來自北京大學，中國地質(zhì)大學，中南大學等處的研究人員發(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行生長，這對于深入理解微生物生命生長機制具有重要意義，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吳曉磊教授和中國地質(zhì)大學董海良教授，這項研究礦物學、生物學、地質(zhì)微生物學與環(huán)境科學等多領(lǐng)域合作的成果，得到國家重點基礎(chǔ)研究發(fā)展計劃（973計劃）（2007CB815600）的資助。
長期以來，人們一直認為地球上微生物生命活動的能量來源主要是太陽能和化學物質(zhì)（包括有機物和無機物）儲存的能量。相應(yīng)地，光能營養(yǎng)與化能營養(yǎng)成為地球上微生物生長代謝的兩種基本的能量營養(yǎng)模式。傳統(tǒng)的經(jīng)典理論認為，光能營養(yǎng)型微生物由于含有光合色素，可利用太陽能將二氧化碳、水和其它無機物質(zhì)合成為自身組成部分與營養(yǎng)物質(zhì)。而化能營養(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)化學反應(yīng)中通過元素化合價變化獲取價態(tài)電子能量。

在這篇文章中，研究人員提出了不同的觀點，他們發(fā)現(xiàn)自然界常見的半導體礦物如金紅石（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，可沿著半導體礦物與微生物之間所形成的長程電子傳遞鏈zui終傳遞給微生物，刺激并促進非光合化能自養(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，并能顯著改變土壤微生物群落構(gòu)成。
 

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實驗研究證實，半導體礦物日光催化作用促進非光合化能型微生物的生長量，與光子能量（波長）和光子－電子轉(zhuǎn)化效率呈密切正相關(guān)關(guān)系。在固定光強下（8 mW/cm2），當波長從620 nm依次遞減到420 nm時，氧化亞鐵硫桿菌的細胞濃度增加一個數(shù)量級，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)堿桿菌的細胞濃度較暗室無光照條件下增加三個數(shù)量級。
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)暗室模擬對照實驗中該菌比例卻只有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：繼光能營養(yǎng)型微生物和化能營養(yǎng)型微生物之后發(fā)現(xiàn)的第三種類型—“光電能營養(yǎng)型微生物”。

這項研究成果將會改變?nèi)祟悓Φ厍蛏衔⑸锷顒?、能源獲取與利用方式的理解，也為認識地球早期生物質(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