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一、光合细菌及其作用l、光合细菌概述光合细菌(PhotoSyntheticBacteria简称PSB)属细菌的一类，有紫硫菌、绿硫菌、紫色非硫细菌和绿色非硫细菌。我们主要介绍紫色非硫细菌，它们是兼性厌氧菌，属原核生物，光能异养型原核生物门，红色光合细菌纲，红螺菌目，红螺菌科，红假单胞菌属。它们以光和热为能源，主要利用有机物中的碳，同化其它营养元素进行生长繁殖，是高营养、高效能、多用途的有益微生物。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30年代，我国早在20世纪50年代就对光合细菌进行了一些基础理论研究，1987年11月在上海召开的“第一届光合细菌国际学术会议”大大推动了我国光合细菌的基础性研究、应用研究也取得很大的进展。诸多研究结果表明，光合细菌在农业、环保医药等方面均有较高的应用价值。现已开发的光合细菌包括l目、2亚目、4科、19属共约49种，其中应用于水产养殖中较多的是红色无荡菌科，一般以紫色非硫细菌和紫硫细菌较为普遍。近20年来，以小林正泰(1981)、小川巅夫(1985)等人为代表的一批学者首先把它应用于高浓度有机废水处理，并把它作为优质钙料和饵料，开展了水产、畜牧养殖等多方面实验。取得了显著成效。此后，我国学者亦于近年对光合细菌在水产上的应用进行了多方面的研究。2、光合细菌生物学特性光合细菌广泛分布于自然界的土壤、水田、沼泽、湖泊、江海等处，主要分布于水生环境中光线能透射到的缺氧区。光合细菌的适宜水温为15℃—40℃，最适水温为28℃-36℃。它的细胞干物质中蛋白质含量高达到60%以上，其蛋白质氨基酸组成比较齐全，细胞中还含有多种维生素，尤其是B族维生素极为丰富，Vb2、叶酸、泛酸、生物素的含量也较高，同时还含有大量的类胡萝卜素、辅酶Q等生理活性物质。因此，光合细菌具有很高的营养价值，这正是它在水产养殖中作为培水饵料及作为饲料添加成分物质基础。3、光合细菌作用原理光合细菌在有光照缺氧的环境中能进行光合作用，利用光能进行光合作用，利用光能同化二氧化碳，与绿色植物不同的是，它们的光合作用是不产氧的。光合细菌在自身的同化代谢过程中，又完成了产氢、固氮、分解有机物三个自然界物质循环中极为重要的化学过程。这些独特的生理特性使它们在生态系统中的地位显得极为重要。在水产养殖中运用的光合细菌主要是光能异养型红螺菌科(Rhodospirillaceae)中的一些品种，例如沼泽红假单胞菌(Rhodopseudanonaspalustris).在自然界淡、海水中通常每毫升含有近百个PSB菌，光合细菌的菌体以有机酸、氨基酸、氨和醣类等有机物和硫化氢作为供氧体，通过光合磷酸化获得能量，在水中光照条件下可直接利用降解有机质和硫化氢并使自身得以增殖，同时净化了水体。除此之外，细胞内还含有碳素储存物质糖原和聚B一羟基丁酸、辅酶Q、抗病毒物质和生长促进因子，具有很高的饲料价值，在养殖业上有广阔的应用前景。PSB在厌氧光照条件下，能利用低级脂肪酸、多种二羧酸、醇类、糖类、芳香族化合物等低分子有机物作为光合作用的电子受体，进行光能异养生长。在黑暗条件下能利用育机物作为呼吸基质进行好氧或异养生长。光合细菌不仅能在厌氧光照下利用光能同化CO．，而且还能在某些条件下进行固氮作用和在固氮酶作用下产氢。另外，有些菌种在黑暗厌氧条件下经丙酮酸代谢系统作用也可产氢。光合细菌还能利用许多有机物质如有机酸。醇、糖类转化某些有毒物质如H2S和某些芳香族化合物等。PSB通过生物转化，可合成无毒、无副作用且富含各类营养物质的菌体蛋白，不仅改善了生态环境，还为养殖业提供了高质量的饲料原料。PSB菌体中对动物生长有促进作用的维生素B12、生物素、泛酸、类胡萝卜素、叶绿素以及与造血、血红蛋白形成有关的叶酸的含量远高于一般微生物，尤其含有人工不能合成的生物素D-异构体。