自“光电能微生物”这一概念被提出以来,已有多种可以利用光电子促进自身生长的微生物被筛选出来。大量的研究证明,自然界存在的还原性物质可以捕获光催化反应产生的光生空穴,使光电子游离出来,同时,某些微生物分泌的黄素类、醌类等物质可以作为电子穿梭体,使光电子进入细胞,参与物质循环和能量代谢,参与三羧酸循环。这种广泛存在的微生物和半导体矿物的相互作用在过去、现在以及未来,都对微生物的生长代谢产生着影响。毋庸置疑,在千万年的相互作用中,半导体矿物光电子对生命的演化起着举足轻重的作用。研究光电子对不同微生物的生长代谢的不同影响,探讨光电子对不同微生物作用机理的不同,这可以为生命演化的研究提供了一定程度的证据支持。本研究以半导体材料纳米Ti N为光催化材料提供光电子,以非光合细菌粪产碱杆菌和光合细菌沼泽红假单胞菌作为研究对象,模拟早期地球的寡营养条件,研究光电子对不同类型的微生物作用的不同。利用三维荧光技术和高效液相分析在光电子的作用下,粪产碱杆菌和沼泽红假单胞菌代谢产物的不同变化,探讨光电子对不同类型微生物代谢影响的不同。研究结果如下:(1)在光电子条件下,粪产碱杆菌有更短的适应期,能更好的适应寡营养条件,并且有更高的生长量。在稳定期时,光电子体系下产生了更多的N AD H,且在培养的后期生成了腐殖质,N AD H和蛋白质的含量也更多。这证明光电子可以促使粪产碱杆菌生成类腐殖质物质,并能提供微生物生长所需的能量和物质。而沼泽红假单胞菌在光电子条件下同样有较短的适应期,但在稳定期及培养的后期蛋白质的量无明显变化,只有N AD H的生成量略微增加,这证明光电子可以提高沼泽红假单胞菌对寡营养的适应性,但对其生长状况无明显影响。(2)光电子对粪产碱杆菌草酸、延胡索酸的合成没有明显的作用,但减少了苹果酸的消耗且能促进粪产碱杆菌对柠檬酸的合成,同时减弱了对琥珀酸的合成能力。而光电子对沼泽红假单胞菌的草酸、苹果酸、琥珀酸以及柠檬酸的合成均没有明显影响,但促进了沼泽红假单胞菌对延胡索酸的合成。这证明光电子参与粪产碱杆菌和沼泽红假单胞菌三羧酸循环的位置是不同的。本研究中,光电子进入粪产碱杆菌后介入三羧酸循环的主要通路是在苹果酸在苹果酸脱氢酶的作用下生成草酰乙酸和N AD H的阶段。苹果酸消耗的减少说明光电子促进了草酰乙酸的合成,而草酰乙酸的积累使柠檬酸含量增加,同时琥珀酸和延胡索酸的合成被抑制。而光电子进入沼泽红假单胞菌后主要作用在琥珀酸在琥珀酸脱氢酶作用下生成延胡索酸的通路上。(3)混合培养时,由于粪产碱杆菌的适应能力强、生长周期短在初期占据了主导地位,而沼泽红假单胞菌则在后期占据主导地位。在同时接种的实验中,空白实验组的生长趋势比T i N组要好,这与单独培养两种微生物时得到的结论不同。在不同时接种的实验中空白组和T i N组的趋势变化不明显,这与单独培养沼泽红假单胞菌的趋势相似。这说明,同时接种时,沼泽红假单胞菌生成了某些物质,这些物质可以促进粪产碱杆菌的生长,且促进的效果要远高于光电子的作用,同时粪产碱杆菌的某些代谢产物也可以促进沼泽红假单胞菌的生长,两者应为互利关系。