簡介:池塘微生物

發表時間:2019/10/6 21:03:12  
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池塘微生物的種類

1.根據微生物所利用的能量與碳源來源分類

(1) 化能異養菌氧化還原物質獲得能量,將有機碳同化為細菌物質,如枯草芽孢桿菌。該類型包括微生物的種類最多,已知絕大多數的細菌均屬于此類型。

(2) 光能異養菌通過光合作用俘獲太陽輻射能為能量,將有機碳同化為細菌物質,如紫色非硫細菌。這類微生物很少。

(3) 化能自養菌氧化還原物質獲得能量,將無機碳(二氧化碳為主)同化為細菌物質,如氫細菌、鐵細菌、硝化細菌、硫化細菌。化能自養型微生物對無機物的利用有很強的專一性,一種化能自養型微生物只能氧化利用一定的無機物,如鐵細菌只能氧化利用亞鐵鹽,硫化細菌只能氧化利用硫化氫,硝化細菌只能氧化利用無機氮化合物。

(4) 光能自養菌通過光合作用俘獲太陽輻射能為能量,將無機碳(二氧化碳為主)同化為細菌物質,如紅硫細菌、藍細菌(藍藻)。

2.通過氧化還原物質獲取能量的微生物,依電子受體不同分類

(1) 好氧菌以氧氣作為最終電子受體,如枯草芽孢桿菌。

(2) 厭氧菌以有機小分子或無機氧化物作為最終電子受體。

以有機小分子作電子受體,如乳酸桿菌;以氮氧化物作電子受體,如脫氮桿菌;以鐵氧化物作電子受體,如鐵還原菌;以錳氧化物作電子受體,如錳還原菌;以硫氧化物作電子受體,如脫硫桿菌;以二氧化碳作電子受體,如沼氣產生菌。

(3) 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。

氧氣作為電子受體的氧呼吸產能效率比無機氧化物或有機物作為電子受體的厭氧呼吸產能高。所以,酵母菌在有氧的條件下絕不用有機物作電子受體。從電子受體的角度看,產能效率的順序是:氧呼吸>氮呼吸>錳、鐵呼吸>硫呼吸>碳呼吸。

微生物的“節約原則”。微生物吸收營養,用于生長(對于微生物而言,生長就是繁殖),要生長就得合成構成細胞的物質,而且每種物質需要多少數量,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!

微生物的食物

自然界一切含有化學能的物質幾乎都可以作為微生物的食物。養殖水體中作為微生物食物的,多是養殖動物排泄廢棄物或水體環境的污染物。

微生物利用這些廢棄有機污染物,一部分同化為細菌本身,進人腐生食物鏈加以利用;另一些通過一系列微生物種群的新陳代謝,將有機污染物分解、礦化成簡單無機鹽類,供藻類吸收利用,使水體物質得以循環凈化。

養殖池塘水體中微生物主要食物來源有以下兩方面。

(1) 殘餌及養殖動物糞便排泄物養殖池塘每天需要投喂大量的詞料,這些投入伺料其中一部分由于溶解和散失沒能被養殖動物攝食,即殘餌。即使被養殖動物攝食進人體內的飼料,能被其吸收利用并同化為自身肌體的只是其中一部分,其余的被養殖動物通過糞便排泄物排到水體。投人池塘的飼料一般三分之二左右以殘餌及糞便排泄物形式廢棄在水體,這是池塘主要的污染物,但也是池塘微生物的重要食物及營養來源。

(2) 動植物尸骸及藻類胞外分泌物動植物尸骸一般指死藻,原生動物、浮游動物等尸骸。養殖水體多數富營養化,藻類增殖旺盛,由于人們對藻類天然生產力的忽視,次級生產力與初級生產力極其不匹配,藻類能進人食物鏈加以利用的只是很少一部分,大部分藻類要么泛濫后自生自滅,要么被施用藥物殺滅,所以死藻生物量很大。

