第一章光合細(xì)菌培養(yǎng)

第一章光合細(xì)菌培養(yǎng)第一節(jié)光合細(xì)菌生物學(xué)特征第二節(jié)光合細(xì)菌的分離、培養(yǎng)與保存第三節(jié)光合細(xì)菌的應(yīng)用概念光合細(xì)菌：又稱光養(yǎng)細(xì)菌，是能進(jìn)行光合作用的一群原核生物。廣義的光合細(xì)菌包括產(chǎn)氧光養(yǎng)細(xì)菌和不產(chǎn)氧光養(yǎng)細(xì)菌。產(chǎn)氧光養(yǎng)細(xì)菌，又叫藍(lán)細(xì)菌，也稱藍(lán)藻；不產(chǎn)氧光養(yǎng)細(xì)菌，即狹義的光合細(xì)菌。包括厭氧光合細(xì)菌和最近發(fā)現(xiàn)好氧不產(chǎn)氧光合細(xì)菌。第一節(jié)光合細(xì)菌生物學(xué)特征一、光合細(xì)菌分類二、光合細(xì)菌的形態(tài)結(jié)構(gòu)三、光合細(xì)菌的生理生化特征四、光合細(xì)菌的生態(tài)分布五、光合細(xì)菌在自然界中的作用六、光合細(xì)菌的營(yíng)養(yǎng)一、光合細(xì)菌分類

(一)綠色非硫細(xì)菌（又稱多細(xì)胞絲狀綠細(xì)菌）：屬于綠曲撓菌門，能利用各種有機(jī)物作碳源和光合作用的供氫體。（二）綠色硫細(xì)菌：屬綠菌門。特征是細(xì)胞單個(gè)存在，能以硫化氫或元素硫作為惟一電子供體。單細(xì)胞和培養(yǎng)物呈綠色或棕色。（三）螺旋桿菌科：屬厚壁菌門，培養(yǎng)物顏色為綠色?？衫锰荚瓷?，丙酮酸是最好的碳源。（四）紫色細(xì)菌：屬于變形菌門，1、著色菌科；2、外硫紅螺菌科。（五）好氧不產(chǎn)氧光合細(xì)菌（六）紫色非硫細(xì)菌常見屬簡(jiǎn)介（1）紅假單胞菌屬：水產(chǎn)上應(yīng)用最廣。（2）紅螺菌屬：水質(zhì)處理較常用。（3）紅細(xì)菌屬：處理廢水常用。二、光合細(xì)菌的形態(tài)結(jié)構(gòu)

光合細(xì)菌的菌體形態(tài)極其多樣，有球形、卵形、弧形、螺旋形、環(huán)形、半環(huán)形、絲形。有些種類可進(jìn)一步形成鏈形、格子形、網(wǎng)籃形。細(xì)胞的大小因種類不同而變化很大。光合細(xì)菌的細(xì)胞內(nèi)存在著色體或綠菌囊泡，光合細(xì)菌色素是它們的基本組成成分。三、光合細(xì)菌的生理生化特征

（一）色素組成：1、細(xì)菌葉綠素：簡(jiǎn)稱菌綠素。有6種，菌綠素a，菌綠素b，菌綠素c，菌綠素d，菌綠素e，菌綠素g.2、類胡蘿卜素：是光合生物的輔助色素，一方面具有光合作用活性，另一方面防止菌綠素遭光氧化損傷，即起光氧化的保護(hù)劑作用。（二）營(yíng)養(yǎng)代謝1、碳源：著色菌科和綠桿菌科的細(xì)菌，以硫化氫作為光合反應(yīng)的供氫體，以二氧化碳作為主要碳源；紫色非硫細(xì)菌以各種有機(jī)物作為供氫體，同時(shí)以這些有機(jī)物作用碳源利用。2、氮源：因固氮酶存在而具有固氮能力，是光合細(xì)菌這一類群的重要特征之一。一般可利用銨鹽、氨基氮甚至氮?dú)猓贁?shù)種類還利用硝酸鹽和尿素。3、生長(zhǎng)因子：紫色非硫細(xì)菌的細(xì)菌常需要某種B族維生素作為生長(zhǎng)因子。在光合細(xì)菌培養(yǎng)過程，通常加入0.2％的酵母膏。（三）分裂方式：絕大多數(shù)為二分裂方式進(jìn)行繁殖，僅少數(shù)例外。一種例外是出芽分裂方式，另一種是極性伸長(zhǎng)分裂。四、光合細(xì)菌的生態(tài)分布

