光合细菌(PSB)的应用研究进展.pdf

1、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 App

2、lication Laboratory, HunanUniversity of Technology, Zhuzhou, Hunan 412008， 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

3、 细 胞 蛋 白 ； 水 产 养 殖Abstract: The classification, morphological structure and triphic component of thephotosynthetic bacteria were reviewed. And the current application of photosyntheticbacteria was reviewed in seven aspects of treatment of organic wastewater, hydrogenphoto production, medicament biol

4、ogic production, carotenoids extraction, coenzymeQ extraction, single cell protein (SCP) production, fishery culture and livestockculture.Keywords: Photosynthetic bacteria； Treatment of organic wastewater； Carotenoids；Hydrogen photo production； Single cell protein； Fishery culture 基 金 项 目 ： 湖 南 省 教

5、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-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

6、、 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 技术 研 究 的 热 点 之 一 。1 光 合 细 菌 的 定 义 和 分 类光 合 细

7、菌 (Photosynthetic bacteria， 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 。 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 ， 广 泛 存在 于 自 然 界 中 ， 在 腐 败 有 机 物 质 浓 度 高 的 水 域 中 更 为 常 见 。根 据 在 光 合 作 用 过 程 中 是 否 有 氧 气 产 生 ， 可 以 把 光 合 细 菌 分 为 产 氧 光 合 细 菌 (oxygenicphotosynthetic bacteria)和

8、不 产 氧 光 合 细 菌 (non-oxygenic photosynthetic bacteria)2大 类 群 。 蓝 细 菌 为 产 氧 光 合 细 菌 的 典 型 代 表 ； 不 产 氧 光 合 细 菌 是 一 个 形 态 、 生 理 和 系 统 上 多样 化 的 类 群 例 , 主 要 包 括 着 色 杆 菌 （ Chromatiaceae ） 、 外 硫 红 螺 菌(Ectothiorhodospiraceae)、 紫 色 非 硫 细 菌 (Purple nonsulfur bacteria)、 绿 色 硫 细 菌(green sulfur bacteria) 、 多 细 胞 丝

9、 状 绿 细 菌 (multicellular filamentous greenbacteria)、 螺 旋 杆 菌 (Helicobacteraceae)、 含 细 菌 叶 绿 素 的 专 性 好 氧 菌 等 7大 类 群 1。光 合 细 菌 最 初 由 Ehrenberg于 1836年 发 现 ， 并 注 意 到 有 2种 光 合 微 生 物 的 生 长 与 光 、 H2S的存 在 有 关 ， 其 次 是 1883年 En-Gellman证 实 该 菌 进 行 光 合 作 用 。 Van Nile于 1931年 提 出 了 光 合作 用 的 共 同 反 应 式 ， 用 生 物 化 学 统

10、 一 性 的 观 点 解 释 了 光 合 成 现 象 。 2O世 纪 6O年 代 科 学 家 开 始大 力 研 究 光 合 细 菌 在 废 水 处 理 、 饲 料 添 加 业 方 面 的 应 用 ， 从 而 大 大 推 动 了 光 合 细 菌 的 研 究 进展 2 4。2 光 合 细 菌 的 形 态 结 构光 合 细 菌 都 是 革 兰 氏 阴 性 菌 ,其 形 态 多 样 ： 有 单 细 胞 和 多 细 胞 ； 有 半 环 状 、 杆 状 、 球 状 、螺 旋 状 和 卵 圆 形 。 在 运 动 方 面 有 通 过 鞭 毛 运 动 的 ， 有 滑 行 运 动 的 ， 或 者 不 运 动 的

11、。 一 般 细 胞直 径 大 小 为 0.5 5 m,主 要 以 二 分 分 裂 方 式 进 行 繁 殖 ,少 数 为 出 芽 生 殖 。 一 般 没 有 形 成 芽 孢的 能 力 。光 合 细 菌 体 内 没 有 叶 绿 体 和 类 囊 体 ， 但 是 具 有 双 层 膜 的 类 似 叶 绿 体 的 结 构 ， 在 此 结 构 中有 类 似 于 植 物 叶 绿 素 a的 光 合 色 素 ， 即 细 菌 叶 绿 素 ， 有 的 还 有 大 量 的 类 胡 萝 卜 素 。 细 菌 叶 绿 素和 类 胡 萝 卜 素 的 光 谱 吸 收 分 别 为 715 1050 nm和 450 550 nm。光

