环境因素对光合细菌应用培养过程增殖的影响.doc

环境因素对光合细菌应用培养过程增殖的影响摘要:对耐盐红螺菌科光合细菌的应用培养条件(光源、温度、接种量、pH等),以及光合细菌细胞数量与OD660 nm的相关性进行了探讨.试验结果表明,在日光为光源、高气温下,强日光对光合细菌的增殖有抑制作用;光合细菌形成优势生长的适宜接种量为20%-30%,最适pH为7-8.光合细菌细胞与OD660 nm的回归关系为y= 10.799x+2.781 9.关键词:环境因素;光合细菌;应用培养;增殖Influence of environmental factors on the multiplicationof photosynthetic bacteria during the applied cultureAbstract: Discuss the applied culture conditions of Salt-resistant Rhodospirillaceae bacteria includingillumination, temperature, inoculum, pHand the relativity of cell number and OD660 nmin order to effec-tively culture photosynthetic bacteria (PSB). The results showunder the sunlight, intense sunlight holdback the multiplication of PSB in the high temperature, the appropriate inoculumhelped to preponderantgrowth of PSB is 20%-30%, the optimization of pH is 7-8. The linear regression of the relation be-tween PSB cells and OD660 nmisy= 10.799x+2.781 9.Keywords: environmental factors; photosynthetic bacteria; applied culture; multiplication光合细菌(photosynthetic bacteria)简称为PSB,是地球上最早出现的具有原始光能合成体系的原核生物.光合细菌细胞含有60%以上的蛋白质,并具有净化水质等作用,因而,在养殖业和污水处理等领域得到越来越广泛的应用1-3.目前,常规培养光合细菌的基本条件是培养基灭菌、接种后置于厌氧光照下培养,这种培养在生产应用上显然存在耗能和成本高等缺点,同时也不利于光合细菌的生产与推广应用.关于应用性培养条件的研究报道也较少4.为此,本研究探讨了兼性厌氧营异氧生长的红螺菌科光合细菌优化菌株应用培养过程的方法与条件.1 材料与方法光合细菌:荚膜红假单胞菌(Rps.Capsulata)耐盐菌株(本实验室选育保存菌种5, 6).主要设备:光合细菌培养装置(自制,分为白炽灯光源和日光两种); 722型分光光度计(上海第三分析仪器厂); JD-3型光照度计(上海市嘉定学联仪表厂);菌落计数器(ILQ-S,锡山市金域仪器厂),pH酸度计(上海天达仪器有限公司).光合细菌种子液培养.采用光合细菌基础培养基,灭菌后备用.荚膜红假单胞菌斜面菌种活化后接种于三角瓶培养液中光照(白炽灯)培养5-7d,后以5%接种量接种到3L培养液中光照培养5-7d,作收稿日期: 2002-09-20作者简介:唐亮(1977-),男;通讯联系人:邱宏端,副教授.基金项目:福建省教育厅项目(JB00074);福州大学科技发展基金项目(XKJ(QD)0133);福建省科技厅高新技术项目(2001H21)第31卷第2期福州大学学报(自然科学版)Vol.31 No.22003年4月Journal of Fuzhou University(Natural Science) Apr. 2003为应用培养种子液使用.光合细菌应用培养.采用海水或淡水配制光合细菌应用培养液(不灭菌),接种光合细菌种子液,分别置于白炽灯光照与日光光照下培养.其中淡水培养以白炽灯为光源,在实验室内进行;海水培养以日光为光源,在漳州诏安养殖场进行.探讨不同光源的光照强度、温度、培养pH和菌种接种量等因素对光合细菌试验菌株生长的影响.光合细菌生长量测定.菌体浓度(OD660 nm):采用722分光光度计法;细胞数量:采用光合细菌基础培养基5,以平板菌落计数法测定.2 结果与分析2.1 光合细菌细胞生物量OD660nm与细胞数量的相关性由于平板菌落计数法工作量较大,不利于生产应用操作,菌体浓度(OD)法具有效率高,操作简便等优点,为此,我们在光合细菌应用培养过程中取样测定细胞浓度OD660nm,利用光合细菌基础培养基(非光合细菌不生长),以平板菌落计数法计数光合细菌细胞数量,以了解光合细菌生长过程OD与细胞数量的相关性.结果如图1所示,光合细菌细胞数量与OD660nm的回归关系为y= 10.799x+2.7819,R2=0.9922.2.2 光照与温度2.2.1 白炽灯与日光下光合细菌的生长分别进行光合细菌在淡水培养液中的室内白炽灯(光照强度1000 lx,温度28-35e)和室外日光下(60 000 lx, 26-38e)的培养,结果(图2)表明,日光光照下光合细菌的生长速率低于白炽灯光照,这可能是在自然光照下较高的温度和光照强度抑制了细胞的生长代谢.