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【新闻】生物饲料光合细菌在动植物中的应用二歧蓼

发布时间:2020-10-19 04:21:45 阅读: 来源:研磨机厂家

生物饲料——光合细菌在动植物中的应用

根据国际上常用的伯杰氏分类手册(第9版)的分类标准,PSB可分为着色杆菌科、外硫红螺菌科、紫色非硫细菌、绿色硫细菌、多细胞丝状绿细菌、螺旋杆菌科和含叶绿素a的专性好氧菌,7类共25个属,66个种,近年来还陆续有新种的报道。而紫色非硫PSB是不产氧PSB中种属最多、分布最广、形态生理生化特征最为多样和系统发育最为复杂的一群。紫色非硫PSB也称红螺菌科PSB,属于兼性厌气菌和光能利用菌。其细胞富含蛋白质、氨基酸及胡萝卜素等多种生物活性成分,并且具有固碳、固氮、脱氢和氧化硫化物等多种生理功能。PSB在自然界中分布十分广泛,凡是光能之处均可发现它们的踪迹。PSB的形态多样,大小差异也大,但它们均具有一个共同的特点,就是都含有光合色素,只是不同PSB因其所含色素的种类和组成的差异而显示不同的菌体颜色。对PSB的研究主要从2个方面入手,即理论意义和应用价值。理论上它是研究光合作用、固氮作用、探索生命起源及生物进化的理想试验材料;在实际应用上,可用来制造氢气、作为降解塑料的生物材料、制作生物杀虫剂和生物肥料,还可用来净化有机污染、处理高质量浓度有机废水和进行生物脱氮。而且在水产养殖中也有很广泛的应用,但对生猪的养殖中报道很少。

PSB的形态结构

从培养要求及形态特征来看,PSB都是革兰阴性菌,其个体有单细胞和多细胞;形态有圆形、卵形、杆形、螺旋形及各种不规则的形状,有些菌具有其独特的营养生长周期,而且不同时期有不同的细胞形态。在运动方面也是多种多样,通过鞭毛运动的、滑行运动的和不运动的。一般细胞直径大小为0.5-5μm,主要的繁殖方式是二分分裂,少数为出芽生殖。一般都不形成芽孢。PSB体内不存在叶绿体和类囊体,却具有双层膜的类似于叶绿体的结构,在此结构中有光合色素--细菌叶绿素,有的还有大量的类胡萝卜素,因而产生不同的颜色。细菌叶绿素和类胡萝卜素的光谱吸收处分别为715-1050和450-550nm。

PSB的理化特性和作用机制

PSB具有丰富的营养成分,蛋白质含量高达65%;含有丰富的维生素,是动物幼体发育所必需的B族维生素,如:B12、叶酸和生物素,含量相当高,是啤酒酵母和小球藻的20-60倍,此外还含有多种微量元素、促生长因子、促免疫因子和辅酶Q等生理活性物质,是一类高营养的微生态制剂的主要成分。微生态制剂,是利用一种或几种正常微生物或促进微生物生长的物质制成的活的微生物制剂。一切能促进正常微生物群生长繁殖且抑制致病菌生长繁殖的制剂都可以被称为微生态制剂。

PSB的生理代谢功能复杂多样,自养、异养和兼性营养,好氧、厌养和兼性厌氧等多种类型都可见。PSB在有光照缺氧的环境中利用光能进行光合作用,同化二氧化碳。与绿色植物光合作用不同的是,它们的光合作用不产生氧气。PSB细胞内只有一个光系统,即光系统I(PSI),光合作用的原始供氢体不是水,而是H2S(或一些有机物),这样它进行光合作用的结果是产生了H2,分解有机物,同时还能固定空气的分子氮生成氨。PSB在自身的同化代谢过程中,同时完成了产氢、固氮和分解有机物3个自然界物质循环中极为重要的化学过程。这些独特的生理特性使它们在生态系统中的地位极为重要。其反应式:

以H2S为供氢体

CO2 H2S→(CH2O) H2O 2S

以硫代硫酸盐为供氢体

2CO2 Na2S2O3→2(CH2O) H2SO4 Na2SO4

以有机物为供氢体

CO2 2H2A→(CH2O) H2O 2A

由于PSB的生理类群的多样性,才使其在生物圈的能量转化中及在C、N、S、P和O等生命重要元素的循环中成为一类具有重要作用的微生物。

PSB的应用

3.1利用PSB处理有机废水

PSB能在黑暗有氧和光照无氧的条件下完成合成与代谢。这样就可以利用PSB来处理高质量浓度有机废水。PSB能以多种有机酸和醇类等有机化合物作为光合作用的供氢体和原料,还能耐受高质量浓度有机物,并具有较强的分解和去除有机物的生理特性。因此,在自然光照和微好氧条件下,能对许多高质量浓度的有机废水进行高效率的处理,并且在处理前不需对废水进行稀释。与常规的生物好氧法和厌氧发酵法处理有机废水相比,具有明显的优势。首先不存在污泥处理问题,可直接用来处理高质量浓度有机废水;其次所得的副产品—菌体污泥还可进行利用,作为鱼和家畜的饵料,或种植业的肥料,不造成二次污染而得以综合利用;另外所需场地少,费用低,从而节约了废水处理的开支,降低了成本。而且PSB处理废水还可以与光合产氢结合起来,在处理废水和获得单细胞蛋白(SCP)的同时,得到新能源。目前,利用PSB处理有机废水,已在很多行业中成功投产。

