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

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Q

4

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ω

3

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 P S B 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× 10

9

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5×10

6

个／毫升；鄂春宇

[5]

用塑料薄膜袋培养

PSB，培养密度达到2.5～3×10

5

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 × 10

10

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]

。

种类ω % ω/(μg.g-1)

粗蛋白粗脂肪可溶性糖粗纤维灰分 VB1 VB2 VB6 VB12 烟酸叶酸维生素光合细菌 65.15 7.18 20.31 2.78 4.28 12 50 5 21 125 30 65

小球藻 53.76 6.31 19.28 10.22 1.52 2.4 196 15 5.2 140 18 18-25

大豆 30.99 19.33 30.33 7.11 5.68 14.5 2.3 6.4 - 22 2.3 0.6

研究报告28

生命科学仪器 2007 第5卷/ 3月刊

研究报告

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:

CaCL

2

0.3g，MgSO

4

·7H

2

O0.5g，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。

2.3 光合细菌的培养

把菌种接种到灭好菌的培养基中，在三角瓶中

进行二级培养，每天摇晃几次。把 40L 的反应器中

加满自来水，放入通气管，盖上保鲜膜一起用次氯

酸杀菌消毒24小时，用硫代硫酸钠（1L次氯酸需要

150g硫代硫酸钠）来中和。以15%的接种量接入反

应器中，用泵通气培养，用分光光度计跟踪测量菌

液的密度，得到菌液的密度较高，而且反应器还可

以进一步放大。

3 光合细菌的应用

3.1 光合细菌在水产养殖中的应用

测定了池塘水中溶氧、pH、氨氮、亚硝酸盐氮

和COD 的变化情况，池水中的pH、溶氧不受光合细

菌的影响；对水中氨氮、亚硝态氮有降低作用，降

级率分别为 45%-52%、33%-43%，对有机物（COD）