12、 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 ， 绿 色 植 物 和 藻 类 的 光合 作 用 一 般 是 将 CO2转 化 为 葡 萄 糖 并 放 出 O2， 光 合 细 菌 一 般 没 有 O2产 生 ， 有 时 会 产 生 H2。 大 部 分光 合 细 菌 还 能 以 厌 气 的 硫 还 原 菌 所 产 生 的 H2S、 CO2为 营 养 源 进 行 光 合 生 长 。 光 合 细 菌 在 自 然 水域 的 厌 气 层 和 好 气 层 都 发 生 碳 素 循 环 ； 在 厌 气 层 中 光 合 细 菌 除 参 与 碳 素 循

13、 环 外 ,还 参 与 硫 循 环5。3 光 合 细 菌 菌 体 的 营 养 成 分光 合 细 菌 营 养 成 分 十 分 丰 富 ,见 图 1和 图 2。 从 图 1可 看 出 ， PSB菌 体 含 有 65.45%蛋 白 质 ,7.18%脂 肪 , 2.78%粗 纤 维 , 20.31%可 溶 性 糖 , 4.28%灰 分 。 PSB蛋 白 水 解 后 氨 基 酸 含 量 丰 富 ，其 中 Asp、 Thr、 Ser、 Glu、 Gly、 Ala、 ,Val、 Met、 Ile、 Lue、 Phe、 Lys、 His、 Arg、 Pro、Tyr含 量 分 别 在 2.5% 12.5%之 间

14、 6。 从 图 2可 看 出 ， PSB菌 体 含 有 丰 富 的 B族 维 生 素 ,其 中 维 生素 B12含 量 为 21 ug/g， 是 酵 母 的 200倍 7。 PSB菌 体 还 含 有 辅 酶 Q10、 类 胡 萝 卜 素 ,其 中 辅 酶 Q10的含 量 分 别 为 酵 母 、 菠 菜 叶 和 玉 米 幼 芽 辅 酶 Q10的 含 量 的 13、 94和 82倍 。 PSB菌 体 光 合 色 素 由 细 菌叶 绿 素 (Bch1)和 类 胡 萝 卜 素 （ Carotenoids） 组 成 ,现 已 发 现 的 细 菌 叶 绿 素 有 a、 b、 c、 d、 e 5种 ,每 种

15、 都 有 固 定 的 光 吸 收 波 长 ； 迄 今 已 发 现 PSB菌 体 的 类 胡 萝 卜 素 有 80多 种 ,其 中 包 括 螺 菌 黄素 、 玫 红 品 、 球 形 烯 、 番 茄 红 素 、 叶 黄 素 等 。 PSB中 不 同 的 菌 株 所 含 的 类 胡 萝 卜 素 的 种 类 不 同 ,俞 吉 安 等8研 究 发 现 从 浑 球 红 假 单 胞 菌 中 提 取 的 类 胡 萝 素 主 要 是 -胡 萝 卜 素 ,而 从 夹 膜 红 假单 胞 菌 中 提 取 的 主 要 是 番 茄 红 素 。图 1 菌 体 成 分 含 量 图 2 菌 体 维 生 素 含 量4 光 合 细

16、 菌 的 应 用4.1 利 用 光 合 细 菌 来 处 理 有 机 废 水光 合 细 菌 可 在 黑 暗 好 氧 和 光 照 厌 氧 条 件 下 合 成 与 代 谢 ,所 以 利 用 光 合 细 菌 来 处 理 高 浓 度有 机 废 水 ,比 生 物 好 氧 法 和 厌 氧 发 酵 法 有 以 下 优 势 :可 直 接 用 来 处 理 高 浓 度 有 机 废 水 、 不 存 在污 泥 处 理 问 题 、 可 综 合 利 用 作 饵 料 和 肥 料 、 所 需 场 地 少 费 用 低 。 研 究 表 明 9： 光 合 细 菌 不 仅对 多 种 有 机 物 有 较 强 的 分 解 转 化 能 力

17、,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 。 郭 养 浩 等10采 用 固 定 化 光 合 细 菌 转 盘 式 生 物 反 应 器 ， 在 预酸 化 厌 氧 好 氧 串 并 联 工 艺 条 件 下 处 理 味 精 废 水 ， COD去 除 率 达 92%。 俞 吉 安 11发 现 ： 光 合细 菌 对 生 产 柠 檬 酸 的 废 水 有 很 强 的 降 解 能 力 。 试 验 研 究 表 明 12： 光 合 细 菌 对 化 学 需 氧 量 （ COD）为 52 840 mg/L的 豆

