光合细菌的应用

（一）光合细菌的应用

1.光合细菌的特点

光合细菌是一种有益微生物、有光能合成体系的原核生物，具有独特的光合作用。经光合作用，把二氧化碳固定转化为自体的碳素化合物，而进行生长繁殖。光合细菌能很好地利用低级的脂肪酸、氨基酸、糖类，在厌氧而明亮或好氧而黑暗的条件下都能生长、繁殖。光合细菌是功能多样、种类繁多的微生物，生长环境复杂，结构多样，是开发“生态农牧业”的主要微生物资源，可称为微生物生态环境保护的生力军。

我们研制生产的光合细菌以红螺细菌为主，利用微生物光合菌，在生长繁殖过程中能吸收、分解有毒有害物质，分解对人类有污染的氨、氮等。菌体生长繁殖，能分解有机污染物，改善有机物的分解途径，减少硫化氢释放量和胺类物质的产生。另一方面，抑制腐败菌的生长，控制了病原菌侵入，改善养殖生态环境，有除臭、防蝇、脱氨、防病、治病、改善饲料口味、促进消化吸收、刺激生长发育的作用。同时光合细菌在繁殖中产生的菌体蛋白（含维生素B₁₂、叶酸、生物素、辅酶A、菌体代谢物及促生长的未知因子等高营养生物），可以提高饲料的营养价值。从光合细菌饲料饲喂的效果上看，鱼吃了这种饲料，食量增加，生产速度快，并改善体色；鸡吃了这种饲料，鸡蛋皮增厚、色泽明显趋红，蛋黄颜色增深，蛋重增加；畜禽食之，成活率提高5%～7%，肉鸡增重8%～15%。同时有控制致病菌（大肠杆菌）侵入的作用。在水产养殖上，水域的污染能够净化，降解后不用换水，节约用水，起到净化水质、净化空气、净化环境的作用。光合细菌开发利用前景广阔，在种植业上，能促进稻谷根系发育，防止真菌引起的病害；在促进农作物生长上，光合细菌有固氮功能，与其他固氮菌共生共存时可以大大提高土壤肥力。光合细菌可作有机肥的菌种，可作叶面肥，可使农作物增产，改善土壤盐化、板结，并能利用硫化物、氨态氮和小分子等有机物进行光合作用，将有害的污染物变为营养物质被植物吸收，合成新的有机物。

2.光合细菌的培养与应用

（1）光合细菌的种类、形态、特点光合细菌是地球上最早出现的具有原始光能合成体系的原核生物。分布广，在土壤、沼泽、淡水和海水等环境中生存，甚至在高达90℃的温泉中、含盐30%的水体中也能找到它们的踪迹。生理类群多种多样，是细菌中最为复杂的菌群之一，用途极其广泛，愈来愈引起人们的关注和重视，在农牧业上的应用更为突出。

光合细菌在分类学上属于真细菌纲，红螺菌目，包括红螺菌科、着色菌科及绿曲菌科的许多种细菌。形态极为多样，主要有环形、卵形、杆状、半球形、螺旋状。大部分单个存在，仅有些微菌等属少数菌的菌体细胞间有细丝状相连，形成链状、丝状体。有些菌种的细胞形态易随培养条件和生长阶段不同而发生变化。一般环状细胞直径为0.3～0.6微米，杆状细胞为0.5～2.0微米，但也有些种类的细胞宽度可达4微米以上，长度为5～10微米，个别的可达到25～50微米。螺旋状细胞为0.1～ 5.0微米，个别的达到30～40微米。由此可以看出，光合细菌形态多样。光合色素种类也是多种多样的，细胞体内含有细菌叶绿素和类胡萝卜素的光合色素。随着光合色素的组成和数量不同，形成了菌种颜色的差异。

光合细菌的细菌叶绿素共有5种，它们都是含镁的卟啉衍生物，分别称为细菌叶绿素a、b、c、d、e，各自吸收特定波长的光。现已发现光合细菌中的类胡萝卜素有80多种。类胡萝卜素对于菌体的颜色起着决定性的作用，深红、红螺菌，菌体呈鲜红色、紫红色、红褐色。光合细菌生理类型多种多样，代谢类型复杂，是生理功能最为广泛的微生物群，各种光合细菌获取能量和采用有机质的能力不同。它们的代谢途径随环境变化发生改变。对氧的要求各有不同，有的厌氧，有的好氧，还有的微好氧，有的严格厌氧。光合菌在黑暗中，有的可以在有机化合物中发酵，有的不能发酵，所需生长因子也各有所需。光合细菌具有固氮、固碳、放氧、硫化物氧化等功能，这使得光合细菌在工农业、医药生产中有着重大的应用价值。

