1．光合細(xì)菌的主要類群
光合細(xì)菌是能進(jìn)行光合作用的一類細(xì)菌。它是地球上最早出現(xiàn)的具有原始光能合成體系的原核生物。目前，主要根據(jù)光合細(xì)菌所具有的光合色素體系和光合作用中是否能以硫?yàn)殡娮庸w將其劃分為4個(gè)科：Rhodospirillaceae（紅色無(wú)硫細(xì)菌）、Chromatiaceae（紅色硫細(xì)菌）、Chlorobiaceae（綠色硫細(xì)菌）和Chloroflexaceae（滑行絲狀綠色硫細(xì)菌）。進(jìn)一步可分為22個(gè)屬，61個(gè)種。
2．光合細(xì)菌的主要生理生態(tài)學(xué)特征
光合細(xì)菌生理類型的多樣性使它成為細(xì)菌中最為復(fù)雜的菌群之一。在不同的自然環(huán)境下，它能表現(xiàn)出不同的生理生化功能，如固氮、固碳、脫氫、硫化物氧化等。這使得光合細(xì)菌在自然界的碳、氮、硫循環(huán)中發(fā)揮著重要作用。光合細(xì)菌廣布于自然界的土壤、水田、沼澤、湖泊、江海等處，主要分布于水生環(huán)境中光線能透射到的缺氧區(qū)。
光合細(xì)菌的光合色素由細(xì)菌葉綠素（BChl）和類胡蘿卜素組成?，F(xiàn)已發(fā)現(xiàn)的細(xì)菌葉綠素有a、b、c、d、e5種，每種都有固定的光吸收波長(zhǎng)。細(xì)菌葉綠素和類胡蘿卜素的光吸收波長(zhǎng)分別為715～1050nm和450～550nm。因而類胡蘿卜素也是捕獲光能的主要色素，它擴(kuò)大了可供光合細(xì)菌利用的光譜范圍。
光合細(xì)菌的光合作用與綠色植物和藻類的光合作用機(jī)制有所不同。主要表現(xiàn)在：光合細(xì)菌的光合作用過(guò)程基本上是一種厭氧過(guò)程；由于不存在光化學(xué)反應(yīng)系統(tǒng)II，所以光合作用過(guò)程不以水作供氫體，不發(fā)生水的光解，也不釋放分子氧；還原CO2的供氫體是硫化物、分子氫或有機(jī)物。
光合細(xì)菌不僅能進(jìn)行光合作用，也能進(jìn)行呼吸和發(fā)酵，能適應(yīng)環(huán)境條件的變化而改變其獲得能量的方式。
3．光合細(xì)菌的開(kāi)發(fā)應(yīng)用
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(lái)，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(duì)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)菌在農(nóng)業(yè)、環(huán)保、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(kāi)發(fā)應(yīng)用動(dòng)態(tài)作一概述。
3．1 光合細(xì)菌在養(yǎng)殖業(yè)中的應(yīng)用
3．l．l 光合細(xì)菌的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值
光合細(xì)菌營(yíng)養(yǎng)豐富。細(xì)胞干物質(zhì)中蛋白質(zhì)含量高達(dá)60％以上，比目前生產(chǎn)的單細(xì)胞蛋白酵母的含量高。與牛奶、雞蛋蛋白相比，其蛋白質(zhì)氨基酸組成齊全，因而被認(rèn)為是一種優(yōu)質(zhì)蛋白源。光合細(xì)菌還含有多種維生素，尤其是B族維生素極為豐富，VB12、葉酸、泛酸、生物素的含量遠(yuǎn)高于酵母。此外，還含有大量的類胡蘿卜素、輔酶Q等生理活性物質(zhì)。因此，光合細(xì)菌具有很高的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，在水產(chǎn)和畜禽養(yǎng)殖上有著很高的應(yīng)用價(jià)值。
