【专家大讲堂】池塘里的那些事儿(40、41、42)

2018-09-27 17:31:45 abc 23

池塘里的那些事儿(40)

微生物的种类 

  按能量与碳源来源分类
  
  化能异养菌(氧化还原物质获得能量,将有机碳同化为细菌物质,如枯草芽孢杆菌)
  
  光能异养菌(俘获太阳辐射能为能量,将有机碳同化为细菌物质,如紫色非硫细菌)
  
  化能自养菌(氧化还原物质获得能量,将无机碳同化为细菌物质,如硝化细菌)
  
  光能自养菌(俘获太阳辐射能为能量,将无机碳同化为细菌物质,如红硫细菌)
  
  按电子受体分类
  
  好氧菌(以氧气作为最终电子受体,如枯草芽孢杆菌)
  
  厌氧菌(以有机小分子或无机氧化物作为最终电子受体)
  
  以有机小分子做电子受体,如乳酸杆菌
  
  以氮氧化物做电子受体,如脱氮杆菌
  
  以铁氧化物做电子受体,如铁还原菌
  
  以锰氧化物做电子受体,如锰还原菌
  
  以硫氧化物做电子受体,如脱硫杆菌
  
  以二氧化碳做电子受体,如沼气产生菌
  
  兼性好氧菌(有氧时以氧气为最终电子受体,无氧时以无机氧化物作为最终电子受体)
  
  按形态分类
  
  球菌(如葡萄球菌、链球菌)
  
  杆菌(如芽孢杆菌、大肠杆菌)
  
  弧菌(如溶血弧菌、霍乱弧菌)
  
  螺旋菌(如钩端螺旋菌、幽门螺旋菌)
  
  按着色结果分类
  
  革兰氏阳性菌(革兰氏染色显阳性,如金黄色葡萄球菌、枯草芽孢杆菌)
  
  革兰氏阴性菌(革兰氏染色显阴性,大肠杆菌、肺炎杆菌)
  
  按培养方式分类
  
  可培养细菌
  
  不可培养细菌
  
  还有一些以特征命名的,如能产乳酸的细菌都称为乳酸菌;能形成芽孢的杆菌,都称为芽孢杆菌。

池塘里的那些事儿(41) 

微生物的吃喝拉撒(1)  

世间任何生物都需要新陈代谢,微生物也不例外。微生物由于个体小,结构简单,没有专门用于摄取营养的器官。因此,微生物的营养物质的吸收以及代谢产物的排出都是依靠细胞膜的功能来完成的。
  
  大分子的营养物质(如蛋白、脂肪和多糖)需要由微生物分泌的胞外酶事先水解成可溶性小分子才能吸收。
  
  根据微生物周围存在的营养物质的种类和浓度,按照细胞膜上有无载体参与、运送过程是否消耗能量以及营养物是否发生变化等,将微生物对营养物质的吸收方式分为:
  
  被动扩散、促进扩散、主动运输和基团转位四种方式。
  
  被动扩散:简单扩散,当细胞外营养物质的浓度高于细胞内的营养物质浓度时,存在浓度差异,营养物质自然从高浓度的地方(胞外)向低浓度的地方(胞内)扩散,当胞内外的营养物质浓度达到平衡时,扩散便停止。
  
  用这种方式运输的物质有:水、二氧化碳、乙醇和某些氨基酸。
  
  特点:(1)扩散是非特异性的,速度取决于浓度差、分子大小、溶解性、pH、离子强度和温度等;(2)不消耗能量;(3)不需要载体蛋白,不能逆浓度梯度进行,运输速度慢。
  
  缺点:很难满足微生物的营养需要,没有选择性。
  
  促进扩散(或称协助扩散):利用营养物质的浓度差进行。需要细胞膜上的酶或载体蛋白的可逆性结合来加速运输速度。即载体在膜外与高浓度的营养物质可逆性结合,扩散到膜内在将营养物质释放。
  
  特点:(1)动力来源于浓度差;(2)不消耗能量,不能逆浓度运输;(3)需要载体蛋白参与,能提前达到平衡;(4)被运送的物质不发生结构变化;(5)运送的物质具有选择性或高度专一性。
  