（2）光合细菌的培养光合细菌菌种，有条件的部门可以自己采集、分离、选育、培养、更生、复壮、扩繁；没有条件的，可引进、购买。一般微生物研究所都有菌种，也可到菌种保藏中心选购菌种，扩大培养、备用。

①光合细菌的培养基光合细菌培养基分种子培养基和生产培养基两种。种子培养基主要是采用RCVBN，以苹果酸或葡萄糖为碳源，硫酸铵和尿素为氮源，配以镁、钙、铁、磷等常量元素，铜、钴、锌、镍等微量元素和生长因子（可以用酵母膏和牛肉浸膏替代），按一定比例配制。生产培养基则以乙酸钠和硫酸铵作为碳、氮源，辅以一定量的镁、钠、磷等矿物质元素，其具体配方为：乙酸钠2克、硫酸铵1克、磷酸二氢钾0.5克、磷酸氢二钾0.6克、硫酸镁0.2克、氯化钠0.1克，以自来水分别溶解定容到1000毫升。为降低成本、变废为宝，生产培养基也可采用农副产品水解液和无毒害有机废水合理调整后进行光合细菌生产。

②pH值（酸碱度）光合细菌生长所需的pH值范围较宽，为微酸性到中性，以6.5～7.5为宜。在生产过程中pH值会逐渐变化，需用酸碱调节。

③光照光合细菌在厌氧条件下生长时需要光照。采用的光照设备为60～100瓦白炽灯。光源离培养物的距离以20～30厘米较为合适，过近易造成部分区域温度过高。另外，在进行大规模生产时，在保证温度适宜的条件下，白天可利用太阳光进行光照，晚间再以白炽灯照射，这样可以减少能耗，降低生产成本。

④温度光合细菌对温度适应范围也较广，以30℃左右生长最好。温度低于10℃生长缓慢，温度高于40℃往往易造成死亡。

⑤氧气光合细菌在光照条件下生长时，微氧条件比相对缺氧时生长快，菌体的营养成分相对较高。种子在玻璃瓶中培养时，采用棉塞封口，并摇晃数次即可。

（3）光合细菌生产技术

①培养基配制在培养基配制过程中，应严格控制各种元素的添加量，而且每种成分要依次溶解，以免因局部浓度过高产生沉淀。种子培养基要采用蒸馏水配制，并进行灭菌（121℃、20秒）。生产培养基可用自来水配制，不需灭菌。

②接种菌种的质量是接种后能否迅速生长的关键因素之一。培养时间过长，菌种老化，接种后易发生菌体自溶，导致生长缓慢甚至死亡。菌种培养时间依菌种的不同而定，以颜色鲜红、菌体悬浮均匀、不出现菌体沉淀的菌液作为接种物。

接种量是培养成败的另一关键因素。在种子培养过程中，接种量为2%～5%。生产过程中培养基不灭菌，为保证光合细菌生长优势，抑制杂菌生长，接种量以10%～15%为宜。接种量的大小还应依接种物的浓度进行合理选择。

③培养装置培养装置要求具有良好的透光性。种子培养可在玻璃瓶中进行，生产装置可利用玻璃或塑料大瓶或桶、塑料袋等，工业规模的则可采用管道生物反应器和光合培养池进行。

④培养工艺流程斜面原始种子→斜面活化种子→液体一级种子→液体二级种子→一级生产装置→二级生产装置→光合细菌成品。

工厂大规模培养光合细菌，培养基可选用工业有机废水，食品厂废渣、农产品副产物或动物粪便。

小麦麸皮酸化水解→离心去除麸皮渣，并中和水解液→光合细菌接种培养→菌体回收和纯化。将含有30%的小麦麸水混合液加36%的盐酸，通入蒸汽加压1×10⁵帕，恒温约121℃，4个小时水解。离心除去麸皮渣，将水解液加入不锈钢贮罐，用氨水中和使pH值为7，加酵母膏0.01%，以补充损失的维生素、生长素。冷却后注入中和罐，降温至40℃左右，用泵以18900升/小时速度把水解液由贮罐加入卧式光合培养罐（口径610厘米，由透明的聚氯乙烯制成）滞留24小时，白天用日光照射，夜间用400瓦白炽灯进行人工光照，用378升/小时的速度和原培养液量2%的比例连续向光合菌培养罐提供菌种，将培养好的光合细菌液经离心、喷雾、干燥获得菌种。若无连续培养器，也可用水泥池、聚氯乙烯桶代替厌氧培养器。培养液光合细菌液可以直接使用。