这些物质在动物机体内都具有显著生理活性在水产养殖中，养殖池按水中溶解氧含量的大小由表层向底部可分为好氧区和厌氧区。表层生物繁殖旺盛，水质一般较好，底层则积累了鱼虾的排泄物和未消耗尽的食物残料，有机质丰富，造成微生物的大量繁殖，消耗了水中大量的氧气，导致地底层形成无氧环境，硫酸盐还原菌大量繁殖，产生对鱼虾有毒害作用的硫化氢、酸性物质等。养殖地底层的这种环境正好是适于光合细菌生存的条件一是具有厌氧条件，二是光线通过上面覆盖的有氧水层这个光线过滤器，使光合细菌可以吸收到适宜生长的450-550pⅢ波长光。光合细菌利用池底的鱼虾排泄物、食物残料以及有毒有害的硫化氢、酸性物质作为基质大量繁殖，提高水体中溶解氧含量，调节pH，并使氨氮。亚硝酸态氮、硝酸态氮含量降低，池底淤泥蓄积量减少，有益于藻类和微型生物数量的增加，使水体得以净化。PSB可进行光合成、有氧呼吸、固氮、固碳等生理机能，且富含蛋白质、维生素、促生长因子、免疫因子等蕾养成分，在功能上可与抗生素相媲美，并且更具有安全性，是生物工程具有前景的研究领域之一。光合细菌制剂还具有独特的抗病、促生长功能，大大提高了生产性能，在应用方面显示了越来越巨大的潜力。其它在净化水质、鱼虾养殖、畜禽饲养、有机肥料及新能源的开发方面有着广阔的应用前景。二、光合细菌培养条件1、营养条件光合细菌细胞体构成的元素主要有：碳、氢、氧、氮、磷、钾、钠、镁、钙、硫和一些微量元素等，它们也是所有生物细胞构成的主要物质．一般情况下，细胞鲜重：水占80%-90%、无机盐1%-1.5%、蛋白质7%-10%、脂肪1%-2%、糖类和其它有机物I%-1.5%。其中干细胞含碳45%-55%，氢5%-10%、氧20-30%、氮5%-13%、磷3%-5%、其它矿物元素3%-5%o光合细菌的细胞壁具有半透性，能选择性地让一些营养元素按一定比例进入，在酶的作用下合成自己的细胞组织和裂变的新个体。营养元素的全面和搭配的合理，是营养条件的关键。根据这一要求，选用多种无基原料，科学配方，经特殊加工而成的。光合细菌培养基一，基本符合光合菌的生繁殖所需的营养要求，无毒副作用，使用安全；固状结晶体便于包装和运输，而且有2年的保质期。用其生产菌液每毫升含有30-50亿个活体，质量明显优于市场出售的同类产品。光合细菌培养基，是光合细菌生长繁殖所需各种营养元素的组合体。每种原料都能得以充分利用，最大限度地生产高浓度的菌液，这无论是对于用户、经销商还是厂家都有很大的益处，对在工业和农业中的推广和普吸将产生深远的影响。2、环境条件有了营养全面的光合细菌培养基，只是给光合细菌提供了“食物”，还需要有适宜光合细菌生长的环境条件，才能培养出优质的菌液，环境条件具体有以下几个方面：(l)培养介质：含菌量较低的清洁淡水、海水或加食盐的淡水。从经济、实用的角度考虑，地下水含菌量低，为最佳水源；清洁的地表水也可使用：含氯量较高的自来水应敞口放置两三天后使用；蒸馏水及纯净水固然很好，但是成本太高。(2)酸碱度：（pH）值：7.5-8.5最佳（适应范围6-10）。(3)水硬度:PH值中性时10度以下，即调节PH值至8左右时，培养介质中的乳白色沉淀物不宜过多。(4)温度：25℃-34℃最佳(适应范围15℃-40℃)。(5)光照：3000LX-4000LX最佳，即每25千克菌液需要60瓦左右的电灯光照强度，当然太阳光最好且无需成本。(6)透气性：密闭培养效果最好。(7)容器：透明的容器或透明塑料袋。大规模培养可用土池、水泥池等，菌液深度30厘米以下为佳。3、培养工具的消毒方法1．加热消毒法：利用高温杀死微生物的方法。（1）直接灼烧：此法可直接把微生物烧死，灭菌彻底，但只适用于小型金属或玻璃工具的消毒。（2）煮沸消毒：一般煮沸5～10分钟，适用于小型容器、工具的消毒。（3）烘干箱消毒：亦称为恒温干燥箱消毒法。2．化学药品消毒法：适用在批量培养中，大型容器、工具、玻璃钢水槽和水泥池中。（1）酒精：浓度为70％的酒精常用于中、小型容器的消毒。