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光合細菌(Photosynthetic bacteria,簡稱PSB)是具有原始光能合成體系的原核生物的總稱,是一類以光作為能源、能在厭氧光照或好氧黑暗條件下利用自然界中的有機物、硫化物、氨等作為供氫體兼碳源進行光合作用的微生物。

1 光合細菌 -名詞定義

中文名稱:光合細菌 

英文名稱:photosynthetic bacteria 

定義:利用光能和二氧化碳維持自養生活的有色細菌。 

應用學科:海洋科技(一級學科);海洋科學(二級學科);海洋生物學(三級學科) 

2 光合細菌 -概述


光合細菌(Photosynthetic bacteria,簡稱PSB)是具有原始光能合成體系的原核生物的總稱,是一類以光作為能源、能在厭氧光照或好氧黑暗條件下利用自然界中的有機物、硫化物、氨等作為供氫體兼碳源進行光合作用的微生物。 PSB的菌體無毒,營養豐富,蛋白質含量高達64.15%-66.0%,而且氨基酸組成齊全,含有機體需要的8種必需氨基酸,各種氨基酸的比例也比較合理。PSB還含有豐富的B族維生素,其含量見表1。PSB菌體內含有較高濃度的類胡蘿素且種類繁多。迄今已從光合細菌中分離出80種以上的類胡蘿蔔素。
光合細菌光合細菌

除此之外,細胞內還含有碳素儲存物質糖原和聚β一羥基丁酸、輔酶Q、抗病毒物質和生長促進因子,具有很高的飼料價值,在養殖業上有廣闊的應用前景。 PSB在厭氧光照條件下,能利用低級脂肪酸、多種二羧酸、醇類、糖類、芳香族化合物等低分子有機物作為光合作用的電子受體,進行光能異養生長。在黑暗條件下能利用有機物作為呼吸基質進行好氧或異養生長。光合細菌不僅能在厭氧光照下利用光能同化CO2,而且還能在某些條件下進行固氮作用和在固氮酶作用下產氫。另外,有些菌種在黑暗厭氧條件下經丙酮酸代謝系統作用也可產氫。光合細菌還能利用許多有機物質如有機酸。醇、糖類轉化某些有毒物質如 H2S和某些芳香族化合物等。 PSB通過生物轉化,可合成無毒、無副作用且富含各類營養物質的菌體蛋白,不僅改善了生態環境,還為養殖業提供了高質量的飼料原料。 PSB菌體中對動物生長有促進作用的維生素B12、生物素、泛酸、類胡蘿蔔素、葉綠素以及與造血、血紅蛋白形成有關的葉酸的含量遠高於一般微生物,尤其含有人工不能合成的生物素D一異構體。這些物質在動物機體內都具有顯著生理活性 在水產養殖中,養殖池按水中溶解氧含量的大小由表層向底部可分為好氧區和厭氧區。表層生物繁殖旺盛,水質一般較好;底層則積累了魚蝦的排泄物和未消耗盡的食物殘料,有機質豐富,造成微生物的大量繁殖,消耗了水中大量的氧氣,導致地底層形成無氧環境,硫酸鹽還原菌大量繁殖,產生對魚蝦有毒害作用的硫化氫、酸性物質等。養殖地底層的這種環境正好是適於光合細菌生存的條件一是具有厭氧條件,二是光線通過上面覆蓋的有氧水層這個光線過濾器,使光合細菌可以吸收到適宜生長的450-550μm波長光。光合細菌利用地底的魚蝦排泄物、食物殘料以及有毒有害的硫化氫、酸性物質作為基質大量繁殖,提高水體中溶解氧含量,調節pH,並使氨氮。亞硝酸態氮、硝酸態氮含量降低,池底淤泥蓄積量減少,有益於藻類和微型生物數量的增加,使水體得以凈化。 PSB可進行光合成、有氧呼吸、固氮、固碳等生理機能,且富含蛋白質、維生素、促生長因子、免疫因子等營養成分,在功能上可與抗生素相媲美,並且更具有安全性,是生物工程具有前景的研究領域之一。光合細菌製劑還具有獨特的抗病、促生長功能,大大提高了生產性能,在應用方面顯示了越來越巨大的潛力。其它在凈化水質、魚蝦養殖、畜禽飼養、有機肥料及新能源的開發方面有著廣闊的應用前景。

