光合细菌的研究与应用展望

光合细菌的研究与应用展望
光合细菌的研究与应用展望

光合细菌的研究与应用展望

汪大敏杨国武李皎

( 陕西省微生物研究所)

摘要

本文综述了光合细菌的研究及应用领域。介绍了光合细菌的种类、分布、生理特性及其在农业、环保、食品、化妆品、医疗保健和新能源等领域的应用研究。

关键词:光合细菌农业环境保护食品、化妆品、医疗保健和新能源

一、概述

光合细菌(Photosynthetic bacteria)亦称光能细菌是一类能进行光合作用细菌的总称。它是地球上最早出现的具有原始光能合成体系的原核生物。

光合细菌的最早是由德国科学家埃伦伯格1836年发现记载的,他发现两种使池塘、湖泊水体变红的生物,且其生长繁殖与光照和硫化氢的存在有关。1883年美国科学家恩格尔曼根据“红色微生物”聚集生长在波长与细胞内色素吸收波长相一致的光线下的事实,认为这类微生物能够进行光合作用。直到20世纪30年代,荷兰微生物学家 C.B.范尼尔发现有些细菌可在无氧条件下利用光能进行与光合作用类似的反应。并且它们是从硫化氢而不是从水中取得还原二氧化碳的氢,也不释放氧气。他把这个反应称为细菌光合作用。此外,人们

还发现有些细菌可通过氧化一些无机物获得能量进行有机物的合成反应,其过程和光合作用有许多类似之处,被称为化能合成作用。

深入研究光合细菌在理论上具有重要意义。可以为探索生命起源和生物进化提供科学依据,在微生物的各类代谢类型中开辟了一条比较生物化学的研究途径,以期找出它们之间的生化统一性。多年来,光合细菌还一直是研究植物光合作用、生物固氮机理的重要材料。由于分子生物学新技术和其它遗传系统在光合细菌中成功的应用,有利地促进了这两方面的研究,而且近年来取得了突破性进展。20世纪80年代后期,日本学者在海洋微生物中发现了在好氧条件下也能进行光合作用的细菌类群,进一步丰富了光合细菌的代谢功能。20世纪前半叶,人们一直没有发现光合细菌的实际应用价值。至70年代才开始注意其应用价值。由于光合细菌具有复杂多样的代谢功能和丰富的营养及生理活性物质而在应用方面显示了越来越巨大的潜力,应用前景十分广阔。

二、光合细菌的种类

光合细菌均为革兰氏阴性细菌,菌体呈球形、卵圆形、杆状、半环形或螺旋状。大部分单个存在,仅有红微菌属等少数菌菌体细胞间有细丝相连,形成链状丝状体,有些菌种的细胞形态易随培养条件和生长阶段的不同而发生变化。细胞大小通常为0.6-0.7×1.0-10微米。多数光合细菌以鞭毛运动,亦有滑行运动和不运动者。光合细菌细胞内存在以细胞膜内折形成的囊状载色体,其中包含细胞色素和色

素。色素主要有细菌叶绿素a、b、c、d、e、g和多种类胡萝卜素。不同种类光合细菌因其所含色素的种类和组成的差异而显示不同的菌体颜色,如桔黄色、棕黄色、紫菜色和各种不同的红色,有的还呈绿色。有些菌种在细胞内形成气泡,但在一定的培养条件下气泡又会消失。有的种还有荚膜。少数种细胞内还存在有质粒。

光合细菌主要以二分分裂繁殖,少数属或种以芽殖或三分分裂繁殖。

光合细菌包括产氧光合细菌(蓝细菌)和不产氧光合细菌两大部分。《伯杰氏系统细菌学手册》9版中不产氧光合细菌包括有紫细菌(purple bacteria )、绿细菌(Green bacteria )和日光杆菌属(Heliobacterium )、红色杆菌属(Erythrobacter ) 两个尚待进一步研究其分类地位的属。紫细菌中包含有着色菌科(Chromatiaceae )、外硫红螺菌科(Eceothiorhodospiraceae )、红螺菌科(Rhodolspirillaceae ),共16属,49种;绿细菌中则包含绿菌科(Chlorobiaceae )、绿曲菌科(Chloroflexaceae )共9属,17种。

根据光合细菌所具有的光合色素体系和光合作用中是否能以硫为电子供体将其划分为4个科:Rhodospirillaceae(红色无硫细菌)、Chromatiaceae(红色硫细菌)、Chlorobiaceae(绿色硫细菌)和Chloroflexaceae(滑行丝状绿色硫细菌)进一步可分为22个属,61个种。近几年来陆续还有一些新种报道。

三、光合细菌在自然界的分布

光合细菌在自然界中分布非常广泛,可以认为凡是光能所及之处均可发现它们的踪迹。在海洋、江河、湖泊、池沼、土壤、水田、极地或温泉、高盐水体等各种环境中都有光合细菌,在氧气含量有限而光线能到达的表面水、泥中数量最多,可达105-107个菌体/ml。

光合细菌生理类型的多样性使它成为细菌中最为复杂的菌群之一。在不同的自然环境下,它能表现出不同的生理生化功能,如固氮、固碳、脱氢、硫化物氧化等。这使得光合细菌在自然界的碳、氮、硫循环中发挥着重要作用。光合细菌广泛分布于自然界的土壤、水田、沼泽、湖泊、江海等处,主要分布于水生环境中光线能透射到的缺氧区。

四、光合细菌的生理特征

光合细菌具有独特的生理、生化特性,在人类生活、生产中具有重要作用。对光合细菌化学成分、生理活性进行深入的研究,有助于人类进一步认识光合细菌在人类生活、生产中所扮演的角色,为开发和利用光合细菌造福人类,造福地球奠定基础。

光合细菌中从营养类型看包括光能自养型、光能异养型及兼性营养类型;从呼吸类型看包括好氧、厌氧和兼性厌氧的不同类型。值得一提的是,红螺菌科的细菌在光照微好氧下可进行光能异氧生长,在好气、黑暗或光照条件下可进行化能异氧生长。其中某些菌株还能还原硝酸盐而发酵生长。

光合细菌的光合作用与绿色植物和藻类的光合作用机制有所不

同。主要表现在:光合细菌的光合作用过程基本上是一种厌氧过程;由于不存在光化学反应系统II,所以光合作用过程不以水作供氢体,不发生水的光解,也不释放分子氧;还原CO2的供氢体是硫化物、分子氢或有机物。

光合细菌不仅能在厌氧光照下利用光能同化CO2,而且还能在某些条件下进行固氮作用和在固氮酶作用下产氢。另外,有些种在黑暗厌氧下经丙酮酸代谢系统作用也可产氢。光合细菌还能利用许多有机物质如有机酸、醇、糖类和转化某些有毒物质如H2S和某些芳香族化合物等。

光合细菌在10-45℃温度范围内均可生长繁殖,最适宜的生长环境是:温度26-30℃,光度500~5 000 lx,。pH值范围为7-8.5之间。研究表明:温度为30℃,照度为2,250 lx,pH值为7~8时光合细菌的光密度最大,生长态势最好。[8]钠、钾、钙、钴、镁和铁等是光合细菌生理代谢中的必需元素。

光合细菌的活性受环境因子及抗生素的影响较大,[3]酸性环境、低温、过强的光照及多种常用抗生素均对光合细菌有抑制作用,而盐度对光合细菌的生长影响相对较小。由海水、淡水等分离源中分离的光合细菌,均能在0.1%—3%NaCl基质中较好生长。[6]

光合细菌的光合色素由细菌叶绿素(BChl)和类胡萝卜素组成。现已发现的细菌叶绿素有a、b、c、d、e5种,每种都有固定的光吸收波长。细菌叶绿素和类胡萝卜素的光吸收波长分别为715~1050nm

和450~550nm。因而类胡萝卜素也是捕获光能的主要色素,它扩大了可供光合细菌利用的光谱范围。

光合细菌不仅能进行光合作用,也能进行呼吸和发酵,能适应环境条件的变化而改变其获得能量的方式。

五、光合细菌的应用研究

光合细菌由于其生理类群的多样性,碳、氮代谢途径和光合作用机制的独特性而倍受到人们的关注。多年来,光合细菌被作为研究光合作用以及生物固氮作用机理的重要材料。近一二十年中,国内外对光合细菌的应用研究取得了很大的进展。研究表明,光合细菌在农业、环保、医药、能源等方面均有较高的应用价值。

(一)光合细菌在农业中的应用研究

我国是一个人口大国、农业大国,用占世界7%的土地养活了占世界22%的人口。我国现有耕地20亿亩,年需化肥1.5亿吨,是世界最大的化肥进口国和氮肥生产国。尽管如此,化肥量仍然满足不了农业发展的需要。究其原因,关键问题在于化肥的利用率太低。据研究部门测算,目前全国各地平均氮肥利用率为30-35%,磷肥20-30%,钾肥30-50%。据估计,全国每年因盲目使用浪费化肥约100万吨,折合人民币5亿元。加之由于长期大量施用单质化肥,对环境的污染越来越严重,土壤板结,地下水污染,农产品品质下降,已引起人们的普遍关注。使用有机肥料和“生物农药”是解决这一问题唯一途径。

