201011221957光桿菌不是光合菌

 

光桿菌不是光合菌

--------整理自下列網頁

http://www.aquatwn.com.tw/mav-ina04.htm

http://www.shs.edu.tw/works/essay/2006/10/2006102507464839.pdf

http://www.coa.gov.tw/view.php?catid=5974

http://www.biojz.cn/guanghejun.asp

http://web2.yzu.edu.tw/e_news/577/10_new01.html

http://bojuo.myweb.hinet.net/psb-1.htm

http://bbs.mychat.to/reads.php?tid=663641

 

 

光桿菌(Photorhabdus spp.)是我實驗室近五年研究的菌種,為腸內桿菌科,是線蟲腸內共生桿狀細菌,具有殺菌與殺蟲的功能,但常被民眾詢問是否與水產養殖業常用的光合菌(Photosynthesis bacteriaPSB)相同?

在此回答,光桿菌並不是光合菌。

光桿菌的殺菌與殺蟲成分在國外已有一些成果,但台灣學術機構對光合菌的研究很少,反而是中國大陸對光合菌的研究較多,尤其台灣市面的光合菌產品已經琳瑯滿目。

光桿菌我已有一些文章介紹過,所以本文改針對光合菌做一些介紹。

 

光合細菌簡稱PSB ( Photosynthesis BacteriaPSB) 光合菌是地球上最早一大類會進行光合作用的厭氧,自營性不放氧的原核生物PSB 光合菌體內含有綠色、藍色、紅色或紫色色素,可吸收太陽能,將水中二氧化碳合成為有機物,提供光合細菌生長、繁殖所需之營養,在黑暗的時候仍進行部份呼吸作用,因此仍需要氧氣以維持生存。

無論是淡水、海水甚至 90溫水,200 m 深海或南極冰河海岸上,都曾找到光合細菌的蹤跡。其種類包含紫色細菌與綠色細菌兩大類,紫色細菌可分為紫色含硫菌(ChromaticeaeEctothiorhodospiraceae)和紫色非硫菌(Rhodospirillaceae)兩類;綠色細菌分為綠色含硫菌(Chlorobiaceae)及多細胞絲狀綠菌(Chloroflexaceae)。光合細菌可將氨(ammonia)、亞硝酸(nitrite)、硫化氫(hydrogem sulfide),轉化為生長過程中所需之養分;亦可利用氧化電位比水還低之基質,如硫化氫或簡單的有機化合物,將還原物質轉化,增加氧化還原電位,淨化污水之水質。

光合菌於生技產業上的應用範圍很廣,如:1..水產養殖上的應用,可去除水中之硫化氫與氨氮,改善養殖池環境,降低病害及提高產量;2.光合細菌含有豐富蛋白質、維生素、類胡蘿蔔素,可做為魚貝類的飼料添加劑;3.光合菌可生產多種酵素,如:amylasecellulasecatalase-peroxiadseL-asparaginase…等;4.抗氧化物質之開發,如Q10可用來治療心血管疾病。

由於生產光合菌之培養設備,須考量光合細菌之厭氧性與照光條件,大多限制在小批量的探討,想要進一步大量培養則必須面對其它雜菌污染、照光條件不足與培養溫度變化等問題。因此,光合菌之應用目前大多僅限於實驗室規模或粗放式培養。中國大陸已有廠商篩選具有商業價值的潛力菌株,開發合適的照光反應器,以期能夠有效的量化生產並建立相關的回收技術。

美國愛荷華大學研究人員利用人類基因組定序技術,成功地完成光合菌(Rhodopseudomonas palustris)的定序工作。由於光合菌具有製造氫的能力,可以成為非常有用的生物燃料。再加上光合菌可以分解含有氯與苯的工業廢物,因此被選為基因定序的目標。此外,光合菌還可以分解大氣中的二氧化碳,而具有改善全球暖化的現象。經過基因定序以及基因功能配對後,研究人員發現,雖然大多數的細菌都具有一種接收光能的蛋白質,然而,他們從光合菌基因序列發現,光合菌具有五種不同的吸光蛋白,而這些蛋白質讓光合菌能夠從可能的光源中,吸收到最大量的能源。另外,研究人員還發現不同於其他的固氮細菌,光合菌除了有一般的固氮酵素以外,它還具有另兩種固氮酵素。而這些額外的固氮酵素可能就是讓光合菌能產生大量氫氣的原因。雖然目前光合菌還沒被用來做為生物催化劑,以大量製造氫氣。有數個位於歐洲以及美國的實驗室,正朝著這個目標邁進,尋找進一步利用光合菌產生能源的可行性。

光合菌色素含量為新鮮菌體的1.5%左右。用球形紅桿菌發酵生產類胡蘿蔔素,發酵液可提取類胡蘿蔔素,為重要的微生物來源的天然紅色素。迄今已發現光合菌的類胡蘿蔔素有80多種,該色素無毒,色彩鮮豔、亮澤,並具防水性,因而很適用於食品、化妝品等工業中作為著色劑,在醫學業中也具廣泛應用前景。利用光合菌發酵生產類胡蘿蔔素的研究已普遍引起重視。日本學者用球形紅桿菌(Rhodobacter sphaeroides) 發酵生產高濃度紅色素作為食品添色加劑。