3 光合細菌 -分類

自然界中能以光合作用產能的細菌根據它們所含光合色素和電子供體的不同而分為產氧光合細菌(藍細菌、原綠菌)和不產氧光合細菌(紫色細菌和綠色細菌)。

  (1) 藍細菌(Cyanobacter)

藍細菌藍細菌


  這是一類含有葉綠素 a 、以水作為供氫體和電子供體、通過光合作用將光能轉變成化學能、同化CO2為有機物質的光合細菌。由於它們具有與植物相同的光合作用系統,歷史上曾被藻類學家歸為藻類,稱為藍藻。對藍細菌細胞結構的研究表明,藍細菌的細胞核不具有核膜,沒有有絲分裂器,細胞壁由含有二氨基庚二酸的肽聚糖和脂多糖層構成,革蘭氏染色陰性,分泌粘液層、莢膜或形成鞘衣,細胞內含有70S核糖體,雖具有葉綠素的光合色素,但不形成葉綠體,進行光合作用的部位是含有葉綠素a、β- 胡蘿蔔素、類胡蘿蔔素、藻膽素(包括藻藍素和藻紅素)的類囊體(thylakoids)。 藍細菌的這些與原核生物相近的特徵,使它們成為細菌家族的一員。以藻藍素佔優勢的色素使細胞呈現特殊的藍色,故而得名為藍細菌。按形態可分為5大類群,包括29個屬。藍細菌的細胞大小差異懸殊,最小的聚球藍細菌屬(Synechococcus)其直徑僅為 0.5 -1μ m, 而大顫藍菌屬(Oscillatoria)可超過60 μ m 。藍細菌在自然界中的分佈極廣,河流、湖泊和海水等水域中常見。藍細菌的營養極為簡單,不需要維生素,以硝酸鹽或氨作為氮源,多數能固氮,在水稻田中培養藍細菌可保持和提高土壤肥力。一些實驗證明將藍細菌作為食物和輔助營養物,可用於治療肝硬化、貧血、白內障、青光眼、胰腺炎等疾病。對糖尿病、肝炎也有一定的療效。藍細菌有別於真核生物的放氧光合作用,可能是地球上生命進化過程中第一個產氧的光合生物,對地球上從無氧到有氧的轉變、真核生物的進化起著里程碑式的作用。


  (2) 紫色細菌 (purple bacteria)

紫色細菌紫色細菌


  這是一群含有菌綠素和類胡蘿蔔素、能進行光合作用、光合內膜多樣、以硫化物或硫酸鹽作為電子供體、沉積硫的光能自養型細菌。因含有不同類型的類胡蘿蔔素,細胞培養液呈紫色、紅色、橙褐色、黃褐色,故稱為紫色細菌。紅螺菌屬(Rhodospirillum)、紅假單胞菌屬(Rhodopseudomonas)和紅微菌屬(Rhodomicrobium),曾被認為不能利用硫化物作為電子供體以還原CO2構成細胞物質,所以一直稱它們為非硫紫色細菌。後來發現,這些細菌的大多數尚可以利用低濃度的硫化物,現歸為紫色硫細菌。多分佈在淡水、海水和高鹽等含有可溶性有機物和低氧壓的水生環境中,也常見於潮濕的土壤和水稻田中。

4 光合細菌 -生物學特性


光合細菌光合細菌
光合細菌廣泛分佈於自然界的土壤、水田、沼澤、湖泊、江海等處,主要分佈於水生環境中光線能透射到的缺氧區。光合細菌的適宜水溫為15—400C,最適水溫為28­­­­­­­­—360C。它的細胞干物質中蛋白質含量高達到60%以上,其蛋白質氨基酸組成比較齊全,細胞中還含有多種維生素,尤其是B族維生素極為豐富,Vb2、葉酸、泛酸、生物素的含量也較高,同時還含有大量的類胡蘿蔔素、輔酶Q等生理活性物質。因此,光合細菌具有很高的營養價值,這正是它在水產養殖中作為培水餌料及作為飼料添加成分物質基礎。

