硝化細菌堅強之處

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硝化細菌堅強之處

lammark

馬克

文章: 2670
來自: 悲情城市

1 于 2008-11-05 01:31

硝化細菌堅強之處
　　雖然硝化細菌必須面對各種死亡的威脅，但在逆境中它們也有一套自保求生的方法，這就是我們正準備要說明的堅強（strengths）之處。許多研究學者曾經在雨水中，甚在在建築結構的砂岩（building sandstone）中發現硝化細菌的蹤跡（Visser，1964；Meincke et.，1989）。由此可見硝化細菌一定具有某些特殊的生存機構（survival mech-anisms）才能在這些惡劣的環境中生存。

　　事實上，硝化細菌已經被證實可以普遍地分佈於地球上各種陸生和水生的生態系。為何它們有如此不尋常的生存能力，常引起人們的好奇。根據研究學者的研究顯示，最大的原因是它們可在沒有任何有機資源的情況下，利用生物合成途徑（biosynthetic path-ways）將環境中的無機物合成它們所有所需要的生物質（biomass），因此可以生存於其他生物所無法生存的環境（Bowien，1989）。
　　其次是它們的細胞在食物（如氨或亞硝酸鹽）缺乏或完全沒有的情況之下仍可繼續生存一段很長的時間，這種能夠忍受飢餓（starvation）的耐力，是硝化細菌廣為分佈的第二個原因（Kumar and Nicholas，1983；Johnstone and Jones，1988）。飢餓是環境壓力中涉及到細菌生理變化最小的因子（John Post-agate，1994），但對細菌來說，它是最自然的壓力，許多其他細菌在面對飢餓的壓力時，最常見的生理反應，就是餓死，但硝化細菌卻不會。
　　硝化細菌為了適應飢餓所帶來的壓力，已經發展出一套強韌的適應方式，以能在這一缺乏氨或亞硝酸資源的環境下生存。在食物十分缺乏的情況下，它們可以做到暫時終止生理機能狀態，以減少或停止代謝活動，不過它們仍保有在環境改變時，還能夠再重新開始生活的自我調節能力（Edward Ca-ssidy，1994）。這種現象有點像一般細菌可以產生孢子進行休眠（dormancy）一般，而被稱為是處於一種代謝的休息狀態（resting state），也有人乾脆稱之為休眠（如Edward Cassidy，1994）。
　　Edward Cassidy對硝化細菌的「休眠」有獨到的研究，以下均是他的研究結果。首先他證實亞硝酸菌確有他所稱的「休眠」現象，而且這種休眠可以使亞硝酸菌延長約二年的壽命，在這段時間過後，「休眠菌」如果沒有遇到更好的環境或食物來源，它仍然有致死的危險。因此這種休眠並非是無限期的。
　　在長期缺乏氨的情況下，亞硝酸菌能將正常生活所需之各種體內代謝停止，以節約能量的消耗，在完全達到休眠狀態後，菌體細胞內只維持一個最重要的活化機能。此一機能即為探知細胞膜外是否有高濃度氨的能力。在氨濃度足夠的條件下，經過相當長時間後，氨才能透過細胞膜而激發細胞活化的機能（Edward Ca-ssidy，1994）。
　　進入休眠狀態是件大事，必須要耗費相當大的時間和能量，才能夠依序使細胞內酵素的活動停止，以便於長期存活。同時，在恢復細胞生活的各種代謝時，也必須花費相當多的時間和能量。在休眠狀態的亞硝酸菌不能草率地就要恢復活動狀態。因為若發現到氨源只是曇花一現，則魯莽地恢復活動狀態，將使後果無法彌補。即當氨源在短時間內便消失時，則亞硝酸菌可能還來不及獲得足夠的能量和時間來恢復休眠狀態便死悼了（Edward Cassidy，1994）。
　　亞硝酸在休眠時為浮游狀態，能隨水流的帶動而增加其遇新氨源的機率。這種浮游狀態可以持續一段很長時間，一直到菌體能附著於含氨量豐富的適合固狀物體上，代謝活化過程才有可能完全恢復過來。不過令人不解的是休眠細胞有附著於其他亞硝酸菌生活地點之附近的傾向，據說這種現象可以加速休眠細胞恢復活化的速度，至於為何如此？其作用機制至今乃未被科學家所了解。
　　以上論述是有關Edward Cassidy對亞硝酸菌的休眠與活化所作說明。別忘了硝酸菌的情況又如何呢？我們知道硝酸菌是亞硝酸菌的「親密伙伴」，它們經常共生在一起。雖然沒有彼此仍然能獨立生活，但如果它們生活在一起時會活得更好，這種共生關係可使彼此互惠，因此有亞硝酸菌的地方，通常也可以發現硝酸菌的蹤跡，而且它們的生存機制根據一般推測應該是相似的。