藻類胞外分泌物:一般來說,藻類在生長過程中要分泌一些物質,有些是與外界進行物質交換,而更多的是當部分營養素缺乏時,光合作用的產物不能有效地用于生長,多余的有機物質就會被分泌到環境中。一般情況下,對數生長期之前的藻類胞外分泌物主要是用于物質交換,而對數生長期過后的藻類由于生長速度降低.胞外分泌物就會增加。據報道,藻類的胞外分泌物占光合作用總產物的比重,有的不到5%,有的大于95%,伸縮度很大。不同藻類的胞外分泌物結構不同,與之相適應的微生物也不同。藻類具多樣性,微生物種群也具多樣性,藻類單一,微生物多樣性也會降低。

需要說明的是,殘餌、糞便排泄物、動植物尸骸等容易絮凝沉淀,除少部分以有機碎屑短時懸浮于水體中外,其余大部分都將沉積到池底。所以,溶解并均勻分散在水體里面,供懸浮于水中微生物吃喝的食物并不多,藻類胞外分泌物占比還是比較大的。

微生物的“攝食”

微生物由于個體小,結構簡單,沒有專門用于攝取營養的器官。因此,微生物的營養物質的吸收以及代謝產物 的排出都是依靠細胞膜的功能來完成的。

蛋白質、脂肪和多糖等大分子的營養物質需要由微生 物分泌的胞外酶作用分解成小分子物質才能被吸收。根據微生物周圍存在的營養物質的種類和濃度,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物是否發 生變化等,將微生物對營養物質的吸收方式分為被動擴 散、促進擴散、主動運輸和基團轉位四種方式。
 

(1)被動擴散簡單擴散,當細胞外營養物質的濃度 高于細胞內營養物質的濃度時,存在濃度差異,營養物質自然從高濃度的地方(胞外)向低濃度的地方(胞內)擴 散,當胞內外的營養物質濃度達到平衡時,擴散便停止。 以這種方式進人細胞的物質只有水、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需要,沒有選擇性。

  1. 促進擴散(或稱協助擴散)利用營養物質的濃 度差進行。需要細胞膜上的酶或載體蛋白的可逆性結合來 加速運輸速度。即載體在膜外與高濃度的營養物質可逆性結合,擴散到膜內再將營養物質釋放。
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被運送的物質不發生結構變化;⑤運送的物質具有選擇性或 高度專一性。
  1. 主動運輸這是微生物吸收營養物質的主要方 式。在提供能量和載體蛋白協助的前提下,將營養物質逆 濃度梯度運送。這種方式可使微生物在稀薄的營養環境中吸收營養,如無機離子、有機離子、一些糖類(如葡萄 糖、蜜二糖)。
特點:①消耗代謝能;②可逆濃度運輸;③需要載體 蛋白參與,運送前后營養物質不改變結構;④被運送的物質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。

  1. 基團轉位一種既需要載體,又消耗能量,并且轉運前后營養物質發生分子結構變化的運輸方式。以磷酸 轉移酶系轉運葡萄糖為例,葡萄糖在轉運過程中,在細胞 膜上發生磷酸化反應而被轉送到細胞內。每輸送一個葡萄糖分子,就消耗一個人丁?的能量。葡萄糖分子進人細胞 后以磷酸糖的形式存在于細胞內,磷酸糖是不能透過細胞 膜的。這樣,隨著磷酸糖不斷積累,葡萄糖不斷進入,表 現為葡萄糖的逆濃度梯度運輸。
    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轉運前后營養物質會改變分子結構;⑤被運送的物質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。
    需要指出的是,各種細菌轉運營養物質的方式不同, 即使對同一物質,不同細菌的攝取方式也不一樣。

