光合细菌的应用现状与发展前景

光合细菌的应用现状与发展前景

摘要：光合细菌因其分布广泛，自身无毒，且富含蛋白质，类胡萝卜素等多种营养物质，得到了广泛的应用。光合细菌的应用研究已经开展了很多年，其在生物制氢、水产养殖、污水处理等方面取得了极大的进展，但其发展前景依然广阔。笔者根据多年来各位学者的研究进行综合论述，以及对光合细菌的发展前景进行进一步的探讨与分析。

关键词:光合细菌应用现状发展前景

前言：

光合细菌（Photo Synthetic Bactteria,简称PSB）是地球上最早出现并具有原始光能合成系统的原核生物，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。光合细菌分布广泛，遍及江河、湖泊和海洋，具有固氮、制氢、固碳、脱硫等作用【1】。光合细菌生命力强，容易培养，生长繁殖速度快，本身无毒，富含蛋白质、维生素、类胡萝卜素等营养物质【1-2】。光合细菌发现于19世纪30年代，直到20世纪70年代开始才进行深入的研究，随着科学技术的不断发展，也极大地推动了光合细菌的研究。目前，光合细菌在生物制氢、水产养殖和污水处理等方面的研究取得了极为重大的进步。

1光合细菌生物制氢

随着社会的不断发展，石油、煤炭的大量使用，使得我们赖以生存的环境遭受了极大的破坏，故而寻找一种无污染可再生的清洁能源

刻不容缓。氢在氧化过程中只生成水，不产生任何的污染物，且能量密度高、热转化速率高、输送成本低等特点被认为是最理想的清洁能源，可极大地改善我们的生存环境。但是由于传统的制氢方法存在着耗能大、原料转化率低、污染环境等问题，一直制约着氢的大规模应用与发展。利用光合细菌生物制氢不仅耗能低、污染少且反应条件温和，受到了国内外大量研究者的关注。光合细菌制氢能将产氢与光能利用、有机物的去除联系在一起，是最具发展潜力的生物制氢方式之一。

利用光合细菌制氢，受到接种浓度和菌龄、产氢底物、光照、温度、PH、氮源种类及浓度等多种因素的影响。但在多年的实践研究中，学者们发现了一系列方法来改善光合细菌生物产氢。他们利用现代技术手段，筛选和改造了高产氢气的菌株，这是光合生物制氢研究的基础。另外，利用诱变和遗传工程技术对光合细菌的氢酶和固氮酶进行改造，对于提高光合细菌产氢效率有重要意义。由于光照的强度和形式对光合细菌产氢也具有直接的指导意义，而太阳光源难易满足大规模的产氢需要，因此通过改造光合系统可以有效的降低光合产氢过程中对光的依赖性。而利用多菌种混合产氢也是实现规模化产氢的另一重要手段【3】。

2 光合细菌在水产养殖方面的应用

2.1光合细菌在水产养殖的作用【4】

2.1.1改善水质

在水产养殖过程中，对于高密度的鱼虾等水生动物的养殖，往往

会投放过量的饲料以满足所有生物的需要，但是剩余的饲料沉积在池底，在各种腐败菌的分解作用下，产生许多有毒有害的物质，导致水体散发出恶臭，造成了严重的水体污染，导致鱼虾等水产品生长缓慢甚至死亡。养殖户往往通过换水的方式来缓解，但换水不仅增加了养殖户的生产成本，还不能从根本上解决问题。

研究表明【4】:光合细菌对各种有机物质、氨、胺、硫化氢等物质有极强的利用能力，能有效的改善养殖池的水质，从根本上解决高密度养殖时的水体污染问题，大大的节约生产成本。虽然在养殖池内会有少量的光合细菌，但远远不能满足高密度养殖的需要，因此在养殖过程中投放光合细菌能极大的改善水质，节约成本，提高收益。