3.2利用PSB制造氢能源

氢能源清洁、高效并可再生,是一种可替代化石燃料的新型能源,利用生物制氢与热化学和电化学制氢相比较,有能耗低和污染少的特点。近年来,用微生物生产清洁的氢能源更是成为了研究的热点。PSB在固氮和产氢的过程中皆由固氮酶所催化,而且产氢条件和固氮条件相同。其产氢的机制为在固氮过程中,在固氮酶的催化下,消耗能量物质三磷酸腺苷(ATP),同时还原NAD(P)H中的2个H ,释放的电子通过铁氧还蛋白或黄素蛋白传递到固氮酶的铁蛋白,然后再传递给钼铁蛋白,在钼铁蛋白上将分子氮和H分别还原为NH3和H2。在正常情况下,PSB的固氮和产氢同步进行,但在氮气饥饿时NAD(P)H中的H 几乎全部在固氮酶的作用下被还原成H2,从而提供更多的氢能源。目前许多国家正在开发此项研究。

3.3利用PSB制造药物

研究表明:PSB有许多生理活性,包括抗氧化作用、调脂作用、抗肿瘤作用和免疫活性等,而且PSB没有毒性,能促进生殖生长。其有效成分对超氧阴离子有很好的淬灭作用。通过试验证实,PSB制剂可促进小鼠脾及胸腺增殖并提高腹腔巨噬细胞的吞噬功能,抑瘤率平均显著提高。且对小鼠生殖生长影响及毒性测试中,其对小鼠的生长发育无不良影响,没有致毒和致病作用,不具有潜在的危害。所以,有人提出,PSB可用于人的食用蛋白、食用色素和医药等方面的开发研究。目前,已有国外公司将PSB制成微生态制剂,如:在我国市场推销的有效微生物群(EM)菌剂等。EM菌剂是由PSB、乳酸菌群、酵母菌群、放线菌群和丝状菌群5种10属80余种微生物组成的混合菌剂。其中不含任何化学有害物质,无毒不良反应,不污染环境,在促进动植物生长、防病治病、提高农畜产品品质、改良土壤和改善环境等方面,有着独特和综合的功能,其中PSB起着主导的作用。

PSB还被制作成了保健食品,经动物试验表明:PSB具有延缓衰老、抑制肿瘤和免疫调节的显著功效。这可能是与PSB细胞中富含类胡萝卜素、B族维生素及活性物质有关。

3.4利用PSB在农作物种植方面的应用

PSB菌液喷洒于水稻根部,可以起到保护作用,并能促进生长、分泌有效营养和促进营养物质的吸收,不仅会增加根部活力,还能去除土壤中有害的H2S。使水稻从发芽到抽穗结实均可受到其保护。

有人还用PSB菌液稀释100倍后点入西瓜穴中,有效防止了西瓜重茬时镰刀菌的侵袭,苗期成活率超过95%。用PSB液涂抹西瓜表面,3个月内其水分和糖分基本不受损失,保鲜效果良好。PSB在其他农林作物病害防制中的应用,科技工作者正在潜心研究。

3.5利用PSB提取类胡萝卜素、辅酶Q及单细胞蛋白

PSB菌体内含有丰富的类胡萝卜素,可提供重要的微生物来源的天然红色素,人们已经认识到以煤焦油系为主要成分的合成色素具有致癌性,天然色素的开发已倍受关注。PSB的色素不仅无毒,还具有色彩鲜艳、亮泽和具防水性等优点,很适用于黄油、冰淇淋、干酪、乳酸饮料和糕点等着色,还可用于化妆品的生产。

SCP亦称微生物蛋白,它不是纯蛋白质,而是由蛋白质、脂肪、糖类、核酸、非蛋白质的含氮化合物、维生素和无机化合物等混合物组成的细胞质团。生产SCP已成为国内外十分重视的一项科学技术。PSB菌体内蛋白质含量非常高,就属于这种单细胞蛋白,所以,PSB将成为这种单细胞蛋白提取的重要微生物。

3.6利用PSB进行环境保护

PSB能利用光能和有机废物合成自身菌体蛋白和其他无害物质(变有害物质为无害物质),所以,PSB被认为是当今世界上最具发展前景的净化环境的生物制剂。可用作大范围污染的净化处理、废水处理、人粪尿、畜禽粪尿的集中处理和综合利用,还可广泛用于大型垃圾场,生活垃圾的现场处理,从而美化环境。