而光合细菌已被证明既是一种优质的有机肥料,又能增强植物的抗病能力。光合细菌可作为底肥、或以拌种和叶面喷施等方式应用。也可其与其他有机肥料混施。

山西大学的李俊峰和王梦亮以冬小麦—夏玉米轮作模式为例,比较了光合细菌、有机肥、无机肥及其混合使用对土壤中生物群落、土壤理化性质及土壤养分和产量的影响。结果表明:光合细菌无论是单独使用还是同其他肥混用,都会在土壤中表现出一定的增殖特性,并使土壤中生物总量增加,从而促进土壤中物质的循环和能量流动。同时光合细菌还使土壤容重下降,阳离子代换量增加,土壤中全氮、全磷、速效氮、速效钾增加,从而改善了土壤的结构和营养状况,使产量增加。尤以光合细菌与有机肥复合使用效果最佳,与单用有机肥相比,土壤中微生物总量增加13.7%,光合细菌增加118.9%,固氮菌增加14.6%,放线菌增加18.98%;在0~20和20~40cm土层容重分别下降11.4%和13.3%,阳离子代换量增加7.9%和5.2%,有机质含量增加16.6%和24.2%,土壤全氮增加3.9%和26.3%,全磷增加2.9%和4.2%,碱解氮含量增加11.8%和8.2%,速效磷含量增加5.1%和8.6%,速效钾增加10.9%和13.4%,作物产量增加10.1%;[12]

光合细菌能使农作物增产增质,主要是从根本上改变了农作物的生长环境。微生物是一切肉眼看不见或看不清楚的微小生物的总称。土壤是地下微生物的“容器”和活动场所,土壤之所以有别于岩石而

成为活的“土壤生命有机体”,就是因为其中生长着大量具有适应性和活性的生物类群,这些生物对于养分元素的转换、储存和释放具有特殊的功能作用。光合细菌本身就是土壤微生物的成员之一,其数量的增加对改善土壤结构,促进土壤物质转化,提高土壤肥力,促进作物生长,有非常重要的作用。光合细菌大都具固氮能力,能提高土壤氮素水平。通过其代谢活动能有效地提高土壤中某些有机成分、硫化物、氨态氮,并促进有害污染物(如农药、化肥)的转化。有研究表明:光合细菌对马拉硫磷、对硫磷、久效磷三种有机磷农药的复合作用对大麦的毒害均有缓解作用, 大麦种子的萌发率、根长、叶绿素含量和过氧化物酶(POD)活性都有不同程度的提高。[10]同时能促进有益微生物的增殖,使共同参与土壤生态的物质循环。此外,光合细菌产生的丰富的生理活性物质如脯氨酸、尿嘧啶、胞嘧啶、维生素、辅酶Q10、类胡萝卜素等都能被植物直接吸收利用,有助于改善作物营养,激活植物细胞的活性,促进根系发育,提高光合作用和生殖生长能力。光合细菌能增强作物抗病防病能力。光合细菌含有抗细菌、抗病毒的物质,这些物质能钝化病原体的致病力以及抑制病原体生长。同时光合细菌的活动能促进放线菌等有益微生物增殖,抑制丝状真菌等有害菌群生长,从而有效地抑制某些植病的发生与蔓延。

1、光合细菌在农作物生长上的应用研究

自然界中,光合细菌在碳、氮固定和土壤中的硫循环中都担负着重要角色。光合细菌在自然界和其他微生物具有广泛共生关系,其固氮、固碳能力在改善土壤化学性质,提高土壤肥力,抑

制病原微生物生长,改善植物营养和促进植物生长等方面均有重要作用。

资料表明利用光合细菌进行试验取得的各种数据为:小麦平均亩产提高16%,水稻提高10%,玉米提高13%,大豆增产

20.32%—31.7%,棉花提高14%,甘蔗、大白菜提高40%,甜

瓜增产15%~24%。[1][2][9]

2、光合细菌在蔬菜、果树上的应用研究

把光合细菌作为有机肥施入烟草、萝卜、大豆、地瓜等试验田中,结果显示:光合细菌能改善土壤微生物区系,促进土壤中固氮菌、根瘤菌、放线菌、细菌等的生长,抑制土壤中真菌的生长;

能增加大豆根瘤数;能促进作物对土壤中各养分的吸收,增加植株叶绿素含量,促进植物生长,使各植株的株高、根长、根重等都比对照有显著增加;光合细菌还能增加作物产量,改善作物品质,尤其对地瓜的产量增加明显,其增幅达78.5%。[11]

以光合细菌作肥料处理番茄植株,可使其根系发达,生长旺盛,果实产量增加。维生素B1和C的含量也增加。施用光合细菌三个月后,无论沙培或土培放线菌与真菌之比均增加。

用光合细菌悬液浇灌菠菜、辣椒可使植物根系发达,茎叶宽厚,生长旺盛,鲜重增加。采用光合细菌净化的羊毛废水作为水培液栽培菠菜也取得了十分显著的增产效果。施用光合细菌水解液(其中富含核苷酸类物质、类胡萝卜素等)有明显促进花芽形成和果实肥大作用,

这一成果作为日本专利,已在相当广泛范围内应用。

光合细菌在柿子、樱桃、柑橘等果树上的应用也取得某些成效,如增加产量、增加糖度、味色变好,以及增强耐贮性。

除此之外,光合细菌含有抗病毒物质,在光照及黑暗条件下均能诱导植物产生抗病毒的活性物质,钝化病毒致病能力。

可见,光合细菌作为多种功能农用微生物制剂有着其广泛的应用前景。

3、光合细菌在水产、禽畜养殖中的应用

光合细菌的细胞成分优于酵母和其他微生物种类。经分析,光合细菌菌体蛋白中含有多种必需氨基酸,且多数高于酵母的含量。特别是光合细菌辅酶Q10的含量尤其高。近年国外发现辅酶Q10的报道很多,辅酶Q10在生物体内具有多种生理功能,同时可以明显提高人和动物的免疫能力。此外菌体内还含有较高浓度的类胡萝卜素,且种类繁多。迄今为止,已从光合细菌中分离出80种以上的类胡萝卜素,并不断有新的报道。光合细菌的细胞内还含有碳素储存物质糖原和聚β-羟基丁酸。光合细菌菌体由于富含多种营养成分且比例适宜,应用于畜禽水产业,具有明显的增产效果及增强机体抗病力的作用,可以显著地提高经济效益。

在水产养殖中,光合细菌的应用十分广泛,如在鳗鱼、鲷鱼、比目鱼、罗非鱼、青鱼、鲫鱼、鲤鱼、鲢鱼、泥鳅、鳙鱼、草鱼、鲂鱼、鳊鱼、金鱼、河豚、虾、扇贝、蛙、鳖和蟹水产养殖对象上均做过试

验,且效果都是肯定的,其中许多已大面积应用。光合细菌可被用于鱼虾以及特种水产品如贝类、蟹、蛙类等的饵料或饲料添加剂。光合细菌在促进鱼虾等的生长,提高成活率,提高产量等方面,所有的报道均给出了肯定的结果,无论是成活率或是产量的提高均可达10%~40%以上。而且还具有防治鱼虾疾病,净化养殖池水质等方面的功能。

[13],[14]

光合细菌具有上述作用的确切原因尚待进一步研究。但不外乎以下几方面因素:(l)光合细菌的菌体营养丰富,含有大量类胡萝卜素、辅酶Q10、抗病毒物质和生长促进因子。(2)光合细菌在水产养殖水域的物质循环中起重要作用,能将被异养微生物分解活动形成的有机物如有机酸、氨基酸等作为基质加以利用,促进养殖池底有机物的循环,使水质得到净化,病原菌难以发展,改善养殖环境。另外,大多数光合细菌在其生命活动中是不需要氧气的,而且能同化水中的有害物质。有试验表明:光合细菌能使水产养殖池水体中的氨、氮、硫化氢下降50%以上,溶氧提高14%~85%。[1](3)施用光合细菌的池塘,放线菌/细菌的比例会明显增大,许多放线菌能产生抗生素和抗菌素,从而抑制了病菌的活动,达到水生物防病、抗病的效果。光合细菌对鲤鱼空穴病、烂腮病,鳗鱼的水霉病、赤鳍病等有一定防治效果。