18、 制 品 废 水 处 理 12 h后 ， 去 除 率 达 92.7%； 对 COD为 3 860 mg/L的 淀 粉 废 水 处理 72 h后 ， 去 除 率 达 99.5%。 黄 宝 兴 等 13以 海 藻 酸 钠 为 固 定 化 基 质 ,蒙 脱 石 纳 米 材 料 为 基 质 添加 剂 ， 将 海 洋 光 合 细 菌 固 定 ， 研 究 它 对 生 活 污 水 的 降 解 情 况 。 结 果 发 现 生 活 污 水 中 的 氨 氮 、总 氮 和 总 磷 的 处 理 率 最 高 分 别 为 87.68%,70.95%和 71.90%。 郑 卓 辉 等 14 对 光 合 细 菌 净 水 剂

19、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 ， 结 果 发 现 当 菜 心 喷 施 杀 虫 剂 2 3 d后 ,喷 施 光 合 细 菌 净 水 剂 60倍 ,可 使 毒 性 残 留 期 较 长 的 三 唑 磷 有 效 地 降 解 ； 喷 施 光 合 细 菌 菌 肥60 120倍 ,可 使 杀 虫 剂 明 显 降 解 散 。目 前 废 水 治 理 系 统 常 用 活 性 污 泥 法 、 生 物 膜 法 和 厌 氧 法 。 活 性 污 泥 法 和 生 物 膜 法 所 需 的机 械 化 程 度 高 ,维 护 管 理 复 杂 ,占 地 面 积 大

20、,而 且 只 能 用 于 处 理 低 浓 度 有 机 废 水 。 厌 氧 法 虽 能 处理 高 浓 度 有 机 废 水 ,但 处 理 时 启 动 慢 ,对 温 度 要 求 也 高15。 光 合 细 菌 能 以 多 种 的 有 机 酸 和 醇 类等 有 机 化 合 物 作 为 光 合 作 用 的 供 氢 体 和 碳 源 ,而 且 能 耐 受 高 浓 度 有 机 物 ,并 具 有 较 强 的 分 解 和去 除 有 机 物 的 生 理 特 性 。 因 此 ,在 自 然 光 照 和 微 好 氧 条 件 下 ,能 对 许 多 高 浓 度 有 机 废 水 进 行 高效 率 的 处 理 ,并 且 在 处 理

21、 前 不 需 对 废 水 进 行 稀 释 。 与 活 性 污 泥 法 、 生 物 膜 法 和 厌 氧 法 相 比 ,光合 细 菌 处 理 法 具 有 节 约 电 能 、 水 源 、 设 备 及 运 转 费 用 等 优 点 ,而 所 得 的 副 产 品 菌 体 污 泥 可综 合 利 用 ,作 为 鱼 和 家 畜 的 饵 料 ,或 做 为 种 植 业 肥 料 ， 不 造 成 二 次 污 染 。 王 剑 秋16等 采 用 序 批式 紫 色 非 硫 光 合 细 菌 法 (PNSB-SBR) 处 理 高 浓 淀 粉 废 水 ， 在 进 水 淀 粉 废 水 化 学 需 氧 量 (CODcr)浓 度 为 5

22、 000 mg/L,运 行 周 期 为 48 h,微 好 氧 、 恒 温 30 光 照 条 件 下 ,出 水 CODcr浓 度 为 5001 000 mg/L,其 去 除 率 达 到 70% 90%。 污 泥 产 率 约 为 每 kgCOD可 产 出 0.4 kg可 挥 发 性 悬 浮 颗 粒物 (VSS),菌 体 蛋 白 含 量 达 到 30% 50%,同 时 蛋 白 质 产 率 约 为 每 千 克 COD可 产 出 0.2 0.4 kg菌体 蛋 白 (SCP)。 周 树 礼17以 光 合 细 菌 (PSB)为 主 要 材 料 ， 并 配 合 投 加 鱼 类 ， 对 水 生 态 系 统 生