（一）湖泊（二）氧化池（三）活性污泥槽（四）污水溝（五）海水（六）其他五、光合細(xì)菌在自然界中作用（一）光合細(xì)菌在自然界物質(zhì)循環(huán)中的作用光合細(xì)菌能利用太陽(yáng)能同化二氧化碳，固定分子氮，在自然界的碳、氮循環(huán)中起著重要的作用。同時(shí)，它們還能把下層水中殘留的有機(jī)物經(jīng)異養(yǎng)分解后產(chǎn)生有機(jī)酸、硫化氫和氨等作為合成菌體的基礎(chǔ)物質(zhì)，起著了凈化水質(zhì)的作用，有利于地球的水循環(huán)和水生生物的生長(zhǎng)繁殖。（二）光合細(xì)菌與其他生物的關(guān)系光合細(xì)菌富含多種氨基酸和維生素，可用作為各種水生動(dòng)物的餌料和飼料添加劑，構(gòu)成了生物界食物鏈的重要環(huán)節(jié)。而光合細(xì)菌和其他細(xì)菌、浮游生物的共生關(guān)系，使生物界更加和諧。六、光合細(xì)菌的營(yíng)養(yǎng)光合細(xì)菌的菌體無毒，營(yíng)養(yǎng)豐富，蛋白質(zhì)含量達(dá)64.15-66.0％，而且氨基酸組成齊全，含有機(jī)體必要的16種氨基酸，各種氨基酸的比例較合理。還含有豐富的B族維生素，尤其是維生素B12、葉酸、生物素等含量高，光合細(xì)菌中的生物素為d-異構(gòu)體，是具有活潑生理作用的活性維生素。作為生物體內(nèi)具有重要生理活性物質(zhì)的輔酶Q，在光合細(xì)菌中含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過其他生物。另外，光合細(xì)菌富含有大量的細(xì)菌葉綠素和類胡蘿卜素，目前，已從菌體中提取30種類胡蘿卜素，可作為天然色素的良好來源。。第二節(jié)光合細(xì)菌的分離、培養(yǎng)和保藏一、光合細(xì)菌的富集分離二、培養(yǎng)基三、光合細(xì)菌的大量培養(yǎng)四、光合細(xì)菌的保藏一、光合細(xì)菌的富集分離

（一）采樣自然界中被有機(jī)物污染的地方，都有光合細(xì)菌的存在?？梢詮暮拥?、湖底、養(yǎng)殖池泥土以及水田、溝渠、污水塘等地方泥土和豆制廠、淀粉廠、食品工業(yè)等廢水排水溝處澄黃色、粉紅色的塊狀沉積物的泥土中采集樣品，分離光合細(xì)菌。（二）富集培養(yǎng)1、液體培養(yǎng)基；2、適宜的溫度與光照條件；3、提供厭氣環(huán)境；4、培養(yǎng)時(shí)間1-3周。（三）分離方法1、富集菌液劃平板；2、厭氣培養(yǎng)缸，溫度25-35℃，光照40-60μE/（m2.s）;3、培養(yǎng)時(shí)間2-7天。二、培養(yǎng)基

1、紫硫細(xì)菌的富集培養(yǎng)基及制備2、綠桿菌科富集用基礎(chǔ)培養(yǎng)基3、紫色非硫細(xì)菌的富集與分離培養(yǎng)基二、培養(yǎng)基

培養(yǎng)基的組成因光合細(xì)菌的種類而異，但主要包括水分、氮源（無機(jī)氮和有機(jī)氮）、碳源（有機(jī)化合物和碳?xì)浠衔铮┑?。其次為微量元素：銅、鉀、鎂、硫、磷、氯等，有些還需添加生長(zhǎng)因子（B族維生素和某些氨基酸或核酸）。滅菌前用NaOH或HCI調(diào)節(jié)pH或在培養(yǎng)基中加入磷酸緩沖液以穩(wěn)定pH。培養(yǎng)基的固體、半固體和液體三種。固體在培養(yǎng)基中加入1.5-2.0％的瓊脂；半固體培養(yǎng)基是在液體培養(yǎng)基中加入0.3-0.6％的瓊脂。3、紫色非硫細(xì)菌的富集與分離培養(yǎng)基

③上水大培養(yǎng)基（張道南，1988）：用于紅螺菌科的培育CH3COONa3.0gKH2PO40.5gCH3CH2COONa0.3gK2HPO40.3gMgSO40.2gNaCl1.0g(NH4)2SO40.3g酵母膏0.1gMnSO4·7H2O2.5mg蛋白胨10mgCaCl2·2H2O50mg谷氨酸0.2mg總體積1000mlpH7.43、紫色非硫細(xì)菌的富集與分離培養(yǎng)基④R培養(yǎng)基（劉軍義，2003）：用于紅假單胞菌屬菌的培育。CH3CH2COONa3.0gNaCl5.0gNaHCO31.0gFeCl20.005gNH4Cl1.0gMgCl20.2gK2HPO40.5g總體積1000mlpH7.43、紫色非硫細(xì)菌的富集與分離培養(yǎng)基⑨紅球形菌配方：甘露醇1.5gNH4Cl0.4g葡萄糖酸鹽1.5g硫代硫酸鈉0.2gKH2PO40.4gSLA溶液（同3之①）1mlNaCl0.4gVA溶液（同3之①）1mlCaCl2·2H2O0.05g0.1%檸檬酸鐵5mlMgCl2·6H2O0.4g總體積1000ml