2.1.2预防、减少疾病，提高存活率，提高产品品质

如2.1.1所述，投放光合细菌能大量减少水体中的有毒有害物质，即减少了这些有毒有害物质对于水生动物的毒害作用，减少了发病率，同时投放光合细菌使水生动物的有益菌群增加，而有害菌群的数量会随之减少，从另一方面预防疾病的发生，大大减少水产品的发病率。另外，光合细菌富含蛋白质、类胡萝卜素、维生素以及多种活性物质，养殖的水生动物摄食后会提高机体的免疫力，减少疾病的发生的种类和次数。同时光合细菌中的营养成分对于水生动物来说也是极好的养料，饲养效果优于饲料，其品质自然优于纯饲料喂养的水生动物。2.2 光合细菌对幼苗期的糙海参养殖的影响【5】

研究表明，在糙海参幼苗期时添加光合细菌能有效的提高糙海参的成活率和生长速率。由于糙海参不具有消化腺，但其肠道能分泌多

种消化酶【6】，从实验结果来看，虽然说光合细菌的浓度对于糙海参的的各种消化酶的活性酶无明显影响，但实验证明光合细菌能有效的增强糙海参的各种消化酶的活性。

3 光合细菌在污水处理方面的应用

在无数工厂的建立和人们越来越丰富的物质生活的背景下，每天工厂以及家庭产生的污水达到一个非常恐怖的数字，但污水的处理却十分的不易，对于小工厂和家庭来说，对污水进行处理再排放显然不太现实，所以就导致了工业废水的偷排以及生活废水的乱排，而正是这些做法，完全超出了大自然的自我调节能力，导致非常严重的水体污染，各种水生动物的死亡甚至是绝迹。由此看来，提高污水处理水平，减少污水处理成本势在必行，而利用光合细菌处理污水就是一种比较经济有效的方法之一。

3.1 光合细菌在污水处理中的脱氮除磷

氮在污水中的存在形式主要是有机氮、氨态氮、硝态氮以及亚硝态氮。在厌氧条件下，光合细菌依靠胞外蛋白酶水解，将污水中的有机氮转化为氨基酸，之后经脱氨基作用生成氨态氮，生成的氨态氮以及污水中原有的氨态氮均被同化进入光合细菌菌体中，供菌株生长繁殖。同时具有反硝化活性的光合细菌依靠多种还原酶。在同化作用下，硝酸盐与亚硝酸盐被转化为氨氮，可被菌体同化利用；在异化作用下，硝酸盐和亚硝酸盐被还原成气态氮，排出水体【7】。

污水中的磷以聚磷酸盐、正磷酸盐和有机磷等形式存在。在好氧条件下，光合细菌利用O2位电子受体进行有氧呼吸，在进行氧化分解

获得能量的同时超量吸收废水中的磷，并以聚磷酸盐的形式储存在细胞体内。

3.2 光合细菌在污水处理中的处理有机水

如今，高浓度的生活废水也是废水处理中的一大难题，其中富含高浓度难降解有机物，直接排放到大自然中会对环境造成极大的污染。而光合细菌在有氧和无氧条件下进行代谢，将废水中的有机物转化为水生动物生长所需的养料，对于净化水质，促进水体循环有极其重要的作用。

3.3 光合细菌在污水处理中的处理重金属废水

工业废水中比较常见的重金属有Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb、Zn、Mn、Co等。一般情况下，生物体细胞接触到重金属都会受到毒害，但是，光合细菌对于水体中的重金属离子有抗性，而且光合细菌对重金属的抗性还可以通过分子生物学的手段提高，虽然距离规模化的处理工业废水还有一段距离，但是光合细菌对于重金属的抗性以及辅基重金属离子的作用不容忽视。

4 发展前景：

虽然国内外对于光合细菌的研究已经进行了很长一段时间，而且取得了比较令人欣喜的成果，但不得不说在对于光合细菌的应用中还存在着比较多的难题。笔者认为，未来的光合细菌的应用应该侧重于其与环境治理方面与高效的水产养殖方面，这对于我们人类来说是极为重要的。环境是人类赖以生存的基础，环境的破坏必然影响到人类的生存发展，而高效的水产养殖也为未来的人口增长、食物短缺等问