23、物修 复 提 出 了 “ PSB+受 损 水 生 态 +鱼 类 +水 生 植 物 ” 修 复 模 式 ， 结 果 发 现 在 PSB的 作 用 下 ， 相 对封 闭 的 水 体 可 在 短 时 间 内 有 效 地 分 解 消 耗 水 体 中 有 机 污 染 物 质 、 提 高 溶 解 氧 、 促 进 水 生 植 物的 生 长 ， 修 复 水 体 食 物 链 及 生 态 系 统 平 衡 系 统 。 另 外 ,光 合 细 菌 处 理 废 水 还 可 以 与 光 合 产 氢 结合 起 来 ,以 便 在 处 理 废 水 和 获 得 单 细 胞 蛋 白 (SCP)的 同 时 ,得 到 新 能 源 18。

24、目 前 ,利 用 光 合 细 菌 处 理 有 机 废 水 的 行 业 中 已 成 功 投 产 的 有 ： 豆 腐 加 工 、 水 产 品 加 工 、 制氨 工 业 和 酵 母 工 业 的 工 业 废 水 的 处 理 ,试 验 中 取 得 显 著 成 效 的 有 养 猪 业 、 羊 毛 洗 涤 业 、 淀 粉 工业 、 柠 檬 酸 工 业 、 罐 头 工 业 、 豆 腐 工 厂 、 啤 酒 厂 、 生 活 污 水 、 屠 宰 场 、 油 脂 工 厂 等 的 废 水 的处 理19。 国 内 应 用 光 合 细 菌 法 最 多 的 是 华 东 地 区 如 上 海 豆 制 品 厂 、 浙 江 轻 工

25、研 究 所 及 上 海 交通 大 学 在 这 方 面 有 较 多 的 研 究 。用 光 合 细 菌 法 处 理 高 浓 度 有 机 废 水 也 存 在 着 不 足 之 处 ： 一 是 需 要 不 断 地 添 加 新 鲜 菌 体 ；二 是 菌 体 细 胞 自 然 沉 降 困 难 ,需 用 离 心 机 或 化 学 絮 凝 剂 来 收 集 ,增 加 了 处 理 费 用 ； 三 是 有 效 的最 终 生 物 需 氧 量 （ BOD） 只 能 降 到 200 mg/L左 右 ,还 需 用 活 性 污 泥 法 或 培 养 藻 类 等 其 他 方 法 做进 一 步 处 理 ,才 能 达 到 排 放 标 准

26、20。4.2 利 用 光 合 细 菌 生 物 产 氢氢 能 源 由 于 清 洁 、 高 效 、 可 再 生 ， 而 成 为 一 种 可 替 代 化 石 燃 料 的 能 源 ， 而 且 它 与 热 化 学和 电 化 学 制 氢 相 比 较 ， 有 能 耗 低 、 污 染 少 的 特 点 。 近 年 来 ， 利 用 微 生 物 生 产 清 洁 的 氢 能 源 成为 研 究 的 热 点 。光 合 细 菌 固 氮 和 产 氢 皆 由 同 一 种 酶 ， 即 固 氮 酶 所 催 化 ， 其 产 氢 条 件 和 固 氮 条 件 相 同21。产 氢 机 理 为 ： 光 合 细 菌 在 固 氮 过 程 中 ，

27、 在 固 氮 酶 的 催 化 下 ， 消 耗 ATP， 同 时 还 原 NAD(P)H中 的2 H， 释 放 的 电 子 通 过 铁 氧 还 蛋 白 或 黄 素 蛋 白 传 递 到 固 氮 酶 的 铁 蛋 白 ， 然 后 再 传 递 给 钼 铁 蛋 白 ，在 钼 铁 蛋 白 上 将 分 子 氮 和 H分 别 还 原 为 NH3和 H2。 在 正 常 情 况 下 ， 光 合 细 菌 的 固 氮 和 产 氢 同 步 进行 ， 在 氮 气 饥 饿 时 NAD(P)H中 的 H几 乎 全 部 在 固 氮 酶 上 被 还 原 成 氢 气 22， 23。1949年 Gest和 Kamen首 先 发 现 了