(4)光合细菌在水中繁殖时,能释放出一种具有抗病性的酵素──胰凝乳蛋白分解酶,该酶能防止鱼类疾病的发生。(5)由

于光合细菌能分泌大量的叶酸,长期使用光合细菌也可避免鱼类贫血症的发生。

光合细菌的营养价值极高,消化率好,作为禽畜饲料的营养添加剂已有20余年的历史。光合细菌已经应用在奶牛、肉牛、猪、鹌鹑、乌鸡、鸡、等畜禽养殖中,尤其在养鸡方面效果十分显著。它在提高禽畜产品的产量、质量方面同样具明显作用。例如,使用光合细菌的家禽,成活率提高5%~7%,肉鸡增重15%~17%,料肉比降低33%左右,产蛋率提高12.7%且所产蛋的蛋黄颜色明显趋红、亮泽,卵黄中类胡萝卜素和维生素C含量提高20%左右。[1],[15]

光合细菌在养殖业中的使用方法有:制成菌剂后,直接作为饵料投喂或作为添加剂拌于饲料中或混于饮水中饲喂

(二)、光合细菌在环境保护中的应用研究

光合细菌作为一类古老的细菌类群,已经在众多领域得到应用.利用光合细菌处理有机废水具有处理有机负荷高、占地面积小、便于管理、能耗低、投资费用少、菌体可以回收利用等优点,已经引起人们的广泛重视。20世纪70年代日本小林正泰等提出了用光合细菌处理有机废水的工艺,并成功地对粪尿和食品、淀粉、皮革、豆制品加工的废水进行了处理。韩国已建成了日处理600t的酒精废水处理场。近年来,澳大利亚、美国等也相继进行了这方面的开发研究。国内这几年在光合细菌处理城市垃圾、生活污水和工业废水的应用方面也取得了一些进展。对高浓度合成脂肪酸废水、肉类废水、豆制品、洗毛、

牛粪尿废水以及柠檬酸废水的处理均取得了良好效果。例如,有试验表明,用光合细菌对CODcr为52800mg/L的豆制品废水进行12h处理,去除率达92.7%;CODcr为3 864 mg/L的淀粉废水进行72h处理,去除率达99.5%;处理柠檬酸二次有机废水,CODcr、BOD5总去除率分别达到97%和99%。[1]

高浓度有机废水在自然净化过程中会出现以下微生物群落的生长演势:有机营养型微生物群落的生长繁殖→光合细菌的生长繁殖→藻类的生长繁殖。为使高浓度有机废水尽快达到净化,可用人工模拟方法,加入光合细菌。综合各方面来看,光合细菌处理法应是目前环保治理的一个最经济、最有效的手段。其优点在于:(1)有机物负荷高,可以处理高浓度有机废水。(2)设备规模小,动力消耗低,投资费用少。(3)易管理,受季节影响小,在10~40 ℃温度范围内均可处理。(4)产生的菌体可综合利用,在养殖业与种植业中作为饲料或肥料。

目前,光合细菌能有效处理的有机废水有生产淀粉、油脂、味精、罐头、豆酱、啤酒、酵母、有机酸、氨、染料等工厂及水产加工厂、羊毛加工厂产生的废水、粪尿污水及生活污水。另外还应用光合细菌净化人工养殖水域水质。有许多光合细菌对重金属有耐受性,国外许多专家正考虑用光合细菌法处理矿山废水。

目前,光合细菌除污工艺大多采用悬浮生长型的活性污泥法。固

定化细胞、生物膜技术和两极光合细菌生物接触氧化等新工艺的应用研究已经取得了很大的进展。

(三)、光合细菌在食品、化妆品、医药保健业中的应用研究

光合细菌营养丰富。细胞干物质中蛋白质含量高达60%以上,比目前生产的单细胞蛋白酵母的含量高。与牛奶、鸡蛋蛋白相比,其蛋白质氨基酸组成齐全,因而被认为是一种优质蛋白源。光合细菌还含有多种维生素,尤其是B族维生素极为丰富,V B12、叶酸、泛酸、生物素的含量远高于酵母。此外,还含有大量的类胡萝卜素、辅酶Q10等生理活性物质。由于光合细菌具有很高的营养价值,因此,在食品、化妆品、医药保健业中有着很高的应用价值。

类胡萝卜素,是重要的天然红色素。现已发现光合细菌不仅富含类胡萝卜素,且种类有80多种,该色素无毒,色彩鲜艳、亮泽,并具防水性,适用于食品、化妆品等工业中作为安全着色剂。利用光合细菌发酵生产类胡萝卜素的研究已普遍引起重视。20世纪70年代以来,国外已利用光合细菌提取的天然色素用于制作奶油、冰淇淋、乳酸饮料、果酒等食品和化装水、营养霜等化妆品。日本学者用球形红杆菌(Rhodobacter spHaeroides)发酵生产高浓度红色素作为食品添加剂,色素含量为干菌体的6%,新鲜菌体的1.5%左右。国内也有用球形红杆菌发酵生产类胡萝卜素,每升发酵液可提取色素312mg 左右的报道。[1]

光合细菌在医药保健业中也具广泛应用前景。光合细菌微生态制剂的异军突起更引人注意。经动物试验表明,光合细菌保健食品具有延缓衰老、抑制肿瘤、免疫调节、调节血脂的显著功效。这与其细胞内富含类胡萝卜素是分不开的。类胡萝卜素可与蛋白质结合在一起,在生物体内发挥多种功能。类胡萝卜素在免疫和健康中表现出尤为重要的作用。最近研究发现β-胡萝卜素和番茄红素是天然抗氧化性营养素。番茄红素是一种具有多种生理功能的类胡萝卜素,通常从番茄的果实中提取,价格昂贵。番茄红素抗氧化性是维生素E的100倍,是β-胡萝卜素的两倍。它对于预防和治疗心血管疾病、动脉硬化和肿瘤等各种成人病及增强人体免疫系统具有重要意义。人体中番茄红素含量还与人的寿命相关。光合细菌可以产番茄红素, 研究表明一些光合细菌细胞内番茄红素的含量可高达39.9 mg —51.5mg/g菌体干重。[16],[7]这使得利用微生物发酵法生产低成本番茄红素成为可能。类胡萝卜素的抗氧化能力、抗感染作用以及抗癌变作用已有许多研究报道和专门评述。光合细菌细胞中富含的B族维生素及活性物质,也成为提取天然药物的良好素材之一。据报道,我国已成功研制出了光合细菌抗癌药。[1]

(四)、光合细菌在开发新能源中的应用研究

氢作为一种理想而无污染的未来能源日益受到人们的关注。生物制氢是开发新能源的一个方向,欧美、日本等均在研究和开发生物制氢技术。我国近几年也开始了这方面的应用研究。

光合细菌的许多种类 (特别是红螺菌)在厌氧光照条件下,依靠固氮酶和氢酶催化有产氢的能力。光合细菌产氢具有产氢速率高,产氢不产氧,可利用的碳源广泛的优点。光合细菌的在代谢过程中都能释放氢气。目前研究较多的是深红红螺菌(Rho-dospirillum rubrum),其产氢量高达65ml/h.L(培养液),比蓝细菌产氢量高1倍多。利用该菌固定化细胞产氢量高达20ml/g.h,气体组成中H2占70%~75%。可见光合细菌具有产氢速率高、产生的氢气纯度高等特点。[17],[18]

对光合细菌的研究在逐渐深入,其应用领域在逐渐拓宽。目前的研究表明,光合细菌的应用效果显著、确切,某些方面的应用研究已具有一定的推广价值。但在许多方面的应用研究,还只能说处在初级阶段,还有大量的、深入的研究工作要做。尤其是光合细菌的微生物资源研究工作尚未系统开展。目前的研究已显示出光合细菌作为重要的微生物资源,其开发应用的前景是广阔的,必将具有不可替代的应用市场,在人类活动中必将发挥越来越大的作用。

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THE FUNDAMENTAL FEATURES AND THE VALUE OF

APPLICATIONS OF PHOTOSYNTHETIC BACTERIA(PSB)

Wang da-min

ABSTRACT:

