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1、生物饵料培养学 备课讲义（三）第三章 光合细菌的培养第一节 光合细菌的生物学光合细菌（Photo Synthetic Bacteria，PSB）是地球上最早出现的具有原始光能合成体系的原核生物，在不同的自然环境下，具有多种异养功能（固氮、脱氮、固碳、硫化物氧化等），与自然界中的物质循环（氮、磷、硫）有密切关系，在自然净化过程中，起重要作用，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。其最本质的特点是能在厌氧和光照条件下进行不产氧的光合作用。一、 生态分布广泛分布与地球生物圈的各处，在所有光能可供利用的地方皆可生存，在水环境中最为丰富。从南极冰封海岸到90度的温泉，从淡水到盐度为300的
2、盐湖，从高山到2000米的海沟。二、 分类1、旧的分类系统广义光合细菌分产氧（蓝细菌）和不产氧（狭义光合细菌）两类。狭义光合细菌分紫细菌和绿细菌两类及两个独立的属：日光杆菌属和红色杆菌属。紫细菌包括红螺菌科、着色菌科和外硫红螺菌科三个科共16属，49种。绿细菌包括绿菌科和绿色丝状菌科两个科共9属，17种。2、最新分类系统狭义光合细菌分产氧光合细菌 蓝细菌门（产氧光养细菌）光合细菌绿曲挠菌门：绿曲挠菌纲绿菌门不产氧光合细菌 厚壁菌门： 螺旋杆菌科（不产氧光养细菌） 着色菌着色菌科紫色硫细菌 变形菌门 外硫红螺菌科（紫色细菌） 好氧不产氧光养细菌紫色非硫细菌水产用途的光合细菌最好是红螺菌科的菌种。
3、三、 培养物颜色及细胞形态大小不同的光合细菌培养物（菌落）的颜色不一样。主要是由菌体内的色素种类及含量的多少决定。类胡萝卜素含量高的菌种，颜色多为橙黄色或紫色，而细菌叶绿素含量高的种类一般为绿色。每种光合细菌的颜色在固定的培养条件下是一定的，但是在培养条件变化时，颜色也会改变。如：红螺菌科的R. Oapsulata，在厌气条件下为褐色，在半好气条件下为深红或紫红色。光合细菌的形态多样，不同的菌种有不同的形态，同种的不同培养条件及不同生长阶段形态也不同，有球形、杆形、弧形、螺旋形等。光合细菌的大小也随种类而有较大的变异。一般讲，红螺菌科的细胞大小为0.6-0.7 X 1-10微米，着色菌科细胞大
4、小为1-3 X 2-15微米，绿杆菌科细胞大小为0.7-1 X 1-2微米，绿色丝状菌科的细胞可达300微米。四、 光合细菌的色素及光合作用的器官光合细菌的色素主要有菌绿素a，b，c，d，e及类胡萝卜素。在不同的菌种内含量不同。菌绿素是光合细菌进行光合磷酸化，将光能转变成化学能的媒介，而类胡萝卜素的主要作用是捕获光能（天线色素）及起光氧化的保护剂作用（防止菌绿素受光氧化损伤）。光合细菌的色素主要存在细胞内的载色体或绿色包囊中，载色体或绿色包囊是光合细菌进行光合磷酸化的部位（细胞器）。载色体存于与红螺菌科和着色菌科，由细胞膜陷入细胞质内而形成，并与细胞膜相连。绿色包囊存在于绿杆菌科和绿色丝状菌科
5、，分散附着于细胞膜下面，是一个独立的球形细胞器。五、 光合细菌的生长及营养素根据光合细菌进行光合作用时供氢体的不同，光合反应可分为三类：1） 以硫化氢为供氢体，还原二氧化碳，如着色菌科和绿杆菌科；2） 以硫代硫酸盐为供氢体，还原二氧化碳；3） 以有机物为供氢体，如红螺菌科和绿色丝状菌科。光合细菌获得代谢所需的能量的形式有三种：1） 光照厌气条件下，通过光合作用获得能量，2） 黑暗厌气条件下，通过脱氮或发酵获得能量，3） 黑暗有氧条件下，通过呼吸作用获得能量。大多数光合细菌的繁殖以二分裂的方式进行，少数种类以出芽分裂方式或极性伸长分裂方式进行繁殖。光合细菌生长所需的营养素有碳源（二氧化碳或有机物
6、）、氮源（铵盐、氨基氮、氮气）及生长因子（主要为某些B族维生素，B1、B5、B7等）。第二节 光合细菌在水产上的应用一、 光合细菌在水产上的应用1、 作为养殖水体的水质净化剂光合细菌能降解小分子有机物，降低水体中的COD，氨氮，从而改善水质，提高养殖产量。大连水院，对虾养殖，增产23.1%。2、 作为人工配合饵料的添加剂光合细菌菌体富含营养物质，粗蛋白含量（65.45%）超过大豆，同时含有丰富的B族维生素。富含生物体内重要的生理活性物质辅酶Q及大量的维生素K。东海所，中国对虾，饵料添加1.2%，增产16.2%。3、 作为鱼、虾、贝幼体的促生长因子。促进幼体生长、变态，提高成活率。原因：改善水质
7、，提高营养。日本东京大学，黄盖鲽仔鱼，120ppm，50天，增长24%，增重73%。东海所，脊尾白虾育苗，10001400ppm，成活率提高9.519.3%。河北水校，海湾扇贝育苗，成活率提高24.3%，生长45.9%。4、 作为动物性生物饵料的饵料用于培养轮虫、卤虫、枝角类等动物性生物饵料。5、 病害的防治作用防治鲤鱼烂鳃病、瞎眼病，金鱼的水霉病，黑鲷的烂尾病，鳗鱼的水霉病和赤鳍病。二、 光合细菌在应用中存在的问题1、 菌种的特异性问题 不同菌种使用效果不同2、 培养方法和生产工艺 生产出的菌液质量问题3、 使用范围及使用方法4、 使用剂量5、 提高养殖对象免疫机能的机理研究6、 光合细菌红