光合細(xì)菌培養(yǎng)基成份1、碳源：（1）無機(jī)物：NaHCO3（2）有機(jī)物：CH3COONa、CH3CH2COONa、葡萄糖、蘋果酸、CH3CH2OH2、氮源（1）無機(jī)物:NH4Cl、(NH4)2SO4

（2）有機(jī)物:蛋白胨、氨基酸、酵母膏3、生長(zhǎng)因子：B族維生素和某些氨基酸或核酸4、微量元素：銅、鉀、鎂、硫、磷、氯等5、磷酸緩沖液：KH2PO4、K2HPO46、還原劑：半胱氨酸、Na2S.9H2O三、光合細(xì)菌的大量培養(yǎng)（一）全封閉式的厭氣光照培養(yǎng)（二）開放式的微氣光照培養(yǎng)（三）培養(yǎng)流程（一）全封閉式的厭氣光照培養(yǎng)

采用無色透光的玻璃容器或塑料薄膜袋，經(jīng)消毒后，裝入消毒好的培養(yǎng)液，接入20-50％的菌種液，使整個(gè)容器被液體充滿，加蓋扎口，造成厭氣培養(yǎng)環(huán)境，置于有光的地方進(jìn)行培養(yǎng)，在適宜的溫度條件下，一般經(jīng)過5-10天的培養(yǎng)，即可達(dá)到指數(shù)生長(zhǎng)期高峰，便可擴(kuò)種或作為餌料。(二)開放式的微氣光照培養(yǎng)一般采用100-200升的白色塑料桶或鹵蟲孵化桶為培養(yǎng)容器，以底部成錐形并有排放開關(guān)的容器較理想，在底部裝一氣石，培養(yǎng)時(shí)微充氣，在培養(yǎng)容器上方裝一燈光[40μE(m2·s)]。容器經(jīng)消毒后，加入消毒好的培養(yǎng)液，接入20-50％的菌種母液，在適宜的溫度條件下，一般經(jīng)過7-10天的培養(yǎng)，即可達(dá)到指數(shù)生長(zhǎng)期高峰，便可擴(kuò)種或作為餌料。（三）培養(yǎng)流程

1、消毒滅菌2、培養(yǎng)基的配制3、接種4、培養(yǎng)管理1、消毒滅菌

（1）工具、容器的滅菌①高壓蒸氣滅菌：用121℃蒸氣壓力滅菌20-30min即可。②干熱滅菌：用烘干箱，通常于150~160℃滅菌2h。（2）培養(yǎng)基的滅菌①常壓蒸汽滅菌②過濾滅菌③高壓蒸汽滅菌2、培養(yǎng)基的配制

養(yǎng)光合細(xì)菌首先應(yīng)選擇一個(gè)能基本滿足培養(yǎng)種的生理生態(tài)特性和營(yíng)養(yǎng)要求、培養(yǎng)效果比較理想的培養(yǎng)基配方。如果培養(yǎng)的光合細(xì)菌是淡水種，菌種培養(yǎng)可用蒸餾水，生產(chǎn)性培養(yǎng)可用自來水或井水配制。如果培養(yǎng)的光合細(xì)菌是海水種，菌種培養(yǎng)則可用天然海水或人工海水配制。按培養(yǎng)基配方把所列物質(zhì)稱量，逐一溶解，混合，配成培養(yǎng)基。也可把部分組分配成母液，使用較方便。3、接種

培養(yǎng)基配制好后，立即進(jìn)行接種。光合細(xì)菌生產(chǎn)性培養(yǎng)的接種量比較高，一般為20%～50%，即菌種母液量和新培養(yǎng)液量之比為1/4，尤其微氣培養(yǎng)接種量應(yīng)高些，否則，光合細(xì)菌在培養(yǎng)液中很難占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，影響培養(yǎng)的最終產(chǎn)量和質(zhì)量。4、培養(yǎng)管理

（1）攪拌或充氣（2）調(diào)節(jié)光照（3）調(diào)查節(jié)溫度（4）調(diào)節(jié)酸堿度（5）檢查生長(zhǎng)情況（1）攪拌或充氣