光合细菌使用方法

一.使用方法: 1.水体喷洒。适合改良水质,防治鱼病和培养优良藻类时使用。选择晴天上午或下午,将扩繁好的光合细菌菌液用池水稀释后,全池均匀泼洒,一般用量:苗种池:150ml/L每5―10天用一次。成鱼池:第一次5ml/L以后2ml/L,或第一次5―8公斤/亩,以后3―5公斤/亩,每10―20天用一次。施光合细菌的次数最好根据水质情况具体研究,水质好可每隔15天施一次,水质较差、较肥,应每隔7―10天施一次。由于光合细菌形态微细,比重小,若采用直接泼洒养殖水体的方法,其活菌不易沉降到池塘底部,无法起到良好的改善底环境效果。因此建议全池泼洒时,尽量将其与沸石粉合剂合用这样既能将活菌迅速沉降到底部,同时沸石也可起到吸附氨的效果,或拌土洒入鱼池。 2.饲料添加。内服拌饵作为饲料添加剂使用时,将扩繁好的光合细菌菌液喷洒干饲料中拌匀,如用投饵机投喂的可拌菌后散开吹晒一段时间再喂,当天拌当天喂完。 二、注意事项: 1.不可与消毒杀菌剂混合使用,使用前后一周内不得使用消毒剂,否则杀死光合细菌影响使用效果。 2.使用前,将菌液光照10小时以上,使用效果好,晴天水温20℃以上时使用;阴雨天勿用。 3.水体呈碱性时施用效果好。用生石灰或烧碱调节PH值至中性或偏碱程度。 4.应灵活掌握用量和使用的连续性,因光合细菌在水体中只有形成优势群落后,才能发挥作用。 5.光合细菌菌液不能用金属器皿贮存。 6.培育鱼苗时,在苗种入池前7天全池泼洒,以利于浮游生物生长;光合细菌菌液与粪肥配合使用,效果明显,增产增效特别显著。 7.若要同时施用不同的净水制剂,应该注意制剂之间的共容性。例如:硝化细菌和光合细菌并不适合同时放养在同一水池中,因为它们净化水质的过程互有抑制作用,可能会降低其净化效果。

光合细菌(PSB)的应用研究进展

光合细菌(PSB)的应用研究进展 The progress in application research on photosynthetic bacteria 李福枝刘飞曾晓希李小龙张凤琴 LI Fu-zhi LIU Fei ZENG Xiao-xi LI Xiao-long ZHANG Feng-qin (湖南工业大学绿色包装与生物纳米技术应用省重点实验室,湖南株洲412008)(The Green Packing and Biology Nanometer Technology Application Laboratory,Hunan University of Technology,Zhuzhou,Hunan412008,China) 摘要:着重阐述光合细菌的分类、结构形态、菌体营养组成及在有机废水处理、光合产氢、生物制药、类胡萝卜素提取、辅酶Q提取、单细胞蛋白和水产、禽蓄养殖等方面的应用研究现状及前景。 关键词:光合细菌;废水处理;类胡萝卜素;光合产氢;单细胞蛋白;水产养殖 Abstract:The classification,morphological structure and triphic component of the photosynthetic bacteria were reviewed.And the current application of photosynthetic bacteria was reviewed in seven aspects of treatment of organic wastewater,hydrogen photo production,medicament biologic production,carotenoids extraction,coenzyme Q extraction,single cell protein(SCP)production,fishery culture and livestock culture. Keywords:Photosynthetic bacteria;Treatment of organic wastewater;Carotenoids; Hydrogen photo production;Single cell protein;Fishery culture —————————————— 基金项目:湖南省教育厅资助项目(项目编号:06C258) 作者简介:李福枝(1978-),女,湖南工业大学绿色包装与生物纳米技术应用省重点实验室讲师。 E-mail:li-fu-zhi@https://www.360docs.net/doc/2316779980.html, 通讯作者:刘飞 收稿日期:2007-09-28 光合细菌(Photosynthetic Bacteria,PSB)是自然界中重要的微生物类群,广泛存在于自然界的水田、湖泊、江河、海洋、活性污泥及土壤中,因其具有固氮、产氢、固碳、脱硫、可氧化分解硫化氢、胺类及多种毒物的能力,而且具有生命力极强、营养要求低、生长繁殖快、无毒害性、富含蛋白质、类胡萝卜素、维生素、能净化水质等特点,被广泛应用到水产养殖、禽蓄养殖、污水处理、生物产氢、生物制药、生物色素提取等方面,成为现代生物技

光合细菌培养基配方

光合细菌培养基配方 光合细菌是兼性厌氧的,不同的光合细菌用的培养基不一样我现在就在做关于光合细菌的问题,这几中细菌都是常见的细菌,培养基在许多微生物上后面都有,光合细菌的富集培养基是: NH4Cl0.1g NaHCO3 0.1g KH2PO4 0.02g CH3COONa 0.1-0.5g MgSO4.7HO2 0.02g NaCl0.05-0.2g 三生长因子1ml 微量元素溶液1ml 蒸馏水97ml PH7.0 生长培养基加氮源(谷氨酸钠)和碳源(乙酸.丙酸.丁酸盐等)及可.其他菌的分离只要选择不同的培养基就可以选择分离啊 光合细菌富集纯化详见网易网盘 光合细菌培养基配方 氯化氨1克,磷酸氢二钾0.5克,氯化镁0.2克,氯化钠2克,酵母膏0.1克,水900毫升。 各成份溶解后15磅灭菌20分钟,然后无菌的加入过滤的碳酸氢钠5.0克/50毫升水;50毫升过滤的乙醇。用过滤的0.1N 磷酸调PH=7.0即可。 响应面设计法优化光合细菌培养基配方。培养基成分中醋酸钠和蛋白胨对于光合细菌的生长影响最为显著,最优培

养基配方为:醋酸钠1.145g/L、蛋白胨0.055g/L、碳酸氢钠0.6g/L、硫代硫酸钠0.4g/L、氯化钠0.3g/L、硫酸镁0.1g/L、磷酸二氢钾0.05g/L。在此条件下,光合细菌生长最为良好,经过5d培养以后,培养液OD600可以达到0.5以上 光合细菌(含生产工艺) 优良的光合细菌菌种的外观质量是啥样? 一般优良的光合细菌菌种和产品的外观质量有以下几点: 1、外观上看比较均匀,基本无上下分层。相反,市场上有许多光合细菌是上下分层的,包括我中心初期的产品也是这样,上层比较清淡,下层则比较深厚,上层颜色浅,下层颜色深,最底层可能还会有一层黑黑的沉淀。 而优秀的光合细菌菌种和产品,上下都是比较均匀的,没有较明显的分层,颜色比较均匀,外观看起来也悦目。(当然,除了培养基溶解时,会与硬水中的重金属离子反应产生的絮装沉淀除外) 这种上下无分层,颜色均匀,不是靠加悬浮剂,或增稠剂而造成的,而是自然培养出来的,不加任何修饰而成的。少数地方,由于水质的原因,可能会产生稍稍的差别。 2、没有粘壁现象。很多市场上的产品都有粘壁现象,即在容器的壁上形成一层红紫色的颜色层,就象是油漆一

光合细菌的功能及其在动物养殖中的应用

光合细菌的功能及其在动物 养殖中的应用 2003-09-25 摘要光合细菌是一类能进行光合作用 而不产氧的特殊生理类群原核生物的总称。它可 以利用光能,固氮合成有机物,也能通过多种方 式和途径转化不同类型的有机物和无机物质,而 且还具有独特的抗病、促生长以及提高畜禽生产 性能的作用,因而在畜禽以及水产动物养殖中具 有应用的潜力。 本文就光合细菌的功能及其在动物养殖中的应 用状况作一综述。 关键词光合细菌;生物学功能;畜禽;水产 养殖 中国分类号:S816.7 文献标识码: A 文 章编号:1004--0084(2003)07-0006-03 光合细菌(Photosynthetic bacteria,简称PSB) 是具有原始光能合成体系的原核生物的总称,它 广泛存在于自然界的水田、湖泊、江河、海洋、 活性污泥及土壤内,是一类以光作为能源、能在 厌氧光照或好氧黑暗条件下利用自然界中的有 机物、硫化物、氨等作为供氢体兼碳源进行光合 作用的微生物。 PSB包括产氧光合细菌(蓝细菌)和不产氧光合 细菌两大部分,在实际中应用的大部分是不产氧 型光合细菌。不产氧光合细菌包括紫细菌 (Purple gacteria)、绿细菌(Green bacteria) 和日光杆菌属(Heliobacterium)、红色杆菌属 (Erythrobacter)等总共 27个属 66个种,近

几年来陆续还有一些新种报道。 1 光会细菌的生理特性及其功能 1.1亚光合细菌的生理特性 PSB是革兰氏阴性菌,菌体有球形、椭圆型、半环型,也有杆状和螺旋状。有些菌种的细胞形态还会随培养条件和生长阶段的不同而发生变化。光合细菌在10-45℃范围内均可生长繁殖,最佳温度在30-40℃。绝大多数光合细菌的最佳pH 值范围在7-8.5之间。钠、钾、钙、钴、镁和铁等是光合细菌生理代谢中的必需元素。 不产氧光合细菌是代谢类型复杂、生理功能最为广泛的微生物类群。各种光合细菌获取能量和利用有机质的能力不同,它们的代谢途径随环境变化可以发生改变。光合细菌从营养类型看包括光能自养型。光能异养型及兼性营养类型;从呼吸类型看包括好氧。厌氧和兼性厌氧型。 1.2光合细菌的生物学功能 l.2.l营养功能 有研究表明,PSB的菌体无毒,营养丰富,蛋白质含量高达64.15%-66.0%,而且氨基酸组成齐全,含有机体需要的8种必需氨基酸,各种氨基酸的比例也比较合理。PSB还含有丰富的B 族维生素,其含量见表1。PSB菌体内含有较高浓度的类胡萝素且种类繁多。迄今已从光合细菌中分离出80种以上的类胡萝卜素,并不断有新的报道。除此之外,细胞内还含有碳素储存物质糖原和聚β一羟基丁酸、辅酶Q、抗病毒物质和生长促进因子,具有很高的饲料价值,在养殖业