8、色色素的综合利用三、 光合细菌在其他领域中的应用1、光合细菌在禽畜饲养中的应用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，使用后可提高饲料效率，提高养殖效益。在肉鸡的饲养中使用光合细菌，可提高成活率5%7%，肉鸡增重15%17%，料肉比降低33%左右，经济效益可提高50%以上。在蛋鸡养殖中，应用光合细菌可提高产蛋率12.7%，降低料蛋比12.2%，并且蛋黄中类胡萝卜素和维生素A的含量提高20%左右，同时淡季的换羽期、产蛋期延长。在猪饲料中添加光合细菌，可提高增重率13%，降低发病率25%，同时提高瘦肉率。在鹌鹑饲养试验中，添加光合细菌同样获得了高增重率。2、光合细菌在种植业中的
9、应用光合细菌被证明是一种优质的有机肥料，又能增强植物的抗病力，可作为底肥或以拌种和叶面喷施等方式应用。光合细菌可提高土壤肥力。光合细菌能有效固定大气中的氮气，从而提高土壤的氮素水平。另外，光合细菌能有效降解或氧化土壤中的残留农药，硫化氢和胺类等有毒化合物，对土壤起一定解毒作用。光合细菌还能提高植物的抗病能力。，作为瓜果的保鲜剂，能延长瓜果的存放期。3、光合细菌在有机废水处理中的应用光合细菌可把废水中的有机物转化为简单的无机物，降低化学耗氧量和生物耗氧量，减少水体污染，改善水质。用光合细菌处理豆制品废水（COD高达52800mg/L），12小时后COD的去除率达92.7%；用光合细菌处理淀粉废水
10、（COD高达3864mg/L），72小时后COD的去除率达99.5%。目前，应用于高浓度有机废水处理的光合细菌主要是红假单胞菌属和红螺菌属的菌株。4、光合细菌在食品、化妆品、医药保健业中的应用光合细菌富含色素。有报道光合细菌中细菌叶绿素含量达64.5mg/g，类胡萝卜素含量达34.8mg/g。来源于光合细菌的类胡萝卜素作为一种天然色素，在食品、化妆品等工业中，作为着色剂有广泛的应用前景。5、光合细菌在开发新能源中的应用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。光合细菌中许多种类，如红螺菌属、红假单胞菌属、荚硫菌属
11、、硫螺旋菌属等的光合细菌在代谢过程中都能放出氢气。目前研究较多的是深红红螺菌（R. rubrum），它分解有机物进行光合产氢，产氢量高达65ml/（hL）（培养液），比蓝细菌产氢量高一倍多。第三节 光合细菌的分离、培养及保种一、 光合细菌的分离方法光合细菌菌种的分离是开展光合细菌培养和应用研究的前提。分离的步骤主要有：1）采样。根据光合细菌生长所需的条件，有选择的采集含光合细菌的水样和土样。一般在有机物污染严重，缺氧的环境中采样。2）富集培养。光合细菌分离成功的关键，在于选择适宜的富集和分离的培养基，提供符合光合细菌生长需要的厌氧环境，适宜的温度（25-35），一定的光照（500010000l
12、x）。一般采用液体富集培养基，重复多次富集培养。3）分离纯种。将富集后的菌液进行固体培养基涂布或划线培养，挑取单菌落，重复多次分离，可得纯培养（仅有一个微生物种生长在培养基中的培养）。二、 光合细菌的培养1、 培养的主要种类水产上应用价值大的红螺菌科的红假单胞菌属（Rhodopseudomonas）2、 培养方式1） 全封闭式厌气光照培养 主要用于小规模培养2） 开放式微气光照培养 可用于生产性大规模培养3、 培养设施及培养基1） 常规培养仪器！灭菌器（烘箱、高压蒸汽锅、） ！无菌箱、无菌室和超净工作台 ！恒温光照培养箱 ！玻璃器皿（试管、培养皿、移液管、锥形瓶、等） ！冰箱或冰柜 ！显微镜和
13、接种环 ！离心机 ！真空泵 ！分析天平 ！摇床或震荡器 ！分光光度计等。2） 培养基！富集用基础培养基 ！Sawad培养基（分离用）！酵母膏、蛋白胨培养基（一般富集、分离和培养）！RCVBN培养基（富集、分离和菌种保存）！矢木修身培养基 ！Van Neil培养基（用于富集培养）4、 培养方法及管理1） 容器和工具的消毒（同藻类培养）2） 培养基的配制！选择培养基-！配制培养基-！培养基的灭菌和消毒3） 接种接种比例：菌种母液：新培养液=1：41：1。4） 培养管理日常管理和测试！搅拌和充气 要求：保持菌体悬浮，并有机会接受光照，同时溶氧小于1mg/l 。！调节光照强度 要求：一般20005000lx，高密度500010000lx。！温度调节 要求：23-39！酸度测定和调节 ：随菌液的繁殖，pH会升高，从而抑制菌体的进一步繁殖。必须用酸调节PH，使之界于7-8。！测定光密度（O.D.） 了解生长情况。生长情况的观察检查！菌液的颜色变化 ！O.D.值问题的分析和处理三、 光合细菌的保种厌氧瓶保存或低温保存。
