光合細(xì)菌
1. 分類學(xué)地位
門：
紫色光合細(xì)菌：變形菌門 Proteobacteria
紫色硫細(xì)菌
紫色非硫細(xì)菌
綠色光合細(xì)菌：綠菌門 Chlorobi
綠色硫細(xì)菌
其他:
藍(lán)細(xì)菌 Cyanobacteria，曾歸類為“藍(lán)藻”，但屬于細(xì)菌域
螺旋桿菌門 Chloroflexi，如綠屈撓菌 Chloroflexus
光合系統(tǒng)特點
不產(chǎn)氧光合作用（除藍(lán)細(xì)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(xì)菌葉綠素（a、b、c等）和類胡蘿卜素（吸收不同波長光，適應(yīng)低光環(huán)境）。
2. 代謝與生態(tài)功能
代謝多樣性
光能自養(yǎng)：利用CO?為碳源，光能驅(qū)動（如紫色硫細(xì)菌）。
光能異養(yǎng)：利用有機物為碳源（如紫色非硫細(xì)菌）。
兼性厭氧：多數(shù)光合細(xì)菌在無氧條件下進(jìn)行光合作用，部分可在有氧時切換至呼吸代謝。
生態(tài)角色
硫循環(huán)：紫色硫細(xì)菌和綠色硫細(xì)菌氧化H?S，參與硫元素循環(huán)。
碳固定：在貧營養(yǎng)水體（如湖泊、海洋）中固定CO?，貢獻(xiàn)初級生產(chǎn)力。
共生關(guān)系：與無脊椎動物（如海綿、珊瑚）共生，提供營養(yǎng)。
3. 常見類群與特征
紫色硫細(xì)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(xì)胞含硫顆粒，嚴(yán)格厭氧
紫色非硫細(xì)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(xì)菌
電子供體:H?S
典型生境: 深水無氧區(qū)（光補償層以下)
特點:含綠體類似結(jié)構(gòu)，專性厭氧
藍(lán)細(xì)菌
電子供體:H?O（產(chǎn)氧）
典型生境:海洋、淡水或極端環(huán)境
特點:唯一產(chǎn)氧光合細(xì)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(huán)境
特點:光合膜系統(tǒng)獨立于細(xì)胞膜
在 55°C 光照下厭氧條件下孵育 2 天后細(xì)胞
應(yīng)用領(lǐng)域、實驗室培養(yǎng)與鑒定
1.應(yīng)用領(lǐng)域
環(huán)境修復(fù)：廢水處理：降解有機污染物（如染料、農(nóng)藥），吸收重金屬（如鎘、鉛）。
水產(chǎn)養(yǎng)殖：凈化水質(zhì)，減少氨氮和硫化氫積累。
農(nóng)業(yè)與生物技術(shù)：
生物肥料：固氮藍(lán)細(xì)菌（如 Anabaena）作為稻田天然氮源。
單細(xì)胞蛋白：高蛋白含量菌體用于飼料或食品添加劑。
能源開發(fā)：
產(chǎn)氫：利用光合細(xì)菌光驅(qū)動產(chǎn)氫氣。
生物電池：通過光合電子傳遞鏈發(fā)電。
醫(yī)學(xué)與化妝品：
抗氧化劑提取：類胡蘿卜素、輔酶Q10用于護(hù)膚品或保健品。
2.實驗室培養(yǎng)與鑒定
培養(yǎng)基：
紫色硫細(xì)菌：Pfennig培養(yǎng)基（含H?S、CO?、微量金屬）。
紫色非硫細(xì)菌：Rhodospirillaceae培養(yǎng)基（含有機物如蘋果酸）。
培養(yǎng)條件：
光照：波長800-1000 nm（近紅外）適合紫色細(xì)菌，厭氧環(huán)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(xì)菌葉綠素吸收峰。
分子生物學(xué)：16S rRNA基因測序，或功能基因（如pufM光合反應(yīng)中心基因）檢測。
3.研究進(jìn)展
代謝工程
改造光合細(xì)菌高效生產(chǎn)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(xué)
構(gòu)建人工光合系統(tǒng)，提升光能轉(zhuǎn)化效率。
極端環(huán)境適應(yīng)
研究嗜鹽、嗜熱光合細(xì)菌的耐逆機制，開發(fā)極端環(huán)境生物技術(shù)。
生態(tài)安全
評估工程菌釋放對自然微生物群落的潛在影響。
小結(jié)
光合細(xì)菌是自然界能量轉(zhuǎn)化與物質(zhì)循環(huán)的關(guān)鍵參與者，其獨特的代謝靈活性賦予其在環(huán)保、能源和農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域的巨大應(yīng)用潛力。
