紫色非硫光合细菌的空间生物学效应
作者：杨惠芳 黄志勇 张德民 刘志恒
单位：中国科学院微生物研究所，北京 100080
关键词：生物效应；空间环境；紫色非硫光合细菌
航天医学与医学工程990111
摘要：目的 研究空间条件下光合细菌的生物学效应。方法 具有有机废水净化功能的紫色非硫光合细菌：沼泽红假单胞菌H3和球形红细菌ZGY,经卫星搭载15 d后，对某些生物学效应进行研究。结果 空间条件对菌的存活力有一定的促进作用，对去除有机废水中的BOD5和水中的亚硝酸盐能力以及酚的降解、合成染料的脱色作用均有提高，对药物的遗传抗性亦基本稳定。结论 搭载菌株H3-S和ZGY-S的形态和生理特征基本没有改变。
中图分类号：R693 文献标识码：A 文章编号：1002-0837(1999)0046-05
, http://www.100md.com
Biological Effects of Space Flight on Purple Nonsulfur Photosynthetic Bacteria
YANG Hui-fang HUANG Zhi-yong ZHANG De-min LIU Zhi-heng
Abstract：Objective To study biological effects of space flight on purple nonsulfur photosynthetic bacteria. Methods Two purple nonsulfur photosynthetic bacteria，Rhodopseudomonas palustris H3 and Rhodobacter sphaeroides ZGY，were carried on satellite for 15 days and some of their biological effects were studied after recovery. Results In space condition，survival rate of bacteria was promoted. The purification of organic wastewater，removal of nitrite,degradation of phenol and decolorization of acid red B were enhanced，and the resistance of both strains to medicine was stable. Conclusion The major morphological and physiological characteristics of loaded strains H3-S and ZGY-S were not changed after space flight.
, 百拇医药
Key words:biological effects;space environment;nonsulfur photosynthetic bacteria
Address reprint requests to:YANG Hui-fang.Institute of Microbiology,Chinese Academy of Sciences,Beijing 100080,China
光合细菌的主要特征是在厌氧条件下营光自养和光异养生长，不释放氧，由于代谢的多样性，还可营有氧呼吸和发酵作用[1]。该菌分为光合非硫细菌和光合硫细菌两大类，尤以光合非硫细菌转化有机物的能力强，有净化水体的作用，至今已有不少应用这类细菌处理高浓度有机废水的报道[2]。光合细菌菌体营养丰富，蛋白质含量高达60%以上，氨基酸组成齐全，接近国际F.A.O.标准[3]，还含有多种维生素、辅酶Q、多种生理活性物质和抗病因子[4,5]。常用作水产养殖和家禽的饲料添加剂[6]。
, 百拇医药
Mergeay M.等人[3]报道在受控生态生保系统(CELSS)中设有光合异养密闭舱，来自厌氧发酵舱的有机废水，通过紫色非硫细菌的光异养生长，水体得到净化，释放出的无机盐、NH4+和CO2通入藻类密闭舱，为水生植物和藻类提供营养，所获得的单细胞蛋白可用作空间系统的食物添加剂。由此，光合细菌在受控生态生保系统(CELSS)是一个必不可少的重要环节。至今，在空间条件下光合细菌的生物学效应，国内外未见报道。
本文选用两株紫色非硫细菌，沼泽红假单胞菌(Rhodopseudomonas palustris H3) 和球形红细菌(Rhodobacter sphaeroides ZGY)，进行了卫星搭载，研究了搭载菌株和地面对照菌株的鉴定特征、成活力、水体净化、有害化合物的降解和药物抗性等生物学效应。
方 法
, 百拇医药 菌株来源 由中科院微生物所分离的沼泽红假单胞菌H3和球形红细菌ZGY。
卫星搭载 1996年10月20日至11月5日，在我国发射的第17颗科学返回卫星上进行。飞行前将生长良好的新鲜菌液各两份，密封于2.5 ml安培管中，装入微生物样品盒，在0～5℃保存。待发射前40 h装入卫星搭载通用生物培养箱中。卫星飞行轨道倾角63°，远地点354 km，近地点175 km，微重力水平 5×10-5g，高能粒子密度136个/cm2(地面对照3.56±6个/cm2)，搭载温度25℃左右。地面同时设对照。卫星返回后30 h内取出样品4℃保存。
