一、微生物對金屬的依賴性

微生物對金屬的依賴性是微生物生命活動(dòng)、生理生化過程對金屬的需求。而且這些金屬的生理功能是明確的。目前已知對微生物有重要功能的金屬是:Na、K、Mg、Ca、V、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Mo和W。金屬Na、K、Mg、Ca是所有生物體都需要的，其他的金屬是某些特定物種需要的。鎢是見于溫泉口這樣的超嗜熱細(xì)菌(如激烈熱球菌Pyrococcus furious)所必需的，鎢酸鹽在這種環(huán)境中被認(rèn)為是代替了鉬酸鹽。通常必需的金屬都是酶的催化、分子轉(zhuǎn)運(yùn)、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)、電荷的中和、滲透壓控制所必需的。必需金屬所貢獻(xiàn)的幾種基本功能包括:①它們是許多蛋白質(zhì)的輔基，并在維系酶活性中心構(gòu)型中發(fā)揮重要作用。②它們是許多酶反應(yīng)的輔因子。③它們是多配位基中心(用于卟啉分子)。④它們是氧化還原中心，轉(zhuǎn)運(yùn)電子參與細(xì)胞內(nèi)的重要氧化還原反應(yīng)。而且這些功能不是相互排斥的，細(xì)胞色素系統(tǒng)有一系列類卟啉成分，其中有鐵作為它們的中心(圖11-1)。

圖11-1　亞鐵原卟啉A，細(xì)胞色素A的輔基，注意卟啉結(jié)構(gòu)含有鐵作為氧化中心

細(xì)胞色素中的鐵作為電子傳遞系統(tǒng)中的一種電子轉(zhuǎn)移(氧化還原)位點(diǎn)，鐵從3價(jià)變成2價(jià)，放出的電子沿著細(xì)胞色素鏈移動(dòng)。生化過程中的主要金屬功能例子列于表11-1。

大部分生物需要鐵、錳、鋅、銅和鈷，一些生物也需要鉬。結(jié)果許多微生物培養(yǎng)基設(shè)計(jì)含有痕量的這些元素(表11-2)。例如痕量元素溶液Ho-LE，其用作其他需要加入痕量元素培養(yǎng)基的濃縮液。這種溶液的濃度是每升蒸餾水中含相關(guān)鹽的量為:H₃BO₃，2.85g;MnCl₂·4H₂O，1.8g;酒石酸鈉，1.77g;FeSO₄·7H₂O，1.36g;CoCl₂·6H₂O，0.04g;CuCl₂·2H₂O，0.027g;NaMoO₄·2H₂O，0.025g和ZnCl₂，0.020g。

金屬除了上述功能外，金屬能作為能源和電子受體。某些細(xì)菌(如鐵細(xì)菌等)能從金屬的氧化中取得能量。也有許多微生物能把氧化還原性有機(jī)物產(chǎn)生的電子來還原金屬離子。

特別值得注意的是盡管這些金屬對微生物生長、代謝是必需的，但如果濃度過高，即使是必需金屬也會(huì)有毒性，金屬銅就是一個(gè)重要例子。另外，某些元素(如Al、Cd、Hg、Pb和Sn)看來沒有基本的生物功能，但也會(huì)被微生物吸收和積累。

表11-1　　金屬離子作為某些酶輔因子的例子

續(xù)表

表11-2　　常加到微生物培養(yǎng)基中的痕量元素

b:大部分培養(yǎng)基含有Na、K、Ca和Mg，雖然這些元素作為陽離子是特異的，但大多以陰離子營養(yǎng)物(例如NaNO₃或MgSO₄)形式加入。