1、China Brewing2012 Vol.31 No5Serial No242光合细菌（ Photosynthetic bacteria， PSB）是地球上最早出现且目前在自然界依然普遍存的原核微生物，具有原始的光能合成体系 。光合细胞属于革兰氏阴性，不产芽孢，能在无氧的条件下（极少数也可在有氧条件下），吸收光能并以硫化物 、氨 、有机物等为供氢体进行光合作用1。目前，光合细菌在多个工农业领域具有广泛的应用 。例如，在环保领域，光合细菌是重要的有机废水处理工具2-3、在生物能源领域光合细胞是制氢的理想来源4-5、在农业领域用作生物肥料和动物饲料添加剂6。光合细菌的光合作用单位分别由捕光色素蛋
2、白复合体 I（ LHI） 、捕光色素蛋白复合体 II（ LHII）和光化学反应中心 3部分构成7。LHI在 800nm和 850nm处有最大吸收峰，而LHI-RC则在 875nm处有最大吸收峰8。光合细菌的吸光色素包括光合细胞叶绿素和类胡萝卜素，二者的吸收光谱范围分别为 715nm1050nm和 450nm550nm9。因此，光合细菌的光合作用在很大程度上是与红外光紧密相连的 。此前的研究主要集中在整体的光照强度和可见光的光照强度方面10，而对红外光对光合细菌生长影响研究未见报道 。1 材料与方法1.1 材料和试剂菌种：沼泽红假单胞菌（ Rhodopseudomonas palustris）
3、、深 红 红 螺 菌（ Rhodospirillum rubruin） 、类 球 红 细 菌（ Rhodobacter sphaeroides）由本实验保存 。光源： 5W、10W、15W、20W、25W、35W、50W、75W卤钨灯购自佛山照明有限公司；红外电荷偶合传感器（ CCD）专用滤光镜由北京金吉奥梦科技有限公司生产 。酵母膏为广东环凯微生物技术有限公司生产；其他试剂均为分析纯 。1.2 培养基光合细菌培养基配方如下11：葡萄糖（唯一碳源） 9.9g/L；K2HPO43H2O 1.006g/L； KH2PO40.544g/L； NaCl 1.0g/L；MgSO47H2O 0.4g/L；
4、 CaCl20.02g/L； FeSO47H2O 0.0018g/L；（ NH4）6Mo7O244H2O 0.001g/L； ZnSO47H2O 0.0024g/L；酵母膏 0.4g/L。1.3 红外光照培养光合细菌3种光合细菌，沼泽红假单胞菌 、深红红螺菌 、类球红细菌，分别接种于装有 100mL培养液的 250mL三角瓶，表面加一层灭菌的液体石蜡以隔氧 。以红外 CCD专用滤光镜过滤掉卤钨灯的可见光，保留近红外光，用于照射光合细菌培养液 。卤钨灯放在一个密封的盒子中，光线经安装有滤光镜的窗口照射出来 。照射距离 30cm。整个体系置于微生物培养箱进行 。分别经 5W、10W、15W、20W
5、、25W、35W、50W、75W等不同功率的红外光照射，检测光合细菌的生长状况 。同时分别以相同功率的日光灯和不加滤光镜的卤钨灯作对照 。收稿日期： 2011-11-01作者简介：李家洲（ 1976-），男，副教授，硕士，研究方向为微生物技术 。近红外光源对光合细菌生长的影响李家洲，张冬青，黄荣林，赵 鑫，肖玉平（广东轻工职业技术学院 食品与生物工程系，广东 广州 510300）摘 要：光合细菌的光合色素能吸收近红外光进行光合作用 。利用加可见光滤光镜的卤钨灯作为近红外光源，照射光合细菌，探讨其对光合细菌生长的影响 。结果表明，相对于可见光，近红外光对光合细菌的生长有明显促进作用，可使最大菌体
6、浓度提高 45%以上 。近红外光照强度饱和区为 20W35W之间，低于 20W时，光合细菌的生长速率随光照强度升高而升高；超过 50W后，近红外光对光合细菌产生抑制作用 。温度和 pH值 2个培养参数对近红外光的光照效果没有明显的影响 。关 键 词：光合细菌；近红外光；生长中图分类号： Q935 文献标识码： A 文章编号： 0254-5071（ 2012） 05-0114-03Influence of near-infrared on growth of photosynthetic bacteriaLI Jiazhou, ZHANG Dongqing, HUANG Ronglin, ZHA
7、O Xin, XIAO Yuping(Department of Food and Biotechnology, Guangdong Industry Technical College, Guangzhou 510300, China)Abstract： The photosynthetic pigments can absorb near-infrared lights for photosynthesis. Halogen tungsten lamp filtered with visible-light filter lensas light source, influence of