菌株培养和菌成活率的测定 培养基成分：NH4Cl 1.0g，苹果酸钠2.0 g,酵母膏0.2～1g,KH2PO4 2.0 g，K2HPO4 3.0 g，MgSO4..i.H2O 200mg，FeSO4.7H2O 12 mg，NaEDTA 20 mg，CaCl2.2H2O 75 mg，H3BO4 2.8 μg,MnSO4.H2O 1.59 μg，NaMoO4 0.75 μg,ZnSO4.7H2O 0.24μg，生物素1.15 μg，VB1 1 μg，尼克酸1 μg，对氨基苯甲酸1 μg,H2O 1000 ml，pH 6.8～7.0，光照(500～1000 Lux)，厌氧,30℃培养。
, 百拇医药
用平板稀释法或深层柱状法计数(CFU)，计算菌的成活率。
菌液生长浓度在721分光光度计660 nm波长测定，以O.D.值表示菌量。
菌种鉴定 按伯杰氏系统细菌学手册[7]，鉴定搭载菌株和地面对照菌株的形态和生理特征。
生物耗氧量测定 按常规方法在YSI58型自动溶氧仪上测溶解氧(BOD5)值[8]。
亚硝酸盐测定 按格利斯试剂法测定[9]。
酚的测定 采用4-氨基安替比林法测定[10]。
染料降解 于上述培养液中加偶氮染料酸性红B100 mg/L，接种后，30℃光照厌氧培养，定期取样测定在518 nm处的吸收，计算脱色率。
, 百拇医药
药物抗性测定 50种抗菌素和药物购自中国药品生物制品检定所。将标准药片放置在含有108～109个细胞/ml的营养琼脂平板上，用双层法厌氧光照培养，测量平板上的抑制圈，无抑制圈为抗性(R)，有抑制圈为敏感性(S)。
结果与讨论
菌株的形态和生理特征鉴定 搭载菌株返回地面后，与对照菌株按伯杰氏系统细菌学手册的鉴定项目，进行形态和生理特征的鉴定。从表1结果可见，2株搭载菌H3-S和ZGY-S与对照菌H3-C和ZGY-C除个别碳源利用有差异外，其形态和生理特征基本相同。定名为沼泽红假单胞菌(Rhodopseudomonas palustris)和球形红细菌(Rhodobacter sphaeroides)。
表1 紫色非硫光合细菌的形态及生理特征
Table 1 Morphological and physiological characteristics of purple nonsulfur photosynthetic bacteria 特征(characteristics)
, http://www.100md.com
H3-C
H3-S
ZGY-C
ZGY-S
形态特征(morphotogical charact.)
细胞形态(cell shape)
杆状(rod)
杆状(rod)
卵圆状(ovoid)
卵球状(ovoid)
大小(μm)(size)
, http://www.100md.com 0.6～0.7
0.6～1.0
0.9～1.2
0.9～1.8
培养物颜色(culture color)
红(red)
红(red)
棕(brown)
棕(brown)
细胞分裂(cell division)
出芽(budding)
出芽(budding)
, 百拇医药
二分裂(schizogenetic)
二分裂(schizogenetic)
生长因子(growth factor)
p-ABA (Biotin)
p-ABA (Biotin)
Niacin,Biotin
Niacin,Biotin
好氧生长(aerobic growth)
+
+
+
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+
细胞内膜(intracyto-plasmic membrane)
L(lamellar)
L(lamellar)
L(lamellar)
L(lamellar)
荚膜(capsule)
无(non)
无(non)
无(non)
无(non)
, 百拇医药
鞭毛(flagell)
极生(polar)
极生(polar)
极生(polar)
极生(polar)
生理特征(physiological charact.)
色素(pigments)
菌绿素a
(bacteriochloro
-phylla a)
菌绿素a
, 百拇医药
(bacteriochloro
-phylla a)
菌绿素a
(bacteriochloro
-phylla a)
菌绿素a
(bacteriochloro
-phylla a)
(3%NaCl)
-
-
+
, 百拇医药
+
有机物利用(utilization of organic compounds)
甲酸钠(formate)
+
++
+
++
乙酸钠(acetate)
+++
+++
++
+++
, 百拇医药
丙酮酸(pyruvate)
+++
++++
+++
+++
苹果酸钠(malate)
+++
+++
+++
+++
乳酸钠(lactate)
++
+++
, 百拇医药
+++
+++
琥酸钠(succinate)
+++
+++
+++
+++
柠檬酸钠(citrate)
-
-
-
-
酒石酸钠(tartrate)
, 百拇医药
-
-
-
-
葡萄糖酸钠(glycolate)
+
+
++++
++++
苯甲酸钠(benzoate)
+
+++
-
, 百拇医药
-
谷氨酸钠(glutamate)
-
-
+
+
天冬氨酸(asparagine)
-
+
+
++
精氨酸钠(spermine)
-
, 百拇医药
-
-
-
葡萄糖(glucose)
+
+
++++
+++
蔗糖(sucrose)
-
+
+
++
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乙醇(ethaal)
