微生物的营养

题目

发酵作用使用底物降解过程中的内源性中间代谢产物作为最终电子受体，而呼吸作用则通过电子传递链将电子传递给外源性电子受体。因此，呼吸作用是涉及氧化磷酸化的高效产能过程，而发酵作用仅通过底物水平磷酸化产生ATP，产能效率较低。

糖酵解途径（EMP途径）是一系列将一分子葡萄糖分解为两分子丙酮酸的反应，发生于细胞质中，在有氧和无氧条件下均可进行。一分子葡萄糖经过该途径的净产物是2分子丙酮酸、2分子ATP和2分子NADH。

戊糖磷酸途径（HMP途径）的主要功能是产生用于生物合成的还原力（NADPH），并提供重要的合成前体，如用于合成核酸的5-磷酸核糖和用于合成芳香族氨基酸的4-磷酸赤藓糖。该途径本身不产生ATP。

有氧呼吸以分子氧（O2）作为最终电子受体，并将其还原为水（H2O）。无氧呼吸则利用氧化型无机物或有机物作为最终电子受体，例如，硝酸盐（NO3-）在硝酸盐呼吸中被还原为亚硝酸盐（NO2-）等。

生物氧化的三大功能是：产生能量（ATP），用于驱动各种生命活动；产生还原力（如NADH），用于生物合成；并提供用于合成细胞组分的小分子中间代谢物。

甲基红试验用于检测能进行混合酸发酵的细菌。这类细菌能产生大量稳定的酸性产物，使培养基pH值降至4.5以下，加入甲基红指示剂后呈红色（阳性）。该试验可用于鉴别肠杆菌，例如大肠杆菌为阳性，而产气肠杆菌为阴性。

化能自养微生物通过氧化还原态无机物获得能量，电子直接进入呼吸链通过氧化磷酸化产生ATP。它们生长缓慢的原因主要有两点：一是氧化无机物释放的能量通常较少；二是其固定CO2所需的还原力（NADH）需要通过消耗能量（ATP）的电子逆向传递过程来产生。

反硝化作用是某些微生物在无氧条件下进行的一种无氧呼吸，在此过程中硝酸盐（NO3-）被逐步还原成氮气（N2）释放到大气中。其生态学意义是双重的：一方面，它会将土壤中植物可利用的氮素（硝酸盐）损失掉，降低土壤肥力；另一方面，它在氮素循环中至关重要，能防止硝酸盐在水体中过量积累，维持全球氮平衡。

环式光合磷酸化中，被光能激发的高能电子经过一系列电子传递体后，最终回到原来的反应中心叶绿素分子，此过程仅产生ATP。非环式光合磷酸化中，电子来自外源电子供体（如水或硫化氢），被激发后经电子传递链最终用于还原NADP+形成NADPH，该过程同时产生ATP和还原力。

生物固氮作用的核心酶是固氮酶，它由铁蛋白和钼铁蛋白两个组分构成。固氮酶发挥作用需要三个关键条件：大量的能量供应（ATP）、强还原力（如来自铁氧还蛋白的电子）以及绝对厌氧的环境，因为固氮酶对氧气极其敏感。