第一章光合细菌培养

第一章光合细菌培养第一节光合细菌生物学特征第二节光合细菌的分离、培养与保存第三节光合细菌的应用概念光合细菌：又称光养细菌，是能进行光合作用的一群原核生物。广义的光合细菌包括产氧光养细菌和不产氧光养细菌。产氧光养细菌，又叫蓝细菌，也称蓝藻；不产氧光养细菌，即狭义的光合细菌。包括厌氧光合细菌和最近发现好氧不产氧光合细菌。第一节光合细菌生物学特征一、光合细菌分类二、光合细菌的形态结构三、光合细菌的生理生化特征四、光合细菌的生态分布五、光合细菌在自然界中的作用六、光合细菌的营养一、光合细菌分类

(一)绿色非硫细菌（又称多细胞丝状绿细菌）：属于绿曲挠菌门，能利用各种有机物作碳源和光合作用的供氢体。（二）绿色硫细菌：属绿菌门。特征是细胞单个存在，能以硫化氢或元素硫作为惟一电子供体。单细胞和培养物呈绿色或棕色。（三）螺旋杆菌科：属厚壁菌门，培养物颜色为绿色。可利用碳源少，丙酮酸是最好的碳源。（四）紫色细菌：属于变形菌门，1、着色菌科；2、外硫红螺菌科。（五）好氧不产氧光合细菌（六）紫色非硫细菌常见属简介（1）红假单胞菌属：水产上应用最广。（2）红螺菌属：水质处理较常用。（3）红细菌属：处理废水常用。二、光合细菌的形态结构

光合细菌的菌体形态极其多样，有球形、卵形、弧形、螺旋形、环形、半环形、丝形。有些种类可进一步形成链形、格子形、网篮形。细胞的大小因种类不同而变化很大。光合细菌的细胞内存在着色体或绿菌囊泡，光合细菌色素是它们的基本组成成分。三、光合细菌的生理生化特征

（一）色素组成：1、细菌叶绿素：简称菌绿素。有6种，菌绿素a，菌绿素b，菌绿素c，菌绿素d，菌绿素e，菌绿素g.2、类胡萝卜素：是光合生物的辅助色素，一方面具有光合作用活性，另一方面防止菌绿素遭光氧化损伤，即起光氧化的保护剂作用。（二）营养代谢1、碳源：着色菌科和绿杆菌科的细菌，以硫化氢作为光合反应的供氢体，以二氧化碳作为主要碳源；紫色非硫细菌以各种有机物作为供氢体，同时以这些有机物作用碳源利用。2、氮源：因固氮酶存在而具有固氮能力，是光合细菌这一类群的重要特征之一。一般可利用铵盐、氨基氮甚至氮气，少数种类还利用硝酸盐和尿素。3、生长因子：紫色非硫细菌的细菌常需要某种B族维生素作为生长因子。在光合细菌培养过程，通常加入0.2％的酵母膏。（三）分裂方式：绝大多数为二分裂方式进行繁殖，仅少数例外。一种例外是出芽分裂方式，另一种是极性伸长分裂。四、光合细菌的生态分布

（一）湖泊（二）氧化池（三）活性污泥槽（四）污水沟（五）海水（六）其他五、光合细菌在自然界中作用（一）光合细菌在自然界物质循环中的作用光合细菌能利用太阳能同化二氧化碳，固定分子氮，在自然界的碳、氮循环中起着重要的作用。同时，它们还能把下层水中残留的有机物经异养分解后产生有机酸、硫化氢和氨等作为合成菌体的基础物质，起着了净化水质的作用，有利于地球的水循环和水生生物的生长繁殖。（二）光合细菌与其他生物的关系光合细菌富含多种氨基酸和维生素，可用作为各种水生动物的饵料和饲料添加剂，构成了生物界食物链的重要环节。而光合细菌和其他细菌、浮游生物的共生关系，使生物界更加和谐。六、光合细菌的营养光合细菌的菌体无毒，营养丰富，蛋白质含量达64.15-66.0％，而且氨基酸组成齐全，含有机体必要的16种氨基酸，各种氨基酸的比例较合理。还含有丰富的B族维生素，尤其是维生素B12、叶酸、生物素等含量高，光合细菌中的生物素为d-异构体，是具有活泼生理作用的活性维生素。作为生物体内具有重要生理活性物质的辅酶Q，在光合细菌中含量远远超过其他生物。另外，光合细菌富含有大量的细菌叶绿素和类胡萝卜素，目前，已从菌体中提取30种类胡萝卜素，可作为天然色素的良好来源。。第二节光合细菌的分离、培养和保藏一、光合细菌的富集分离二、培养基三、光合细菌的大量培养四、光合细菌的保藏一、光合细菌的富集分离