++
++
+
-
丙三醇(glycerol)
+++
+++
++
++
甘露醇(monnitol)
-
-
, 百拇医药
++++
++++
注：-不生长; +微弱生长; ++生长; +++,++++生长旺盛 Note:-no growth;+slight growth;++growth;+++,++++prosperous growt
空间条件对细菌生长繁殖的影响 搭载菌株返回地面后，立即测定细菌的活菌量(CFU)，表2表明，搭载菌株的活菌量比对照菌高，菌量的增长倍数分别为3.88和1.97。说明空间条件下两株菌的生长繁殖能力比地面条件下略强。试验的两株非硫光合细菌不仅能完全适应空间的条件，而且空间条件对菌的存活有促进作用。
表2 空间环境下非硫光合细菌存活力
Table 2 Survival of nonsulfur photosynthetic bacteria in space environment 菌株(strains)
, 百拇医药
菌落数(colony)
(CFU/ml)
成活率(surrival
rate)(%)
H3-C
2.5×108
—
H3-S
1.2×109
388
ZGY-C
3.7×107
, 百拇医药
—
ZGY-S
1.1×108
197
有机废水的净化 生物耗氧量(BOD5)是表明水中有机物污染的指标，本试验比较了搭载菌株和对照菌株去除有机废水中BOD5的能力。表3可见，对照菌株H3-C和ZGY-C 去除生活污水中的BOD5分别为70.2%和60.49%，而搭载菌株H3-S和ZGY-S的BOD5去除率分别提高到75.34%和70.19%。卫星搭载菌株对其他有机废水的BOD5去除均有不同程度的提高，尤其明显的是印染废水，对照菌ZGY-C的BOD5去除率为55.43%，搭载菌株ZGY-S的BOD5去除率则高达91.03%。由此可见，搭载的非硫光合细菌对净化废水，降低BOD5有所提高。表3 非硫光合细菌对有机废水的净化
, 百拇医药
Table 3 Purification of organic wastewater by nonsulfur photosynthetic bacteria 污染物及其来源
(source of waste water)
条件
(condition)
BOD5(mg/L)
H3-C
H3-S
ZGY-C
ZGY-S
生活污水
, 百拇医药
domestic waste water
(mg/L)
处理前(pre treatment)
80.51
80.51
34.35
34.35
处理后(post treatment)
24.01
19.85
13.57
10.24
, 百拇医药
去除率(%)(removal rate)
70.2
75.34
60.49
70.19
印染废水(printing and dying waste water)
(mg/L)
处理前(pre treatment)
191.85
191.85
130.38
, http://www.100md.com
130.38
32.61
27.06
58.11
28.86
去除率(%)(removal rate)
83
85.9
55.43
91.03
豆制品废水
(soybean waste water)(mg/L)
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处理前(pre treatment)
27011.49
27011.49
22697.73
22697.73
处理后(post treatment)
9435.28
7216.39
8415.78
4097.95
去除率(%)(removal rate)
, 百拇医药
65.07
73.28
62.92
81.95
酿酒废水
(distillery waste water)
(ml/L)
处理前(pre treatment)
2445.71
2445.71
1537.69
1537.69
, 百拇医药
处理后(post treatment)
933.13
543.91
29.23
23.71
去除率(%)(removal rate)
61.85
77.76
98
98.46
亚硝酸盐的去除 水体中过量的亚硝酸盐是引起水质富营养化和致癌的因素，去除水中的亚硝酸盐是净化水质的重要指标。表4结果表明，在光照厌氧条件下试验的两种非硫光合细菌均有去除亚硝酸盐的能力。而在黑暗厌氧条件下ZGY-C和ZGY-S均无去除亚硝酸盐的能力，搭载菌株H3-S去除亚硝酸盐的能力比对照菌株H3-C高。表4 卫星搭载光合细菌去除亚硝酸盐的能力(去除率%)
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TTable 4 Removal of nitrite by nonsulfur photosynthetic bacteria(removal percentage %) after space flight NaNO2浓度
(concentration)
(mM)
H3-C
H3-S
ZGY-C
ZGY-S
光照厌氧
(illuminate
, 百拇医药 anaerobic)
黑暗厌氧
(dark
anaerobic)
光照厌氧
(illuminate
anaerobic)
黑暗厌氧
(dark
anaerobic)
光照厌氧
(illuminate
, 百拇医药
anaerobic)
黑暗厌氧
(dark
anaerobic)
光照厌氧
