一道生物“難題”的解答-紅螺菌簡介

一道生物“難題”的解答——紅螺菌簡介一、紅螺菌能進行光合作用

紅螺菌(Rhodospirillumsp．)屬于光合細菌(PhotosyntheticBacteria，PSB)的一種，廣泛分布于江河、湖泊、海洋等水域環(huán)境中，尤其在有機物污染的積水處數(shù)量較多。

光合細菌是一類能進行光合作用的原核生物的總稱，他們的共同點是體內具有光合色素，在有光照條件下進行光合作用，利用太陽光獲得能量。二、紅螺菌屬于自養(yǎng)型生物還是異養(yǎng)型生物？

根據(jù)細菌在光合作用中所需要的主要碳源的不同，光合細菌可分為兩類：

（l）光能自養(yǎng)型：以光為能源，以二氧化碳為主要碳源的生物，通常具有光合色素，它們以光為能源來進行光合作用，以水或其他無機物作為供氫體，還原CO2合成有機物。例如：藍細菌以水為電子供體（供氫體），進行產氧型的光合作用，合成細胞物質。紅硫細菌，以H2S為電子供體，產生細胞物質，并伴隨硫元素的產生。所以這種類型又稱光能無機自養(yǎng)型。

（2）光能異養(yǎng)型：以光為能源，以有機物為主要碳源的生物，有些細菌具有光合色素能進行光合作用，但它們以有機物作為供氫體，同化有機物形成自身物質。例如非硫紫菌（即紅螺菌）以乙醇為碳源，使乙醇氧化為乙醛，二氧化碳還原成葡萄糖。又如，紅螺菌屬中的另一些細菌能利用異丙醇作為供氫體，將CO2還原成細胞物質，同時積累丙酮。所以這種類型又稱光能有機異養(yǎng)型。三、紅螺菌屬于需氧型生物還是厭氧型生物？

光合細菌的光合作用與綠色植物和藻類的光合作用機制有所不同。主要表現(xiàn)在：光合細菌的光合作用過程基本上是一種厭氧過程；由于不存在光化學反應系統(tǒng)II，所以光合作用過程不以水作供氫體，不發(fā)生水的光解，也不釋放分子氧；還原CO2的供氫體是硫化物、分子氫或有機物。

光合細菌不僅能進行光合作用，也能進行呼吸和發(fā)酵，能適應環(huán)境條件的變化而改變其獲得能量的方式。

好氧和厭氧PSB試驗：因光合細菌均為兼性菌，它們能在好氧黑暗、厭氧光照條件下分別以好氧異養(yǎng)和光能異養(yǎng)二種不同代謝方式生活。在廢水處理體系中，哪種方式更有效、更方便，必須從光合菌生長動力學的角度和有關實驗參數(shù)來確定。從實驗可知，培養(yǎng)72h，好氧黑暗條件下PSB生長速度遠遠高于厭氧光照條件下的生長速度。如果實用的PSB槽不設人工照明，槽深維持一定高度，再加上菌體本身遮光效應的影響，廢水內部實際處于黑暗狀態(tài)。所以考慮PSB在好氧黑暗條件下進行反應具有實際意義。

由此可見，光合細菌利用光能進行光合作用，其光合作用僅限于缺氧條件下進行，這講的是同化類型。而它的異化類型是兼性的。如果在廢水處理體系中，是需氧的。

四、紅螺菌的開發(fā)應用

光合細菌的應用研究近年來獲得了很大的進展。研究表明，光合細菌在農業(yè)、環(huán)保、醫(yī)藥等方面均有較高的應用價值。生物學通報1998年11期上作了詳細的介紹。這里列舉兩例。

（1）利用光合細菌獨有的生理特性來凈化水質

光合細菌能將養(yǎng)魚水中的殘餌、排泄物等完全分解，具有改善水產養(yǎng)殖生態(tài)環(huán)境，降低氨氮、BOD作用。此外作為魚、蝦、蟹育苗開口餌料，可以增加營養(yǎng)，提高成活率。因PSB大多為好氧性菌種，在養(yǎng)殖池中水車或增氧設備的運用下，促進養(yǎng)殖池水保持良好流動性，使大量的氧氣溶入水中，將有毒氣體散出水面外，除此之外還可提供魚獲得較高之溶氧，也促進光合細菌對水質的改善、穩(wěn)定水色、增加飼料效應、防止疾病發(fā)生等效用。

（2）光合細菌在開發(fā)新能源中的應用

氫作為一種理想而無污染的未來能源日益受到人們的關注。生物制氫是開發(fā)新能源的一個方向，歐美、日本等均在研究和開發(fā)生物制氫技術。我國近幾年也有這方面的報道。光合細菌的許多種類在代謝過程中都能釋放氫氣。目前研究較多的是深紅紅螺菌（Rho-dospirillumrubrum），其產氫量高達65ml／h．L（培養(yǎng)液），比藍細菌產氫量高1倍多。利用該菌固定化細胞產氫量高達20ml／g．h，氣體組成中H2占70％～75％?？梢姽夂霞毦哂挟a氫速率高、產生的氫氣純度高等特點。

五、回到題目

這個題目是這樣的：

目前在環(huán)保中用紅螺菌來凈化高濃度的有機廢水，廢水在分槽流動中逐漸得以凈化。由此可知紅螺菌的代謝方式為

(A)自養(yǎng)厭氧型(B)異養(yǎng)需氧型(C)異養(yǎng)厭氧型(D)自養(yǎng)需氧型

此題屬于概念辨析題。主要考查學生是否掌握了教材的基本概念并能運用其解答新情境下的問題。對此題，部分師生曾感到較為迷惑。究其原因是，大家還是把解題的思路定勢在知識性內容上：不知道它是怎樣的一種生物，所以無法解答或不敢回答。