8、photosynthetic bacteria growth was researched. The results were as follows: compared with visible-light, near-infraredlights can promote photosynthetic bacteria growth markedly and can increase the max cell concentration about 45%; the region of near-infrared lightsaturation was between 20W to 35W;
9、when lower than 20W, growth rate of photosynthetic bacteria increased with light intensity increasing; whenhigher than 50W, near-infrared light could inhibit photosynthetic bacteria growth. The temperature and pH value had no influence on the near-in-frared light effect.Key words: photosynthetic bac
10、teria; near-infrared light; growthResearch Report114 中 国 酿 造2012 年 第 31 卷 第 5 期总第 242 期1.4 光合细菌浓度检测光合细菌浓度的检测采用光密度法，用可见分光光度计在 660nm波长下测量光度值（ OD660） 。1.5 培养条件对红外光照效果的影响根据前述实验，在合适的红外光照条件下，探索温度与起始 pH值对红外光照效果的影响 。温度选择 24、27、30、33、36等 5个梯度 。起始 pH值选择 4.5、5.0、5.5、6.0、6.5、7.0、7.5、8.0等 8个梯度 。2 结果与分析2.1 红外光照对光
11、合细菌生长的影响日光灯与卤钨灯的光谱图见图 112。图中（ a）为日光灯的光谱图，其所发光谱主要集中于 400nm700nm的可见光区 。图（ b）为卤钨灯的光谱图，其所发光谱主要集中于波长700nm2500nm的近红外区，其次是可见光区 。通过红外CCD专用滤光镜将卤钨灯的可见光部分过滤掉，保留近红外光谱，为本实验所用 。卤钨灯在不用滤光镜时，则为综合光源 。对沼泽红假单胞菌 、深红红螺菌 、类球红细菌 3种红光合细菌，先利用 20W的不含可见光卤钨灯 、含可见光卤钨灯 、日光灯在 30照射，前 72h每 24h取样，以后每 12h取样测 OD660值 。3种光合细菌在 3种光源照射下，均呈
12、现相同的规律，为避免重复，在此仅以沼泽红假单胞菌为代表介绍不同光源对光合细菌生长的影响 。结果见图 2。从图 2可以看出，在近红外光为主的红外光照射下，光合细菌的光密度增加的要比不含近红外光的日光灯光快 。二者达到生长曲线的顶点的时间没有明显变化，但最高光密度值方面，含近红外光照射的要比不含近红外光的高 45%，表明近红外光不仅可以使光合细菌加速生长，而且可以提高其对营养的利用效率，最终获得更高的菌体浓度 。其原因可能是由于光合细菌所吸收的近红外光用于光合作用，具有比可见光更强的能量，从而促进了光合细菌的生长和繁殖 。对于不加滤光镜的卤钨灯光源与加滤光镜的卤钨灯光源照射结果进行比较，发现二者无
13、明显差别 。这有可能是因为卤钨灯所发光谱中，可见光本来所占比重偏低，因此，对生长的影响难于显现 。可见光配合红外光是否会有更好的效果，需要进一步实验研究确定 。在不同的近红外光（不含可见光）照强度下进行实验，所得实验结果如图 3图 5。从图 3图 5中可以看出，光合细菌在 20W35W之间达到光饱和，其中 25W是其最优光照强度条件 。光照强度超过 50W后，反而会对光合细菌的生长产生抑制作用 。产生研究报告 115 China Brewing2012 Vol.31 No5Serial No242抑制作用的可能原因是因为红外光能量太高，细胞来不及吸收，导致形成细胞内热而产生的 。光照强度低于
14、20W时，光合细菌的生长表现出速度缓慢的现象，这是由于光照强度低时，不能满足光合细菌光合作用对能量的需求所致 。故在 20W以下，随着光照强度的增强，光合细菌的生长速度不断提高，直至达到光饱和为止 。3种光合细菌，即沼泽红假单胞菌 、深红红螺菌和类球红细菌，对近红外光均表现出相同的生产特性，这表明很有可能这是光合细菌的共同特性 。2.2 培养条件对近红外光照效果的影响为了探索近红外光照射对光合细菌的作用效果是否会受到培养条件的影响，我们以发酵温度和发酵初始 pH值为例，进行了验证 。从前述实验结果可以看出，虽然 25W为最佳光照强度，但在 20W35W之间，红外光对光合细菌的促进作用并没有显著
15、差异，综合能耗考虑，验证实验选择光照强度为 20W。在 20W带红外 CCD专用滤光镜的卤钨灯照射下，通过改变这 2个参数，测量光合细菌生长的最高菌体浓度，并与只有 20W日光灯光照的结果进行对比，得到结果如图 6所示（以沼泽红假单胞菌为例） 。从图 6中可以看出，温度与 pH值对卤钨灯和日光灯的光照效果没有明显的影响 。虽然日光灯照射的生长速率要比卤钨灯的慢，但这属于前面实验所证明的正常现象 。二者的最适温度和最适 pH值，均未因光照出现明显的改变 。同时，在 2种不同光照射下，沼泽红假单胞菌的最大光密度随温度与 pH值 2种参数变化的幅度，趋于一致，并未出现明显改变，因此，证明该 2种参数