光合細菌在有光照缺氧的環境中能進行光合作用,利用光能進行光合作用,利用光能同化二氧化碳,與綠色植物不同的是,它們的光合作用是不產氧的。光合細菌細胞內只有一個光系統,即PSI,光合作用的原始供氫體不是水,而是H2S (或一些有機物),這樣它進行光合作用的結果是產生了H2,分解有機物,同時還能固定空氣的分子氮生氨。光合細菌在自身的同化代謝過程中,又完成了產氫、固氮、分解有機物三個自然界物質循環中極為重要的化學過程。這些獨特的生理特性使它們在生態系統中的地位顯得極為重要。

5 光合細菌 -作用


在自然界淡、海水中通常每毫升含有近百個PSB菌,它們在水中光照條件下可直接利用有機酸、氨基酸、氨和醣類等有機物,並使自身得以增殖,同進凈化了水體。

1、有效地將氨態氮、亞硝基氮、硫化氫等有害物質吸收,促進有機物循環,凈化水質。
2、形成優勢群落,維護水體微生態平衡,抑制病原微生物繁殖,預防水生動物發病,可克服消毒劑的缺點,有效降解水體
的有害化學物質。
3、培養浮游動物,增加天然餌料,降低餌料分數。
4、提高水體透明度,促進浮游植物的光合作用,間接增氧。
5、促進水生動物生長速度,改善水生動物機體代謝,強化其免疫系統,提高其免疫力和抗病力。

6.藍細菌與水體環境質量關係密切,在水體生長旺盛時,能使水色變藍或其他顏色,並且有的藍細菌能發出草腥味或霉味。湖波中常見的藍細菌有銅綠微囊藻、曲魚腥藻等。某些種屬的藍細菌大量繁殖會引起「水華」(淡水水體)或「赤潮」(海水),導致水質惡化,引起一系列環境問題。在污水中或潮濕的土地上常見的有灰顫藻或巨顫藻。藍細菌中的許多類群具有固定空氣中氮的能力,目前已發現的固氮藍細菌多達120多種。藍細菌能在固體表面形成「墊狀體」。一些藍細菌還能與真菌。苔蘚、蕨類和種子植物共生,如地衣是藍細菌與真菌的共生體。

7.在50億年前,地球本是無氧的環境,使地球由無氧環境轉化為有氧環境是由於藍細菌出現併產氧所致。科學家們認為,植物中的葉綠體起源於細胞吞入的藍細菌,並與之共存。現在生機盎然的生命世界,光合細菌做出了巨大的貢獻。

6 光合細菌 -光合細菌在生產上的應用

凈化水質

  近年來,隨著水產養殖業的發展,水產養殖單位產量大幅度提高,但水質污染嚴重,特別是飼養後期,水中有機物、氨及亞硝酸鹽含量偏高,嚴重影響了魚的生長。光合細菌施入水體后,它可降解水體中的殘存飼料、魚類的糞便及其它有機物;同時,還能吸收利用水體中的氨、亞硝酸鹽、硫化氫等有害物質。施用光合細菌,能有效避免固體有機物和有害物質的積累,起到凈化水質的作用。

作為魚苗的開口飼料和飼料添加劑

  光合細菌是一種營養豐富、營養價值高的細菌,菌體含有豐富的氨基酸、葉酸、b族維生素,尤其是維生素b12和生物素含量較高,還有生理活性物質輔酶Q。光合細菌的體積為小球藻的二十分之一,特別適合作為剛孵出仔魚的開口餌料。使用光合細菌作為開口餌料,可大幅度提高魚苗成活率。光合細菌還可作為飼料添加劑添加在飼料中,光合細菌所含的酶類,可以促進魚類對飼料的消化吸收,提高飼料利用率,降低餌料係數,同時還可顯著提高魚的生長速度。

減少魚類病害的發生

  光合細菌施入水體后,迅速繁殖成為水體中的優勢細菌種群,既改善了水質,又抑制了有害病菌的生長和繁殖,降低了有害病菌數量,從而減少了魚類病害的發生。光合細菌的防病效果非常有效。

7 光合細菌 -使用光合細菌產品的注意事項


  1、不能與抗生素及消毒劑混用,如已使用確認其失效后才可使用本品。
  2、使用本品后,三天內不要換水。
  3、使用本品的池塘應比平時減少25%的換水量。
  4、靈活掌握使用的連續性與用量,使其保持應有的群體優勢。
  六、貯存於陰涼通風乾燥處,保質期24個月。

8 光合細菌 -參考資料

資料來源廣州農牧開發有限公司  http://huatian.aweb.cn/

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