磷菌”篩選與活性測(cè)定設(shè)計(jì)的合成液體培養(yǎng)基。其配方精髓在于“難溶磷”:磷酸三鈣〔Ca?(PO?)?〕以懸浮顆粒形式存在,不提供任何磷;葡萄糖或甘露醇擔(dān)任碳源,硫酸銨為氮源,并輔以Mg2?、K?、微量元素及磷酸鹽緩沖液,pH穩(wěn)定在6.8–7.2。唯有能分泌有機(jī)酸、質(zhì)子或磷酸酶的細(xì)菌,方可將不溶性磷轉(zhuǎn)化為可溶PO?3?,供自身同化并釋放到液相中,使原本乳白的懸濁液逐漸澄清,上清有效磷濃度上升,實(shí)現(xiàn)“溶磷”可視化與可量化。實(shí)驗(yàn)流程簡(jiǎn)潔高效:250 mL三角瓶裝50 mL培養(yǎng)液,接入土壤或根際稀釋液,28℃、170 r/min振蕩培養(yǎng)5–7天;每24 h取樣離心,鉬銻抗比色法測(cè)定鉬藍(lán)吸光度,繪制“溶磷-時(shí)間”曲線。高效菌株72 h內(nèi)上清磷濃度可突破200 mg·L?1,pH降至4.5以下,溶磷率與酸度呈明顯負(fù)相關(guān)。若需高通量比較,可改用96深孔板,同步測(cè)定OD???與可溶性磷,計(jì)算單位生物量溶磷效率,快速鎖定優(yōu)良菌株。質(zhì)量控制要點(diǎn):滅菌后磷酸三鈣易沉降,使用前需渦旋或磁力攪拌重懸;背景可溶磷須低于0.5 mg·L?1,避免假陽性。儲(chǔ)存過程若出現(xiàn)絮凝,多為鈣-蛋白復(fù)合物,可超聲打散,不影響活性。菌株2-2a對(duì)大豆炭疽、黑斑、灰斑等葉部病害及根腐、立枯等土傳病害兼具防效,且定殖速度快。紫藍(lán)鏈霉菌
青銅小單孢菌是一種屬于Micromonospora屬的生物,Micromonospora屬的生物是生物活性次級(jí)代謝物的豐富來源。芬娜冬菇
蟑螂埃希氏菌并非真“埃希氏菌”,而是2017年從美洲大蠊腸道里分離出的新種,學(xué)名Blattabacterium,卻與大腸桿菌同門,于是被昵稱為“蟑螂埃希氏菌”。它住在宿主脂肪體細(xì)胞內(nèi),像隨軍糧倉,把蟑螂吃剩的尿素、尿酸重新拆成氨,再摻進(jìn)糖酵解中間物,合成10種必需氨基酸,回贈(zèng)宿主。沒有它,蟑螂只能在高蛋白環(huán)境里長大;有了它,哪怕啃紙、啃膠水也能活得肥碩??茖W(xué)家算過,一只雌蠊若缺菌,若蟲期延長一倍,產(chǎn)卵量掉七成。更有趣的是,菌體隨卵殼傳代,百萬年來與蟑螂共譜“垂直家譜”,演化出精簡(jiǎn)的600kb基因組,幾乎丟掉所有外壁合成基因,把防御任務(wù)全交給宿主,自己專職“氮回收”。如今,實(shí)驗(yàn)室嘗試用抗生物質(zhì)“斷菌”,結(jié)果蟑螂像泄了氣的皮球,說明菌是害蟲活力的隱形引擎。小小蟑螂埃希氏菌,用顯微鏡下的齒輪,托住人類更討厭昆蟲的頑強(qiáng)生命,也為綠色控蟑提供新靶點(diǎn):若能阻斷菌給氮,或許能讓廚房少一點(diǎn)深夜驚叫。芬娜冬菇