3.7利用PSB进行水产养殖

PSB是一种营养丰富和价值极高的细菌,菌体含有丰富的氨基酸、叶酸和B族维生素,尤其是维生素B12和生物素含量较高,还有生理活性物质辅酶Q(又叫泛醌)。而且PSB的体积为小球藻的1/20,特别适合作为刚孵出仔鱼的开口饵料。据报道,PSB除了促进鱼类生长外,还可以防制鱼虾疾病并净化养殖水质,并对水产养殖中的病害细菌产生颉颃作用。提高水产品的成活率,可稳定养殖水体pH,去除氨氮、亚硝基氮和总氮,降低化学需氧量(COD),改变水体氮磷比,有效控制异养细菌、弧菌和气单胞菌数量,避免养殖水体水质恶化。

3.8利用PSB进行蛋鸡养殖

试验表明:在蛋鸡饲料中添加PSB菌剂,可明显提高经济效益。蛋鸡饲喂PSB添加剂后,其蛋壳和蛋黄的色泽明显改善,同时还推迟了蛋鸡的换羽期。这与PSB中所含多量胡萝卜素、蕃茄红等天然色素、多种维生素及丰富的蛋白质、氨基酸和促生长因子有关。在蛋鸡产蛋高峰后期(45周龄)日粮中添加1-3mLPSB,可使高峰后期蛋鸡产蛋率下降速度减慢,提高鸡蛋的抗氧化活性。

猪饲料中添加PSB制剂的作用

PSB制剂属营养保健类饲料添加剂,在生猪养殖中发挥营养保健的作用。

4.1可平衡生猪消化系统的微生态环境

在生猪生长正常的情况下,胃肠道内存在大量有益菌群,并作为一个统一整体,彼此间相互制约、相互依存并优势互补,既能起着消化和营养的生理作用,也能起到抑制病原菌等有害菌的侵入和繁殖,从而发挥其预防感染的保健作用。但当猪所生活的外界环境发生改变,如:受到饲料更换、断奶、运输、疾病及抗菌药物长期大量使用等应激作用时,其肠道内的有益菌群平衡则会遭到破坏而产生病态。而在猪的饲料和饮水中加入PSB制剂后,PSB进入肠道后可迅速定居和繁殖,建立起新的有益的优势菌群,从而使破坏了的微生态环境得以恢复。

4.2可增加营养,帮助消化,提高饲料的利用效率

PSB能产生大量的酶,如:蛋白酶、淀粉酶、脂肪酶、纤维素分解酶、果胶酶和植酸酶等,能和猪的胃肠道里固有的酶一起共同促进饲料的消化吸收,从而提高其利用率;加之PSB能合成B族维生素、维生素K、类胡萝卜素、氨烤酸、生物活性物质辅酶Q及某些促生长因子而参与了物质代谢,所以能促进猪的生长。PSB还能预防矿物质、维生素和蛋白质代谢障碍等营养代谢病的发生,这对提高猪的产量和品质极为重要。

4.3可抑制其他杂菌进入消化道,保障猪的健康

PSB在猪的肠道黏膜上大量定居和增殖,使病原菌及有害菌没有生存的空间。PSB还能产生抗病毒物质等,对病原微生物起到抑制作用。这些有益菌及其代谢不仅使病原菌难以在消化道立足,即使立足也难以繁衍生存,从而起到预防感染的保健作用。实践证明,PSB制剂对大肠杆菌和沙门杆菌等多种病原微生物的感染均有很好的防制作用。

4.4可减少猪肠道有害物质的产生和消除猪圈舍臭味

猪舍内常存在的有害气体,主要是氨、H2S和二氧化碳。氨是由猪舍内的粪尿、垫草和剩余饲料等分解而成。当猪舍空气中含量超过26mg/m3的有害气体,可使猪产生疾病,严重降低生猪的生长速度和饲料利用率。舍内空气中的H2S是来自含硫有机物(粪尿、垫草和饲料等)的分解。舍内空气中硫化氢含量超过10mg/m3后,可使猪中毒或造成组织缺氧。低质量浓度的H2S长期作用,可使猪产生慢性中毒等病症,使其抗病力减弱;高质量浓度H2S是强烈的神经毒剂,可使动物窒息而亡,这些都是微生物使蛋白质腐败变质分解所致。

PSB可将肠道中蛋白质提供给猪利用,能把非蛋白氮合成为氨基酸,从而可提高饲料中蛋白质的消化吸收率。与此同时,PSB还可产生相应的酶来分解H2S,从而起到抑制大肠杆菌等有害菌的腐败作用,以此来降低粪便中的氨和H2S等有害气体的质量浓度,使臭味减少,保护养殖环境、减少生猪呼吸道感染和眼病的发生。而且PSB制剂对饲料内某些毒素和抗营养因子还有一定的降解和去毒作用。

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