大家都知道，現(xiàn)行的高考是綜合能力測試。縱觀近年來的生物試題，許多題目的解答并不需要很深的生物學知識。只要我們仔細地分析題目，從題目中獲取信息，然后運用教材中的基本概念于以判斷就能正確作答。

該題例的解答，也并不是一定要去弄清楚紅螺菌到底是怎樣的一種生物（如果大家都已經知道紅螺菌是怎樣的一種生物，這個題目也就失去了命題的意義）。我們只要能正確地運用自養(yǎng)型、異養(yǎng)型、需氧型、厭氧型四個代謝類型的基本概念，就不難作答了。自養(yǎng)與異養(yǎng)的根本區(qū)別是在同化過程中能否直接利用無機物合成有機物的，如果能直接利用無機物合成有機物，則屬于自養(yǎng)型，否則屬于異養(yǎng)型。紅螺菌應用的是有機物（有機廢水），即使是利用光能進行的（題目中沒有提到），還是屬于異養(yǎng)型。異化類型呢，則“從廢水在分槽流動中逐漸得以凈化”一句中可找到答案。流動——可以考慮是需氧，凈化——有機物被徹底分解，應該考慮是有氧呼吸。所以答案應該是（B）。①異養(yǎng)菌

（heterotroph）又稱有機營養(yǎng)菌。生長時需要以復雜的有機物作為營養(yǎng)物質，不能以二氧化碳作為生長的主要碳源或唯一碳源的微生物。根據(jù)生長所需的能源不同，又可分為光能異養(yǎng)菌和化能異養(yǎng)菌。

光能異氧菌（photoheterotroph）又稱光能有機營養(yǎng)菌。這類微生物以有機物為碳源，亦能利用二氧化碳進行光能合成作用。在以二氧化碳為主要碳源時，需要以有機物作為供氫體，利用光能將二氧化碳還原成細胞物質，它們的細胞中含有光合色素，生長時大多需要外源的生長因子，例如紅螺菌（Rhodospirillum）。

化能異養(yǎng)菌（chemoheterotroph）又稱化能有機營養(yǎng)菌。從有機物氧化過程中獲得能量，并以有機物作為主要碳源進行生長的微生物。目前已知的微生物中，大多數(shù)屬于此類型。又可根據(jù)它們利用有機物的特性分為腐生菌和寄生菌，以及它們之間的過渡類型。寄生菌（parasite）寄生在生活細胞內，并從宿主中獲取營養(yǎng)物。有的對宿主有一定的專一性，且只能生活在活體中，如噬菌體為專性寄生；有的既可營寄生生活，又可營腐生生活，為兼性寄生菌。寄生菌有的能損害宿主，有的也不一定引起宿主的疾病。腐生菌（saprophyte）是利用無生命活性的有機物質為碳源和能源的微生物。大多數(shù)微生物屬于此種類型。腐生微生物分解大分子有機物，在自然界的碳素循環(huán)、氮素循環(huán)中起著重要作用。

根據(jù)上述資料中紅字內容，請問-----是不是用有機物做供氫體還是用有機物合成細胞的組成物質？

②不敢說“化能異養(yǎng)型”說法錯誤，最起碼要么表述不清，要么相關知識未做鋪墊，因為你讓那么多的中學生物學教師匪夷所思，甚至讓大學微生物學教授閃爍其辭，足見著作和術語的以訛傳訛流傳方式以及部分人的拒食螃蟹心理

③例題：紅螺菌是利用光能將丁酸合成糖類等有機物的，其代謝類型是

A化能自養(yǎng)B光能自養(yǎng)C化能異養(yǎng)D光能異養(yǎng)

解析:此題屬于概念辨析題。主要考查學生是否掌握了教材的基本概念并能運用其解答新情境下的問題。對此題，部分師生曾感到較為迷惑。究其原因是，在解答具體問題時不能正確地運用概念。如果對自養(yǎng)概念不熟悉，如果不按概念解答而憑空想象作答，是無法答對的。自養(yǎng)與異樣的根本區(qū)別是在同化過程中能否直接利用無機物合成有機物的，如果能直接利用無機物合成有機物，則屬于自養(yǎng)型，否則屬于異樣型。丁酸是有機物，將丁酸合成糖類的過程是從有機物到有機物，且是利用光能進行的，所以屬于光能異養(yǎng)型。答案是D

疑惑-----將丁酸合成糖類的過程是從有機物到有機物，且是利用光能進行的光能在此起什么作用？

2、光能有機異養(yǎng)型：或稱光能異養(yǎng)型，這類微生物不能以CO2作為唯一碳源或主要碳源，需以有機物作為供氫體，利用光能將CO2還原為細胞物質。

紅螺屬的一些細菌就是這一營養(yǎng)類型的代表：

光能有機異養(yǎng)型細菌在生長時通常需要外源的生長因子。

1、上述文章來源于/wswx/asp/Article_View.asp?id=731

2、根據(jù)文中反應式，我覺得光能有機異養(yǎng)型這個晦澀的讓人匪夷所思的概念或是命名時側重于供氫體的來源有別于無機物，借助“異養(yǎng)”概念而有歧義地表述出來的結果，或是“光能氫異養(yǎng)自養(yǎng)型”（猶如“生長因子異養(yǎng)型”概念中的“異養(yǎng)”含義一樣）的省稱，換言之，身著迷彩服的“光能有機異養(yǎng)型”是“光能無機自養(yǎng)型”的對應詞，前二者和化能無機自養(yǎng)型一道，同是自養(yǎng)型旗幟下的三劍客，共創(chuàng)由CO2-----→（CH2O）的神奇飛躍！

責令“光能有機異養(yǎng)型”脫下馬甲，赤膊上陣吧