微生物的協作共享

生物進化的方向是獲能最大化、效率最大化。而獲能的目的是用于繁殖生長,這是生命的本質,微生物尤為如此。

水生生態系統中的微生物尤其奇妙。共生與協同作戰,使得盡管單一個微生物是那么渺小、那么脆弱,但只要它們共生在一起,分工協作,就變得非常堅韌,非常頑強。

池塘微生物

微生物因為太小,它們獲得營養的方式是通過擴散而不是“吃”人。所以,對于環境中的大分子營養物質,如蛋白質、脂肪、淀粉或纖維素等,微生物只有先分泌水解酶和消化酶,將這些物質分解成可以直接通過擴散而吸收的氨基酸、單糖或更小的物質才可以利用。

由于微生物的這種體外消化的特點,在一個水生生態中,只要有一種微生物能分泌蛋白酶,將水體中的蛋白質分解成氨基酸,那么,周圍的其他微生物都可以一起分享。這就使得缺乏蛋白酶的微生物也能夠在環境中生存。

盡管自然界大多數微生物能力很低,只能做一點點“工作”,但由于它們的協同作用,使得大家都可以生存。如果把一種物質的降解過程看成是一條車間生產流水線,微生物就是每個“崗位”上的工人。例如,蛋白質的礦化:有的微生物分泌蛋白酶,先將蛋白質卸成幾大塊-多肽;有的微生物分泌多肽酶,將多肽分解成氨基酸;有的微生物將氨基酸分解為氨和脂肪酸;有的微生物將脂肪酸分解為二氧化碳;有的微生物將氨轉化為亞硝酸;有的微生物將亞硝酸轉化為硝酸;有的微生物將硝酸轉化為氮氣。這樣,經過協同作用,將蛋白質最終礦化為氮氣和二氧化碳。

微生物的這種協作分工,使得微生物世界看起來又是一個自然形成的、組織縝密的微生物社會共同體。

一個生態系統,必須含有生命活動所需要的所有物質和酶系。但是,對于一個微生物而言,借助于微生物的這種共享與協同機制,它又可以非常的不完善。因此,水生生態系統中的絕大多數微生物是難以單獨生存的,也就是通常所說的——不可培養。

微生物的代謝與分泌

微生物“攝食”后,總是要排泄的,微生物排泄物可分為代謝產物或分泌物。

(1) 微生物的代謝產物

有些微生物吸收葡萄糖,只能部分利用,剩下的就排泄出來了。如酵母菌在有氧狀態下,通過有氧呼吸將葡萄糖徹底氧化成終產物——二氧化碳,排泄出來的就是二氧化碳;無氧狀態下則進行發酵作用,產生中間代謝物——乙醇,排泄出來的就是乙醇。乳酸菌“吃”了葡萄糖,排泄出來的是乳酸。

由于厭氧微生物三羧酸循環不完善,不能將有機物都徹底礦化為二氧化碳,可以說,微生物排泄的中間代謝產物多種多樣,如甲醇、乙醇、丙醇、異丙醇、正丁醇、琥拍酸、酒石酸當然,一種微生物的代謝產物又是另一種微生物的“食物”,這就構成了錯綜復雜的微生物生態系統,最終可以把所有有機物都礦化成無機鹽,回歸自然循環利用。

(2) 微生物的胞外分泌物

第一類是胞外酶,用于水解和消化大分子營養物,如蛋白質、脂肪、淀粉或纖維素等。

第二類是抗生素,是用來爭奪地盤的。當微生物可利用的營養素不足時,為了保護地盤,消除異己,微生物會分泌一些物質,去殺滅或抑制別的微生物,這些物質我們稱之為抗生素。

第三類是其他物質。當環境中某些營養素不足時,微生物同化的物質不能有效地用于生長,只能分泌出去。很多時候,這些分泌物只是一些多糖類或具有絮凝作用的黏多糖(引起水體發黏)。

有些時候,一些微生物分泌物“恰好”有生物活性,會引起其他生物中毒。如溶藻菌產生的能溶解藻類的毒素。

有些微生物能合成遠遠超過它們自身需要量的維生素,進而將其大量地分泌到細胞之外。

有些微生物能產生分泌一類具有高度生理活性的物質,稱為激素,也稱生長刺激素。

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