3．1．2 光合細(xì)菌在水產(chǎn)、禽畜養(yǎng)殖中的應(yīng)用
在水產(chǎn)養(yǎng)殖中，光合細(xì)菌可被用于魚(yú)蝦以及特種水產(chǎn)品如貝類、蟹、蛙類等的餌料或飼料添加劑。光合細(xì)菌在促進(jìn)魚(yú)蝦等的生長(zhǎng)，提高成活率，提高產(chǎn)量等方面，所有的報(bào)道均給出了肯定的結(jié)果，無(wú)論是成活率或是產(chǎn)量的提高均可達(dá)10％～40％以上。而且還具有防治魚(yú)蝦疾病，凈化養(yǎng)殖池水質(zhì)等方面的功能。
光合細(xì)菌具有上述作用的確切原因尚待進(jìn)一步研究。但與以下幾方面因素不無(wú)關(guān)系：（l）光合細(xì)菌的營(yíng)養(yǎng)豐富，含有大量類胡蘿卜素、輔酶Q、抗病毒物質(zhì)和生長(zhǎng)促進(jìn)因子。（2）光合細(xì)菌在水產(chǎn)養(yǎng)殖水域的物質(zhì)循環(huán)中起重要作用，能將被異養(yǎng)微生物分解活動(dòng)形成的有機(jī)物如有機(jī)酸、氨基酸等作為基質(zhì)加以利用，促進(jìn)養(yǎng)殖池底有機(jī)物的循環(huán)，使水質(zhì)得到凈化，病原菌難以發(fā)展，改善養(yǎng)殖環(huán)境。許多試驗(yàn)表明，光合細(xì)菌能使水產(chǎn)養(yǎng)殖池水體中的氨、氮、硫化氫下降50％以上，溶氧提高14％～85％。（3）施用光合細(xì)菌的池塘，其放線菌／細(xì)菌的比例會(huì)明顯增大，推測(cè)其原因認(rèn)為是由于光合細(xì)菌促進(jìn)了放線菌的生長(zhǎng)，而放線菌抑制了病菌的活動(dòng)，從而達(dá)到防病的目的。（4）光合細(xì)菌在水中繁殖時(shí)，能釋放出一種具有抗病性的酵素──胰凝乳蛋白分解酶，該酶能防止疾病的發(fā)生。（5）由于光合細(xì)菌能分泌大量的葉酸，長(zhǎng)期使用光合細(xì)菌也可避免魚(yú)類貧血癥的發(fā)生。
光合細(xì)菌的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值極高，消化率好，作為禽畜飼料的營(yíng)養(yǎng)添加劑已有20余年的歷史。有研究認(rèn)為，飼料中光合細(xì)菌含量達(dá)10-4便可充分發(fā)揮效果。它在提高禽畜產(chǎn)品的產(chǎn)量、質(zhì)量方面同樣具明顯作用。例如，使用光合細(xì)菌的家禽，成活率提高5％～7％，肉雞增重15％～17％，料肉比降低33％左右，產(chǎn)蛋率提高12．7％且所產(chǎn)蛋的蛋黃顏色明顯趨紅、亮澤，卵黃中類胡蘿卜素和維生素C含量提高20％左右。
光合細(xì)菌在養(yǎng)殖業(yè)中的使用方法有：直接作為餌料投喂，或作為添加劑拌于飼料中，或混于飲水中飼喂。
3．2 光合細(xì)菌在種植業(yè)中的應(yīng)用
由于大量無(wú)機(jī)肥料與化學(xué)農(nóng)藥的使用，造成土壤殘留農(nóng)藥的毒害，土壤鹽化、板結(jié)嚴(yán)重，土壤肥力趨于衰竭。因此，有識(shí)之士都大力提倡使用有機(jī)肥料和“生物農(nóng)藥”。而光合細(xì)菌已被證明既是一種優(yōu)質(zhì)的有機(jī)肥料，又能增強(qiáng)植物的抗病能力。光合細(xì)菌可作為底肥、或以拌種和葉面噴施等方式應(yīng)用。