(illuminate
anaerobic)
黑暗厌氧
(dark
anaerobic)
0.2
100
, 百拇医药
100
100
100
100
0
100
0
0.5
97.4
52.1
100
100
100
, 百拇医药
0
100
0
2.0
33.7
14.2
100
100
100
0
100
0
5.0
, http://www.100md.com 11.1
-
94.0
-
100
-
100
-
20.0
29.3
-
92.7
-
95.4
, 百拇医药
-
95.0
-
酚的降解 酚是典型的芳香烃化合物，石油化工和焦化废水中含量较高，厌氧条件下生物不易降解。研究表明，搭载菌株H3-S和ZGY-S以及对照菌株H3-C和ZGY-C对酚具有一定的降解能力，但其降解率都不高，相比之下，前者略高于后者(表5)。表5 非硫光合细菌对酚的降解
Table 5 Degradation of phenol by nonsulfur photosynthetic bacteria 菌株
(strains)
苯酚(phenol)(mg/L)
去除率(%)
, 百拇医药
(removal rate)
处理前
(pre treat)
处理后
(post treat)
H3-C
100
67.1
32.9
H3-S
100
63.4
, 百拇医药 36.6
ZGY-C
100
83.2
16.8
ZGY-S
100
70.3
29.7
合成染料的降解 合成染料大多是杂环芳烃和偶氮硝基芳烃的复杂化合物，广泛应用于纺织印染、食品着色等方面，排入水体对人和水生生物不利。由此，比较了H3-C和H3-S两株菌的厌氧脱色能力。表6的结果表明，搭载菌株H3-S对酸性红B的脱色比对照菌株H3-C稍有提高。表6 非硫光合细菌H3-C 和H3-S生长过程中的脱色能力
, 百拇医药
Table 6 Decolorization of acid red B by growing cells of strains H3-S and H3-C 生长时间
(growth
time)
(h)
H3-C
H3-S
酸性红B
(acidred B
mg/ml)
脱色率(%)
(decoloriza-
, 百拇医药
tion rate)
酸性红B
(acidred B
mg/ml)
脱色率(%)
(decoloriza-
tion rate)
0
100
0.0
100
0.0
, http://www.100md.com 4
95.0
5.0
91.2
8.8
8
91.8
8.2
78.0
22.0
12
60.7
39.3
, http://www.100md.com 24.5
75.5
16
32.0
68.0
24.5
75.5
20
30.0
70.0
23.3
76.7
药物的抗性测定 测定了搭载菌株H3-S、ZGY-S和对照菌株H3-C和ZGY-C对50种药物的抗性。结果表明这4株菌对卡那霉素、强力霉素、庆大霉素、麦迪霉素、新霉素、新生霉素、利复平、链霉素、四环素、妥布霉素等34种药物都没有抗性均属于敏感型，仅对杆菌肽和苯唑青霉素两种药有抗性。表7所示的14种药物，菌株H3和ZGY表现出不同的抗性，但搭载菌株H3-S和ZGY-S与对照菌株H3-C和ZGY-C之间除了个别药物的抗性有改变外，其他药物抗性基本不变，由此可见，非硫光合细菌经搭载后对药物的遗传抗性指标基本稳定。从以上研究看出，搭载的两株光合非硫细菌的存活力均比对照菌株有所提高，紫色非硫光合细菌完全能适应空间环境条件。在净化废水方面，搭载的光合菌去除水中的有机污染指标BOD5和有害物质亚硝酸盐等能力均有不同程度的高，本研究为受控生态生保系统中应用光合菌的生物技术提供了科学依据，并证实了Mergeay[3]的设想，在CELSS中建立光合异养密闭舱净化废水是可行的。表7 非硫光合细菌对药物的抗性
, 百拇医药
Table 7 Resistantce of nonsulfur photosynthetic bacteria to medicinals 药物(medicine)
H3-C
H3-S
ZGY-C
ZGY-S
乙酰螺旋霉素
(acetylspiramycin)
S
S
R
R
, http://www.100md.com
.头孢克罗
cefaclor
S
S
R
R
头孢噻吩
cephalothin
S
S
R
R
环丙沙星
, 百拇医药
ciprofloxacin
R
S
S
S
氟啶酸
enoxacin
R
R
S
S
红霉素
erythromycin
, 百拇医药
R
S
S
S
罗美沙星
lomefloxacin
R
R
S
S
诺氟沙星
norfloxacin
R
, 百拇医药
R
S
S
去甲万古霉素
norvancomycin
R
R
S
S
氧氟沙星
ofloxacin
R
R
, 百拇医药
S
S
吡哌酸
pipemidic acid
R
R
S
S
多粘菌素B
polymyxin B
R
S
S
, 百拇医药
S
磺胺甲基异垩唑
sulfamethoxazole
S
R
R
R
复方新诺明
sulfamethoxazole
trimethoprin
R
R
R
, 百拇医药
S
R
R
R
S
[参考文献]
[1] Claayton R and Sistron WR(eds). The Photosynthetic Bacteria[M],New York Plenum Press,1978:439～450
[2] 朱玉章,俞吉安,林志新等.光合细菌的研究及其应用[M].上海：上海交通大学出版社，1991:127～287
