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光合细菌不同属类的分离培养

光合细菌的分离培养光合细菌(Photosynthetic Bacteria,略作PSB)是一大类能进行光合作用的原核生物的总称。

除蓝细菌外,都能在厌氧光照条件下进行不产氧的光合作用。

研究与应用的实践表明,光合细菌在高浓度有机废水处理与资源化、水产养殖的水质调控与促进健康生长、在农业生产中作为高效活性菌肥等方面,发挥着十分有益的和令人瞩目的作用。

关于光合细菌的类群、形态与生理特征、在生态系统中的地位和作用等内容,请参考有关文献与专著。

这里仅就光合细菌的分离、培养方法作一介绍。

1光合细菌的富集培养的一般方法①分离源光合细菌四个科-红螺菌科(Rhodospirillaceae)、着色菌科(Chromatiaceae)、绿菌科(Chlorobiaceae)、绿色丝状菌科(Chloroflexaceae)的各种菌,广泛分布于地球生物圈的各处。

作为光合细菌的分离源,一般可从富营养化的湖泊、池沼、海滩、以及水田、硫黄泉、灌水土壤、和污水厂活性污泥、畜牧场水沟等厌氧或缺氧环境采样。

在较深的水体,可使用采水器采取厌氧层的水。

在较浅的地方,可直接用吸管吸取带底泥的水。

采样的同时记录水温、pH、有无H2S气味等项内容。

将采集到的水样或泥样放在厌氧、低温条件下,带回实验室进行分离。

②光合细菌富集培养基用于光合细菌富集培养用的培养基有许多配方,这里仅介绍日本星野氏推荐的基本培养基I和基本培养基II。

前者适合于红螺菌科的光合细菌,后者适用于着色菌科和绿菌科的菌。

基本培养基I:KH2PO4 0.5g K2HPO4 0.6g (NH4)2SO4 1.0g MgSO4·7H2O 0.2gNaCl 0.2g CaCl2·2H2O 0.05g酵母浸出汁 0.1g微量元素溶液(见后)1mL 生长因子溶液(见后)1mL蒸馏水1000ml以上配制成的培养基pH值约6.7根据需要,可在上述培养基中添加一些成分,如富集的是缺少同化型硫酸还原系的菌种,则可在基本培养基I中加入0.01%硫代硫酸钠;如是海洋性菌种,可加入3%NaCl等等。

另外,如分离源中含有较多的硫酸还原菌时(尤其是采自海洋的样品),为了抑制硫酸还原菌的生长,可把基本培养基I中的(NH4)2SO4、MgSO4·7H2O替换成NH4Cl和MgCl2·6H20。

含单一有机化合物的基本培养基I配置方法如下:①在容积为20mL的螺口试管中,加入最终浓度为一定量(0.05~0.1%)的有机物。

②加入基本培养基I至1/2试管的量,松松地旋上螺盖。

③ 121℃,灭菌15分钟。

④冷却后加入过滤除菌的10%抗坏血酸钠溶液0.1mL(最终浓度为0.05%),作为还原剂。

⑤用另行灭菌的基本培养基I注满试管,旋紧螺盖。

用同样方法可配制含各种不同的单一有机化合物的基本培养基I。

基本培养基II:KH2PO4 1.0g,NH4Cl 1.0g,MgCl2·6H2O 0.2g,CaCl2·2H2O 0.05g,微量元素溶液(见后)1mL,生长因子溶液(见后)1mL,蒸馏水1000mL,根据需要,可在该培养基中加入0.1%硫代硫酸钠、3% NaCl或0.05%乙酸钠等。

含一定浓度的H2S和CO2,并有特定pH的基本培养基II的配制,可参照表5-5进行。

例如,要配制NO.1的基本培养基II,其中含0.1%Na2S·9H2O 和0.2%NaHCO3,pH=6.4,具体方法如下:①在螺口试管(容积为20mL)中加入半管量的基本培养基II,松松地旋上螺盖。

②121℃,灭菌15分钟。

③冷却后依次加入0.3mL1NHCl、0.5mL8%的NaHCO3溶液(过滤除菌)和1.0mL2%的Na2S·9H2O溶液(高压灭菌)。

④用另行灭菌的基本培养基II注满试管,旋紧螺盖。

用同样方法可配制含所需H2S浓度和pH值的各种基本培养基II。

将制得的装有培养基的试管充分振荡后,在冷暗处放置1昼夜,使培养基内完全呈厌氧状态。

在这种状态下可保存1个月左右。

表5-5 各种基本培养基II 的配制方法 培养基中的浓度(%)*最终培养基20mL 中应加入mL 数 培养基编号NaHCO 3 Na 2S·9H 201NHCl 1NaOH 培养基的pH1 0.2 0.1 0.3 6.42 0.2 0.1 0.26.7 3 0.2 0.1 0.15 6.9 4 0.2 0.1 0.17.1 5 0.2 0.1 0.05 7.3 6 0.2 0.1 7.67 0.2 0.1 0.05 7.9 8 0.2 0.05 0.15 6.6 9 0.2 0.05 0.16.9 10 0.2 0.05 0.057.0 11 0.2 0.05 7.212 0.2 0.050.05 7.5 13 0.2 0.050.15 7.8 14 0.2 0.025 0.056.9 15 0.2 0.0257.116 0.2 0.0250.05 7.3 17 0.2 0.0250.1 7.5 18 0.2 0.025 0.15 7.9 * 最终培养基量20mL 中,加入8%NaHCO 3溶液0.5mL 时,其最终浓度为0.2%;若分别加入2%Na 2S·9H 2O 溶液1.0、0.5、0.25mL ,它们的最终浓度分别为0.1%、0.05%、0.025%。