　　不過Edward Cassidy對硝酸菌的研究卻有一個令人意外的發現，即硝酸菌不具有或缺乏「休眠」的能力。按照一般的想法，當生物合作變得特別有利用兩個個體時，這兩種有機體不僅一生都住在一起，而且一同演化，以各種方法改變它們的組織或生理機能，以利於彼此的聯合作用。從這個角度去觀察，硝化菌理應有類似於亞硝酸菌的「休眠」特徵才對，可是Edward Cassidy的研究報告中卻顯示不同於一般預期結果，不僅令人感到意外，而且也引起不少人的懷疑。
　　如果Edward Cassidy的研究確實可靠，那我們應如何去解釋這種異常的現象呢？根據他本人的說法是因為硝酸菌不一定要完全依賴亞硝鹽維生，所以在亞硝鹽缺乏的情況下，亦不需要以「休眠」的方式求生，它可以改變食性以異營方式繼續生存，但問題是如果沒有任何亞硝酸鹽及有機資源存在時，硝酸菌是不是就坐以待斃，等待死亡來臨？這是一個有待探討的問題。
　　硝化細菌在適應其他不良環境的能力也有強韌的一面。舉例來說，它們長久以來即被視為是一種絕對好氣性細菌（absolute aerobic bacteria），如果缺乏足夠的氧氣不僅硝化作用會受到影響，就連執行硝化作用的菌體也會死亡。然而，根據最近的研究顯示，硝化細菌仍可在缺氧或甚至完全沒有氧氣中仍能繼續生存。例如，有人曾經在一些廢水的深貯池底部之污泥樣品中發現仍有硝化細菌的存在（Diab and Shilo，1988；Lusby et al.，1998；Smorczewski and Schinidt，1991），已知那些貯水池都屬於厭氣（anaerobic）狀態。也有人曾測出一個完全厭氣且水中含有52ppm的總氨氮的貯水池中每公升水樣中約含有102個硝化細菌的活細胞（Abeliovich，1987）。
　　以亞硝酸菌和硝酸菌相比較，研究學者（Smorc-zewski and Schmidt，1991）證實硝酸菌在這種不利的環境之下比亞硝酸菌更能適應，而且硝化作用的效率也比亞硝酸菌高出幾倍以上。為什麼在厭氣的狀態下，硝化細菌仍能進行硝化作用呢？其實這個問題更早之前就有人加以研究，並獲得初步的結果。即在低溶氧的狀態下，硝化細菌可以改用一氧化二氮（N2O）作為氧化劑進行硝化反應。一氧化二氮是脫硝細菌（denitrifing bacteria）在厭氧條件下還原硝酸鹽所得到的一種氣體中間產物（Ritchie and Nicholas，1972）。只不過在這種情況下所進行之硝化反應速率遠不如用溶氧來得有效率（Anderson and Levine，1986），因此所產生之化學能，可能只能提供硝化細菌基本生存需要而已，硝化細菌的數量很難有大量增加之機會。
　　另外，硝化細菌對鹽度滲透壓（salt osmotic pressure）的變化具有相當大的忍受能力，這亦是它們能夠適應不良環境的原因之一。科學家曾用溶液滲透壓的性質，來測量水中細菌的脫水效應，顯示細菌不能活在太高溶解物質的水中，如果水中的鹽份很高，會使敏感的細菌產生脫水死亡的現象；反之，太純的水也不適合細菌，因為溶在細胞質的物質會吸收水而過度膨脹死亡。因此，許多細菌對鹽度的滲透壓之適應能力各有不同，有些只能生存於海水中，另有一些則只能生存於淡水中。
　　硝化細菌能生存於海水及淡水中，不過最佳生長環境仍需依品種不同而異。有許多亞硝酸菌在適應鹽度的變化能力顯得比硝酸菌還要強，它們似乎能迅速調節體質以減少因鹽度變化所帶來的衝擊（Alleman，1987），因此硝化作用不會因鹽度稍為改變而有明顯的影響。
http://www.ag007.com.tw/cgi-bin/magazine/article.pl?category=4&sn=13

3inone

文章: 5

2 于 2008-11-06 03:19

Mark 兄,
可否推介一下,那隻牌子的(硝化細菌)比較好用.
謝謝^_^

lammark

馬克

文章: 2670
來自: 悲情城市

3 于 2008-11-06 12:30

bio-digest

cyk610

文章: 14

4 于 2008-11-12 23:58

室溫之下bio-digest 可以保存幾耐?

lammark

馬克

文章: 2670
來自: 悲情城市

5 于 2008-11-13 17:09

要睇廠方使用日期。

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