光合細(xì)菌作為一種厭氧菌，本身含有多種營養(yǎng)物質(zhì)和生理活性物質(zhì)，具有進(jìn)行光合作用、發(fā)酵以及固氮、產(chǎn)氫等功能，既有理論意義又具有實(shí)用價(jià)值，特別是它在廢水處理、生物產(chǎn)氫、生物制藥、水產(chǎn)養(yǎng)殖和農(nóng)牧業(yè)的生產(chǎn)中的廣泛應(yīng)用，使其成為現(xiàn)代生物技術(shù)研究的熱點(diǎn)之一。
光合細(xì)菌廢水處理光合產(chǎn)氫水產(chǎn)養(yǎng)殖應(yīng)用
光合細(xì)菌((photosynthetic bacteria， PSB)是一類以光為能源，以CO2或有機(jī)物為碳源，通過光合作用而進(jìn)行營養(yǎng)繁殖的水圈微生物。廣泛存在于自然界中，在腐敗有機(jī)物質(zhì)濃度高的水域中更為常見。光合細(xì)菌是厭氧菌，本身含有多種營養(yǎng)物質(zhì)和生理活性物質(zhì)，具有進(jìn)行光合作用、發(fā)酵以及固氮、產(chǎn)氫等功能。Van Nile于1931年提出了光合作用的共同反應(yīng)式，用生物化學(xué)統(tǒng)一性的觀點(diǎn)解釋了光合成現(xiàn)象，為現(xiàn)代光和細(xì)菌的研究奠定了基礎(chǔ)。
1光合細(xì)菌的特性
光合細(xì)菌都富含菌綠素和類胡蘿卜素，在光照下能利用硫化氫、硫代硫酸鹽、分子氫或其他還原劑，把二氧化碳還原成有機(jī)物，經(jīng)細(xì)菌型光合作用，將CO2還原成有機(jī)營養(yǎng)物，并能固定大氣中的氮。目前所知，所有的厭氧性光合細(xì)菌都能光合自養(yǎng)生長。同時(shí)這些細(xì)菌也能利用有機(jī)物進(jìn)行異養(yǎng)生長。
PSB含有較高的優(yōu)良蛋白質(zhì)，維生素和生物素含量也比較豐富；菌體的脂類成份含有大量的葉綠素、類胡蘿卜素和輔酶Q。葉綠素和類胡蘿卜素對養(yǎng)殖生物的健康生長，增強(qiáng)對疾病的抵抗力有很大的益處。輔酶Q是與生命活動(dòng)有重大關(guān)系的生理活性物質(zhì)，PSB中的含量特高，是酵母的13倍。
2光合細(xì)菌應(yīng)用現(xiàn)狀
光合細(xì)菌由于其生理類群的多樣性，碳、氮代謝途徑和光合作用機(jī)制的獨(dú)特性而受到人們的關(guān)注。多年來，光合細(xì)菌被作為研究光合作用以及生物固氮作用機(jī)理的重要材料。近一二十年中，對光合細(xì)菌的應(yīng)用研究也獲得了很大的進(jìn)展。研究表明，光合細(xì)菌在環(huán)保、農(nóng)業(yè)、水產(chǎn)養(yǎng)殖、醫(yī)藥等方面均有較高的應(yīng)用價(jià)值。下面著重就光合細(xì)菌目前的開發(fā)應(yīng)用動(dòng)態(tài)作一概述。
2.1利用光合細(xì)菌處理高濃度有機(jī)廢水
光合細(xì)菌在污水處理中的應(yīng)用始于1960年代。當(dāng)時(shí)，日本科學(xué)家小林正泰等人發(fā)現(xiàn)高濃度有機(jī)廢水在自然界的自凈過程是不同營養(yǎng)級的微生物群生態(tài)演替的結(jié)果，光合細(xì)菌在此過程中起著十分重要的作用［1］，并首先開展了用光合細(xì)菌法處理有機(jī)廢水的研究。近些年來發(fā)展起來的光合細(xì)菌處理法，則是一種以紅假單胞菌為主，管理簡單，降解率高的廢水處理系統(tǒng)。
PSB能以不同的有機(jī)酸和醇類等有機(jī)化合物作為光合作用的供氫體和碳源，并具有較強(qiáng)的分解和去除有機(jī)物的生理特性。與目前廣泛應(yīng)用的生物處理廢水系統(tǒng)如活性污泥法、生物膜法和厭氧法相比，PSB在自然光照和微量好氧條件下，可以直接對各種高濃度有機(jī)廢水進(jìn)行高效率的處理，并且在處理前不需對廢水進(jìn)行稀釋。具有節(jié)約電能、水源、設(shè)備及運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用等優(yōu)點(diǎn)，菌體污泥可綜合利用，作為魚和家畜的餌料，不造成二次污染。
2.2光合細(xì)菌在食品、醫(yī)藥保健中的應(yīng)用
一般而言食品著色劑廣泛使用焦油類的合成色素，由于這類色素有微毒性和致癌性，世界各國控制該種合成色素的使用，并迫切希望以天然色素取而代之。光合細(xì)菌的色素?zé)o毒，易提取，色彩鮮艷，有光澤，且具有防水性。除黃色外，特別是紅色素等則缺乏有用的色素資源。光合細(xì)菌富含類胡蘿卜素，是天然紅色素的重要來源，目前已經(jīng)廣泛用于油脂類、豆制品、蔬果類以及飲料等的著色。