微量元素溶液:EDTA -2Na 2000mg , FeSO 4·7H 2O 2000mg , H 3BO 3 100mg ,CoCl 2·6H 2O 100mg ,ZnCl2100mg, MnCl2·4H2O 100mg,Na2MoO4·2H2O 20mg,NiCl2·6H2O 20mg,CuCl2·2H2O 10mg, Na2SeO31mg,蒸馏水1000mL,保存于暗处。

生长因子溶液:维生素B1 50mg,烟酸(维生素PP)50mg,对氨基苯甲酸30mg,维生素B12 5mg,吡多酸(维生素B6) 10mg,生物素5mg,蒸馏水100mL,保存于冷暗处。

③接种适当的接种量对于有效地富集到目标菌种十分重要。

因为过多的接种量会使培养基条件发生变化,导致富集培养失败。

合适的接种量为:20mL富集培养基中加入分离用样品1~2滴。

④培养接种后的富集培养管,一般先在室内暗处放置数小时至1昼夜,然后移至光照下开始光合成培养。

培养时间因条件而异,大约需要1星期至1个月。

如果一次富集培养光合细菌尚未充分生长,则应继续进行富集培养。

即把上一次的富集培养物移接少量至无菌的富集培养液中,重复上述的培养过程,直至获得有光合细菌大量生长的富集培养物。

⑤光源进行光合成培养时使用的光源,以白炽灯为好。

因为与荧光灯相比,白炽灯不仅发出光合细菌的类胡萝卜素吸收的短波光(450-550nm),而且大量发出细菌叶绿素(Bchl)吸收的长波光(715-1050nm)。

由于不同的光合细菌菌种所含有的细菌叶绿素种类不同(见表5-6),因此也可利用特定波长的光源来进行相应菌种的富集培养(van Niel,1971)。

光合成培养的合适光照强度为500-2000Lux,把培养管放在距白炽灯(40-60W)15-5℃m处即可。

另外,由于白炽灯会发出大量的热,故因注意培养装置内温度的控制。

表5-6 各种Bchl及其主要吸收光波Bchl 最大吸收波长(nm)Bchl a 830~890Bchl b 1015~1035Bchl c 745~760Bchl d 725~745Bchl e 715~725⑥防止藻类生长富集培养中若有藻类生长,会因其光合产氧而使培养基内呈好氧状态,从而引起光合细菌的生长受抑制。

为了阻止藻类的生长,Swoager和Lindstrom(1971)提出可在培养基中加入光化学反应系II的抑制剂。

另外,也可利用滤波器得到波长700nm以上的光作为光源,在这样的光照条件下,光合细菌因含有Bchl(吸收波长为700nm以上)而能够生长,藻类则因所含Chl的吸收波长为700nm以下而不能生长。

(2)各科光合细菌的富集培养①.红螺菌科(Rhodospirillaceae)光合细菌的富集培养该科光合细菌包括4属17种1亚种。

这些菌种都能利用有机物作为碳源和光合成反应的氢供体进行生长。

因此,红螺菌科的菌可用含单一有机物的基本培养基I,并在20~30℃,1000~2000Lux 条件下进行富集培养。

培养物因菌种不同而呈现红、紫、茶色等色泽。

为富集红螺菌科中的特定菌种,一般的方法是依据该菌种对某种有机物的特异利用性,配制成以该有机物为单一碳源的培养基进行富集培养。

此外,可利用不同菌种对培养基pH、生长因子以及光源波长范围的不同要求,来对特定菌种进行富集培养。

实际应用时,常根据需要把上述培养基和培养条件组合起来,将能更有效地富集到所需的特定菌种。

以下就几种红螺菌科细菌的富集培养法作一简要介绍。

a.Rhodobacter sphaeroides(球形红菌)(原为Rhodopseudemonas sphaeroides,球形红假单胞菌)的富集培养:首先,在含有0.1%乙醇或醋酸钠的培养基中进行第一次富集培养。

然后,将一部分富集培养物接种到含0.1%酒石酸钠的培养基中,进行第二次富集培养。

用此法可选择性地富集到球形红菌(R. Sphaeroides)(van Niel,1971)。

但是,在R. Sphaeroides中也有些菌株不能利用酒石酸钠为碳源。

据星野氏的研究,对这些菌株的富集培养可在含3%NaCl的苹果酸钠培养基中进行。

b.Rhodopseudomonas acidophila(嗜酸红假单胞菌)的富集培养:根据Pfennig(1969)的研究,可采用不含生长因子的琥珀酸钠培养基(pH=5.1)进行嗜酸红假单胞菌的富集培养。

c.Rhodopseudomonas viridis(绿色红假单胞菌)的富集培养:采用乙醇或醋酸钠培养基,并利用该菌含Bchl b而以红外滤色器获得1000-1050nm波长的光进行照射,可有效地富集到绿色红假单胞菌。

其培养物呈绿色。

(Drews and Giesbrecht,1966)d.Rhodospirillum fulvum(黄褐红螺菌)的富集培养:采用只含对-氨基苯甲酸为生长因子的0.05%苯甲酸钠培养基,可有效地富集黄褐红螺菌。

(Pfennig,Eimhjellen and Liaaen,1965)②着色菌科(Chromatiaceae)光合细菌的富集培养法该科光合细菌包括10属27种。

该科菌种在以CO2为碳源、H2S为光合反应氢供体的碱性培养基中生长良好。

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