化能合成作用是否产生氧气
前言
通过梳理电子传递及卡尔文循环的简要过程，明确化能合成作用不产生氧气，深化对生物学核心概念的理解和认识。
问题引入
化能合成作用是指自然界中硝化细菌、铁细菌、硫细菌等微生物通过氧化无机物释放能量，合成有机物的营养方式。进行化能合成作用的微生物属于自养型生物，因而化能合成作用最终合成有机物，但是否与光合作用类似，也伴随氧气的产生?
例1.(2017·年上海·第18题)硝化细菌广泛存在于通气性较好的土壤中，其部分代谢反应如图所示，下列关于硝化细菌的培养条件的描述正确的是( )
A.碳源为葡萄糖 B.培养时需隔绝空气
C.氮源是氨气 D.培养时需冷藏
参考答案：C
从上述代谢反应过程可以看出，硝化细菌化能合成作用过程产生氧气。进一步梳理相关参考文献，部分人认为硝化作用的反应式如下：
问题解释
化能合成作用究竟是否产生氧气，需要对电子传递过程及卡尔文循环进行分析。两者都是极其复杂的生化反应过程，为便于理解，下文简要阐述卡尔文循环及电子传递过程，通过梳理反应式，明确观点。
硝化细菌等微生物化能合成作用固定CO₂过程与绿色植物光合作用固定CO₂过程相同，即参与卡尔文循环，反应式：CO₂+ATP+NADPH+H+—→(CH₂O)+ADP+Pi+NADP+，需要的NADPH和ATP由以下两个反应产生e-和H+形成，反应式如下：
(1)NH₃+O2—→HNO₂+2H++e-
(2)NO₂+H₂O—→NO₃+2H++e-
进而生成NADPH和ATP，反应式如下：
(1)NADP++2e-+H+—→NADPH
(2)ADP+Pi+能量(由H+电势能提供)—→ATP
而光合作用过程中的电子传递与非循环光合磷酸化反应式分别如下：
(1)2H₂O+2NADP++8光子→O₂+2NADPH+2H+
(2)2H₂O+2NADP++8光子+3ADP+3Pi—→O₂+3ATP+2NADPH
对比发现，光合作用中NADPH和ATP合成伴随氧气产生，化能合成作用却不产生氧气，而是一个消耗氧气的过程。因此，硝化细菌的化能合成作用反应式应更正为：
进一步研究发现，反应是否产生氧气取决于电子供体种类，光合作用的电子供体是水，则产物中会有氧气生成。像绿色硫细菌、紫色硫细菌等微生物的电子供体是氢气、硫化氢和硫单质，则产物中不会有氧气产生。像产碱菌属、假单胞菌属、硝化杆菌属、亚硝化单胞菌属、脱氮硫杆菌属和氧化亚铁硫杆菌等微生物的化能合成作用电子供体通常有氢气、亚硝酸根离子、铵根离子、硫单质，硫化氢和亚铁离子等，故也不产生氧气。
结论
就目前研究的进展和深度来看，硝化细菌等微生物的化能合成作用不能产生氧气。
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