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收稿日期：1998-04-06, http://www.100md.com
单位：中国科学院微生物研究所，北京 100080
关键词：生物效应；空间环境；紫色非硫光合细菌
航天医学与医学工程990111
摘要：目的 研究空间条件下光合细菌的生物学效应。方法 具有有机废水净化功能的紫色非硫光合细菌：沼泽红假单胞菌H3和球形红细菌ZGY,经卫星搭载15 d后，对某些生物学效应进行研究。结果 空间条件对菌的存活力有一定的促进作用，对去除有机废水中的BOD5和水中的亚硝酸盐能力以及酚的降解、合成染料的脱色作用均有提高，对药物的遗传抗性亦基本稳定。结论 搭载菌株H3-S和ZGY-S的形态和生理特征基本没有改变。
中图分类号：R693 文献标识码：A 文章编号：1002-0837(1999)0046-05
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Biological Effects of Space Flight on Purple Nonsulfur Photosynthetic Bacteria
YANG Hui-fang HUANG Zhi-yong ZHANG De-min LIU Zhi-heng
Abstract：Objective To study biological effects of space flight on purple nonsulfur photosynthetic bacteria. Methods Two purple nonsulfur photosynthetic bacteria，Rhodopseudomonas palustris H3 and Rhodobacter sphaeroides ZGY，were carried on satellite for 15 days and some of their biological effects were studied after recovery. Results In space condition，survival rate of bacteria was promoted. The purification of organic wastewater，removal of nitrite,degradation of phenol and decolorization of acid red B were enhanced，and the resistance of both strains to medicine was stable. Conclusion The major morphological and physiological characteristics of loaded strains H3-S and ZGY-S were not changed after space flight.
, 百拇医药
Key words:biological effects;space environment;nonsulfur photosynthetic bacteria
Address reprint requests to:YANG Hui-fang.Institute of Microbiology,Chinese Academy of Sciences,Beijing 100080,China
光合细菌的主要特征是在厌氧条件下营光自养和光异养生长，不释放氧，由于代谢的多样性，还可营有氧呼吸和发酵作用[1]。该菌分为光合非硫细菌和光合硫细菌两大类，尤以光合非硫细菌转化有机物的能力强，有净化水体的作用，至今已有不少应用这类细菌处理高浓度有机废水的报道[2]。光合细菌菌体营养丰富，蛋白质含量高达60%以上，氨基酸组成齐全，接近国际F.A.O.标准[3]，还含有多种维生素、辅酶Q、多种生理活性物质和抗病因子[4,5]。常用作水产养殖和家禽的饲料添加剂[6]。
, 百拇医药
Mergeay M.等人[3]报道在受控生态生保系统(CELSS)中设有光合异养密闭舱，来自厌氧发酵舱的有机废水，通过紫色非硫细菌的光异养生长，水体得到净化，释放出的无机盐、NH4+和CO2通入藻类密闭舱，为水生植物和藻类提供营养，所获得的单细胞蛋白可用作空间系统的食物添加剂。由此，光合细菌在受控生态生保系统(CELSS)是一个必不可少的重要环节。至今，在空间条件下光合细菌的生物学效应，国内外未见报道。
本文选用两株紫色非硫细菌，沼泽红假单胞菌(Rhodopseudomonas palustris H3) 和球形红细菌(Rhodobacter sphaeroides ZGY)，进行了卫星搭载，研究了搭载菌株和地面对照菌株的鉴定特征、成活力、水体净化、有害化合物的降解和药物抗性等生物学效应。
方 法
, 百拇医药 菌株来源 由中科院微生物所分离的沼泽红假单胞菌H3和球形红细菌ZGY。
卫星搭载 1996年10月20日至11月5日，在我国发射的第17颗科学返回卫星上进行。飞行前将生长良好的新鲜菌液各两份，密封于2.5 ml安培管中，装入微生物样品盒，在0～5℃保存。待发射前40 h装入卫星搭载通用生物培养箱中。卫星飞行轨道倾角63°，远地点354 km，近地点175 km，微重力水平 5×10-5g，高能粒子密度136个/cm2(地面对照3.56±6个/cm2)，搭载温度25℃左右。地面同时设对照。卫星返回后30 h内取出样品4℃保存。