光合细菌培养参数的研究审批稿

光合细菌培养参数的研 究 YKK standardization office【 YKK5AB- YKK08- YKK2C- YKK18】

光合细菌PS3培养参数的研究 摘要:为有效提高光合细菌邢3在工厂化生产中的生物量,对其主要培养参数进行了系统的研究。所涉及的培养参数包括:光源、光照度、溶解氧、培养基pH、盐度、接种浓度等。结果表明:PS3在厌氧条件下生长较好,而其最适接种浓度、光照度、光源、pH及盐度分别为10%、4以刃h(钨丝灯)、一、5。 关键词:光合细菌;培养参数 ThestudyoncultivatingParametersofPhotosyntheticbacteria PS3 光合细菌(photosyntheticbacteria)广泛分布提供质优价廉的产品,本实验对光合细菌PS3培养 于淡水、海水、极地或温泉(包括高热水体)以的主要参数进行了较系统的观察和研究,现将实验 及高盐、高有机质含量等不同的生态环境中,是一情况总结如下。 类行不产氧光合作用、具有复杂代谢功能的微生 花”上石草.:二二或二议一二二几二”公二二万二1材料与方法物,它能利用多种基质,可营异养、自养或兼性营一’,‘,’‘’‘’一 养;存在着好氧、厌氧和兼性厌氧类型[l]。光合菌株 细菌在维持自然界的生态平衡、废污水的处理等方试验菌株PS3由中国水产科学研究院南海水产 面有着重要作用,同时光合细菌作为单细胞生物可研究所饲料与健康养殖开发中心富集、分离。 以从中获得较丰富的单细胞蛋白,其广泛应用于农实验方法 牧渔业尤其在水产养殖中的应用更为广泛〔,一3〕。为本实验所采用的培养条件是不同光源和光照 生产更好的优质菌液,促进工厂化生产,为养殖业度、溶解氧、培养基pH值、盐度、接种浓度。试 收稿日期: 资助项目: 作者简介: 通讯作者: 2以」6切刀3;修回日期:2〕拓刀8一17 广东省重大科技兴渔项目(B200201A01);国家“十五”科技攻关计划专题(2004BA526BO202) 洪敏娜(1980一),女,技术员,从事水产微生态制剂的研究与开发。E一mail:hmnIgso@163.。。m 杨莺莺南方水产第2卷 -今-荧光灯(1500lx)fiuorescent 一.一钨丝灯(600lx)tungsten -查-钨丝灯(1500lx)tUngsten -片-钨丝灯Q700lx)tungsten -喂卜-钨丝灯(4000lx)tungsten 叫.-自然光(50000~70000lx)naturallighting

光合细菌研究进展

光合细菌研究进展 摘要: 光合细菌分布广泛,本身无毒,富含蛋白质、类胡萝卜素等多种营养物质,得到广泛应用。光合细菌的分子生物学研究已开展了 40 多年,在固碳和蛋白质表达系统研究方面取得了丰硕成果。阐述了光合细菌 cbb 操纵子固碳的分子机制和光合细菌作为新型蛋白质表达系统的研究进展,提出了未来的研究重点,为光合细菌的综合开发和利用提供了新思路。 关键词: 光合细菌; 固氮; CbbR 转录蛋白; 表达系统 光合细菌分布广泛,遍及江河、沼泽、湖泊和海洋 等,具有固氮、制氢、固碳、脱硫等作用 [1] 。光合细菌生 命力强,容易培养,生长繁殖速度快,本身无毒,富含蛋 白质、维他命、类胡萝卜素等 [1-2] 。光合细菌发现于 19 世纪 30 年代,直到 20 世纪 70 年代才进行了深入、广泛 的研究,极大地推动了光合细菌的研究 [3] 。目前,光合 细菌在固碳和蛋白质表达系统等方面的研究取得了丰 硕的研究成果。 1 光合细菌固碳研究 光合细菌生命力旺盛,能够以好氧、厌氧和光合异 养等多种方式生长,在其生长代谢过程中伴随固碳作 用。光合细菌对二氧化碳的固定是通过卡尔文( Calvin - Benson - Bassham,CBB ) 循环,即戊糖磷酸途径实 现 [1] 。光合细菌在自养生长条件下,CBB 循环中的关键 酶可以得到诱导表达,如核酮糖-1. 5 -二磷酸羧化酶/ 加氧酶和磷酸核酮糖激酶。在光合异养条件下,二氧化 碳的固定能力是不固定的,与电子受体的还原势能有 关 [4] 。电子受体如二甲亚砜 DMSO 能够抑制 CBB 循环 酶的生物合成,从而失去固定二氧化碳的能力 [5] 。同 时,光照强度能够增强光合细菌固碳的能力 [6] 。光合细 菌固碳对其生长和分泌有机酸以及捕光色素蛋白复合

光合细菌的培养操作教程

光合细菌的培养操作教程 1、配制光合细菌菌液: (1)配制比例: 光合细菌培养基、清水、菌种的配制比例为:0.5:80:20。 示例1:0.5公斤(500克)培养基+ 80升水+ 20升菌种(接种),配成100升的光合细菌菌液。 示例2(少量培养):0.05公斤(50克)培养基+ 8升水+ 2升菌种(接种),配成10升的光合细菌菌液。 (2)配制方法: 下面以配制100升光合细菌菌液为例来说明配制方法: ①溶化培养基:取培养基0.5公斤(500克),用少量水溶化(可以用50℃左右的热水,溶化培养基的速度会快些),搅拌均匀,然后倒入一个容量在100升以上的容器中; ②配制培养液:往容器中加水到80升,80升培养液配制完成; ③接种:再加入20升菌种,并搅匀,100升菌液配制完成;

④装瓶(袋):将配制好的菌液装入干净的透明容器(瓶、壶、塑料袋等),容器中留5%的空气在里面,密封待用。 菌液配制说明及注意事项: a. 以上各成分的数量是以配制100升菌液为例来说明配制方法的,如配制其他数量的光合细菌菌液,各成分数量按比例增减即可; b. 培养用水源的选择: 一般含杂菌较低的清洁淡水、海水或加粗食盐的淡水都可以,如井水、河水、自来水、蒸馏水和纯净水等,甚至干净的池塘水也行。 从经济、实用的角度考虑,地下水(如井水)含杂菌低,是最理想的培养水源; 清洁的地表水也可使用,如河水、池塘水等; 含氯量较高的自来水应敞口放置两天或调PH值至偏碱后使用; 蒸馏水及纯净水固然很好,但成本太高,可用于提纯菌种; c. 培养用容器的选择: 必须为透明容器并清洗干净,透明的容器可让光合细菌最大限度的吸收到充分的光线,少量培养如饮料瓶、食用油壶等,规模培养如透明塑料桶、透明塑料袋等。 d. 菌种的接种量: 一般接种量为20-50%,即培养液与菌种的比例为4:1(4升培养液加1升菌种)到1:1(1升培养液加1升菌种),接种量最低不能低于20%。 接种量越高,光合细菌菌种越容易形成优势菌群而抑制其他杂菌生长,培养速度快,且培养成熟的浓度更高。但产出效率也越低,光合细菌易老化。 接种量越低,培养产出效率越高,但如果低于20%的接种量,光合细菌不容易形成优势菌群,培养初期易染杂菌,培养的成功率低。 我们推荐的接种量为20%,如果用太阳光培养,推荐的接种量为25-40%。

