“吞废吐宝”的神奇微生物

作者: 柴翊平湖南师范大学附属中学

大胆猜想

一次我到外公家做客,看到有人在焚烧秸秆,整个过程产生了大量的黑色浓烟和刺鼻的气味,给我留下了深刻的印象。回家后,我上网查阅资料,了解到我国每年都会产生大量的无用秸秆,一般都会焚烧处理,造成了严重的空气问题。其实,这些废弃秸秆含有大量的纤维素和木质素,其中的纤维素还是许多生物燃料和生物塑料的主要原料,它其实算是一种可再生资源。我觉得这样一味地焚烧废弃秸秆,实在是有些得不偿失。

后来,我和同学一起到长沙简牍博物馆参观学习,看到了很多保存完整的竹简。但是,讲解员告诉我们,这批竹简中的一小部分在保存过程中爆发了严重的竹简蚀斑病,他还给我们展示了腐蚀后的竹简。

回去后,我立刻向科学课的马学品老师询问个中原因。马老师认为竹简主要是由木质素组成,腐蚀的原因很可能是这些木质素被某种微生物“吃掉”了。这时,我联想到秸秆中也含有许多木质素,我大胆猜测这些微生物应该也可以“吃掉”秸秆中的木质素。我把这个想法告诉了马老师,他认为非常可行。而且之前我听父亲说他的实验小组曾经对竹简蚀斑病中的微生物进行过分离和鉴定,于是我就想利用这些微生物来处理废弃秸秆。

被腐蚀掉的吴国竹简

小心求证

为了证实自己的猜想,我开始了实验之旅。

首先,我将废弃秸秆进行了粉碎,这样微生物就能更容易接触到秸秆并发生作用。然后,我把准备好的微生物菌液和秸秆混合到了一起,放在恒温摇床中让微生物利用秸秆中的木质素生长。听实验室的研究生姐姐说,这种微生物的最佳生长时期是前三天,所以我准备先观察三天,好好看看微生物究竟会不会“吃掉”秸秆。

实验期间我会不定时地去看混合液的情况,我发现了有一个有趣的现象:混合液的颜色逐渐变深,而秸秆粉末的颜色变得越来越浅。虽然不知道这是为什么,但我猜想应该是微生物在其中发挥了作用。和马老师讨论后,我们得出的结论是秸秆中的深色的木质素被微生物溶解了出来,而浅色的纤维素被保留在了秸秆中。

粉碎前后的水稻秸秆对比

用来培育微生物的恒温摇床

三天过后,我迫不及待地把秸秆过滤回收,在实验室研究生姐姐的指导下分析了秸秆中的酶解糖含量,她说如果酶解糖含量有所升高,就能够确定木质素被去除了。果不其然,微生物处理后的秸秆酶解糖含量比处理前提高了许多。我开心极了,因为自己的想法得到了验证。为了提高实验的可信度,我又反复进行了几次实验,全都得到了类似的结果。

微生物处理前后的秸秆酶解产还原糖对比

在实验过程中,我还从研究生姐姐那里了解到,这些微生物在“吞食”木质素的过程中,体内会积累生成一种生物塑料物质。如果真是如此,那岂不是将废弃秸秆变成了一种可用资源。于是我重新做了一遍原来的实验,其间我还用荧光显微镜仔细观察了这些微生物。

通过细致的观察,我最终确认了经过24小时就能够在显微镜下看到大量的“斑点”,它们就是细菌体内积累的生物塑料颗粒。而48小时之后,“斑点”的数量会进一步增加,说明此时微生物的数量和其体内积累的生物塑料的量同样也大大增加了。但在72小时之后,“斑点”数量开始减少,这可能是因为此时的微生物已经过了生长的稳定期,开始出现衰亡。所以,以后若想通过处理废弃秸秆获得大量生物塑料,最好将处理时间设定为48小时左右。

提取微生物

通过荧光显微镜观察微生物

后记

通过一系列的实验和观察,我最终成功验证了自己的猜想,微生物确实可以用来处理废弃秸秆。这样不仅可以避免焚烧秸秆带来的空气问题,还能将废弃秸秆变成生物塑料等有用的材料。我认为这对环境治理和资源循环利用都有着非常重要的意义。

另外,我也体会到了实验研究的辛苦。在培养微生物的时候,经常会出现染菌(某些物体被外来的微生物混入)现象,这大都是我的失误和粗心所造成的。实验的每一步都很重要,必须小心翼翼地对待,不能有丝毫马虎。有过失败的经验后,我也总结出了一套做实验的方法,那就是必须牢牢记住实验步骤,并且细致认真地一步一步操作,不能着急。整个过程让我明白做实验跟学习一样都是有一定的规律和方法的,只有掌握正确的方法,才能事半功倍。

我特别感谢自己这次的研究经历,它不仅让我收获了许多课本之外的科学知识,更让我懂得了严谨治学才能有所成就的道理。

(指导老师/马学品 插画绘制/涂图图)