16、并不会对近红外光的照射产生促进或抑制作用 。其他 2种光合细菌也得到同样的实验结果（数据为列出） 。因此，近红外光照对光合细菌生长的促进作用，不会受到温度与 pH值参数变化的影响 。3 结论光合细菌的叶绿色不同于绿色植物，前者在近红外区有较强的吸收峰，可吸收近红外光的能量进行光合作用 。实验表明，在仅用近红外光照射的条件下，光合细菌生长速率要高于可见光照射，显示出近红外光对光合细菌生长的较强促进作用 。经选定不同光合细菌种进行实验表明，近红外光对其促进作用可能具有普遍性 。进一步实验表明，近红外光照射强度存在饱和区，本实验中饱和区为20W35W，强度低于 20W，光合细菌生长速率随光照强度升高
17、而升高；超过 50W后，表现出光抑制作用，这可能是因为过多的高能量红外光产生的热效应所致 。为了探讨培养条件对近红外光照效果的影响，选择了温度和 pH值 2个参数进行实验，结果发现，这 2个参数对近红外的光照效果没有明显的影响，既未对其效果产生增强作用，也未产生抑制现象，因此，预计近红外光对光合细菌的促进作用可能不受培养条件的影响 。其照射效果是否会受其他参数的影响，则需要进一步实验证明 。实验只证明了近红外光对光合细菌的生长有促进作用，具体的促进机理，以及在近红外光照下，光合细菌合成色素 、产氢 、产辅酶 Q10等代谢产物的特性则需要进一步研究 。参考文献：1 MADUKASI E I, D
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19、actoryJ. Biotechnol Lett， 2002， 24：1055-1058.3 TAO YZ, HE YL, WU YQ, et al. Characteristics of a new photosyntheticbacterial strain for hydrogen production and its application in wastewatertreatmentJ. Int J Hydr Energ， 2008， 33（ 3）： 963-973.4 KARS G, GUENDUEZ U, RAKHELY G, et al. Improved hydrogen p
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22、changed hydrogen bondingpatterns in light-harvesting 2 mutants of Rhodobacter sphaeroides withalterations at alpha-Tyr-44 and plapha-Tyr-45J. Biochem J， 1994， 299：695-700.9 GUDOWSKA-NOWAK E, NEWTON MD, FAJER J. Conformationaland environmental effects on bacteriochlorophyll optical spectra: corre-lat
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24、 Press,1997.谷胱甘肽（ Glutathione，简称 GSH）是由 L-谷氨酸 、L-半胱氨酸和甘氨酸经肽键缩合而成的一种同时具有 -谷氨酰基和巯基生物活性的三肽化合物，在自然界中谷胱甘肽以还原型谷胱甘肽（ GSH）和氧化型谷胱甘肽（ GSSH） 2种形式广泛存在于动物 、植物和微生物细胞中 。GSH在生物体内具有多种重要的生理功能，特别是对维持生物体内适宜的氧化还原环境起着至关重要的作用1，在食品 、医药 、保健品 、化妆品工业中均有应用2。发酵法生产 GSH是通过选育（或构建） GSH合成能力强和胞内含量高的微生物 、建立和优化发酵控制策略来实收稿日期： 2012-01-13基
25、金项目：南昌大学食品科学与技术国家重点实验室自由探索课题（ SKLF-TS-201113）作者简介：熊福星（ 1987-），男，江西南昌人，在读硕士研究生，研究方向为生物转化与加工；段学辉 *，教授，通讯作者 。酵母菌谷胱甘肽合成能力比较及催化条件优化熊福星，段学辉 *，胡明明，王 娟，吴 量，陈加利（南昌大学 食品科学与技术国家重点实验室，江西 南昌 330047）摘 要：试验收集培养了 9株酵母菌，分别测定他们的细胞生物量和胞内谷胱甘肽（ GSH）含量，酿酒酵母 SP004细胞干重达到 11.39g/L，啤酒酵母 TS013胞内 GSH含量达到 1.5282mg/g湿细胞；验证考察了 4种
26、不同提取方法对细胞内 GSH含量测定的影响，结果表明，温差破碎法提取效果较好 。同时比较 9株酵母菌催化合成 GSH的能力，结果显示，絮凝酵母 SP5 GSH合成酶活力相对较高，酶活达到2.385mg/g湿细胞，每克湿细胞催化前体氨基酸（ AA）合成 GSH转化率为 7.76%。用单因素试验和正交试验分析法研究不同反应液体积与菌体量比 、硫酸镁浓度 、磷酸钾缓冲液浓度以及葡萄糖浓度对絮凝酵母 SP5细胞催化前体 AA合成 GSH的影响，结果表明，合成GSH的适宜条件为：谷氨酸 60mmol/L、半胱氨酸 20mmol/L、甘氨酸 20mmol/L、七水合硫酸镁 20mmol/L、葡萄糖 0.5
