來自北京大學(xué)，中國(guó)地質(zhì)大學(xué)，中南大學(xué)等處的研究人員發(fā)表了題為“Growth of non-phototrophic microorganisms on solar energy through mineral photocatalysis”的文章，通過學(xué)科間合作，發(fā)現(xiàn)了非光合作用的微生物能利用太陽能進(jìn)行生長(zhǎng)，這對(duì)于深入理解微生物生命生長(zhǎng)機(jī)制具有重要意義，相關(guān)成果公布在Nature Communications雜志上。

文章的通訊作者是北京大學(xué)吳曉磊教授和中國(guó)地質(zhì)大學(xué)董海良教授，這項(xiàng)研究礦物學(xué)、生物學(xué)、地質(zhì)微生物學(xué)與環(huán)境科學(xué)等多領(lǐng)域合作的成果，得到國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃（973計(jì)劃）（2007CB815600）的資助。
長(zhǎng)期以來，人們一直認(rèn)為地球上微生物生命活動(dòng)的能量來源主要是太陽能和化學(xué)物質(zhì)（包括有機(jī)物和無機(jī)物）儲(chǔ)存的能量。相應(yīng)地，光能營(yíng)養(yǎng)與化能營(yíng)養(yǎng)成為地球上微生物生長(zhǎng)代謝的兩種基本的能量營(yíng)養(yǎng)模式。傳統(tǒng)的經(jīng)典理論認(rèn)為，光能營(yíng)養(yǎng)型微生物由于含有光合色素，可利用太陽能將二氧化碳、水和其它無機(jī)物質(zhì)合成為自身組成部分與營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。而化能營(yíng)養(yǎng)型微生物由于缺少光合色素，自身不能直接轉(zhuǎn)化與利用太陽光能量，只能從物質(zhì)化學(xué)反應(yīng)中通過元素化合價(jià)變化獲取價(jià)態(tài)電子能量。

在這篇文章中，研究人員提出了不同的觀點(diǎn)，他們發(fā)現(xiàn)自然界常見的半導(dǎo)體礦物如金紅石（TiO2）、針鐵礦（FeOOH）和閃鋅礦（ZnS）等，在可見光下發(fā)生光催化作用所產(chǎn)生的光生電子，可沿著半導(dǎo)體礦物與微生物之間所形成的長(zhǎng)程電子傳遞鏈zui終傳遞給微生物，刺激并促進(jìn)非光合化能自養(yǎng)型微生物氧化亞鐵硫桿菌（A. ferrooxidans）和非光合化能異養(yǎng)型微生物糞產(chǎn)堿桿菌（A. faecalis）的大量生長(zhǎng)，并能顯著改變土壤微生物群落構(gòu)成。
 

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實(shí)驗(yàn)研究證實(shí)，半導(dǎo)體礦物日光催化作用促進(jìn)非光合化能型微生物的生長(zhǎng)量，與光子能量（波長(zhǎng)）和光子－電子轉(zhuǎn)化效率呈密切正相關(guān)關(guān)系。在固定光強(qiáng)下（8 mW/cm2），當(dāng)波長(zhǎng)從620 nm依次遞減到420 nm時(shí)，氧化亞鐵硫桿菌的細(xì)胞濃度增加一個(gè)數(shù)量級(jí)，體系光子-電子轉(zhuǎn)化效率也從0.17 %升高到0.33 %。在此條件下整個(gè)體系的光能-生物質(zhì)能轉(zhuǎn)化效率為0.13 ‰到0.18 ‰。在模擬日光條件下，非光合化能異養(yǎng)型微生物糞產(chǎn)堿桿菌的細(xì)胞濃度較暗室無光照條件下增加三個(gè)數(shù)量級(jí)。
糞產(chǎn)堿桿菌在天然紅壤微生物群落中的比例從初始不到5%左右，5天后迅速增加到70%左右，且一直維持在該濃度水平，相應(yīng)暗室模擬對(duì)照實(shí)驗(yàn)中該菌比例卻只有8%左右濃度水平。充分表明光生電子能夠顯著提高微生物的代謝活性與生物化學(xué)合成速度以及底物利用能力，預(yù)示這些微生物可以利用光生電子作為能源：繼光能營(yíng)養(yǎng)型微生物和化能營(yíng)養(yǎng)型微生物之后發(fā)現(xiàn)的第三種類型—“光電能營(yíng)養(yǎng)型微生物”。

這項(xiàng)研究成果將會(huì)改變?nèi)祟悓?duì)地球上微生物生命活動(dòng)、能源獲取與利用方式的理解，也為認(rèn)識(shí)地球早期生物質(zhì)能量的獲取途徑提供新思路，具有重要的理論意義。在發(fā)展新型的微生物培養(yǎng)技術(shù)、發(fā)酵工業(yè)技術(shù)、生物化工技術(shù)和環(huán)境生物技術(shù)等方面，具有廣闊的應(yīng)用前景。

來源：生物通