菌株培养和菌成活率的测定 培养基成分：NH4Cl 1.0g，苹果酸钠2.0 g,酵母膏0.2～1g,KH2PO4 2.0 g，K2HPO4 3.0 g，MgSO4..i.H2O 200mg，FeSO4.7H2O 12 mg，NaEDTA 20 mg，CaCl2.2H2O 75 mg，H3BO4 2.8 μg,MnSO4.H2O 1.59 μg，NaMoO4 0.75 μg,ZnSO4.7H2O 0.24μg，生物素1.15 μg，VB1 1 μg，尼克酸1 μg，对氨基苯甲酸1 μg,H2O 1000 ml，pH 6.8～7.0，光照(500～1000 Lux)，厌氧,30℃培养。
, 百拇医药
用平板稀释法或深层柱状法计数(CFU)，计算菌的成活率。
菌液生长浓度在721分光光度计660 nm波长测定，以O.D.值表示菌量。
菌种鉴定 按伯杰氏系统细菌学手册[7]，鉴定搭载菌株和地面对照菌株的形态和生理特征。
生物耗氧量测定 按常规方法在YSI58型自动溶氧仪上测溶解氧(BOD5)值[8]。
亚硝酸盐测定 按格利斯试剂法测定[9]。
酚的测定 采用4-氨基安替比林法测定[10]。
染料降解 于上述培养液中加偶氮染料酸性红B100 mg/L，接种后，30℃光照厌氧培养，定期取样测定在518 nm处的吸收，计算脱色率。
, 百拇医药
药物抗性测定 50种抗菌素和药物购自中国药品生物制品检定所。将标准药片放置在含有108～109个细胞/ml的营养琼脂平板上，用双层法厌氧光照培养，测量平板上的抑制圈，无抑制圈为抗性(R)，有抑制圈为敏感性(S)。
结果与讨论
菌株的形态和生理特征鉴定 搭载菌株返回地面后，与对照菌株按伯杰氏系统细菌学手册的鉴定项目，进行形态和生理特征的鉴定。从表1结果可见，2株搭载菌H3-S和ZGY-S与对照菌H3-C和ZGY-C除个别碳源利用有差异外，其形态和生理特征基本相同。定名为沼泽红假单胞菌(Rhodopseudomonas palustris)和球形红细菌(Rhodobacter sphaeroides)。
表1 紫色非硫光合细菌的形态及生理特征
Table 1 Morphological and physiological characteristics of purple nonsulfur photosynthetic bacteria 特征(characteristics)
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H3-C
H3-S
ZGY-C
ZGY-S
形态特征(morphotogical charact.)
细胞形态(cell shape)
杆状(rod)
杆状(rod)
卵圆状(ovoid)
卵球状(ovoid)
大小(μm)(size)
, http://www.100md.com 0.6～0.7
0.6～1.0
0.9～1.2
0.9～1.8
培养物颜色(culture color)
红(red)
红(red)
棕(brown)
棕(brown)
细胞分裂(cell division)
出芽(budding)
出芽(budding)
, 百拇医药
二分裂(schizogenetic)
二分裂(schizogenetic)
生长因子(growth factor)
p-ABA (Biotin)
p-ABA (Biotin)
Niacin,Biotin
Niacin,Biotin
好氧生长(aerobic growth)
+
+
+
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+
细胞内膜(intracyto-plasmic membrane)
L(lamellar)
L(lamellar)
L(lamellar)
L(lamellar)
荚膜(capsule)
无(non)
无(non)
无(non)
无(non)
, 百拇医药
鞭毛(flagell)
极生(polar)
极生(polar)
极生(polar)
极生(polar)
生理特征(physiological charact.)
色素(pigments)
菌绿素a
(bacteriochloro
-phylla a)
菌绿素a
, 百拇医药
(bacteriochloro
-phylla a)
菌绿素a
(bacteriochloro
-phylla a)
菌绿素a
(bacteriochloro
-phylla a)
(3%NaCl)
-
-
+
, 百拇医药
+
有机物利用(utilization of organic compounds)
甲酸钠(formate)
+
++
+
++
乙酸钠(acetate)
+++
+++
++
+++
, 百拇医药
丙酮酸(pyruvate)
+++
++++
+++
+++
苹果酸钠(malate)
+++
+++
+++
+++
乳酸钠(lactate)
++
+++
, 百拇医药
+++
+++
琥酸钠(succinate)
+++
+++
+++
+++
柠檬酸钠(citrate)
-
-
-
-
酒石酸钠(tartrate)
, 百拇医药
-
-
-
-
葡萄糖酸钠(glycolate)
+
+
++++
++++
苯甲酸钠(benzoate)
+
+++
-
, 百拇医药
-
谷氨酸钠(glutamate)
-
-
+
+
天冬氨酸(asparagine)
-
+
+