28、 深 红 螺 菌 以 有 机 物 为 供 氢 体 的 光 合 产 氢 现 象24， 并 且 在 以后 的 研 究 中 发 现 此 菌 产 氢 量 可 高 达 65 mL/h.L (培 养 液 )， 而 蓝 细 菌 产 氢 量 只 有 30 mL/h.L (培养 液 )25。 利 用 光 合 细 菌 产 氢 已 受 到 广 泛 的 瞩 目 ， 许 多 国 家 正 在 开 发 此 项 研 究 ,英 国 、 美 国 和日 本 尤 为 活 跃 ， 近 年 来 我 国 这 方 面 的 报 道 也 不 断 涌 现 。 王 永 忠 等 26对 光 合 细 菌 产 氢 动 力 学 特性 进 行 了 研 究 ,

29、发 现 底 物 初 始 浓 度 为 120 mmol/L时 最 适 合 光 合 细 菌 产 氢 代 谢 ,底 物 初 始 浓 度 达到 140 mmol/L时 ,光 合 细 菌 主 要 进 行 生 物 合 成 和 产 酸 代 谢 ,产 氢 代 谢 受 到 抑 制 。 光 合 细 菌 最 大产 氢 活 性 表 现 在 对 数 生 长 期 ,最 大 生 物 量 出 现 在 稳 定 期 。 周 汝 雁 等27采 用 自 行 研 制 的 新 型 环 流罐 式 光 合 微 生 物 反 应 器 (CCPR),利 用 光 合 细 菌 进 行 以 猪 粪 污 水 为 底 物 的 产 氢 研 究 ,结 果 发

30、现 在采 用 太 阳 光 和 辅 助 光 源 连 续 照 射 ,温 度 (31 2) ,基 质 浓 度 的 COD在 5 000 5 500 mg/L,可 获得 平 均 633.1 mL/L.d的 产 氢 速 率 ,稳 定 产 氢 期 间 最 大 产 氢 速 率 为 722.6 mL/L.d,原 料 的 平 均 转化 利 用 率 为 61.7%。 康 铸 慧 等 28对 产 氢 条 件 进 行 分 析 ， 得 到 以 下 几 个 关 键 点 ： 保 持 固 氮 酶 最 大活 性 ， 抑 制 氢 酶 活 性 ； 选 用 适 合 的 光 合 细 菌 产 氢 的 有 机 底 物 提 供 足 够 的

31、质 子 用 于 氢 的 合 成 ；合 适 的 碳 氮 比 例 并 杜 绝 产 氢 模 式 以 外 的 其 他 模 式 ， 如 发 酵 、 厌 氧 呼 吸 ； 保 证 充 足 的 光 照 条 件 ；使 用 最 活 跃 菌 龄 的 菌 株 。Ooshima29对 产 氢 菌 进 行 基 因 改 造 使 缺 乏 氢 酶 活 性 ， 获 得 了 R.capsulatus的 氢 酶 缺 失 变 异菌 株 ， 在 含 有 60 mmol/L苹 果 酸 盐 和 7 mol/L的 谷 氨 酸 钠 的 培 养 液 中 ， 底 物 转 化 率 为 68%， 而 非变 异 菌 株 为 25%。 Ken30等 获 得

32、 了 R.rubrum的 氢 酶 缺 失 变 异 菌 株 ， 在 含 有 5 mmol/L乳 酸 盐 和 7mmol/L的 谷 氨 酸 钠 的 培 养 液 中 ， 底 物 转 化 率 从 52%提 高 到 82%。目 前 利 用 光 合 细 菌 大 规 模 制 氢 的 成 功 例 子 很 少 31， 32， 研 究 者 就 这 方 面 的 问 题 做 了 不 少 研究 。 Ogbonna33设 计 了 一 个 精 密 的 光 反 应 器 ， 内 部 有 带 光 传 感 器 的 太 阳 能 收 集 器 ， 一 个 人 工 光源 和 一 束 光 学 纤 维 ， 解 决 了 夜 间 和 多 云 天

33、气 光 照 强 度 不 足 的 问 题 。 而 Miyake34和 Koku35发 现在 光 照 /黑 暗 交 替 循 环 的 模 式 下 光 合 细 菌 产 氢 速 率 不 但 没 有 减 低 ， 反 而 稍 有 提 高 。Turkarslan36用 牛 奶 厂 废 水 做 底 物 、 朱 核 光 等 37用 乳 糖 废 水 和 高 浓 度 氨 离 子 废 水 做 底 物 来 光合 产 氢 ， 解 决 大 规 模 光 合 产 氢 底 物 成 本 高 的 问 题 。4.3 利 用 光 合 细 菌 生 物 制 药光 合 细 菌 有 许 多 生 理 活 性 ： 抗 氧 化 作 用 、 调 脂 作

