光合细菌培养条件的研究

张峰峰　周　可　赵玉洁　谢凤行　李亚玲

摘要:对光合细菌(PSB)培养的最适光照、温度、pH值、最佳接种量等条件进行了系统研究,结果表明:PSB生长环境的光照强度越大,生长速度越快,生物量也越大;其最适生长温度为30 ℃,最适 pH 值为7.5～8.5,最佳接种量为20%。

关键词:光合细菌;培养条件;生长

中图分类号:Q939.11文献标识码:A文章编号:1006-6500(2009)02-0009-03

Study on Culture Condition of Photosynthetic Bacteria

ZHANG Feng-feng,ZHOU Ke,ZHAO Yu-jie,XIE Feng-xing,,LI Ya-ling

(Tianjin Research Center of Agricultural Biotechnology,Tianjin 300192,China)

Abstract:The effects of temperature, illumination, pH and inoculation on photosynthetic bacteria growth were studied. The results showed that the bacteria could grow quickly as the illumination increasing. The optimal ferment conditions of PSB were temperature 30 ℃, pH7.5～8.5 andinoculation 20%.

Key words: photosynthetic bacteria;culture condition;growth

光合细菌(Photosynthetic Bacteria,简称PSB)是一类能够在厌氧光照条件下,以小分子有机化合物或二氧化碳为碳源进行光合作用的原核生物的总称[1],可分为绿硫细菌、红硫细菌和红螺菌,前两种为光能自养菌,后者为光能异养菌。光合细菌能以光作为能源,以CO2或有机物作为营养碳源进行繁殖,能利用太阳能同化CO2,在不同的自然条件下具有不同的功能,如固氮、固碳、放氢等[2,3],在自然界的物质循环中起着重要作用。光合细菌菌体含有丰富的蛋白质、氨基酸、生物必需的维生素、抗病毒活性因子、辅酶Q10以及多种生理活性物质[4],能够提供生物体所必需的营养,促进动植物生长[5],增强其抗病机能[6-8],减少疾病的发生,提高生物存活率。它还可以通过光合作用,维持物质循环,降解废弃有毒物[9],起到净化水质和环境的作用[10,11],确保人类的健康,所以已经在许多科学领域内引起了人们的高度重视。本研究以光合细菌为研究对象,着重考察了各个培养条件对光合细菌生长的影响。

1材料和方法

1.1材 料

1.1.1菌种来源PSB菌种为本课题组从养殖池中分离获得并培养保存,经鉴定为红螺菌科红假单孢菌属(Rhodopseudomonas)。显微镜下观察,菌种形态为短杆状或卵圆形。

1.1.2优化培养基成分:CH₃COONa 3.0 g,NH₄Cl 1.0 g,NaC1 1.0 g,MgSO₄ 0.2 g,KH₂PO₄ 0.5 g,K₂HPO₄ 0.5 g,CaCl₂ 0.05 g,酵母膏0.5 g,微量元素1 mL,蒸馏水 1 000 mL。微量元素溶液组成为:EDTA-2Na 2 g,FeSO₄·7H₂O 0.2 g,MnC₁₂·4H₂O 0.1 g,H₃BO₃ 0.1 g,CoC₁₂·6H₂O 0.1 g,ZnC₁₂ 0.1 g,Na₂MoO₄·2H₂O 0.02 g,NiC₁₂·6H₂O 0.02 g,CuC₁₂·2H₂O 0.01 g,蒸馏水1 000 mL。

1.2光合细菌的培养

光合细菌的培养采用优化培养基,灭菌后备用。PSB菌种活化后接种于三角烧杯培养基中,pH值7.5,温度控制在30 ℃左右,培养5 d,作为种子液使用。以淡水配制光合细菌培养液,接种PSB菌种种子液,置于人工光源和自然光源下进行室内厌氧光照培养,探究其生长情况。

1.3测定指标及方法

光强的测定:ZDS-10型照度计,测定时在培养箱的四周各取3个点,测定光强后取平均值;pH值测定:PHS-3C型pH计;菌数:血球计数板直接镜检法。

2结果与分析

2.1 光照强度对光合细菌生长的影响

利用白炽灯和自然光源对多柱塔式光合生物反应装置中的光合细菌进行光照培养,接种量为20%,温度室温(测定平均值为22.3 ℃),pH值恒定为7.5。每个处理2次重复,用照度计测量光照强度,每柱正、反面上下4个值,取平均值,根据测定结果调节光照,使各个处理最终的光照平均值保持在设定值左右。

由图1可以看出,PSB在光照强度1 000～6 000 lx范围内都可以生长,在第1天到第5天光合细菌的生长处于延迟期,而第5天后光合细菌进入直线生长期,第8天以后光合细菌数量逐渐减少,进入衰老期。不同的光强度下光合菌的生长又有一些微小的差异,在6 000 lx光照强度下,光合细菌的浓度最大,可达到4.2×109个/mL,且于第7天就达到最高值。而在1 000 lx光照强度下,光合细菌的浓度最小,可达到2.55×109个/mL,且于第9天才达到最高值。说明光照强度越大,光合细菌的生长速度越快,生物量也越大。而自然光源太阳光提供的光照强度远远大于白炽灯,因此,在进行大规模光合细菌生产时,选择太阳光是既经济又优质的光源。

