光合细菌应用的研究进展

第22卷第1期2006年2月广东药学院学报JOURNALOFGUANGD0NGCOLLEGEOFPHARMACYV01．22No．1Feb．2oo6【综述】光合细菌应用的研究进展揭晶，赵越(广东药学院中药学院，广东广州510006)摘要：光舍细菌作为一种厌氧菌，本身含有多种营养物质和生理活性物质，具有进行光舍作用、发酵以及固氮、产氢等功能，近几十年来受到世界的广泛关注。本文简单介绍了光合细菌的分类和特征、性质，重点讨论了光舍细茵在废水处理、生产单细胞蛋白、水产养殖、衣牧业、生产食用色素以及其他等多方面的应用，尤其是将其用于中药的生物技术处理，为新药的研究开发提供了一种全新的思路和方法。关键词：光合细茵；应用；研究中图分类号：R37文献标识码：A文章编号：1006—8783(2006)Ol一0113一O3光合细菌(photosyntheticbacteria，PSB)是自然界中的一类水圈微生物，广泛分布于湖泊、海洋、土壤中，是地球上最古老的生物之一。人类对光合细菌的认识始于19世纪3O年代。1836年，Ehrenberg发现两种能够使沼泽、湖泊等水体颜色变红的微生物，且其生长与光、H2S的存在有密切关系。1883年Engelmann根据此类“红色细菌”聚集生长在波长与细菌细胞内色素的吸收波长相一致的光线下这个事实，从而认为它们能进行光合作用。VanNiel于1931年提出光合作用的共同反应式，用生物化学统一性观点解释生物的光合成现象，为现代光合细菌研究工作奠定了坚实的基础。1987年，在中国上海成功召开了第一届中日光合细菌国际学术会议，大大推动了光合细菌的研究和应用的发展。1PSB的分类根据《伯杰细菌鉴定手册》第8版，将PSB分为2大类：蓝细菌(门)和红螺菌(目)，其中可进行光合作用而不产氧的红螺菌又可分为3个科(红螺菌科、着色菌科和绿菌科)，18个属，见下表。表1PSB的分类Tab．1ThetaxaofphotosyntheticbacteriaTaxonNumberofgenusExamples2PSB的特征和性质光合细菌属革兰氏阴性细菌，主要有球状、杆状、螺旋状和卵圆形，一般细胞直径大小为0．5—5m。主要以二分分裂方式进行繁殖，少数为出芽生殖。光合细菌菌体内含有菌绿素和类胡萝卜素，细菌的种类和数量不同，菌体可以呈现不同的颜色。光合细菌能以光作为能源，以CO或有机物作为营养碳源进行繁殖，能利用太阳能同化CO：，在不同的自然条件下具有不同的功能，如固氮、固碳、放氢等，在自然界的物质循环中起着重要的作用。光合细菌菌体细胞除了含有大量水分外，还含有20％左基金项目：国家自然科学基金资助项目(30472159)作者简介：揭晶(1980一)，女，在读硕士，主要从事光合细菌对中药的生物代谢研究；通讯作者：赵越，女，教授，Tel：39352173；E—mail：shu8007@163．com右的干物质，包括蛋白质、碳水化合物、脂类和矿物盐等。如荚膜红假单胞菌菌体的蛋白质含量为57．95％，脂类7．91％，灰分4．40％，钎维2．92％⋯。此外，光合细菌菌体还含有丰富的维生素，如胡萝卜素、B族维生素以及人体必需的多种氨基酸，因此可以作为饲料添加剂。3PSB的应用光合细菌菌体含有丰富的蛋白质、氢基酸、生物必需的维生素、抗病毒活性因子、辅酶Q，。以及多种生理活性物质，能够提供生物体所必需的营养，促进动植物生长，增强其抗病机能。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，起到净化水质和环境的作用，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。3．1在废水处理方面的应用PsB能够利用日光为能源，通过新陈代谢降解高浓度的有机废水，能够显著降低有机废水中的生化需氧量(biochemicaloxygendemand，BOD)和化学需氧量(chemicaloxygendemand，COD)值。此法管理简单，降解率高，而且可以节约能源，不造成污染。目前应用的光合细菌菌种以红假单胞菌为主。1978年，小林正泰等最早提出了用光合细菌处理有机废水的工艺和设想，先后成功地对粪尿、食品、淀粉、皮革和豆制品加工的废水进行了处理，并建立了一批日处理几十至几千吨高浓度有机废水的系统，效果良好。Young等从猪的污水池中分离得到一株紫色非硫菌株，此菌株通过光合作用能够使污水池中不稳定的有机化合物减少80％一93％，能够显著改善垃圾池的气味。郑耀通等对光合细菌处理高浓度黄泔水进行了研究，对环境条件进行了优化，发现在此条件下用光合细菌对预先经过24h曝气COD质量浓度为25．820ms／L的黄泔水处理96h，去除率达98．7％，为大规模应用提供了理论依据和工艺参数。崔双科等研究了从炼焦废水生物处理系统中分离出的PSB对炼焦