34、用 、 抗 肿 瘤 作 用 、 免 疫 活 性 ； 光 合 细 菌没 有 毒 性 ， 对 生 殖 生 长 有 促 进 作 用 ， 研 究 者 对 光 合 细 菌 制 药 方 面 进 行 了 不 少 的 研 究 。俞 吉 安 等38在 两 个 重 要 离 体 系 统 牛 血 清 蛋 白 -亚 麻 油 酸 -Fe2+( 系 统 )和 脑 组 织 匀 浆-Fe2+( 系 统 )中 考 察 由 球 形 红 假 单 细 胞 菌 体 经 过 培 养 离 心 得 到 菌 体 和 上 清 液 2个 组 分 的 抗 脂质 过 氧 化 作 用 。 试 验 结 果 表 明 ： 光 合 细 菌 中 有 效 成 分 对

35、 超 氧 阴 离 子 有 很 好 的 猝 灭 作 用 。 高 丽等 39用 2种 光 合 细 菌 制 剂 连 续 10天 对 小 鼠 给 药 ， 计 算 抑 瘤 率 ， 测 定 小 鼠 脾 、 胸 腺 指 数 、 腹 腔 巨噬 细 胞 吞 噬 功 能 。 试 验 结 果 表 明 ： 2种 光 合 细 菌 制 剂 可 促 进 小 鼠 脾 及 胸 腺 增 殖 、 提 高 腹 腔 巨 噬细 胞 的 吞 噬 功 能 ， 抑 瘤 率 平 均 分 别 为 36.1%和 42.7%。 俞 吉 安 等40还 通 过 巨 噬 细 胞 吞 噬 试 验 、淋 巴 细 胞 转 化 试 验 、 白 细 胞 介 素 -2

36、的 诱 生 和 检 测 试 验 对 类 球 红 细 菌 的 免 疫 活 性 进 行 了 评 价 。试 验 表 明 ： 类 球 红 细 菌 具 有 调 节 和 增 强 巨 噬 细 胞 吞 噬 功 能 的 作 用 ， 并 在 一 定 程 度 上 都 有 刺 激脾 淋 巴 细 胞 转 化 功 能 。 张 世 静 等 41进 行 了 光 合 细 菌 对 小 鼠 生 殖 生 长 影 响 及 毒 性 测 试 试 验 ， 发现 其 对 小 鼠 的 生 长 发 育 无 不 良 影 响 ， 没 有 致 毒 和 致 病 作 用 ， 不 具 有 潜 在 的 危 害 。 张 世 静 还 提出 ： 光 合 细 菌 可

37、用 于 人 的 食 用 蛋 白 、 食 用 色 素 和 医 药 等 方 面 的 开 发 研 究 。目 前 ， 已 有 国 外 公 司 将 光 合 细 菌 制 成 微 生 态 制 剂 ， 如 在 我 国 市 场 推 销 的 EM菌 剂 等 。 EM菌为 有 效 微 生 物 群 的 英 文 缩 写 (Effective Microorganisms)， 是 由 光 合 细 菌 、 乳 酸 菌 群 、 酵 母菌 群 、 放 线 菌 群 、 丝 状 菌 群 等 5种 10属 80余 种 微 生 物 组 成 的 混 合 菌 。 EM菌 剂 已 席 卷 日 本 、 美 国 、巴 西 、 法 国 、 台 湾

38、 等 90多 个 国 家 和 地 区 。光 合 细 菌 还 被 制 作 成 为 了 保 健 食 品 ， 经 动 物 试 验 表 明 具 有 延 缓 衰 老 ， 抑 制 肿 瘤 ， 免 疫 调节 的 显 著 功 效 ， 这 可 能 是 与 光 合 细 菌 细 胞 中 富 含 类 胡 萝 卜 素 和 B族 维 生 素 及 活 性 物 质 有 关 。 中国 科 学 院 生 物 工 程 专 利 与 山 西 安 泰 生 物 工 程 公 司 共 同 研 制 了 “ 安 泰 369口 服 液 ” (原 名 ： 安 泰369光 合 液 )， 主 要 成 分 是 在 独 特 的 生 理 环 境 中 培 养 而

