光合細菌培養條件的研究

張峰峰　周　可　趙玉潔　謝鳳行　李亞玲

摘要:對光合細菌(PSB)培養的最適光照、溫度、pH值、最佳接種量等條件進行了系統研究,結果表明:PSB生長環境的光照強度越大,生長速度越快,生物量也越大;其最適生長溫度為30 ℃,最適 pH 值為7.5～8.5,最佳接種量為20%。

關鍵詞:光合細菌;培養條件;生長

中圖分類號:Q939.11文獻標識碼:A文章編號: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

光合細菌(Photosynthetic Bacteria,簡稱PSB)是一類能夠在厭氧光照條件下,以小分子有機化合物或二氧化碳為碳源進行光合作用的原核生物的總稱[1],可分為綠硫細菌、紅硫細菌和紅螺菌,前兩種為光能自養菌,后者為光能異養菌。光合細菌能以光作為能源,以CO2或有機物作為營養碳源進行繁殖,能利用太陽能同化CO2,在不同的自然條件下具有不同的功能,如固氮、固碳、放氫等[2,3],在自然界的物質循環中起著重要作用。光合細菌菌體含有豐富的蛋白質、氨基酸、生物必需的維生素、抗病毒活性因子、輔酶Q10以及多種生理活性物質[4],能夠提供生物體所必需的營養,促進動植物生長[5],增強其抗病機能[6-8],減少疾病的發生,提高生物存活率。它還可以通過光合作用,維持物質循環,降解廢棄有毒物[9],起到凈化水質和環境的作用[10,11],確保人類的健康,所以已經在許多科學領域內引起了人們的高度重視。本研究以光合細菌為研究對象,著重考察了各個培養條件對光合細菌生長的影響。

1材料和方法

1.1材 料

1.1.1菌種來源PSB菌種為本課題組從養殖池中分離獲得并培養保存,經鑒定為紅螺菌科紅假單孢菌屬(Rhodopseudomonas)。顯微鏡下觀察,菌種形態為短桿狀或卵圓形。

1.1.2優化培養基成分: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,蒸餾水 1 000 mL。微量元素溶液組成為: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,蒸餾水1 000 mL。

1.2光合細菌的培養

光合細菌的培養采用優化培養基,滅菌后備用。PSB菌種活化后接種于三角燒杯培養基中,pH值7.5,溫度控制在30 ℃左右,培養5 d,作為種子液使用。以淡水配制光合細菌培養液,接種PSB菌種種子液,置于人工光源和自然光源下進行室內厭氧光照培養,探究其生長情況。

1.3測定指標及方法

光強的測定:ZDS-10型照度計,測定時在培養箱的四周各取3個點,測定光強后取平均值;pH值測定:PHS-3C型pH計;菌數:血球計數板直接鏡檢法。

2結果與分析

2.1 光照強度對光合細菌生長的影響

利用白熾燈和自然光源對多柱塔式光合生物反應裝置中的光合細菌進行光照培養,接種量為20%,溫度室溫(測定平均值為22.3 ℃),pH值恒定為7.5。每個處理2次重復,用照度計測量光照強度,每柱正、反面上下4個值,取平均值,根據測定結果調節光照,使各個處理最終的光照平均值保持在設定值左右。

由圖1可以看出,PSB在光照強度1 000～6 000 lx范圍內都可以生長,在第1天到第5天光合細菌的生長處于延遲期,而第5天后光合細菌進入直線生長期,第8天以后光合細菌數量逐漸減少,進入衰老期。不同的光強度下光合菌的生長又有一些微小的差異,在6 000 lx光照強度下,光合細菌的濃度最大,可達到4.2×109個/mL,且于第7天就達到最高值。而在1 000 lx光照強度下,光合細菌的濃度最小,可達到2.55×109個/mL,且于第9天才達到最高值。說明光照強度越大,光合細菌的生長速度越快,生物量也越大。而自然光源太陽光提供的光照強度遠遠大于白熾燈,因此,在進行大規模光合細菌生產時,選擇太陽光是既經濟又優質的光源。