光合细菌及其在农业中的应用

光合细菌及其在农业中的应用 光合细菌(Photosynthetic Bacteria,略作PSB)是一大类能进行光合作用的原核生物的总称。除蓝细菌外,都能在厌氧光照条件下,进行不产氧的光合作用。 根据“伯杰氏细菌鉴定手册”(第9版),不产氧型的光合细菌可分成以下6类,27属:●着色菌科(Chromatiaceae)(又称红色硫细菌、紫硫细菌),含9个属; ●外硫红螺菌科(Ectothiorhodospiraceae),含1属; ●红色非硫细菌(Purple nonsulfur bacteria),即原红螺菌科(Rhodospirillaceae),含6属; ●绿硫细菌(Green sulfur bacteria)即原绿菌科(Chlorobiaceae),含5个属; ●多细胞绿丝菌(Multicellular filamentous green bacteria),即原绿丝菌科 (Chloroflexaceae),含4属; ●盐杆菌(Heliobacterium),含2个属。 由于光合细菌在物质转化循环中的重要作用,以及菌体含有的丰富营养,使这类古老的微生物成为近二、三十年来人们开发利用的一大热点。大量的研究成果表明,光合细菌在农业、水产、污染治理与资源化等方面,有着巨大的实用价值,应用前景十分广阔。以下就光合细菌的主要性状、在农业等领域的应用、方法、作用原理等,作一简要介绍。 一、光合细菌的主要特征 1.光合细菌的形态学特征 ⑴PSB培养物的颜色 PSB因含有光合色素(细菌叶绿素、类胡萝卜素)而呈现一定颜色。除少数例外,一般说来,红螺菌科和着色菌科的菌呈红、粉红、橙黄、紫色或茶褐色;绿菌科和绿色丝状菌科的菌呈绿色。 红螺菌科和着色菌科的的培养物之所以呈现有黄色到紫色的各种鲜艳的颜色,这是由类胡萝卜素高浓度蓄积并掩盖了细菌叶绿素的色调而形成的。少数类胡萝卜素含量少的菌,或缺乏类胡萝卜素的变异株,便会显示细菌叶绿素的蓝绿色。 每个菌种各有自己的颜色,但由于培养条件的不同,其颜色会发生变化。例如,球形红菌(Rhodobacter sphaeroides)和荚膜红菌(Rhodobacter capsulatus)的厌氧液体培养物呈茶褐色,半好氧培养物呈红色。这是由于氧的存在使细胞内类胡萝卜素组成发生变化的缘故。 ⑵PSB细胞形状与大小 PSB菌体形态极其多样,有球状、卵状、杆状、弧状、螺旋状、环状、半环状、丝状,以及链状、锯齿状、格子状、网篮状等等。不仅不同的菌种有多种多样的形态,就是同一种类也往往由于培养条件和生长阶段等不同而使细胞形态发生变化。尽管如此,许多菌种在细胞形态上仍然是各具特征的。如球形红菌(Rhodobacter sphaeroides)的细胞为球状;红微菌属(Rhodomicrobium)细菌的细胞丝相连;绿突菌属(Prosthecochloris)的细胞为具突起之球菌等等。 细胞的大小因种类不同而变化很大。如Rhodocyclus gelatinosus在0.4~0.5*1~2微米,Chromatium okenii的细胞则大得多,大体在4.5~6.0*3~10微米。一般说来,红螺菌科细胞的大小为0.6~0.7*1~10微米;着色菌科细胞大小为1~3*2~15微米;绿菌科细胞大小为 0.7~1*1~2微米。 ⑶光合作用器官 PSB的细胞内存在着载色体(chromatopheres)或绿菌泡囊(chlorobium vesicles),光合色素是它们的基本组成部分。它们是光合细菌吸收光能并转变成化能,即进行光合磷酸化作用的所在部位。 载色体由细胞膜陷入细胞质内而形成,与细胞膜成连续的状态。在红螺菌科和着色菌科

光合细菌在农业生产上的应用分析研究进展

光合细菌在农业生产上的应用研究进展 摘要:光合细菌是一种优质的有机肥,在农业作物上施用具有独特的功效,与其他微生物肥料相比,更具综合效 应。概述了光合细菌的性质,同时对光合细菌在农业中的作用以及在不同作物上的应用效果进行了介绍和展望。 关键词:光合细菌;农业生产;应用 Recent Research on Application of Photosynthetic Bacteria on Agricultural Production Abstract: Photosynthetic bacteria is a kind of high-quality organic fertilizer in agricultural crops, with unique functions and hare higher comprehensive effects compared with other microbial fertilizer. The character of photosynthetic bacteria was summarized in this paper,meanwhile the functions of photosynthetic bacteria and the applied effects on agriculture were described and expected in this paper. Key words: Photosynthetic bacteria;Agricultural production;Application 由于农业上大量使用无机肥料与化学农药,造成土壤残 留农药的毒害,土壤盐化、板结严重,土壤肥力趋于衰竭;与 此同时,随着人们保健及环保意识的增强,人们对食品的要 求不仅局限于数量和品种,更注重质量。针对此种现状,开 发绿色食品是解决环境污染、保持农业可持续发展和提高城 乡人民生活质量的根本途径。生产绿色食品的关键是生产 过程无污染,应避免农药、肥料等造成的环境内部污染,应利 用生物技术防治。光合细菌因其本身特有的生理生化性质, 使其既具有理论意义又具有实用价值,成为现代生物技术研 究的热点之一。 1 光合细菌的性质 光合细菌

光合细菌培养参数的研究

光合细菌PS3培养参数的研究 摘要:为有效提高光合细菌邢3在工厂化生产中的生物量,对其主要培养参数进行了系统的研究。所涉及的培养参数包括:光源、光照度、溶解氧、培养基pH、盐度、接种浓度等。结果表明:PS3在厌氧条件下生长较好,而其最适接种浓度、光照度、光源、pH及盐度分别为10%、4以刃h(钨丝灯)、6.5一7.0、5。 关键词:光合细菌;培养参数 ThestudyoncultivatingParametersofPhotosyntheticbacteria PS3 光合细菌(photosyntheticbacteria)广泛分布提供质优价廉的产品,本实验对光合细菌PS3培养 于淡水、海水、极地或温泉(包括高热水体)以的主要参数进行了较系统的观察和研究,现将实验 及高盐、高有机质含量等不同的生态环境中,是一情况总结如下。 类行不产氧光合作用、具有复杂代谢功能的微生 花”上石草.:二二或二议一二二几二”公二二万二1材料与方法物,它能利用多种基质,可营异养、自养或兼性营一’,‘,’‘’‘’一 养;存在着好氧、厌氧和兼性厌氧类型[l]。光合1.1菌株 细菌在维持自然界的生态平衡、废污水的处理等方试验菌株PS3由中国水产科学研究院南海水产 面有着重要作用,同时光合细菌作为单细胞生物可研究所饲料与健康养殖开发中心富集、分离。 以从中获得较丰富的单细胞蛋白,其广泛应用于农1.2实验方法 牧渔业尤其在水产养殖中的应用更为广泛〔,一3〕。为本实验所采用的培养条件是不同光源和光照 生产更好的优质菌液,促进工厂化生产,为养殖业度、溶解氧、培养基pH值、盐度、接种浓度。试 收稿日期: 资助项目: 作者简介: 通讯作者: 2以」6切刀3;修回日期:2〕拓刀8一17 广东省重大科技兴渔项目(B200201A01);国家“十五”科技攻关计划专题(2004BA526BO202) 洪敏娜(1980一),女,技术员,从事水产微生态制剂的研究与开发。E一mail:hmnIgso@163.。。m 杨莺莺,E~mail:”y402@https://www.360docs.net/doc/2316779980.html,南方水产第2卷 -今-荧光灯(1500lx)fiuorescent 一.一钨丝灯(600lx)tungsten -查-钨丝灯(1500lx)tUngsten -片-钨丝灯Q700lx)tungsten -喂卜-钨丝灯(4000lx)tungsten 叫.-自然光(50000~70000lx)naturallighting