光合菌微生物製劑的異軍突起,引人注意。經動物試驗表明,光合菌保健食品具有延緩衰老、抑制腫瘤、免疫調節、調節血脂的顯著功效。這與其細胞內富含類胡蘿蔔素是分不開的。類胡蘿蔔素的抗氧化能力、抗感染作用以及抗癌變作用已有許多研究報導和專門評述。光合菌細胞中富含的B族維生素及活性物質,也成為提取天然藥物的良好素材之一。

光合菌在近年來的研究,被應用在水稻田中分解、排除土壤中殘毒、殘肥、減少根系的腐壞,而光合菌又具有固氮酵素(nitrogenase),可藉其固氮能力增加土壤中氮肥的含量。同時若施放在果園,在果樹上亦明顯有促進花芽形成、果實肥大及增加著果率的功效。另外,在蛋雞飼料中添加光合菌,亦可提升雞隻的產蛋率及產蛋品質。而添加在魚類養殖池中,光合菌可有效地利用養殖池底的有機物,達到淨化水質及防治養殖疾病,提高養殖魚類存活率的功效。光合菌應用在污水處理上,如養豬場、食品工廠等廢水之除臭及降低 BODCODchemical oxygen demand)值上均有明顯的效果。

光合菌是一種高營養、高效能、多用途的生物製品,營養豐富,含有蛋白質、脂肪、可溶性醣類、胡蘿蔔素、維生素B16種氨基酸。光合細菌在吸收光能和二氧化碳的同時,還能利用水域中的殘餘有機物經異樣微生物分解後產生的有機酸、硫化氫和氨等,達到既淨化水體,又可以為食物鏈上一層的生物提供食物的目的,從而成為水域中食物鏈的重要環節。在養殖水體及飼料中施加光合細菌能改善水質,減少耗氧,促進魚蝦生長,提高產量10%30%,對推動健康養殖和發展無公害水產品生產具有重要意義。

目前的光合菌大多為好氣性菌種,在養殖池中水車或增氧設備的運用下,促進養殖池水保持良好流動性,使大量的氧氣溶入水中,將有毒氣體散出水面外,除此之外並提供魚獲得較高之溶氧,也促進光合菌對水質的改善、穩定水色、增進飼料效應、防止疾病發生等效用,如此一來定期的施撒光合菌,預防勝於治療,環境的優勢下即使生物體帶有病原,也不易再受到二次的感染,會有意想不到的好處與效果,小小的投資可說是一兼二顧、摸蜆仔兼洗褲。

有些養殖業者認為投入光合菌後,池水中的化學毒害降低了,魚的活動力變好了,食慾亦增加了,就大量投餵,一昧的只是為了使魚能快點長大,也就因為如此而導致殘餌、排泄物增多,而後一些水中的有毒物質( 氨、亞硝酸等)也會跟著升高了,所以飼料的投餵量及時間要維持固定,不可盲目投餵。

光合菌的藥用研究19982月,美國《基因療法周刊》以癌症的綠色基因療法將改善癌症的治療方法為標題,報導了綠色植物和光合菌中的綠色葉綠素Ⅱ的衍生物應用於腫瘤的治療方法。另外,5-氨基乙酰丙酸(ALA)是、血紅素和維生素B12的類似物,近來國内外研究者已將其作為一種無公害綠色除草劑、殺蟲劑、抗微生物、藥劑、植物生長促進劑、治療癌症與其他疾病的藥用成分而進行深入研究,由於光合菌生物合成 ALA工藝簡單、產率高有工業化生產潛力而受到國内外研究者的關注。

在農產畜牧與水產養殖方面,光合菌則可用來生產單細胞蛋白,做為家畜飼料及水產養殖飼料的添加劑以及去除養殖場底泥之氨氮、亞硝酸及硫化氫等改善養殖池的環境等。

 

 

補充:

有文獻提到好氧光合菌可能起源於厭氧光合菌祖先的分枝。光合菌有些好氧,有些厭氧,也有些絕對厭氧或兼性厭氧,由於光合菌的菌種不少,建議依據實際使用的菌種特性來施用。

 

 

 

延伸補充一:

台灣的元智大學的 魏毓宏 老師實驗室有利用光合菌Rhodobacter sphaeroides BCRC 13100生產Coenzyme Q10醱酵製程之開發。

另外,東吳大學的 趙維良 老師實驗室有進行北台灣不同水體中紫色非硫菌之多樣性分析。文化大學的 林畢修平 老師實驗室有進行光合菌(Rhodopseudomonas palustris)與巨大桿菌共同培養時交互影響之研究。台灣大學生命科學系的 阮雪芬 老師實驗室有進行光合菌Rhodopseudomonas palustris功能性基因體應用於生質能源技術平台之研發。

 

延伸補充二:

農委會水產試驗所的相關資料

1.http://www.coa.gov.tw/view.php?catid=5974

2.http://www.tfrin.gov.tw/friweb/index.php?func=fishreply&act=ShowForm&num=428&PHPSESSID=7b29f142fdb751fdaf75f73fad44d946

 

 
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