2.2溫度對光合細菌生長的影響

試驗共設15,20,25,30,35 ℃ 5個處理,每個處理3次重復。按20%的比例接種后將不同的處理放到不同溫度的培養箱中,用60 W燈泡給予人工光照(光強大約在2 500 lx左右)。

從圖2可以看出,PSB在15～35 ℃的溫度范圍內都能生長,但不同溫度處理下光合細菌進入對數生長期的時間有所不同,25 ℃、30 ℃和35 ℃的處理在試驗的第1天就進入對數生長期,第4天達到最大值,20 ℃的處理在試驗第3天進入對數生長期,第5天達到最大值,而15 ℃的處理到試驗的第7天才進入對數生長期,第9天才達到最高值。比較不同溫度處理下的菌數,30 ℃處理的菌液在各個取樣點的菌數都高于其它處理,15 ℃處理的菌液各取樣點的菌數最低。因此,可以推斷光合細菌在30 ℃下生長相對較快且最終單位體積的活菌數相對較大,25 ℃的其次。在20 ℃和35 ℃處理下,光合細菌的生長量明顯低于30 ℃,說明低溫和高溫對光合細菌的生長有一定的抑制作用。通過本試驗可以得知,在以后大規模的生產當中如果在光照條件較好的情況下,溫度控制在30 ℃左右,4 d就能終止光合細菌的培養,用于各種試驗需要。

2.3培養基pH值對光合細菌生長的影響

利用白熾燈和自然光源對多柱塔式光合生物反應裝置中的光合細菌進行光照培養,接種量為20%,溫度室溫(測定平均值為24.6 ℃),光照強度為3 589 lx(測定的平均值)。pH值共設7.5,8.0,8.5,9.0共4個處理,每個處理2次重復,試驗過程調節pH值為設定值。

從圖3可以看出,隨著時間的推移,光合細菌菌數逐漸增加,在第7天基本上進入穩定期,到試驗后期有下降趨勢。但不同pH值條件下也有微小差異,在pH值為8.5條件下到第7天菌數達到最高值,而在pH值為7.5,8.0條件下到第8天菌液菌數達到最高值,而試驗后期pH值為9.0的處理其菌數顯著低于其它3個處理,根據以上的結果我們可以推斷出光合細菌最適生長的pH值為8.5,最適宜的pH值范圍為7.5～8.5。

2.4接種量對光合細菌生長的影響

利用白熾燈和自然光源對多柱塔式光合生物反應裝置中的光合細菌進行光照培養,pH值7.5,溫度室溫(測定平均值為22.1 ℃),光照強度為4 360 lx(測定的平均值)。接種量共設5%,10%,20%,30%,40%,50% 6個處理,每個處理2次重復。

從圖4得知,接種量越高,光合細菌的生長越快,達到最大細菌生物量的時間越短。比較不同接種量對菌液最終濃度的影響發現,接種量在20%～50%時對最終的細菌生物量影響不大,而在5%～10%時有少量污染。雖然接種量大、生長周期較短,但成本高;接種量小,生長周期有所延長,但成本降低,因此,大規模生產中綜合考慮各方面因素,采用20%接種量比較適宜。

3結 論

在培養過程中,光照強度、溫度,培養液的pH值以及接種量對光合細菌生長的影響比較大。自然光源要好于人工光源,易于光合細菌形成優勢生長。光照強度越大,光合細菌的生長速度越快,生物量也越大。溫度控制在30 ℃左右,光合細菌生長最好, pH值的大小對光合細菌生長的影響比較明顯,其最適生長的pH值為8.5,最適宜的pH值范圍為7.5～8.5,過大或過小的pH值都會抑制細菌繁殖生長。接種量對最終的菌液濃度影響不大,但是對進入穩定期的時間影響較大,基于成本考慮我們認為接種量以20%為宜。

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