39、成 光 合 菌 (PSB)和 红 景 天 ， 每 mL含 光 合 菌 5亿 个 ， 可 减 少 过 氧 化 脂 质 (LPO)含 量 ， 提 高 肝 脏 超 氧 化 物 歧 化 酶 (SOD)活 力 ， 提 高 巨 噬 细 胞的 吞 噬 率 ， 抑 制 肿 瘤 生 长 ， 增 强 体 液 和 细 胞 免 疫 力 ， 降 低 血 液 中 总 胆 固 醇 浓 度42。康 强 硒 胶 囊 是 由 光 合 细 菌 PSB和 传 统 中 药 相 结 合 一 种 制 剂 ， 它 是 以 人 参 、 茯 苓 、 黄 精 、枸 杞 、 龟 板 等 10味 中 药 、 及 无 机 硒 (亚 硒 酸 钠 )为 原

40、 料 ， 经 光 合 细 菌 同 化 而 得 到 的 一 种 富 硒 的生 物 保 健 品 。 有 研 究 者 应 用 该 药 辅 助 治 疗 60例 恶 性 肿 瘤 患 者 ， 结 果 表 明 ： 该 药 可 以 明 显 提 高患 者 血 硒 浓 度 、 淋 巴 细 胞 转 移 率 ， 降 低 血 清 脂 质 过 氧 化 物 (LPO)， 增 加 病 人 的 红 细 胞 数 量 ， 明显 提 高 病 人 的 体 力 状 况 评 分 ,该 药 对 肝 脏 没 有 任 何 毒 副 作 用 43。4.4 从 光 合 细 菌 中 提 取 类 胡 萝 卜 素 辅 酶 Q提 取 单 细 胞 蛋 白光 合

41、 细 菌 富 含 类 胡 萝 卜 素 ， 为 重 要 的 微 生 物 来 源 的 天 然 红 色 素 ， 随 着 人 们 认 识 到 以 煤 焦油 系 为 主 要 成 分 的 合 成 色 素 具 有 致 癌 性 ， 天 然 色 素 的 开 发 已 倍 受 关 注 。 光 合 细 菌 的 色 素 无 毒 ，色 彩 鲜 艳 、 亮 泽 ， 并 具 防 水 性 ， 很 适 用 于 黄 油 、 冰 淇 淋 、 干 酪 、 乳 酸 饮 料 、 糕 点 等 着 色 ， 还可 用 于 化 妆 品 的 生 产 。 牟 海 津 等44研 究 出 类 胡 萝 卜 素 产 量 高 达 170 mg/L的 培 养 方

42、 法 。 还 有 报告 介 绍 利 用 光 合 细 菌 发 酵 生 产 类 胡 萝 卜 素 每 升 发 酵 液 可 提 取 色 素 295 g左 右 45。研 究 者 对 光 合 细 菌 的 培 养 条 件 和 产 类 胡 萝 卜 素 最 佳 条 件 进 行 了 不 少 研 究 46 49。 YoshidaH等 50报 道 了 用 Rhodobacter sphaeroides KY一 4113生 产 泛 醌 -10。 2002年 ， 袁 静 等 51 53对 光 合细 菌 生 产 辅 酶 Q进 行 了 初 步 研 究 取 得 了 良 好 的 结 果 。单 细 胞 蛋 白 (SCP)亦 称 微

43、 生 物 蛋 白 ,它 不 是 纯 蛋 白 质 ,而 是 由 蛋 白 质 、 脂 肪 、 碳 水 化 合 物 、核 酸 以 及 非 蛋 白 质 的 含 氮 化 合 物 、 维 生 素 和 无 机 化 合 物 等 混 合 物 组 成 的 细 胞 质 团54。 生 产 SCP是 国 内 外 十 分 重 视 的 一 项 科 学 技 术 ,许 多 报 道 有 关 用 光 合 细 菌 法 净 化 有 机 废 水 或 光 合 产 氢 结合 获 得 可 综 合 利 用 的 SCP生 物 工 程 技 术 55。4.5 利 用 光 合 细 菌 进 行 水 产 禽 蓄 养 殖光 合 细 菌 是 一 种 营 养 丰

