光合细菌的研究现状【文献综述】

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毕业论文文献综述食品科学与工程光合细菌的研究现状摘要：本文简要介绍了光合细菌的分类、特性和应用，特别是在环保和养殖方面的应用，还初步介绍了光合细菌的分离筛选方法。关键词：光合细菌；特性；应用；分离光合细菌(Photosyntheticbacteria,PSB)是一类能进行光合作用而不产氧的特殊生理类群的原核生物的总称，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、氨氮等为营养进行生长和繁殖[1]。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。1光合细菌的分类光合细菌在分类上属于原核生物界(Procaryota)、真细菌亚界(Peubacteria)、薄壁菌门(Gracilicutes)、红螺菌目(Rhodospirllales)和绿螺菌亚目(Chlorobineae)。现在已知的光合细菌共分有着色杆菌科、螺旋杆菌科、紫色非硫细菌、绿色硫细菌、多细胞丝状绿细菌、螺旋杆菌科、含细菌叶绿素的专性好氧菌等7大群共约50个属[2]，而且不断有新种发现。2光合细菌的特性和性质光合细菌为革兰氏阴性细菌，不能成芽孢，其形态非常多样，主要有球状、杆状、螺旋状和卵圆形，细胞直径大小为0.5—5μm。主要以二分裂方式繁殖，少数出芽生殖。光合细菌因体内含有叶绿素和类胡萝卜素等色素，根据细菌所含色素的种类和数量不同，菌体呈现出不同的颜色。光合细菌能以光为能源，以CO2或有机物作为碳源繁殖，在不同的自然条件下具有不同的功能，如固氮、固碳、产氢等，在自然界物质循环中起重要作用。光合细菌菌体细胞除含有大量水分外，还含有20%左右的干物质，包括蛋白质、碳水化合物、脂类和矿物盐等。此外，还含有丰富的维生素以及人体必需的多种氨基酸[3]。因此可以作为饲料添加剂，广泛用于水产养殖和畜禽养殖。3光合细菌的应用因为光合细菌菌体含有丰富的蛋白质、氨基酸、生物必需的维生素、抗病毒活性因子等，能促进动植物生长，增强其抗病能力。它还可以通过光合作用，维持物质循环，降解废弃有毒物质，起到净化水质环境的作用，确保人类健康，所以已经引起人们高度重视，并在许多领域被广泛应用。3.1在废物处理方面应用光合细菌在厌氧光照、好氧光照或好氧黑暗条件下都能利用有机酸、氨基酸及糖类等小分子有机物迅速增殖，使废水得以净化。光合细菌能处理高浓度有机废水，具有适应性强、去除率高的效果。研究表明，光合细菌不仅能分解转化多种有机物，而且还耐受紫外线，对氯、盐分、及氰、酚毒物耐性较强，可在恶劣条件下处理有机废水[4]。郑卓辉等[5]对光合细菌净水剂及光合细菌菌肥菜心杀虫剂残留物的降解情况进行了研究，发现光合细菌可使毒性残留期较长的三唑磷有效降解。艾翠玲[6]在传统的SBR反应器(SequencingBatch Reactor)中加入半软性填料，研究了光合细菌的两种代谢方式对味精废水化学需氧量(COD)的去除率的影响，并结合光合细菌的细胞结构特点和代谢方式讨论了其对活性污泥絮凝性能的影响。研究表明，黑暗系统中，处理味精废水活性污泥絮凝性能较光照系统中有较大提高，有机物去除率也有所提高。黄宝兴等[7]研究了固定化对光合细菌污水处理效果的影响，研究结果表明，使用海藻酸钠为基质的固定化海洋光合细菌和以蒙脱石纳米材料为添加剂的固定化海洋光合细菌对生活污水中的氮、磷均具有一定的处理效率，相比没有固定化的处理率提高了10%左右，12h左右即可提将处理率提高到60%—80%。邹文娟等[8]则研究了光合细菌和枯草芽孢杆菌在污水处理中的应用，发现两种菌的混合菌在氮处理方面效果要比单一菌种好。李晓玲等[9]则对光合细菌的脱氮进行了研究，结果表明光合细菌以琥珀酸、丙酮酸、苹果酸、葡萄糖等为碳源，在厌氧条件下利用NO3-和NO2-作为电子受体，产生N2。