++
精氨酸钠(spermine)
-
, 百拇医药
-
-
-
葡萄糖(glucose)
+
+
++++
+++
蔗糖(sucrose)
-
+
+
++
, http://www.100md.com
乙醇(ethaal)
++
++
+
-
丙三醇(glycerol)
+++
+++
++
++
甘露醇(monnitol)
-
-
, 百拇医药
++++
++++
注：-不生长; +微弱生长; ++生长; +++,++++生长旺盛 Note:-no growth;+slight growth;++growth;+++,++++prosperous growt
空间条件对细菌生长繁殖的影响 搭载菌株返回地面后，立即测定细菌的活菌量(CFU)，表2表明，搭载菌株的活菌量比对照菌高，菌量的增长倍数分别为3.88和1.97。说明空间条件下两株菌的生长繁殖能力比地面条件下略强。试验的两株非硫光合细菌不仅能完全适应空间的条件，而且空间条件对菌的存活有促进作用。
表2 空间环境下非硫光合细菌存活力
Table 2 Survival of nonsulfur photosynthetic bacteria in space environment 菌株(strains)
, 百拇医药
菌落数(colony)
(CFU/ml)
成活率(surrival
rate)(%)
H3-C
2.5×108
—
H3-S
1.2×109
388
ZGY-C
3.7×107
, 百拇医药
—
ZGY-S
1.1×108
197
有机废水的净化 生物耗氧量(BOD5)是表明水中有机物污染的指标，本试验比较了搭载菌株和对照菌株去除有机废水中BOD5的能力。表3可见，对照菌株H3-C和ZGY-C 去除生活污水中的BOD5分别为70.2%和60.49%，而搭载菌株H3-S和ZGY-S的BOD5去除率分别提高到75.34%和70.19%。卫星搭载菌株对其他有机废水的BOD5去除均有不同程度的提高，尤其明显的是印染废水，对照菌ZGY-C的BOD5去除率为55.43%，搭载菌株ZGY-S的BOD5去除率则高达91.03%。由此可见，搭载的非硫光合细菌对净化废水，降低BOD5有所提高。表3 非硫光合细菌对有机废水的净化
, 百拇医药
Table 3 Purification of organic wastewater by nonsulfur photosynthetic bacteria 污染物及其来源
(source of waste water)
条件
(condition)
BOD5(mg/L)
H3-C
H3-S
ZGY-C
ZGY-S
生活污水
, 百拇医药
domestic waste water
(mg/L)
处理前(pre treatment)
80.51
80.51
34.35
34.35
处理后(post treatment)
24.01
19.85
13.57
10.24
, 百拇医药
去除率(%)(removal rate)
70.2
75.34
60.49
70.19
印染废水(printing and dying waste water)
(mg/L)
处理前(pre treatment)
191.85
191.85
130.38
, http://www.100md.com
130.38
32.61
27.06
58.11
28.86
去除率(%)(removal rate)
83
85.9
55.43
91.03
豆制品废水
(soybean waste water)(mg/L)
, http://www.100md.com
处理前(pre treatment)
27011.49
27011.49
22697.73
22697.73
处理后(post treatment)
9435.28
7216.39
8415.78
4097.95
去除率(%)(removal rate)
, 百拇医药
65.07
73.28
62.92
81.95
酿酒废水
(distillery waste water)
(ml/L)
处理前(pre treatment)
2445.71
2445.71
1537.69
1537.69
, 百拇医药
处理后(post treatment)
933.13
543.91
29.23
23.71
去除率(%)(removal rate)
61.85
77.76
98
98.46
亚硝酸盐的去除 水体中过量的亚硝酸盐是引起水质富营养化和致癌的因素，去除水中的亚硝酸盐是净化水质的重要指标。表4结果表明，在光照厌氧条件下试验的两种非硫光合细菌均有去除亚硝酸盐的能力。而在黑暗厌氧条件下ZGY-C和ZGY-S均无去除亚硝酸盐的能力，搭载菌株H3-S去除亚硝酸盐的能力比对照菌株H3-C高。表4 卫星搭载光合细菌去除亚硝酸盐的能力(去除率%)
, http://www.100md.com
TTable 4 Removal of nitrite by nonsulfur photosynthetic bacteria(removal percentage %) after space flight NaNO2浓度
(concentration)
(mM)
H3-C
H3-S
ZGY-C
ZGY-S
光照厌氧
(illuminate
, 百拇医药 anaerobic)
黑暗厌氧
(dark
anaerobic)
光照厌氧
(illuminate
anaerobic)
黑暗厌氧
(dark
anaerobic)
光照厌氧
(illuminate