光合細(xì)菌在醫(yī)學(xué)業(yè)中也具廣泛應(yīng)用前景。光合細(xì)菌內(nèi)富含類胡蘿卜素和B族維生素及活性物質(zhì)，具有許多生理活性：抗氧化作用、調(diào)脂作用、抗腫瘤作用、免疫活性；光合細(xì)菌沒有毒性，對生殖生長有促進(jìn)作用。研究者對光合細(xì)菌制藥方面進(jìn)行了不少的研究。劉繼彪等用PSB菌液發(fā)酵中藥，制成了口服液、冷凍干燥產(chǎn)品等中藥制劑，該制劑能夠糾正機(jī)體內(nèi)環(huán)境微量元素平衡紊亂，促使癌細(xì)胞向正常細(xì)胞轉(zhuǎn)化并最終全部恢復(fù)成正常細(xì)胞，對惡性腫瘤治療有較顯著的療效，并申請了國家專利［2］。
2.3光合細(xì)菌應(yīng)用于水產(chǎn)畜牧養(yǎng)殖
日本是最早將光合細(xì)菌應(yīng)用于水產(chǎn)養(yǎng)殖的國家。由于光合細(xì)菌的菌體無毒，營養(yǎng)豐富，具有固碳、固氮的功能，且在自然界的硫循環(huán)中擔(dān)任重要角色，因此在農(nóng)業(yè)上，能夠改善植物根基土壤的營養(yǎng)，提高土壤肥力，增強(qiáng)植物的抗病力。夏清等人研究指出光合細(xì)菌菌液可增強(qiáng)甜椒光合速率和過氧化氫酶活性，增加葉綠素含量，進(jìn)而增產(chǎn)［3］。
在禽畜飼養(yǎng)上， 光合細(xì)菌富含輔酶Q10， 能夠促進(jìn)動(dòng)物的生長，可提高畜禽出肉率和產(chǎn)蛋率，以及強(qiáng)健體質(zhì)、提高抗病能力。薛志成等通過添加光合細(xì)菌使不同生理時(shí)期及患胃腸病奶牛癥狀消失，恢復(fù)產(chǎn)奶，經(jīng)濟(jì)效益明顯［4］。光合細(xì)菌還可以提升種子發(fā)芽率、成苗率；改良作物品質(zhì)、修復(fù)土壤；防治病蟲害等。
在水產(chǎn)養(yǎng)殖上，光合細(xì)菌可作為養(yǎng)魚飼料添加劑，作為養(yǎng)魚和小型甲殼動(dòng)物的餌料，防治魚病、凈化養(yǎng)殖水質(zhì)。光合細(xì)菌作為養(yǎng)殖水質(zhì)凈化劑在國內(nèi)外已經(jīng)進(jìn)入生產(chǎn)性應(yīng)用階段。付保榮等研究表明鯉魚養(yǎng)殖水中投放一定量的光合細(xì)菌，能明顯去除水中有機(jī)物和NH4+-N，增加DO的含量，穩(wěn)定pH值，同時(shí)使雜藻和有害菌含量減少［5］。若將光合細(xì)菌固定，則抑制水體富營養(yǎng)化效果更好。
2.4光合細(xì)菌應(yīng)用于新能源
早在1937年，Nakamura最早報(bào)道了PSB在黑暗中釋放氫氣的現(xiàn)象。1949年， Gest在“Science”上首次報(bào)道了光合細(xì)菌具有在光照厭氧條件下轉(zhuǎn)化有機(jī)物產(chǎn)生氫氣的特性。目前研究較多的是深紅螺菌，它可用有機(jī)廢料作原料進(jìn)行光合產(chǎn)氫，又由于其細(xì)胞含有大約65%的蛋白質(zhì)和大量必需的氨基酸和維生素，所以在光合產(chǎn)氫的同時(shí)，還可以得到單細(xì)胞蛋白，也可結(jié)合有機(jī)廢水的處理，所以，可謂一舉三得，具有重要的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。隨著能源危機(jī)的進(jìn)一步持續(xù)，美、德和日等國相繼制訂了氫能發(fā)展規(guī)劃。我國也把光合生物產(chǎn)氫研究納入國家“863”計(jì)劃和“973”計(jì)劃。隨著其研究及相關(guān)學(xué)科的迅速發(fā)展，光合生物產(chǎn)氫技術(shù)作為一種極具潛力的生物產(chǎn)氫技術(shù)必將走向應(yīng)用化［6］。
3光合細(xì)菌應(yīng)用的前景
人們從發(fā)現(xiàn)光合細(xì)菌到現(xiàn)在，只有100多年的歷史，而從人們開始研究到現(xiàn)在也不過70年，人們對它的認(rèn)識(shí)還很少研究在逐漸深入，其應(yīng)用領(lǐng)域在逐漸拓寬。目前的研究表明，光合細(xì)菌的應(yīng)用效果顯著、確切，某些方面的應(yīng)用研究已具有一定的推廣價(jià)值。例如作為“微生物凈化劑”在廢水治理中的應(yīng)用，作為飼料添加劑在養(yǎng)殖業(yè)中的應(yīng)用等。但對光合細(xì)菌的開發(fā)利用還存在很大的余地，對它的應(yīng)用技術(shù)和基礎(chǔ)理論仍需要進(jìn)一步深入研究。目前的研究已顯示出光合細(xì)菌作為重要的微生物資源，有著廣闊的開發(fā)前景，具有不可替代的應(yīng)用市場，在人類活動(dòng)中必將發(fā)揮越來越大的作用。
 
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