（一）采样自然界中被有机物污染的地方，都有光合细菌的存在。可以从河底、湖底、养殖池泥土以及水田、沟渠、污水塘等地方泥土和豆制厂、淀粉厂、食品工业等废水排水沟处澄黄色、粉红色的块状沉积物的泥土中采集样品，分离光合细菌。（二）富集培养1、液体培养基；2、适宜的温度与光照条件；3、提供厌气环境；4、培养时间1-3周。（三）分离方法1、富集菌液划平板；2、厌气培养缸，温度25-35℃，光照40-60µE/（m2.s）;3、培养时间2-7天。二、培养基

1、紫硫细菌的富集培养基及制备2、绿杆菌科富集用基础培养基3、紫色非硫细菌的富集与分离培养基二、培养基

培养基的组成因光合细菌的种类而异，但主要包括水分、氮源（无机氮和有机氮）、碳源（有机化合物和碳氢化合物）等。其次为微量元素：铜、钾、镁、硫、磷、氯等，有些还需添加生长因子（B族维生素和某些氨基酸或核酸）。灭菌前用NaOH或HCI调节pH或在培养基中加入磷酸缓冲液以稳定pH。培养基的固体、半固体和液体三种。固体在培养基中加入1.5-2.0％的琼脂；半固体培养基是在液体培养基中加入0.3-0.6％的琼脂。3、紫色非硫细菌的富集与分离培养基

③上水大培养基（张道南，1988）：用于红螺菌科的培育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总体积1000mlpH7.43、紫色非硫细菌的富集与分离培养基④R培养基（刘军义，2003）：用于红假单胞菌属菌的培育。CH3CH2COONa3.0gNaCl5.0gNaHCO31.0gFeCl20.005gNH4Cl1.0gMgCl20.2gK2HPO40.5g总体积1000mlpH7.43、紫色非硫细菌的富集与分离培养基⑨红球形菌配方：甘露醇1.5gNH4Cl0.4g葡萄糖酸盐1.5g硫代硫酸钠0.2gKH2PO40.4gSLA溶液（同3之①）1mlNaCl0.4gVA溶液（同3之①）1mlCaCl2·2H2O0.05g0.1%柠檬酸铁5mlMgCl2·6H2O0.4g总体积1000ml

光合细菌培养基成份1、碳源：（1）无机物：NaHCO3（2）有机物：CH3COONa、CH3CH2COONa、葡萄糖、苹果酸、CH3CH2OH2、氮源（1）无机物:NH4Cl、(NH4)2SO4

（2）有机物:蛋白胨、氨基酸、酵母膏3、生长因子：B族维生素和某些氨基酸或核酸4、微量元素：铜、钾、镁、硫、磷、氯等5、磷酸缓冲液：KH2PO4、K2HPO46、还原剂：半胱氨酸、Na2S.9H2O三、光合细菌的大量培养（一）全封闭式的厌气光照培养（二）开放式的微气光照培养（三）培养流程（一）全封闭式的厌气光照培养

采用无色透光的玻璃容器或塑料薄膜袋，经消毒后，装入消毒好的培养液，接入20-50％的菌种液，使整个容器被液体充满，加盖扎口，造成厌气培养环境，置于有光的地方进行培养，在适宜的温度条件下，一般经过5-10天的培养，即可达到指数生长期高峰，便可扩种或作为饵料。(二)开放式的微气光照培养一般采用100-200升的白色塑料桶或卤虫孵化桶为培养容器，以底部成锥形并有排放开关的容器较理想，在底部装一气石，培养时微充气，在培养容器上方装一灯光[40μE(m2·s)]。容器经消毒后，加入消毒好的培养液，接入20-50％的菌种母液，在适宜的温度条件下，一般经过7-10天的培养，即可达到指数生长期高峰，便可扩种或作为饵料。（三）培养流程

1、消毒灭菌2、培养基的配制3、接种4、培养管理1、消毒灭菌

（1）工具、容器的灭菌①高压蒸气灭菌：用121℃蒸气压力灭菌20-30min即可。②干热灭菌：用烘干箱，通常于150~160℃灭菌2h。（2）培养基的灭菌①常压蒸汽灭菌②过滤灭菌③高压蒸汽灭菌2、培养基的配制

养光合细菌首先应选择一个能基本满足培养种的生理生态特性和营养要求、培养效果比较理想的培养基配方。如果培养的光合细菌是淡水种，菌种培养可用蒸馏水，生产性培养可用自来水或井水配制。如果培养的光合细菌是海水种，菌种培养则可用天然海水或人工海水配制。按培养基配方把所列物质称量，逐一溶解，混合，配成培养基。也可把部分组分配成母液，使用较方便。3、接种

培养基配制好后，立即进行接种。光合细菌生产性培养的接种量比较高，一般为20%～50%，即菌种母液量和新培养液量之比为1/4，尤其微气培养接种量应高些，否则，光合细菌在培养液中很难占绝对优势，影响培养的最终产量和质量。4、培养管理

（1）搅拌或充气（2）调节光照（3）调查节温度（4）调节酸碱度（5）检查生长情况（1）搅拌或充气