图1 OD660 nm与细胞数量的关系曲线Fig.1 The curve of OD660 nmand the cell number relation图2 白炽灯与太阳光照培养光合细菌比较Fig.2 The comparison of incandescent lamp and the sun onthe growth of PSB图3 光合细菌培养缸及光照强度测定点示意图Fig.3 Schematic diagram of PSB cultural device and themeasuration of illumination intensity图4 白炽灯光照强度对光合细菌生长的影响Fig.4 The influence of the incandescent lamp intensity onthe growth of PSB2.2.2 白炽灯光照强度对光合细菌生长的影响图3所示的有机玻璃缸,装有光合细菌淡水培养液,接种20%种子,分别于3盏25W(光照强度为180-4 200 lx,温度26-34e)、40W(180-6 200 lx, 28-35e)和60W(630-12 000 lx, 30-40e)的白#254#福州大学学报(自然科学版)第31卷炽灯光照条件下培养.实验结果示于图4.由图4看出,若用白炽灯作光源, 3盏40W的白炽灯较适合光合细菌的快速生长与保持细胞活性.2.2.3 日光强度对光合细菌生长的影响以漳州诏安海水(盐浓度3.5%-3.8%)配制光合细菌培养液,分装于20 L白色塑料桶中,接种后分别置于室内阴凉处(光照强度270lx左右,温度27-29e)、室外阴凉处(1650lx左右, 26-32e)、室外日光下(60 000-70 000 lx, 26-38e)和白色塑料棚内(60 000 lx左右, 28-35e)条件下培养.结果(图5)显示,光合细菌在室外阴凉处和在白色塑料温棚内光照培养,其生长速率较为相近,并优于室内阴凉处和室外强光照下培养.这是由于室内阴凉处,自然光照弱且气温低,菌体生长速率减缓,而室外强光照下气温更高,光合细菌的生长活性受到抑制(与图2所示实验结果相似).表明日光光照强度与培养温度具有相关性7,日光培养光合细菌应根据气温调整光照强度.2.3 pH对光合细菌生长的影响2.3.1 初始pH光合细菌于初始pH6.0、6.5、7.5、8.5培养液中的培养结果(图6)显示,当培养液初始pH为6.5-8.5时,光合细菌大量生长,且培养液pH呈现上升趋势,至最高达pH9.0-9.3.这可能由于光合细菌在生长代谢过程中释放出碱性物质,或是由于光合细菌对营养成分选择利用了酸性基团,而使碱性图6 初始pH对光合细菌生长的影响Fig.6 The influence of the original pH on the growth of PSB基团残留所致.图5 自然日光强度对光合细菌生长的影响Fig.5 The influence of the sun intensity on the growth of PSB2.3.2 培养pH图7为在培养过程中不断调节培养液pH,使其波动范围不大于初始pH?0.5时的培养结果.由图7看出,光合细菌良好生长的培养pH为7.0-8.0.图7 pH对光合细菌生长的影响Fig.7 The influence of the pH on the growth of PSB图8 接种量对光合细菌生长的影响Fig.8 The influence of the inoculum on the growth of PSB2.4 接种量对光合细菌生长的影响对应用培养光合细菌,接种量是影响菌种能否快速生长而形成优势菌的要素.实验结果(图8)表#255#第2期唐亮,等:环境因素对光合细菌应用培养过程增殖的影响图9 搅拌对光合细菌生长的影响Fig.9 The influence of stirring on the growth of PSB明,不同接种量在培养至稳定期时细胞数量相近,但从培养过程发现, 10%接种量,菌液颜色较淡,出现染菌,产生异味; 50%接种量,菌液颜色为深红色,形成优势生长最好;20%-30%接种,培养过程较为稳定.表明应用培养光合细菌适宜的接种量为20%-30%.2.5 搅拌对光合细菌生长的影响光合细菌培养液分装于白色塑料桶中,接种后置于白色塑料温棚内培养,以每天搅拌1次、3次和不搅拌的培养方式试验.结果(图9)表明,采用适时搅拌的培养方式对光合细菌生长有利,这可能是搅拌条件下,细胞在培养液中分布更加均匀,从而促进了细胞的生长代谢.3 结语1)光合细菌细胞数量与OD660 nm的相关性:y= 10.799x+2.781 9.在应用培养过程中,培养菌液OD660 nm在0.8以上,细胞数量可达到菌剂使用的浓度(109-1010个#mL-1以上).2)采用不灭菌的淡水或海水配制营养液培养光合细菌,其适宜的接种量为20%-30%.接种量低,光合细菌较难形成快速优势生长.光合细菌应用培养过程中,接种的种子除采用二级扩培的优良种子液外,还可采用生长良好的应用培养液作为母种转接培养.3)采用日光培养光合细菌,气温高时应避免强日光光照,气温低时应提高光照强度与培养温度.因此,搭建白色塑料温棚是较为经济与有效的方法.培养过程采用适当的搅拌,控制pH7.0-8.0,温度26-35e.参考文献:1 IsamuMaeda, Tadashi Mizoguchi, YoshiharuMiura, et al. Influence of sulfate-reducing bacteria on outdoor hydrogen productionby photosynthetic bacterium with seawaterJ. Current Microbiology, 2001, 40(3): 210-213.2 Shipman R H, FanL, Kao I C. Single cell protein production by photosynthetic bacteriaJ. AdvApplMicrob, 1977, 21: 161-183.3 倪纯治,叶得赞,周宗澄,等.光合细菌对养殖水体的生态调控作用J.台湾海峡, 1997, 16(3):