光合細(xì)菌在種植業(yè)中的應(yīng)用研究也有許多報(bào)道。河北晉州利用光合細(xì)菌進(jìn)行試驗(yàn)取得的各種數(shù)據(jù)頗能說(shuō)明問(wèn)題：小麥平均畝產(chǎn)提高16％，玉米提高13％，棉花提高14％，甘蔗、大白菜提高40％，甜瓜增產(chǎn)15％～24％。
光合細(xì)菌能使農(nóng)作物增產(chǎn)增質(zhì)的原因，似可歸納為以下2個(gè)主要方面：（l）光合細(xì)菌能促進(jìn)土壤物質(zhì)轉(zhuǎn)化，改善土壤結(jié)構(gòu)，提高土壤肥力，促進(jìn)作物生長(zhǎng)。光合細(xì)菌大都具固氮能力，能提高土壤氮素水平，通過(guò)其代謝活動(dòng)能有效地提高土壤中某些有機(jī)成分、硫化物、氨態(tài)氮，并促進(jìn)有害污染物（如農(nóng)藥、化肥）的轉(zhuǎn)化。同時(shí)能促進(jìn)有益微生物的增殖，使共同參與土壤生態(tài)的物質(zhì)循環(huán)。此外，光合細(xì)菌產(chǎn)生的豐富的生理活性物質(zhì)如脯氨酸、尿嘧啶、胞嘧啶、維生素、輔酶Q、類胡蘿卜素等都能被植物直接吸收，有助于改善作物營(yíng)養(yǎng)，激活植物細(xì)胞的活性，促進(jìn)根系發(fā)育，提高光合作用和生殖生長(zhǎng)能力。（2）光合細(xì)菌能增強(qiáng)作物抗病防病能力。光合細(xì)菌含有抗細(xì)菌、抗病毒的物質(zhì)，這些物質(zhì)能鈍化病原體的致病力以及抑制病原體生長(zhǎng)。同時(shí)光合細(xì)菌的活動(dòng)能促進(jìn)放線菌等有益微生物增殖，抑制絲狀真菌等有害菌群生長(zhǎng)，從而有效地抑制某些植病的發(fā)生與蔓延。由于光合細(xì)菌具有抗病防病作用，有人還試驗(yàn)將其作為瓜果等保鮮劑。
3．3 光合細(xì)菌在有機(jī)廢水處理中的應(yīng)用
20世紀(jì)70年代日本小林正泰等提出了用光合細(xì)菌處理有機(jī)廢水的工藝，并成功地對(duì)糞尿和食品、淀粉、皮革、豆制品加工的廢水進(jìn)行處理。南朝鮮已建成了日處理600t的酒精廢水處理場(chǎng)。近年來(lái)，澳大利亞、美國(guó)等也相繼進(jìn)行了這方面的開(kāi)發(fā)研究。國(guó)內(nèi)這幾年在光合細(xì)菌處理廢水研究方面也取得了一些成績(jī)。對(duì)高濃度合成脂肪酸廢水、肉類廢水、豆制品、洗毛、牛糞尿廢水以及檸檬酸廢水的處理均取得了良好效果。例如，有試驗(yàn)表明，用光合細(xì)菌對(duì)CODcr為52800mg／L的豆制品廢水進(jìn)行12h處理，去除率達(dá)92.7％；CODcr為3 864 mg／L的淀粉廢水進(jìn)行72h處理，去除率達(dá)99.5％；處理檸檬酸二次有機(jī)廢水，CODcr、BOD5總?cè)コ史謩e達(dá)到97％和99％。
高濃度有機(jī)廢水在自然凈化過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)以下微生物群落的生長(zhǎng)演勢(shì)：有機(jī)營(yíng)養(yǎng)型微生物群落的生長(zhǎng)繁殖→光合細(xì)菌的生長(zhǎng)繁殖→藻類的生長(zhǎng)繁殖。為使高濃度有機(jī)廢水盡快達(dá)到凈化，可用人工模擬方法，加入光合細(xì)菌。綜合各方面來(lái)看，光合細(xì)菌處理法應(yīng)是目前環(huán)保治理的一個(gè)最經(jīng)濟(jì)、最有效的手段。其優(yōu)點(diǎn)在于：（1）有機(jī)物負(fù)荷高，可以處理高濃度有機(jī)廢水。（2）設(shè)備規(guī)模小，動(dòng)力消耗低，投資費(fèi)用少。（3）易管理，受季節(jié)影響小，在10～40 ℃溫度范圍內(nèi)均可處理。（4）產(chǎn)生的菌體可綜合利用，在養(yǎng)殖業(yè)與種植業(yè)中作為飼料或肥料。