2.2温度对光合细菌生长的影响

试验共设15,20,25,30,35 ℃ 5个处理,每个处理3次重复。按20%的比例接种后将不同的处理放到不同温度的培养箱中,用60 W灯泡给予人工光照(光强大约在2 500 lx左右)。

从图2可以看出,PSB在15～35 ℃的温度范围内都能生长,但不同温度处理下光合细菌进入对数生长期的时间有所不同,25 ℃、30 ℃和35 ℃的处理在试验的第1天就进入对数生长期,第4天达到最大值,20 ℃的处理在试验第3天进入对数生长期,第5天达到最大值,而15 ℃的处理到试验的第7天才进入对数生长期,第9天才达到最高值。比较不同温度处理下的菌数,30 ℃处理的菌液在各个取样点的菌数都高于其它处理,15 ℃处理的菌液各取样点的菌数最低。因此,可以推断光合细菌在30 ℃下生长相对较快且最终单位体积的活菌数相对较大,25 ℃的其次。在20 ℃和35 ℃处理下,光合细菌的生长量明显低于30 ℃,说明低温和高温对光合细菌的生长有一定的抑制作用。通过本试验可以得知,在以后大规模的生产当中如果在光照条件较好的情况下,温度控制在30 ℃左右,4 d就能终止光合细菌的培养,用于各种试验需要。

2.3培养基pH值对光合细菌生长的影响

利用白炽灯和自然光源对多柱塔式光合生物反应装置中的光合细菌进行光照培养,接种量为20%,温度室温(测定平均值为24.6 ℃),光照强度为3 589 lx(测定的平均值)。pH值共设7.5,8.0,8.5,9.0共4个处理,每个处理2次重复,试验过程调节pH值为设定值。

从图3可以看出,随着时间的推移,光合细菌菌数逐渐增加,在第7天基本上进入稳定期,到试验后期有下降趋势。但不同pH值条件下也有微小差异,在pH值为8.5条件下到第7天菌数达到最高值,而在pH值为7.5,8.0条件下到第8天菌液菌数达到最高值,而试验后期pH值为9.0的处理其菌数显著低于其它3个处理,根据以上的结果我们可以推断出光合细菌最适生长的pH值为8.5,最适宜的pH值范围为7.5～8.5。

2.4接种量对光合细菌生长的影响

利用白炽灯和自然光源对多柱塔式光合生物反应装置中的光合细菌进行光照培养,pH值7.5,温度室温(测定平均值为22.1 ℃),光照强度为4 360 lx(测定的平均值)。接种量共设5%,10%,20%,30%,40%,50% 6个处理,每个处理2次重复。

从图4得知,接种量越高,光合细菌的生长越快,达到最大细菌生物量的时间越短。比较不同接种量对菌液最终浓度的影响发现,接种量在20%～50%时对最终的细菌生物量影响不大,而在5%～10%时有少量污染。虽然接种量大、生长周期较短,但成本高;接种量小,生长周期有所延长,但成本降低,因此,大规模生产中综合考虑各方面因素,采用20%接种量比较适宜。

3结 论

在培养过程中,光照强度、温度,培养液的pH值以及接种量对光合细菌生长的影响比较大。自然光源要好于人工光源,易于光合细菌形成优势生长。光照强度越大,光合细菌的生长速度越快,生物量也越大。温度控制在30 ℃左右,光合细菌生长最好, pH值的大小对光合细菌生长的影响比较明显,其最适生长的pH值为8.5,最适宜的pH值范围为7.5～8.5,过大或过小的pH值都会抑制细菌繁殖生长。接种量对最终的菌液浓度影响不大,但是对进入稳定期的时间影响较大,基于成本考虑我们认为接种量以20%为宜。

参考文献:

[1] 何剑丹,龙炳清,刘长根,等. 光合细菌的应用现状与前景[J]. 四川师范大学学报:自然科学版,2005,28(1):114-116.

[2] 朱核光,史家樑. 生物产氢研究进展[J]. 应用与环境生物学报,2002,8(1):98-104.

[3] 杨素萍,曲音波. 光合细菌生物制氢[J].现代化工,2003,23(9):17-22.

[4] 王绪刚,刘建明. 光合细菌蛋白饲料研发与应用浅述[J]. 畜禽业,2005(3):33-35.

[5] 谷军,杨旭. 光合细菌菌肥在番茄、黄瓜上的应用[J].安徽农业科技,2002,30(4):592-593.

[6] 郄宏端,徐姗楠,朱航,等. 耐盐红螺菌科细菌对淡水鱼池水质及细菌类群的影响[J].水产学报,2002,26(3):231-236.

[7] 黄美珍,李志棠. 微生态制剂在虾病防治应用的研究[J].中山大学学报,2000,39(3):75-79.

[8] 王梦亮,马清瑞,梁生康. 光合细菌对鲤养殖水体生态系统的影响[J].水生生物学报,2001, 25(1):98-101.

[9] 郑耀通,吴小平,高数芳. 光合细菌处理高浓度黄泔水试验研究[J].江西农业大学学报:自然科学版,2002,24(3):393-396.

[10] 崔双科,郭战英,于翔. 优势光合细菌处理炼焦废水的研究[J].四川大学学报:自然科学版,2005,42(5):1001-1003.

[11] 席敏.光合细菌应用于废弃物资源化处理及综合利用[J].安徽农业科学,2002,30(4):631-632.