池塘里的那些事兒---微生物（40、41、42）

簡介：林文輝，中國水產(chǎn)科學研究院珠江水產(chǎn)研究所研究員，并擔任社會經(jīng)濟發(fā)展咨詢委員會顧問。主要研究、探索健康養(yǎng)殖的環(huán)境問題，大力推廣健康養(yǎng)殖，得到了行業(yè)的廣泛認可。曾參與國家獸醫(yī)協(xié)會《水產(chǎn)執(zhí)業(yè)獸醫(yī)考試指南》編寫，翻譯美國奧本大學池塘環(huán)境經(jīng)典專著《池塘養(yǎng)殖水質(zhì)》和《池塘養(yǎng)殖底質(zhì)》，奠定了我國池塘生態(tài)研究理論基礎。

以下文章來自于林文輝的QQ空間連載文章：池塘里的那些事兒！已出版成書，內(nèi)容很多，西南漁業(yè)網(wǎng)經(jīng)少許調(diào)整后將分批轉(zhuǎn)載分享！

40微生物的種類

按能量與碳源來源分類

化能異養(yǎng)菌（氧化還原物質(zhì)獲得能量，將有機碳同化為細菌物質(zhì)，如枯草芽孢桿菌）

光能異養(yǎng)菌（俘獲太陽輻射能為能量，將有機碳同化為細菌物質(zhì)，如紫色非硫細菌）

化能自養(yǎng)菌（氧化還原物質(zhì)獲得能量，將無機碳同化為細菌物質(zhì)，如硝化細菌）

光能自養(yǎng)菌（俘獲太陽輻射能為能量，將無機碳同化為細菌物質(zhì)，如紅硫細菌）

按電子受體分類

好氧菌（以氧氣作為最終電子受體，如枯草芽孢桿菌）

厭氧菌（以有機小分子或無機氧化物作為最終電子受體）

以有機小分子做電子受體，如乳酸桿菌

以氮氧化物做電子受體，如脫氮桿菌

以鐵氧化物做電子受體，如鐵還原菌

以錳氧化物做電子受體，如錳還原菌

以硫氧化物做電子受體，如脫硫桿菌

以二氧化碳做電子受體，如沼氣產(chǎn)生菌

兼性好氧菌（有氧時以氧氣為最終電子受體，無氧時以無機氧化物作為最終電子受體）

按形態(tài)分類

球菌（如葡萄球菌、鏈球菌）

桿菌（如芽孢桿菌、大腸桿菌）

弧菌（如溶血弧菌、霍亂弧菌）

螺旋菌（如鉤端螺旋菌、幽門螺旋菌）

按著色結(jié)果分類

革蘭氏陽性菌（革蘭氏染色顯陽性，如金黃色葡萄球菌、枯草芽孢桿菌）

革蘭氏陰性菌（革蘭氏染色顯陰性，大腸桿菌、肺炎桿菌）

按培養(yǎng)方式分類

可培養(yǎng)細菌

不可培養(yǎng)細菌

還有一些以特征命名的，如能產(chǎn)乳酸的細菌都稱為乳酸菌；能形成芽孢的桿菌，都稱為芽孢桿菌。

(41)微生物的吃喝拉撒（1）

世間任何生物都需要新陳代謝，微生物也不例外。微生物由于個體小，結(jié)構(gòu)簡單，沒有專門用于攝取營養(yǎng)的器官。因此，微生物的營養(yǎng)物質(zhì)的吸收以及代謝產(chǎn)物的排出都是依靠細胞膜的功能來完成的。

大分子的營養(yǎng)物質(zhì)（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。

根據(jù)微生物周圍存在的營養(yǎng)物質(zhì)的種類和濃度，按照細胞膜上有無載體參與、運送過程是否消耗能量以及營養(yǎng)物是否發(fā)生變化等，將微生物對營養(yǎng)物質(zhì)的吸收方式分為：

被動擴散、促進擴散、主動運輸和基團轉(zhuǎn)位四種方式。

被動擴散：簡單擴散，當細胞外營養(yǎng)物質(zhì)的濃度高于細胞內(nèi)的營養(yǎng)物質(zhì)濃度時，存在濃度差異，營養(yǎng)物質(zhì)自然從高濃度的地方（胞外）向低濃度的地方（胞內(nèi)）擴散，當胞內(nèi)外的營養(yǎng)物質(zhì)濃度達到平衡時，擴散便停止。

用這種方式運輸?shù)奈镔|(zhì)有：水、二氧化碳、乙醇和某些氨基酸。

特點：(1)擴散是非特異性的，速度取決于濃度差、分子大小、溶解性、pH、離子強度和溫度等；(2)不消耗能量；(3)不需要載體蛋白，不能逆濃度梯度進行，運輸速度慢。

缺點：很難滿足微生物的營養(yǎng)需要，沒有選擇性。

促進擴散（或稱協(xié)助擴散）：利用營養(yǎng)物質(zhì)的濃度差進行。需要細胞膜上的酶或載體蛋白的可逆性結(jié)合來加速運輸速度。即載體在膜外與高濃度的營養(yǎng)物質(zhì)可逆性結(jié)合，擴散到膜內(nèi)在將營養(yǎng)物質(zhì)釋放。

特點：(1)動力來源于濃度差；(2)不消耗能量，不能逆濃度運輸；(3)需要載體蛋白參與，能提前達到平衡；(4)被運送的物質(zhì)不發(fā)生結(jié)構(gòu)變化；(5)運送的物質(zhì)具有選擇性或高度專一性。