44、 富 、 营 养 价 值 高 的 细 菌 ， 菌 体 含 有 丰 富 的 氨 基 酸 、 叶 酸 、 B族 维生 素 ， 尤 其 是 维 生 素 B12和 生 物 素 含 量 较 高 ， 还 有 生 理 活 性 物 质 辅 酶 Q（ 又 叫 泛 醌 ） 。 光 合 细 菌的 体 积 为 小 球 藻 的 1/20， 特 别 适 合 作 为 刚 孵 出 仔 鱼 的 开 口 饵 料 。 据 报 道 56,光 合 细 菌 除 了 促 进鱼 类 生 长 外 ， 还 可 一 防 治 鱼 虾 疾 病 、 净 化 养 殖 水 质 ， 并 对 水 产 养 殖 中 的 病 害 细 菌 产 生 拮 抗 作用 。 俞

45、 吉 安 57等 研 究 发 现 ： 使 用 光 合 细 菌 后 鱼 的 成 活 率 可 提 高 5% 28%,亩 产 可 提 高 15% 30%,铒 料 系 数 下 降 20% 23%。 张 信 娣 等 58将 红 假 单 胞 菌 应 用 于 三 角 帆 蚌 养 殖 水 体 ,发 现 光 合 细 菌 可稳 定 养 殖 水 体 pH,去 除 氨 氮 、 亚 硝 基 氮 、 总 氮 ,降 低 COD,改 变 水 体 氮 磷 比 ， 有 效 控 制 异 养 细 菌 、弧 菌 、 气 单 胞 菌 数 量 ,避 免 养 殖 水 体 水 质 恶 化 。王 俊 卿59等 发 现 在 蛋 鸡 产 蛋 高 峰

46、 后 期 (45周 龄 )日 粮 中 添 加 1 3 mL PSB/100 g日 粮 ,可 使高 峰 后 期 蛋 鸡 产 蛋 率 下 降 速 度 减 慢 ,提 高 鸡 蛋 的 抗 氧 化 活 性 ,改 善 蛋 品 质 。5 结 论光 合 细 菌 由 于 其 自 身 富 含 的 多 种 营 养 物 质 和 生 物 活 性 物 质 ， 以 及 可 以 进 行 光 合 作 用 、 有氧 呼 吸 、 发 酵 及 固 氮 、 固 碳 、 防 氢 等 生 理 功 能 ， 使 其 能 在 水 产 养 殖 、 禽 畜 饲 养 、 饲 料 添 加 、环 境 保 护 、 新 能 源 的 生 产 及 保 健 品 等

47、 方 面 的 应 用 越 来 越 多 ， 使 光 合 细 菌 成 为 现 代 生 物 技 术 不可 缺 少 的 一 部 分 。 但 是 ， 有 效 地 利 用 光 合 细 菌 开 拓 应 用 的 新 领 域 仍 是 一 个 发 展 方 向 ， 光 合 细菌 的 应 用 技 术 和 基 础 理 论 仍 需 要 进 一 步 深 入 研 究 ， 还 需 要 不 断 深 入 研 究 和 发 展 。参 考 文 献1 东 秀 珠 ， 蔡 妙 英 常 见 细 菌 系 统 鉴 定 手 册 （ 第 一 版 ） M.北 京 ： 科 学 出 版 社 ， 2001,9 43.2 吴 向 华 ， 杨 启 银 ， 刘 五

48、 星 ,等 光 合 细 菌 的 研 究 进 展 及 其 应 用 J.中 国 农 业 科 技 导 报 ， 2004，6(2)： 35 38.3 Claus D, Berkeley, R.C.W: in: Bergeys Manual of Systematic Bacteriology M.Williams and Wilkins Co., Baltimore. London Los Angeis, Sydney, 1984（ 2） ： 11051139 .4 Imhoffjf, Petrir, Suling J. Reclassification of species of the spira

49、l-shapedphototrophic purple on sulfur bacteria of the -Protein bacteria J.International Journal of Systematic Bacteriology, 1998（ 48） :793 798.5 丁 彦 文 , 艾 红 微 生 物 在 水 产 养 殖 中 的 应 用 J.湛 江 海 洋 大 学 学 报 ,2000,20(1):68 73.6 李 彦 芹 ,阚 振 荣 ,穆 淑 梅 .光 合 细 菌 研 究 进 展 J.河 北 大 学 学 报 (自 然 科 学 版 )， 2005， 25（ 5） ：554 560.7 杨 官 娥 ,张 肇 铭 ,熊 琦 ,等 .光 合 细 菌 化 学 成 分 和 生 理 活 性 研 究 进 展 J 中 草 药 ， 2005， 36（ 7） ： 1089