3．4 光合細(xì)菌在食品、化妝品、醫(yī)藥保健業(yè)中的應(yīng)用
光合細(xì)菌富含類胡蘿卜素，為重要的微生物來(lái)源的天然紅色素。迄今已發(fā)現(xiàn)光合細(xì)菌的類胡蘿卜素有80多種，該色素?zé)o毒，色彩鮮艷、亮澤，并具防水性，因而很適用于食品、化妝品等工業(yè)中作為著色劑，在醫(yī)學(xué)業(yè)中也具廣泛應(yīng)用前景。利用光合細(xì)菌發(fā)酵生產(chǎn)類胡蘿卜素的研究已普遍引起重視。日本學(xué)者用球形紅桿菌（Rhodobacter spHaeroides）發(fā)酵生產(chǎn)高濃度紅色素作為食品添加劑，色素含量為干菌體的6％，新鮮菌體的1．5％左右。國(guó)內(nèi)也有用球形紅桿菌發(fā)酵生產(chǎn)類胡蘿卜素，每升發(fā)酵液可提取色素312mg左右的報(bào)道。
光合細(xì)菌微生態(tài)制劑的異軍突起更引人注意。經(jīng)動(dòng)物試驗(yàn)表明，光合細(xì)菌保健食品具有延緩衰老、抑制腫瘤、免疫調(diào)節(jié)、調(diào)節(jié)血脂的顯著功效。這與其細(xì)胞內(nèi)富含類胡蘿卜素是分不開(kāi)的。類胡蘿卜素的抗氧化能力、抗感染作用以及抗癌變作用已有許多研究報(bào)道和專門評(píng)述。光合細(xì)菌細(xì)胞中富含的B族維生素及活性物質(zhì)，也成為提取天然藥物的良好素材之一。據(jù)報(bào)道，我國(guó)已成功研制出了光合細(xì)菌抗癌藥。
3．5 光合細(xì)菌在開(kāi)發(fā)新能源中的應(yīng)用
氫作為一種理想而無(wú)污染的未來(lái)能源日益受到人們的關(guān)注。生物制氫是開(kāi)發(fā)新能源的一個(gè)方向，歐美、日本等均在研究和開(kāi)發(fā)生物制氫技術(shù)。我國(guó)近幾年也有這方面的報(bào)道。
光合細(xì)菌的許多種類在代謝過(guò)程中都能釋放氫氣。目前研究較多的是深紅紅螺菌（Rho-dospirillum rubrum），其產(chǎn)氫量高達(dá)65ml／h．L（培養(yǎng)液），比藍(lán)細(xì)菌產(chǎn)氫量高1倍多。利用該菌固定化細(xì)胞產(chǎn)氫量高達(dá)20ml／g．h，氣體組成中H2占70％～75％?？梢?jiàn)光合細(xì)菌具有產(chǎn)氫速率高、產(chǎn)生的氫氣純度高等特點(diǎn)。
對(duì)光合細(xì)菌的研究在逐漸深入，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。例如作為飼料添加劑在養(yǎng)殖業(yè)中的應(yīng)用，作為“微生物凈化劑”在廢水治理中的應(yīng)用等。但在許多方面的應(yīng)用研究，還只能說(shuō)處在初級(jí)階段，還有大量的、深入的研究工作要做。但是，目前的研究已顯示出光合細(xì)菌作為重要的微生物資源，其開(kāi)發(fā)應(yīng)用的前景是廣闊的，必將具有不可替代的應(yīng)用市場(chǎng)，在人類活動(dòng)中必將發(fā)揮越來(lái)越大的作用。