, 百拇医药
anaerobic)
黑暗厌氧
(dark
anaerobic)
光照厌氧
(illuminate
anaerobic)
黑暗厌氧
(dark
anaerobic)
0.2
100
, 百拇医药
100
100
100
100
0
100
0
0.5
97.4
52.1
100
100
100
, 百拇医药
0
100
0
2.0
33.7
14.2
100
100
100
0
100
0
5.0
, http://www.100md.com 11.1
-
94.0
-
100
-
100
-
20.0
29.3
-
92.7
-
95.4
, 百拇医药
-
95.0
-
酚的降解 酚是典型的芳香烃化合物，石油化工和焦化废水中含量较高，厌氧条件下生物不易降解。研究表明，搭载菌株H3-S和ZGY-S以及对照菌株H3-C和ZGY-C对酚具有一定的降解能力，但其降解率都不高，相比之下，前者略高于后者(表5)。表5 非硫光合细菌对酚的降解
Table 5 Degradation of phenol by nonsulfur photosynthetic bacteria 菌株
(strains)
苯酚(phenol)(mg/L)
去除率(%)
, 百拇医药
(removal rate)
处理前
(pre treat)
处理后
(post treat)
H3-C
100
67.1
32.9
H3-S
100
63.4
, 百拇医药 36.6
ZGY-C
100
83.2
16.8
ZGY-S
100
70.3
29.7
合成染料的降解 合成染料大多是杂环芳烃和偶氮硝基芳烃的复杂化合物，广泛应用于纺织印染、食品着色等方面，排入水体对人和水生生物不利。由此，比较了H3-C和H3-S两株菌的厌氧脱色能力。表6的结果表明，搭载菌株H3-S对酸性红B的脱色比对照菌株H3-C稍有提高。表6 非硫光合细菌H3-C 和H3-S生长过程中的脱色能力
, 百拇医药
Table 6 Decolorization of acid red B by growing cells of strains H3-S and H3-C 生长时间
(growth
time)
(h)
H3-C
H3-S
酸性红B
(acidred B
mg/ml)
脱色率(%)
(decoloriza-
, 百拇医药
tion rate)
酸性红B
(acidred B
mg/ml)
脱色率(%)
(decoloriza-
tion rate)
0
100
0.0
100
0.0
, http://www.100md.com 4
95.0
5.0
91.2
8.8
8
91.8
8.2
78.0
22.0
12
60.7
39.3
, http://www.100md.com 24.5
75.5
16
32.0
68.0
24.5
75.5
20
30.0
70.0
23.3
76.7
药物的抗性测定 测定了搭载菌株H3-S、ZGY-S和对照菌株H3-C和ZGY-C对50种药物的抗性。结果表明这4株菌对卡那霉素、强力霉素、庆大霉素、麦迪霉素、新霉素、新生霉素、利复平、链霉素、四环素、妥布霉素等34种药物都没有抗性均属于敏感型，仅对杆菌肽和苯唑青霉素两种药有抗性。表7所示的14种药物，菌株H3和ZGY表现出不同的抗性，但搭载菌株H3-S和ZGY-S与对照菌株H3-C和ZGY-C之间除了个别药物的抗性有改变外，其他药物抗性基本不变，由此可见，非硫光合细菌经搭载后对药物的遗传抗性指标基本稳定。从以上研究看出，搭载的两株光合非硫细菌的存活力均比对照菌株有所提高，紫色非硫光合细菌完全能适应空间环境条件。在净化废水方面，搭载的光合菌去除水中的有机污染指标BOD5和有害物质亚硝酸盐等能力均有不同程度的高，本研究为受控生态生保系统中应用光合菌的生物技术提供了科学依据，并证实了Mergeay[3]的设想，在CELSS中建立光合异养密闭舱净化废水是可行的。表7 非硫光合细菌对药物的抗性
, 百拇医药
Table 7 Resistantce of nonsulfur photosynthetic bacteria to medicinals 药物(medicine)
H3-C
H3-S
ZGY-C
ZGY-S
乙酰螺旋霉素
(acetylspiramycin)
S
S
R
R
, http://www.100md.com
.头孢克罗
cefaclor
S
S
R
R
头孢噻吩
cephalothin
S
S
R
R
环丙沙星
, 百拇医药
ciprofloxacin
R
S
S
S
氟啶酸
enoxacin
R
R
S
S
红霉素
erythromycin
, 百拇医药
R
S
S
S
罗美沙星
lomefloxacin
R
R
S
S
诺氟沙星
norfloxacin
R
, 百拇医药
R
S
S
去甲万古霉素
norvancomycin
R
R
S
S
氧氟沙星
ofloxacin
R
R
, 百拇医药
S
S
吡哌酸
pipemidic acid
R
R
S
S
多粘菌素B
polymyxin B
R
S
S
, 百拇医药
S
磺胺甲基异垩唑
sulfamethoxazole
S
R
R
R
复方新诺明
sulfamethoxazole
trimethoprin
R
R
R
, 百拇医药
S
R
R
R
S
[参考文献]
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收稿日期：1998-04-06, http://www.100md.com