光合细菌在水产养殖中的功用

一、光合细菌在水产养殖中的功用 光合细菌(Photo Synthetic Bacteria.简称psb)是一大类在厌氧条件下进行不放氧光合作用的细菌的总称。光合细菌属红螺菌目,分属于红螺菌科、着色菌科、绿杆菌科、绿色丝状菌科,共4科23属80余种。应用较多的,光合细菌具有多种异养功能:固氮、脱氮:固碳、硫化物氧化等,与水体中的氮磷、硫循环密切相关,在水体的自净过程中扮演着重要角色。从不同的角度描述,PSB在水产养殖中具有以下六大功能。 1、水质净化剂 随着养殖水体的日趋严重的污染和富营养化些,氨氮、硫化氢等有害物质已严重影响到养殖动物的生长,如料转化率低,其它的病原菌生长受阻,从而起到了水质净化的作用。大连水产学院的养虾试验结果表明,使用PSB提高单23.1%。 2、饲料添加剂 将PSB的菌液/223%--5%的量添加鱼饲料中,可降起来低料系数,增强机体力病能力,促进试验表明,添加菌液优于添加干燥的菌体。 3、鱼虾苗种培育的保护 psb应用子鱼虾蟹贝的育苗中,可促进幼体生长、变态,提高成活率。因为PSB可通过争化水质,来改善幼体的发育环境,再者可直接被幼体作为适口饵料而增加营养源。 4 营养丰富的饵料 psb菌群可直接被鱼虾滤食,更是浮动物的好饵料,而浮游动物则是虾、蟹、鱼类苗种及鳙鱼等成鱼的直接食料。 5、防治鱼病 (1)PSB通过对有害物质的异养作用达到净化水质,减少疾病的发生。 (2)通过降解鱼药及污水的污染,改善鱼类的生长环境,增强鱼体体质。 (3)光合细菌占优势时,可抑制其它病原茵的滋生,据试验,经常使用PSbs可治愈控制烂鳃、烂尾、水霉、赤鳍等疾病。 6、消除耗氧因子底质中的有害物质在分解转化中,要消耗氧,而psb吸收了耗氧物质接增氧的作用。 二、光合细菌的生长需求 光合细菌的生长需要有适宜的外部环境和合理的营养条件,才能正常地、高速地繁殖,产出优质的菌液。 (1)适宜的外部环境,(1)基质:洁净的淡水、海水或加粗食盐的淡水(本文洁净水指无菌水)。 (2)温度:15~C--45~C,最适28~C--36~C。 (3)光照:太阳光或4000勒克斯(LX)的光源(相当于60瓦的白炽灯)。 (4)PH值:8--8.5为佳(可适6--10)。 2、合理的营养条件: 光全细菌营养元素及合理的配比,是光合细菌营养需求的重要的条件。 psb能通过细胞壁有选择地吸收碳、氢、氮,磷,钾,钠,镁,硫及某些微量元素。光合量细菌的获能形式可概括为: (1)光合作用获能:只要供氢体和碳源合适,所有的PSB都能在光照厌气条件下,通过光合磷酸化过程获得能量。 (2)脱氮或发酵获得能量:这是在厌气、黑暗条件下,通过光由有机酸产生能量或是反硝化硝化过程中获得。 (3)呼吸作用获得能量;这是在有氧,黑暗条件下,从有机物的氧化磷酸化中取得能量。 三、光合细菌培养方法 光合细菌的培养,不仅要有优良的菌种.而且要有优质的培养基和正确的培养方法,现以北京渔经生物技术公司生产的法合细菌培养基为例,说明其使用方法。 1、塑料瓶(或玻璃瓶)培养 (1)塑料瓶(或玻璃瓶)的选择培养光合细菌的容器可选用各种废弃的白色透光塑料瓶或玻璃瓶,如可乐瓶、矿泉水瓶、酒瓶、各种饮料瓶以及盛装食用油、酒等的塑料壶,容积大小从0.5到10L上皆可使用。使用前,用洗衣粉将容器清洗干净,太阳晒干后备用。 (2)用一洁净的塑料容器盛装50kg洁净水。 (3)剪开培养基1包(340g),将培养剂全部倒入50kg洁净水中,并搅拌使之溶解,此为培养夜。 (4)将培养液倒入塑料瓶(玻璃瓶)内,装至整个容积的80%。

光合细菌的培养及应用技术

光合细菌的培养及应用技术 1 引言 光合细菌(photosynthetic bacteria,简称PSB)是一群能在厌氧光照或好氧黑暗条件下利用有机物作供氧体兼碳源,进行不放氧光合作用的细菌,广泛分布于水田、湖沼、江河、海洋、活性污泥和土壤中,依据《伯杰细菌鉴定手册》(第九版)可分为6 个类群,27 个属。不产氧光合作用的红螺菌目分为紫细菌(purple bacteria)、绿细菌(Greenbacteria)和日光杆菌属(Heliobacteria)、红色杆菌属(Erybrobacter)。其中紫细菌中包含有红螺菌科(Rhodolspirillaceae)、着色菌科(Chromatiaceae)、外硫红螺菌科(Eceothiorhodospiraceae),包含16属49种。其中在生产上有意义的红螺菌科包括红螺菌属、红假单胞菌属和红微菌属[1]。PSB 均为革兰氏阴性细菌,一般为球型、卵形、杆形、弧形、螺旋形、环形、半环形丝形,也可随培养条件和生长阶段而改变,大部分单个存在。PSB的一般菌体组成及营养成分见表1[2].表1 光合细菌菌体的组成与小球藻等比较Tab. 1 Components comparison betweenphotosynthetic bacteria and ChlorellaP S B 含有较高的优良蛋白质,粗蛋白含量为 65.45%,含有17 种氨基酸而且消化率较高;粗脂肪约7%;可溶性糖类约20%;粗纤维约3%[1];维生素B12 含量是酵母的200 倍、小球藻的4 倍[2],生物素含量也比较丰富;菌体的脂类成份含有大量的叶绿素、类胡萝卜素和辅酶Q(泛醌),迄今已从PSB中分离出80 种以上的类胡萝卜素。叶绿素和类胡萝卜素对养殖生物的健康生长,增强对疾病的抵抗力有很大的益处。辅酶Q4 是与生命活动有重大关系的生理活性物质,PSB 中的含量特高,是酵母的13 倍。以上特点决定了PSB 可做为畜禽、鱼虾的饲料。但PSB 中缺乏ω3 系列20 碳以上的高度不饱和脂肪酸,单独作为仔鱼的初期饵料时,需与其它富含高度不饱和脂肪酸的饵料同时使用。 2 光合细菌的培养 水产养殖市场对PSB 活体菌种的需求缺口很大,为了满足水产养殖对PSB 活体菌种的需求,PSB的生产方法有很多,但是到目前为止,还没有进行产业化生产PSB的报道。冯云等[3]用50L的塑料桶来厌氧培养PSB,使培养密度达到2.1 × 109 个/ml;杨绍斌[4]在塑料大棚内建大小2000~5000L 的水池使其厌氧发酵富集扩大培养,培养液中含PSB 活菌数可达5 × 106 个/毫升;鄂春宇[5]用塑料薄膜袋培养PSB,培养密度达到2.5~3×105个/ml,12个月生产50 多吨,但是在PSB的密度检测时,很容易染菌。由中科院开发的PSB 大规模生产工艺,产品含菌量达到5 × 1010个/毫升,保质期3 个月以上,并可根据客户要求,设计和建设不同规模的生产线[6]。 2.1 菌种 菌种可从采集的池塘底泥或海水中重复富集、分离纯化获得.若用保存下来的菌种,在培养前必须提纯复壮,才能有效地进行扩大培养。光合细菌的生产需要采用优良菌种,要求菌种活性高,菌液中菌体分布均匀、无下沉现象,目前养殖中使用的PSB多为红螺菌科和一部分着色菌科的复合菌株[7]。 2.2 培养基及培养条件 PSB 培养中除碳、氮、磷等主要营养元素外,还需要一定量的镁、钙、钠和有关的微量元素,将所需的营养元素按一定的比例配成适于菌体生长繁殖的培养基。本实验室采用酵母膏、蛋白胨培养基,基本配方为:CaCL2 0.3g,MgSO4·7H2O0.5g,酵母膏3g,蛋白胨3g,蒸馏水1000ml,pH: 6.8. 如需制固体培养基再加2%琼脂。培养温度:25℃~30℃最佳,光照强度:2000LX~5000LX,PH:7.5~8.5 最佳。

光合细菌的分离、培养和鉴定

光合细菌的分离、培养和鉴定 摘要:从南湾水库大坝下层水域取水样获得一株光合细菌。采用多种培养基分离方法分离出纯培养物。进行了菌落形态学观察和亚显微观察。于不同条件下培养后分别测定光密度和生长曲线。实验证实分离到的菌种为沼泽红假单胞菌。 关键词:生长曲线;沼泽红假单胞菌;光合细菌 The separation and culture and identified of photosynthetic bacteria Abstract:A strain sample of photosynthetic bacteria was got from the lower water in South Bay Reservoir. using a variety of separation methods to get pure cultures. It was cultured with various medium to culture the pure strains. Transmission election micrographs and microscope were observed of the strain. The optical density (OD) and the growth curve were measured under different conditions. The results suggested that the strain was Rhodopseudomonas palustris. Keywords:Colony and cell; Growth curve; Rhodopseudomonas palustris; Photosynthetic bacteria 引言 光合细菌由于碳、氮代谢途径和光合作用机制的独特性和其生理类群的多样性, 而被大量关注。多年来, 光合细菌一直被作为研究光合作用以及生物固氮作用机理的重要材料。经过研究发现光合细菌在环保、农业、医药等方面均有较高的应用价值。下面就光合细菌目前的开发应用研究近况作一概述。 光合细菌细胞营养价值极高。首先,光合细菌细胞干物质中蛋白质含量高达60%以上, 比目前生产的单细胞蛋白酵母中蛋白质的含量还高。而且其蛋白质氨基酸组成齐全, 是一种优质蛋白源。其次,光合细菌细胞含有多种维生素, 特别是B族维生素, VB12、叶酸、泛酸、生物素的含量远远高于酵母菌。另外, 光合细菌细胞还含有大量的类胡萝卜素、辅酶Q等活性物质。因此, 光合细菌具有很高的营养价值。在水产养殖中, 光合细菌可被用于饵料或饲料添加剂。光合细菌促进鱼虾的生长, 无论是成活率或是产量的提高均可达10%-40%以上。同时,光合细菌还具有防治鱼虾疾病,净化养殖场所水质等方面的功能。使用光合细菌喂养的家禽, 成活率可提高5%-7%, 料肉比降低33%左右,肉鸡增重15%-17%, 产蛋率提高12.7%。而且所产