用纱布蘸酒精在容器、工具的表面涂抹，10分钟后，用消毒水冲洗两次即可。（2）高锰酸钾：按300ppm配成高锰酸钾溶液，把洗刷洁净的容器、工具放在溶液中浸泡5分钟，取出，再用消毒水冲洗2次～3次即可。三、光合细菌的培育方法采取直接购进光合细菌培养基，按照培育方法加入菌种和水，即可在3-5天时间培养出大量的合格光合细菌菌液，产品符合国家相关标准（每毫升含光合细菌30亿以上）。自行培育光合细菌的方法非常简单，因而适合用户在普通家庭条件下进行生产培育。培育光合细菌主要注意应满足适宜的温度和光照，一般采取室外培育或室内培育。由于冬季温度较低，出太阳的时候较少，使用光合细菌也相对较少，而且室内培育需要保温和补光，增加了培育成本，所以温度低的季节一般不进行培育，若低温季节确需使用光合细菌，可以在温度较好的季节增加培育量，保存光合细菌以各使用。所以培育光合细菌普遍采用室外光培育方法。l、室外阳光培育光合细菌首次培育光合细菌的量，主要看我们的菌种有多少，若我们有足够的菌种，则首次培育即可进行大批量培育，但如果我们的菌种数量较少或我们的使用量本身不大，则可以使用塑料瓶等小型容器进行小批量的培育。（1)少量培育光合细菌方法首次培育由于光合细菌菌种数量不多，或是使用光合细菌的量不大，可以先少量培育生产或先行扩种，以后再大批量生产。一袋光合细菌培养基可生产100公斤光合细菌，生产时光合菌菌种加入量不低于培养量的20%、食盐加入量为培养量的1.8%。以下以培育生产100公斤光合细菌为例介绍整个培育方法。培育100公斤光合细菌所需原料：“鳝宝”光合细菌培养基一袋（440克）、光合细菌菌种20公斤、食盐1.8公斤、清洁水80公斤。这里需要注意的是水为不含消毒剂、杀菌剂的清洁水源，一般采用地下水提前一天曝气即可。如果没有地下水而采用自来水，需提前2-3天盛入容器进行曝气。培育容器：可用20个容积为5公斤的透明塑料桶（一般装食用油的油桶，每桶可装5公斤，清洗干净即可），或者采用7-8条鱼苗袋。也可采用透明的装纯净水的水桶或矿泉水瓶子。培育生产时将一袋光合菌基、20公斤菌种、1.8公斤食盐及80公斤水充分混合均匀，然后分装到塑料桶或鱼苗袋中密封，置于室外阳光下培育即可。具体做法为：先取少量水将光合菌基一袋溶化后倒入一能盛装100公斤的容器，再取少量水将1.8公斤食盐溶化倒入其中，然后加入20公斤光合细菌菌种，最后加入清洁水直至整个培养液达100公斤，加入过释不断搅拌，让原料充分混合均匀，配好后将培养液分装到塑料桶或鱼苗袋密封培育。将塑料桶或鱼苗袋放到室外阳光下培育，如果阳光过于强烈以致室外温度超过35℃时，应适当遮阳以降温，培育过程中每天摇动培育容器1-2次，晚上不作任何处理。经光照培育，菌液颜色会变成粉红色，随着培育时间的加长，其颜色会逐步转变成紫红色，这个过程一般需7天左右。产品检测：培育完成的光合细菌是否合格从颜色、气味、PH值三个方面检测。合格的产品颜色应该是紫红色，开盖能闻到一股特殊的臭味，用PH试纸测试其PH值应在8以上。光亨细菌的培育时间与培育时的天气状况相关，如果天气较好阳光充足，一般7天左右即可培育完成，如果遇阴天或气温偏低培育时间会延长。培育合格的光合细菌即可使用，也可作菌种继续扩大培育。(2)批量光合细菌培育方法通过陆续培育获得了一定量的菌种后，即可根据自己的使用量进行批量生产培育。以下以生产1000公斤光合细菌为例介绍整个培育方法。培育1000公斤光合细菌所需原料：“鳝宝”光合细菌培养基10袋（4400克）、光合细菌菌种200公斤、食盐18公斤、清洁水800会斤。这里需要注意的是水为不含消毒剂、杀菌剂的清洁水源，一般采用地下水提前一天曝气即可。如果没有地下水而采用自来水，需提前2-3天曝气。培育容器：批量培育光合细菌一般采用塑料袋（青贮饲料的筒状塑料袋）较为经济实用，剪取一段6米左右长度的塑料袋备用。批量培育应选择地势平坦，阳光充足的地方。地面最好是平整光滑的水泥地面，一定要光滑以防弄破塑料袋，如果地面粗糙，应先用尼龙袋等垫好再放培育塑料