⑤固体载体光合细菌剂的制作固体载体光合细菌剂的制作方法为：分别以细麸皮、沸石粉、磷酸氢钙为载体，与菌液（自己制作的，平均每毫升含菌数30亿）混合。菌液与载体以重量比分别为1∶1、5∶2、5∶2搅拌均匀后，放入设定温度为34℃培养池排湿，启动风机，直至麸皮载体的水分低于10.4%、沸石粉载体水分低于6%、磷酸氢钙载体水分低于0.1%后停止排湿。然后，粉碎并过40目筛后包装。保质期为2个月（不变质，不失活）。

（4）光合细菌的应用

①养鸡添加麸皮载体剂20千克，或磷酸氢钙载体剂50千克，也可按情况搭配使用。

②养猪不论仔猪、中猪、肥猪，平均每头每天加麸皮载体剂50克。

③养鱼每个喂养期中，全池泼洒2次，投放时间为5—9月。每次每亩洒沸石粉载体剂10～12千克，投饵处多洒些。

④养虾看水质情况多次投放，整个生长期每次共投沸石粉载体剂200千克左右。

其他养殖动物可以参照使用。使用中要注意，因该菌剂有生物活性物质，使用中温度应底于40℃，并避免与消毒剂同时使用，使用消毒剂48小时后，才可使用本品制剂。

（5）光合细菌的应用效果

①光合细菌在农牧业中的应用光合细菌的生理生化功能包括固氮、固碳、放氢、硫化物氧化作用，还可以通过反硝化作用，除去水中亚硝酸铵等污染物。光合细菌利用光合作用，将土壤中的硫化氢和碳氢化合物中氢离子分解出来，变有害物质为无害物质，并和二氧化碳、氮等化合在一起，合成糖类、氨基酸类、维生素、生物活性物质（激素）等。为促进动植物生长和培肥土壤提供物质基础。光合菌群的光合作用，在叶子、土壤、水中都可以进行。它可以把土壤从太阳接受到的热能合成抗氧化物质、氨基酸、糖类和各种生理活性物质来促进植物的生长。这些被合成的物质不仅会被植物吸收，也会使土壤中的其他有益微生物活跃壮大起来，抗氧化物质能使有机肥料不臭而发出香味，使植物根部的活力加强，提高吸收养分的能力。

光合细菌有固氮能力，与其他固氮菌共存时，可大大提高土壤肥力，作为底肥、追肥或叶面肥，可使农作物增产，改善土壤盐化、板结，有利于根系发育。并能利用硫化物、氨态氮和小分子有机物进行光合作用，将有害污染物（如化肥和农药）变为营养物质，被植物吸收。光合细菌能增强作物抗病、防病能力，因为光合细菌含有抗细菌、抗病毒的物质——胰蛋白酶，它能促进放线菌等有益微生物增殖，抑制丝状有害菌群生长，从而有效地抑制某些植物病的发生与蔓延。而且可以防止瓜类腐烂、老化，从而延长储藏时间。光合细菌更适合应用于蔬菜种植，因为蔬菜保护地有着适宜的温度、较高的湿度，这些条件都非常利于光合细菌的生长，而光合细菌的生长又促进了有益微生物的生长，抑制有害菌群的生长，为蔬菜保护地创造了良好的微生态环境，利于大棚蔬菜健康生长。

②光合细菌在畜禽养殖中的应用提高雏鸡成活率，促进雏鸡生长。经实验，在雏鸡饮水中分别添加1000倍、500倍、300倍菌液，1个月后，雏鸡平均体重比对照组分别增重6.3%、14.2%、16.3%，存活率分别提高3.0%、6.0%、32%，且雏鸡冠红，羽毛光亮，外观明显好于对照组。

提高蛋鸡产蛋量，改善蛋品质。饮水500倍30亿/毫升，连续饲喂6个月，蛋黄呈橘红色，蛋壳红褐色，产蛋比对照组增加8%～10%，蛋重提高1.1%。

③在猪、牛养殖中的作用提高猪的抗病力，增加体重。母猪产仔到分群，饮水浓度为30亿/毫升光合细菌800倍稀释，仔猪基本控制黄、白痢，提高成活率8%，每头猪平均重23.5千克（对照组21.6千克）。

提高奶牛产奶量和肉牛抗病力。经实验用500～1000倍30亿/毫升光合细菌饮水，60天后奶牛日平均产奶量提高10%～ 15%，奶色白而稠，牛的外观毛顺有光泽，食欲良好。对患有胃肠病的肉牛，加光合细菌（PSB）的饲料，一周后完全康复，病情不出现反复。采食好，日增重比对照组增加0.1～0.2千克，净肉率提高0.3%～0.7%。