光合细菌以其独特代谢特性的优势还被应用于畜禽养殖和水产加工废水的处理。金梅等[10]研究了光合细菌对畜禽粪便中三种成分物质的降解效果。研究显示光合细菌对氨态氮、磷、硫化物都有较好的降解作用，可以进一步研究将其组合成试剂作为饲料添加剂应用。袁盈波等[11]也研究了光合细菌对硫化物的处理效果，结果显示光合细菌对畜禽废水和鱼粉废水中硫化物的去除有较好效果。3.2光合细菌在养殖业中的应用光合细菌没有毒性，且细胞中富含蛋白质和维生素，以及大量的类胡萝卜素和辅酶Q10等生理活性物质，对多种经济类养殖动物具有明显的促生长作用和预防疾病作用，营养价值很高。所以常作为饲料添加剂应用于养殖业。王志永等[12]研究了光合细菌对火烈鸟饲养的影响，结果显示光合细菌能保证火烈鸟的体色，并对火烈鸟有很好的保健作用。王玲娜等[13]研究了光合细菌作为水产饲料添加剂对养殖鱼的影响，结果表明光合细菌能明显提高养殖鱼的成活率和生长速度。杨绍斌等[14]向培育草鱼的池塘投喂红螺菌科光合细菌，结果试验池比对照池成活率提高27.5%，提高产量360kg/m2。杨鸢劫等[15]研究发现以轮虫25mL和25mg/L的光合细菌为开口投料投喂河魨，因增加了外源性的营养物质，结果河魨初孵仔鱼的成活率比只投喂轮虫的成活率提高12%。值得注意的是，光合细菌相对缺乏W3系列的二十碳以上的高度不饱和脂肪酸，若单独作为鱼、虾、贝等幼体的初期饵料，最好与其他富含高度不饱和脂肪酸的饵料同时使用。3.3光合细菌在其他方面的应用光合细菌的色素无毒，易提取，色彩鲜艳，有光泽，可作为食品着色剂和添加剂，光合细菌富含类胡萝卜素，是天然色素的重要来源。蓝细菌、绿硫菌与植物产生类胡萝卜素的原理相似[16]，都是将八氢番茄红素转变为番茄红素。我国在此方面的研究设计的菌种主要有球形红假单胞菌(RP.sphaeroides)和球形红杆菌（Rhodobacterphaeroides）[17]。光合细菌因为可分解有机物产氢，且产氢的能量转换率高，氢气纯度也高，而成为国际生物制氢的研究热点。国内，杨素萍等[18]详细阐述了固氮酶催化的光合产氢和氢酶催化的黑暗厌氧产氢机制。唐雅琴等[19]则综合介绍了光合细菌产氢的研究进展，对存在的问题进行了讨论，对应用前景进行了展望。国外，YasuoAsadad等重新评估了光合细菌利用醋酸盐产氢的情况，消耗每摩尔醋酸盐最高可产3.03摩尔的氢气[20]。 光合细菌还被用来制成保健食品。日本开发了光合细菌饮料。我国已经有人将光合细菌和其他益生菌以其制成了EM(effectiveicroorganisms,有益微生物)菌剂，EM菌剂有提高饲料转化率，降低成本；对疫病有奇特的防治效果；促进生长，缩短饲养时间等功效[21]。关于EM菌剂的研究正在兴起。4光合细菌的分离筛选方法4.1培养基富集培养基：NH4Cl1.0g，CH3COONa3.5g，MgCl20.1g,CaCl20.1g，KH2PO40.6g，K2HPO40.4g，酵母膏0.1g，水1000mL，pH值7.2。半固体培养基：KH2PO40.33g，MgSO4·7H2O0.33g，NaCl0.33g，NH4Cl0.5g。CaCl2·2H2O0.05g，丁二酸钠1.0g。酵母粉0.02g，琼脂6g，蒸馏水1L，pH值6.8-7.2[22]。4.2方法4.2.1菌株富集、分离和筛选方法将样品放入富集培养瓶中，注入富集培养液至液面距瓶口2-3cm，然后用液体石蜡密封，在30℃光照条件下厌氧培养[23]，直至培养液出现深红色，取少量红色培养液至新的富集培养液中培养，如此重复3-4次，然后取红色培养物用半固体培养基双层平板法划线分离，也可以采用试管稀释法分离单菌落[24]。4.2.2菌种鉴定根据分离菌株的细胞形态结构及生理生化特征，结合其培养特性，参照东秀珠等[25]的方法对菌种进行鉴定。5结语随着对光合细菌研究的深入，光合细菌在养殖业、环保、保健品、添加剂等产业中的应用越来越多。同时对光合细菌的开发应用还多处在试验阶段，进行具体研究的仅限于少数几种光合细菌，投入生产的应用还是比较少。