27、mol/L、pH值为 7.0磷酸钾缓冲液 100mmol/L， 30下， 160r/min，振荡反应时间 6h。在此条件下，絮凝酵母 SP5细胞 GSH合成酶活力平均达到 2.9498mg/g湿细胞，每克絮凝酵母 SP5湿细胞催化前体 AA合成 GSH的转化率平均为 9.60%。关 键 词：谷胱甘肽；酵母菌；酶催化；前体 AA中图分类号： TQ920.1 文献标识码： A 文章编号： 0254-5071（ 2012） 05-0117-06Comparison of glutathione synthesis ability and catalysis conditions by yeastXI
28、ONG Fuxing, DUAN Xuehui*, HU Mingming, WANG Juan, WU Liang, CHEN Jiali(State Key Laboratory of Food Science and Technology, Nanchang University, Nanchang 330047, China)Abstract： The cell biomass and intracellular GSH content produced by 9 yeasts strain were measured. The cell dry weight of Saccharom
29、yces cerevisi-ae SP004 reached 11.39g/L and the intracellular GSH content of brewers yeast TS013 reached 1.5282mg/g wet cells. The effects of four different ex-traction methods on intracellular GSH content were evaluated. The results showed that the temperature difference method was optimal method t
30、o ex-tract GSH. The abilities of GSH synthesis by 9 yeast strains were investigated. The results showed that the GSH synthetase activity of flocculationyeast SP5 is relatively higher, which reached 2.385mg/g wet cells, and the synthesis conversion rate of precursor amino acids to GSH per gram of wet
31、cells was 7.76%. The effects of different reaction solution volume with the yeast cell mass, MgSO47H2O concentration, potassium phosphate bufferconcentration and glucose concentration on the GSH synthesis by precursor amino acids were investigated by using single-factor and orthogonal ex-periment. T
32、he optimal conditions were as followed: glutamic acid concentration 60mmol/L, cysteine 20mmol/L, glycine 20mmol/L, MgSO47H2O20mmol/L, glucose 0.5mol/L, pH value 7.0, potassium phosphate buffer 100mmol/L, 30, 160r/min and the oscillation reaction time 6h. Under theseconditions, the average GSH synthetase activity of flocculation yeast SP5 reached 2.9498mg/g wet cells, and the synthesis conversion rate of precur-sor amino acids to GSH was 9.60% per gram of flocculation yeast SP5 wet cells.Key words: glutathione; yeast; enzyme catalysis; precursor amino acids研究报告 117