光合细菌的研究进展_综述_

河北职业技术师范学院学报第14卷第1期,2000年3月 Journal of Hebei Vocation-T echnical T eachers College Vol.14No.1M arch2000 光合细菌的研究进展(综述) 何振平,王秀云,孙学文,马吉飞 (河北职业技术师范学院动物科学系,昌黎,066600) 摘要:综述了光合细菌生理生化特性及培养方法,讨论了光合细菌在水产及畜禽养殖方面的应用效果。 关键词:光合细菌;应用;研究进展 中图分类号:S816173;S91711文献标识码:A文章编号:1008-9519(2000)01-0069-04 光合细菌(Photo Sy nthetic Bactreia PSB)是自然界中重要的微生物类群,具有净化水质功能,又是富含蛋白质的饲料添加剂[1],近年来,随着工农业的发展,局部地区近海、河流、池塘等水域污染严重,给养殖业造成了巨大的损失,使用光合细菌净化水质,提高饲料报酬,在一定程度上收到了较好的效果,近些年来,光合细菌的研究与开发越来越深入。 1PSB的分类 PSB依据1974年的5伯杰鉴定手册6(第八版)可分为两类,即蓝色红菌门和红螺菌目;又可依据Truper pferning(1978)的意见,将不产氧光合作用的红螺菌目分为红螺菌科、着色菌科、绿菌科和绿丝菌科,包含18属45种细菌。其中在生产上有意义的红螺菌科包括红螺菌属、红假单胞菌属和红微菌属。 2PSB的特性 211PSB的形态与大小 PSB一般为球形、卵形、杆形、弧形、螺旋形、环形、半环形、丝形,也可随培养条件和生长阶段以及菌种不同变为链状、锯齿状、格子状、网球状等。其中红螺菌科大小为(016~017@1~10L m),着色菌为(1~3@2~15L m),绿菌菌科为017~1@1~2L m。 212PSB的生化特性 以红假单胞菌、红螺菌为例(表1)。 213PSB的培养特性(表2) 3PSB富集培养方法 PSB是一类水圈微生物,广泛分布于海洋、江河、湖泊、沼泽、池塘及活性污泥和土壤中,可从中重复富集、分离纯化获得。所用的培养基含有碳、氮、磷和一定量的镁、钙、钠和微量元素[2]。生产性培养包括三级培养法和工厂化大规模培养两种。 311三级培养法 一级培养采用试管或盐水瓶,接入菌种,二级培养采用500~2000mL玻璃瓶,加入一级培养物,使一级培养物的体积分数为011~012。三级培养采用25~50kg的透明塑料桶,加入二级培养物,使二级培养物的体积分数为012~013[3]。 312工厂化大规模培养 采用工业用有机废水、废渣和农副产品、动物粪便等。如可用农副产品麦麸作培养基,其工艺流程包括麦麸水解、清除固体残渣、水解液中和、光合细菌接种、细菌回收、纯化、最后制成干品[3]。 收稿日期:1999-10-22 修改稿收到日期:1999-12-03

光合细菌培养基

红螺菌培养基: 1、富集培养基: 经典的紫色非硫细菌(红螺菌)的富集培养基的配方为:NH4Cl:0.1g;NaHCO3:0.1g;K2HPO4:0.02g;CH3COONa:0.1~0.5g;MgSO4·7H2O:0.02g;NaCl:0.05~0.2g;生长因子1ml,蒸馏水97ml,微量元素溶液 1ml,pH为7.0。 其中,①5%NaHCO 3 水溶液,过滤除菌取2m1加入无菌培养基中。②生长因子:维生素B10.001mg、乙尼克丁酸0.1mg、对氨基苯甲酸0.1mg、生物素0.001mg,以上药品溶于蒸馏水中,定容至10ml,然后过滤除菌。③ 微量元素溶液:FeCl 3·6H 2 O :5mg;CuS0 4 ·5H 2 O:0.05mg;H 3 BO 4 lmg; MnCl 2·4H 2 O:0.05mg;ZnSO 4 ·7H 2 O:1mg;Co(NO 3 ) 2 ·6H 2 O: 0.5mg。以上药 品分别溶于蒸馏水中,并定容至1000m1。 除①、②、③外,各成分溶解后100 Pa灭菌20min。然后分别加入①、 ②、③,如加入0.1%~0.3%的蛋白胨则能促进该菌生长。 2、分离培养基: 传统的红螺科分离培养基的配方为:NH 4Cl:0.1g; MgCl 2 :0.02g;酵 母膏:0.01g; K 2HPO 4 :0.05g; NaCl: 0.2g;琼脂2g,蒸馏水90ml。 100Pa灭菌20min。 灭菌后,无菌操作加入经过滤除菌的0.5g/5mlNaHCO 3 ,再无菌加入过 滤除菌的0.1g或0.1mlNa 2S·9H 2 O(降低培养基的氧化还原值),最后再加 入5ml经过滤除菌的乙醇、戊醇或4%丙氨酸。用过滤灭菌的0.1mol/H 3PO 3 调pH至7.0。 摘自百度知道。 筛选富集培养基为: NH4Cl 1g/L, NaHCO3 1g/L, CH3COONa 3g/L, KH2PO4 0.3g/L, MgSO4 0.1g/L, 酵母膏0.5g/L, 微量元素母液1g, 自然pH值。扩大培养培养基以海水代替微量元素母液。1000~4000lx光照, (30±2)℃恒温培养。 参考文献:固定化海洋光合细菌处理生活污水的研究* 黄宝兴,李兰生,赵亮,张微,唐迎迎海洋湖沼通报 基础培养基:NH4Cl:1g; Na2HPO4: 0.5g; MgSO4: 0.2g; NaCl: 2g; NaHCO3: 5g; 酵母膏:2g ; 乙醇2ml,用0.1N H3PO4调至pH7.0。 划线培养基:采用固体琼脂培养基,即在基础培养基的基础上添加1.0%的琼脂。 以上培养基初始pH值均用H3PO4调至7.0,经121℃灭菌30分钟,NaHCO3过滤除 菌后加入。培养条件:光照培养箱温度控制在30℃、光照强度控制在3000uE.m-2s-1培养。光合细菌是一种兼性嫌气细菌,需要深层培养或在真空干燥器内达到嫌气或半嫌气状态,一般将混合菌放入培养液中先富集再分离。具体方法:将混合菌装入10ml试管中,加入培养

光合细菌的培养及应用

光合细菌的培养及应用 摘要 S 综述了光合细菌的培养方法及其在水产养殖、废水处理、种植业、畜牧业、新能源和医药保健中的应用,并讨论了光合细菌的应用前景。 关键词光合细菌;培养;应用; 1 引言 光合细菌(photosynthetic bacteria,简称PSB) 是一群能在厌氧光照或好氧黑暗条件下利用有机物 作供氧体兼碳源,进行不放氧光合作用的细菌,广 泛分布于水田、湖沼、江河、海洋、活性污泥和土 壤中,依据《伯杰细菌鉴定手册》(第九版)可分 为 6 个类群,27 个属。不产氧光合作用的红螺菌目 分为紫细菌(purple bacteria)、绿细菌(Green bacteria)和日光杆菌属(Heliobacteria)、红色杆菌 属(Erybrobacter)。其中紫细菌中包含有红螺菌科 (Rhodolspirillaceae)、着色菌科(Chromatiaceae)、 外硫红螺菌科(Eceothiorhodospiraceae),包含16属 49种。其中在生产上有意义的红螺菌科包括红螺菌 属、红假单胞菌属和红微菌属 [1] 。PSB 均为革兰氏 阴性细菌,一般为球型、卵形、杆形、弧形、螺旋 形、环形、半环形丝形,也可随培养条件和生长阶 段而改变,大部分单个存在。 PSB的一般菌体组成及营养成分见表1 [2] . 表1 光合细菌菌体的组成与小球藻等比较 Tab. 1 Components comparison between photosynthetic bacteria and Chlorella P S B 含有较高的优良蛋白质,粗蛋白含量为 65.45%,含有17种氨基酸而且消化率较高;粗脂肪 约 7%;可溶性糖类约 20%;粗纤维约 3% [1] ;维生 素 B12 含量是酵母的 200 倍、小球藻的 4 倍 [2] ,生 物素含量也比较丰富;菌体的脂类成份含有大量的 叶绿素、类胡萝卜素和辅酶Q(泛醌),迄今已从PSB中 分离出80种以上的类胡萝卜素。叶绿素和类胡萝卜

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