光合细菌的优化培养和生长动力学摘要:对光合细菌(PSB)培养的最适温度、光照、pH、溶解氧等条件进行了较系统的研究.通过正交试验,得出PSB生长的最适条件为光照度3000lx、微好氧、30℃、pH7.0.在此基础上,建立了PSB在模拟味精废水条件下以乙酸钠为底物的生长动力学模型,其参数为:饱和常数Ks=0.20-0.24g·L-1,最大比生长速率Lmax=0.038-0.044h-1,试验表明该模型能够较好地描述PSB的生长情况.关键词:光合细菌;正交试验;优化培养;动力学模型OptimalcultivationandgrowthkineticsofphotosyntheticbacteriaAbstract:Thispapergivesadetailstudyontheoptimalgrowthconditionsoftemperature,illumination,pHanddissolvedoxygenforphotosyntheticbacteria.Withtheorthogonalexperiment,theoptimalcultureconditionsforthegrowthofphotosyntheticbacteriaweredetermined:illuminationintensity3000lx,faintlyaerobic,30℃,pH7.0.Undertheoptimalcultivationandthesimulatedmonosodium-glutmatewastewaterconditions,akineticsmodelonthegrowthofphotosyntheticbacteriainthesubstrateofCH3COONawassetup.Theparametersinthemodelareasfollows:thesaturationconstantKs0.20-0.24g·L-1andthemaximumspecificgrowthrateLmax0.038-0.044h-1.TheexperimentresultsshowedthatthismodelcoulddescribethegrowthdataofPSBverywell.Keywords:photosyntheticbacteria;orthogonalexperiment;optimalcultivation;kineticsmodel光合细菌(photosyntheticbacteria,简称PSB)是自然界中广泛存在,比较古老的细菌类群,是一大类能进行光合作用的原核生物的总称[1].近年来,随着人们对PSB形态、结构、生理生化以及生态等特性研究和认识的不断深入,发现PSB,特别是其中的红螺菌科能利用多种硫化物或有机物作为其光合作用的供氢体和碳源,在厌氧光照、好氧光照、甚至好氧黑暗环境中都能很好地增殖,且能耐受很高盐度和浓度的有机物,具有很强的分解、去除有机物的能力,显示其在高浓度、高盐度有机废水处理中的独特优势和广阔应用前景,成为废水处理技术研究的一个新方向[2].同时,因其菌体富含蛋白质和胡萝卜素,可作为单细胞蛋白应用于种植业、养畜业和渔业以及作为各种食用色素[3-5].PSB的上述特点,吸引着人们对其进行发掘、研究和商品化生产.研究PSB的优化培养条件和生长动力学,对其规模化生产和资源化开发利用以及应用于废水处理的光合生物反应系统的设计具有重要意义.1材料与方法1.1菌种来源菌种为本课题组从海水、污泥、池塘水、厌氧生物反应器中分离获得并培养保存的PSB.其颜色深红,有微量红色沉淀,D(660nm)>1.8,活菌数超过1×1010个·mL-1,菌液pH为8.6,经鉴定为荚膜红假单胞福建农林大学学报(自然科学版)第32卷第4期JournalofFujianAgricultureandForestryUniversity(NaturalScienceEdition)2003年12月菌(Rhodopseudomonascapsulata).1.2培养基优化培养试验采用RCVBN扩大培养基[6].其组成为:3.0gCH3COONa、1.0g(NH4)2SO4、0.2gMgSO4、1.0gNaCl、0.3gKH2PO4、0.5gK2HPO4、0.05gCaCl2、0.1g酵母膏、1mL微量元素、1000mL蒸馏水.生长动力学试验中以CH3COONa为生长限制性底物,考虑到PSB处理味精废水时所处的环境,培养基的SO2-4质量浓度控制在2%-3%,pH控制在4.5-6.0,其他组分的含量根据CH3COONa底物的含量按比例调整.微量元素溶液为改良的Imhoff和Truper生长因子溶液.其组成为:2gEDTA-2Na、0.2gFeSO4·7H2O、0.1gMnCl2·4H2O、0.1gH3BO3、0.1gCoCl2·6H2O、0.1gZnCl2、0.02gNa2MoO4·2H2O、0.02mgNiCl2·6H2O、0.01gCuCl2·2H2O、1000mL蒸馏水.1.3培养方法在8个CSTR光合培养器中进行分批培养,培养器体积为50L.培养器光照根据强度不同的需要分别由3只25、40、60、100W白炽灯泡组合提供.培养器的底部设有穿孔曝气管,根据溶解氧含量间歇开启.培养器内设有温控器,并配以人工搅拌.1.4测定方法菌体干重:离心后采用恒重法测定;菌体浊度采用VIS-7220型分光光度计测D(660nm);pH采用瑞士Delta320型酸度计测定;溶解氧采用美国YSI-58溶解氧测定仪测定;光照由LGC4-2A光照计测定;底物质量浓度采用重铬酸钾法测定.表1正交试验因素水平设计Ta...