主動運輸：在提供能量和載體蛋白協(xié)助的前提下，將營養(yǎng)物質(zhì)逆濃度梯度運送。此為微生物新陳代謝的主要運輸方式。

特點：(1)消耗代謝能；(2)可逆濃度運輸；(3)需要載體蛋白參與，但運輸后不改變結(jié)構(gòu)；(4)被運送的物質(zhì)具有高度的立體專一性。

能量來源：好氧微生物來自呼吸能，厭氧微生物來自化學能，光合微生物來自光能。

主動運輸?shù)臓I養(yǎng)物質(zhì)有：無機離子、有機離子和一些糖類（如葡萄糖、蜜二糖）。

基團轉(zhuǎn)位：一種即需要載體，又消耗能量，并且轉(zhuǎn)運前后營養(yǎng)物質(zhì)發(fā)生分子結(jié)構(gòu)變化的運輸方式。

特點：(1)消耗代謝能；(2)可逆濃度運輸；(3)需要載體蛋白參與；(4)運輸后會改變分子結(jié)構(gòu)；(5)被運送的物質(zhì)具有高度的立體專一性。

主要用于運送：葡萄糖、果糖、甘露糖、核苷酸、丁酸和腺嘌呤等。

(42)微生物的吃喝拉撒（2）

同化與異化
微生物吃東西的目的是用于生長。當然，要生長就得合成新細胞的建筑材料，因此，必須消耗能量。微生物的能量來源主要有化能和光能，對于池塘養(yǎng)殖來說，主要來自化能。也就是說，微生物吸收的營養(yǎng)素有一部分用于燃燒產(chǎn)生能量，我們稱為“異化”；一部分用來合成產(chǎn)生細胞物質(zhì)，我們稱為“同化”。如果我們想培養(yǎng)微生物作為天然飼料，我們當然希望同化效率越高越好，如果我們是利用微生物進行污水處理，我們則希望同化效率越低越好。

生命進化的方向是提高效率！生命越高等，同化效率也就越高。盡管細菌的生命形態(tài)比較原始，同化效率不是很高。但是，它們能夠生存到今天，至少在同類中，它們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異化過程的產(chǎn)能效率！也就是說，你的爐灶要比別的微生物先進，燒了同樣數(shù)量的木材，得到的能量比別的微生物多。

提高異化產(chǎn)能效率的關鍵，是電子受體！氧作為電子受體的氧呼吸產(chǎn)能效率比有機物作為電子受體的厭氧呼吸產(chǎn)能高。所以，酵母菌在有氧的條件下絕不用有機物做電子受體。從電子受體的角度看，產(chǎn)能效率的順序是：氧呼吸>氮呼吸>錳、鐵呼吸>硫呼吸>碳呼吸。

微生物的“節(jié)約原則”。微生物吸收營養(yǎng)，用于生長（對于微生物而言，生長就是繁殖）。要生長就得合成構(gòu)成細胞的物質(zhì)，而且每種物質(zhì)需要多少數(shù)量，都能十分精確地控制。例如，微生物繁殖一代需要100個甘氨酸，它絕不會合成101個！這是殘酷的物種競爭中進化出來的。因為如果你多合成了，說明你的效率就低一些，在競爭中就可能被淘汰！

微生物如何控制“產(chǎn)量”的？這就牽涉到基因的表達與控制了。例如，微生物要繁殖，需要100個甘氨酸，就要啟動甘氨酸合成的機器。首先，控制中心下達指令，啟動甘氨酸合成生產(chǎn)線（基因上的啟動子活化），開始合成甘氨酸（基因表達），當合成的甘氨酸數(shù)量滿足繁殖需要（100個），控制中心就下達指令，關閉甘氨酸合成生產(chǎn)線。

當然，有些微生物“斷電開關”壞了，關不了了！甘氨酸會一直生產(chǎn)下去，如果細胞體內(nèi)甘氨酸大量積累，這個微生物就活不下去了。如果這個微生物的細胞膜上剛好有個“洞”，能把多余的甘氨酸處理掉（排出細胞外），這個微生物還能活下來，當然，繁殖速度就大幅度降低了，在自然界也就沒有什么競爭力了。

目前所有氨基酸發(fā)酵工業(yè)利用的就是這個原理。要么篩選自然界自己搞壞“斷電開關”的微生物，要么利用現(xiàn)在先進的基因敲除技術(shù)直接把微生物的“斷電開關”基因敲掉（也就是通常說的工程菌）。當然，這種微生物必須嚴格在無菌條件下培養(yǎng)，因為任何普通微生物的生長速度都比它快。

所以，要明白，當我們以微生物細胞為目標時，我們要提高同化效率（如用葡萄糖通過谷氨酸桿菌生產(chǎn)味精，投入同樣數(shù)量的葡萄糖，產(chǎn)生的味精越多越好）；如果我們是利用微生物進行“魚蝦生活污水處理”，我們應當盡可能提高異化效率（污水處理廠微生物同化的“產(chǎn)品”就是活性污泥，是另一種形式的污染物，所以，對于污水處理而言，同化效率越低越好，也就是污泥越少越好）！由于微生物是比較古老的，同化效率比較低，因此，用微生物進行魚蝦生活污水處理才是正確的（目前水產(chǎn)養(yǎng)殖污水處理方式五花八門，大家可以據(jù)此給予判斷，以免被忽悠）。

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