因此，需要科研人员深入研究，加快将其转变为生产技术的步伐，提高人们的生活质量和改善生存环境。参考文献[1]徐成斌,孟雪莲,马溪平.光合细菌的特性及其在产业中的应用[J].现代农业科技,2010(9):11-12.[2]东秀珠,蔡妙英.常见细菌系统鉴定手册[M].北京:科学出版社,2001.[3]揭晶,赵越.光合细菌的研究进展[J].广东药学院学报,2006,22(1):113-115.[4]李彦芹,阚振荣,穆淑梅.光合细菌研究进展[J].河北大学学报,2005,25(5):554-559.[5]郑卓辉,梁文健.光合细菌对菜心农药残留的降解效果[J].广东农业科学,2007(7):76-66.[6]艾翠玲.光合细菌对高浓度味精废水处理效果的影响[J].环境科学与管理,2008,33(10):123-126.[7]黄宝兴,李兰生,赵亮等.固定化海洋光合细菌处理生活污水的研究[J].海洋湖沼通报,2006(2):69-74.[8]邹文娟,许晓慧,王国武.光合细菌和枯草芽孢杆菌在污水处理中的应用[J].广东农业科学,2010(9):199-201.[9]李晓玲,金晓弟,张小民.脱氮光合细菌的分离及其脱氮条件研究[J].山西大学学报,2002,25(4):350-353.[10]金梅,唐湘华,刘磊等.光合细菌对畜禽粪便中三种成分物质的降解作用[J].饲料工业,2010,31(17):20-21.[11]袁盈波,潘志崇,张德民.一株光合细菌的分离及其硫化物的处理效果[J].宁波大学学报,2010,23(2):1-5. [12]王志永,王万华,李勇军等.螺旋藻和光合细菌在火烈鸟饲养中的应用的必要性[J].畜牧与饲料科学,2010,31(8):139-140.[13]王玲娜,李雪琼,张宏斌等.光合细菌的分离鉴定及其应用于水产饲料添加剂的研究[J].饲料添加剂,2008(4):6-9.[14]杨绍斌,张永江.光合细菌简易富集技术及在北方养鱼中的应用[J].水产养殖,2005,26(1):22-23.[15]杨鸢劫,杨辉.微生物制剂在暗纹东方鲍养殖中的应用[J].水利渔业,2005,25(4):82-85.[16]FRGAARDNU,MARESCAJA.YUNKERCE,etalGeneticmanipuplationofcarotenoidbiosynthesisinthegreensulfurbacteriumchlorobiumtepidum[J].JBacteriol,2004,186(16):5210.[17]崔战利,陈锡时.沼泽红假单胞菌类胡萝卜素的提取和组分分析[J].黑龙江八一农垦大学学报,2005,17(3):4.[18]杨素萍,曲音波.光合细菌生物制氢[J].现代工业,2003,23(9):17.[19]唐雅琴,黄兵,刘仪柯.光合细菌微生物产氢研究进展[J].安徽农业科学,2009,37(2):466-468.[20]YasuoAsada,MitsutakaOhsawa,YuichiroNagai.Re-evaluationofhydrogenproductivityfromacetatebysomephotosyntheticbacteria[J].InternationalJournalofHydrogenEnergy.2008,33(19):5147-5150.[21]武迎红.浅谈EM菌剂在养殖业中的应用[J].内蒙古民族大学学报,2006,12(4):66-67.[22]刘芳,王敏,杨慧等.1株紫色非硫光合细菌的分离鉴定[J].安徽农业科学,2008,36(18):7538-7539.[23]程新,涂晓嵘,魏赛金等.一株光合细菌的分离鉴定及其处理污水能力的研究[J].安徽农业科学,2009,37(10):4391-4393.[24]刘俊义,江文龙,李娟.管和细菌菌落计数培养基的研究[J].微生物学杂志,2005,25(3):18-22.[25]东秀珠,蔡妙英.常见细菌系统鉴定手册[M].北京:科学出版社,2001.