  主动运输:在提供能量和载体蛋白协助的前提下,将营养物质逆浓度梯度运送。此为微生物新陈代谢的主要运输方式。
  
  特点:(1)消耗代谢能;(2)可逆浓度运输;(3)需要载体蛋白参与,但运输后不改变结构;(4)被运送的物质具有高度的立体专一性。
  
  能量来源:好氧微生物来自呼吸能,厌氧微生物来自化学能,光合微生物来自光能。
  
  主动运输的营养物质有:无机离子、有机离子和一些糖类(如葡萄糖、蜜二糖)。
  
  基团转位:一种即需要载体,又消耗能量,并且转运前后营养物质发生分子结构变化的运输方式。
  
  特点:(1)消耗代谢能;(2)可逆浓度运输;(3)需要载体蛋白参与;(4)运输后会改变分子结构;(5)被运送的物质具有高度的立体专一性。
  
  主要用于运送:葡萄糖、果糖、甘露糖、核苷酸、丁酸和腺嘌呤等。

北京渔美康

池塘里的那些事儿(42)

微生物的吃喝拉撒(2)

同化与异化
  微生物吃东西的目的是用于生长。当然,要生长就得合成新细胞的建筑材料,因此,必须消耗能量。微生物的能量来源主要有化能和光能,对于池塘养殖来说,主要来自化能。也就是说,微生物吸收的营养素有一部分用于燃烧产生能量,我们称为“异化”;一部分用来合成产生细胞物质,我们称为“同化”。如果我们想培养微生物作为天然饲料,我们当然希望同化效率越高越好,如果我们是利用微生物进行污水处理,我们则希望同化效率越低越好。
  
  生命进化的方向是提高效率!生命越高等,同化效率也就越高。尽管细菌的生命形态比较原始,同化效率不是很高。但是,它们能够生存到今天,至少在同类中,它们的同化效率是最高的了。提高同化效率的根本手段就是提高异化过程的产能效率!也就是说,你的炉灶要比别的微生物先进,烧了同样数量的木材,得到的能量比别的微生物多。
  
  提高异化产能效率的关键,是电子受体!氧作为电子受体的氧呼吸产能效率比有机物作为电子受体的厌氧呼吸产能高。所以,酵母菌在有氧的条件下绝不用有机物做电子受体。从电子受体的角度看,产能效率的顺序是:氧呼吸>氮呼吸>锰、铁呼吸>硫呼吸>碳呼吸。
  
  微生物的“节约原则”。微生物吸收营养,用于生长(对于微生物而言,生长就是繁殖)。要生长就得合成构成细胞的物质,而且每种物质需要多少数量,都能十分精确地控制。例如,微生物繁殖一代需要100个甘氨酸,它绝不会合成101个!这是残酷的物种竞争中进化出来的。因为如果你多合成了,说明你的效率就低一些,在竞争中就可能被淘汰!
  
  微生物如何控制“产量”的?这就牵涉到基因的表达与控制了。例如,微生物要繁殖,需要100个甘氨酸,就要启动甘氨酸合成的机器。首先,控制中心下达指令,启动甘氨酸合成生产线(基因上的启动子活化),开始合成甘氨酸(基因表达),当合成的甘氨酸数量满足繁殖需要(100个),控制中心就下达指令,关闭甘氨酸合成生产线。
  
  当然,有些微生物“断电开关”坏了,关不了了!甘氨酸会一直生产下去,如果细胞体内甘氨酸大量积累,这个微生物就活不下去了。如果这个微生物的细胞膜上刚好有个“洞”,能把多余的甘氨酸处理掉(排出细胞外),这个微生物还能活下来,当然,繁殖速度就大幅度降低了,在自然界也就没有什么竞争力了。
  
  目前所有氨基酸发酵工业利用的就是这个原理。要么筛选自然界自己搞坏“断电开关”的微生物,要么利用现在先进的基因敲除技术直接把微生物的“断电开关”基因敲掉(也就是通常说的工程菌)。当然,这种微生物必须严格在无菌条件下培养,因为任何普通微生物的生长速度都比它快。
  
  所以,要明白,当我们以微生物细胞为目标时,我们要提高同化效率(如用葡萄糖通过谷氨酸杆菌生产味精,投入同样数量的葡萄糖,产生的味精越多越好);如果我们是利用微生物进行“鱼虾生活污水处理”,我们应当尽可能提高异化效率(污水处理厂微生物同化的“产品”就是活性污泥,是另一种形式的污染物,所以,对于污水处理而言,同化效率越低越好,也就是污泥越少越好)!由于微生物是比较古老的,同化效率比较低,因此,用微生物进行鱼虾生活污水处理才是正确的(目前水产养殖污水处理方式五花八门,大家可以据此给予判断,以免被忽悠)。