光合細菌
1. 分類學地位
門：
紫色光合細菌：變形菌門 Proteobacteria
紫色硫細菌
紫色非硫細菌
綠色光合細菌：綠菌門 Chlorobi
綠色硫細菌
其他:
藍細菌 Cyanobacteria，曾歸類為“藍藻”，但屬于細菌域
螺旋桿菌門 Chloroflexi，如綠屈撓菌 Chloroflexus
光合系統特點
不產氧光合作用（除藍細菌外）：利用H?S、H?或有機物作為電子供體，不分解水釋放氧氣。
光合色素：細菌葉綠素（a、b、c等）和類胡蘿卜素（吸收不同波長光，適應低光環境）。
2. 代謝與生態功能
代謝多樣性
光能自養：利用CO?為碳源，光能驅動（如紫色硫細菌）。
光能異養：利用有機物為碳源（如紫色非硫細菌）。
兼性厭氧：多數光合細菌在無氧條件下進行光合作用，部分可在有氧時切換至呼吸代謝。
生態角色
硫循環：紫色硫細菌和綠色硫細菌氧化H?S，參與硫元素循環。
碳固定：在貧營養水體（如湖泊、海洋）中固定CO?，貢獻初級生產力。
共生關系：與無脊椎動物（如海綿、珊瑚）共生，提供營養。
3. 常見類群與特征
紫色硫細菌
電子供體:H?S、S2?
典型生境:富含H?S的靜水層（如湖泊）
特點:細胞含硫顆粒，嚴格厭氧
紫色非硫細菌
電子供體:有機物、H?
典型生境:淡水、淤泥
特點:代謝靈活，可兼性光合或呼吸
綠色硫細菌
電子供體:H?S
典型生境: 深水無氧區（光補償層以下)
特點:含綠體類似結構，專性厭氧
藍細菌
電子供體:H?O（產氧）
典型生境:海洋、淡水或極端環境
特點:唯一產氧光合細菌，含葉綠素a
綠屈撓菌
電子供體:H?、有機物
典型生境:溫泉、高溫環境
特點:光合膜系統獨立于細胞膜
在 55°C 光照下厭氧條件下孵育 2 天后細胞
應用領域、實驗室培養與鑒定
1.應用領域
環境修復：廢水處理：降解有機污染物（如染料、農藥），吸收重金屬（如鎘、鉛）。
水產養殖：凈化水質，減少氨氮和硫化氫積累。
農業與生物技術：
生物肥料：固氮藍細菌（如 Anabaena）作為稻田天然氮源。
單細胞蛋白：高蛋白含量菌體用于飼料或食品添加劑。
能源開發：
產氫：利用光合細菌光驅動產氫氣。
生物電池：通過光合電子傳遞鏈發電。
醫學與化妝品：
抗氧化劑提取：類胡蘿卜素、輔酶Q10用于護膚品或保健品。
2.實驗室培養與鑒定
培養基：
紫色硫細菌：Pfennig培養基（含H?S、CO?、微量金屬）。
紫色非硫細菌：Rhodospirillaceae培養基（含有機物如蘋果酸）。
培養條件：
光照：波長800-1000 nm（近紅外）適合紫色細菌，厭氧環境。
溫度：25-40℃（不同類群差異大，如綠屈撓菌需45-55℃）。
鑒定方法：
光譜分析：檢測細菌葉綠素吸收峰。
分子生物學：16S rRNA基因測序，或功能基因（如pufM光合反應中心基因）檢測。
3.研究進展
代謝工程
改造光合細菌高效生產生物燃料（如乙醇、丁醇）或高附加值化合物（如類胡蘿卜素）。
合成生物學
構建人工光合系統，提升光能轉化效率。
極端環境適應
研究嗜鹽、嗜熱光合細菌的耐逆機制，開發極端環境生物技術。
生態安全
評估工程菌釋放對自然微生物群落的潛在影響。
小結
光合細菌是自然界能量轉化與物質循環的關鍵參與者，其獨特的代謝靈活性賦予其在環保、能源和農業等領域的巨大應用潛力。
