光合細菌在生豬養殖中的應用

來源：國際畜牧網  發布日期：2011-11-24  發布者：曉天  共閱858次

    根據國際上常用的伯杰氏分類手冊（第9版）的分類標準，PSB可分為著色桿菌科、外硫紅螺菌科、紫色非硫細菌、綠色硫細菌、多細胞絲狀綠細菌、螺旋桿菌科和含葉綠素a的專性好氧菌，7類共25個屬，66個種，近年來還陸續有新種的報道。而紫色非硫PSB是不產氧PSB中種屬最多、分布最廣、形態生理生化特征最為多樣和系統發育最為復雜的一群。紫色非硫PSB也稱紅螺菌科PSB,屬于兼性厭氣菌和光能利用菌。其細胞富含蛋白質、氨基酸及胡蘿卜素等多種生物活性成分，并且具有固碳、固氮、脫氫和氧化硫化物等多種生理功能。PSB在自然界中分布十分廣泛，凡是光能之處均可發現它們的蹤跡。PSB的形態多樣，大小差異也大，但它們均具有一個共同的特點，就是都含有光合色素，只是不同PSB因其所含色素的種類和組成的差異而顯示不同的菌體顏色。對PSB的研究主要從2個方面入手，即理論意義和應用價值。理論上它是研究光合作用、固氮作用、探索生命起源及生物進化的理想試驗材料；在實際應用上，可用來制造氫氣、作為降解塑料的生物材料、制作生物殺蟲劑和生物肥料，還可用來凈化有機污染、處理高質量濃度有機廢水和進行生物脫氮。而且在水產養殖中也有很廣泛的應用，但對生豬的養殖中報道很少。

　　PSB的形態結構

　　從培養要求及形態特征來看，PSB都是革蘭陰性菌，其個體有單細胞和多細胞；形態有圓形、卵形、桿形、螺旋形及各種不規則的形狀，有些菌具有其獨特的營養生長周期，而且不同時期有不同的細胞形態。在運動方面也是多種多樣，通過鞭毛運動的、滑行運動的和不運動的。一般細胞直徑大小為0.5-5μm，主要的繁殖方式是二分分裂，少數為出芽生殖。一般都不形成芽孢。PSB體內不存在葉綠體和類囊體，卻具有雙層膜的類似于葉綠體的結構，在此結構中有光合色素--細菌葉綠素，有的還有大量的類胡蘿卜素，因而產生不同的顏色。細菌葉綠素和類胡蘿卜素的光譜吸收處分別為715-1050和450-550nm。

    PSB的理化特性和作用機制

　　PSB具有豐富的營養成分，蛋白質含量高達65%；含有豐富的維生素，是動物幼體發育所必需的B族維生素，如：B12、葉酸和生物素，含量相當高，是啤酒酵母和小球藻的20-60倍，此外還含有多種微量元素、促生長因子、促免疫因子和輔酶Q等生理活性物質，是一類高營養的微生態制劑的主要成分。微生態制劑，是利用一種或幾種正常微生物或促進微生物生長的物質制成的活的微生物制劑。一切能促進正常微生物群生長繁殖且抑制致病菌生長繁殖的制劑都可以被稱為微生態制劑。

　　PSB的生理代謝功能復雜多樣，自養、異養和兼性營養，好氧、厭養和兼性厭氧等多種類型都可見。PSB在有光照缺氧的環境中利用光能進行光合作用，同化二氧化碳。與綠色植物光合作用不同的是,它們的光合作用不產生氧氣。PSB細胞內只有一個光系統，即光系統I（PSI），光合作用的原始供氫體不是水，而是H2S（或一些有機物），這樣它進行光合作用的結果是產生了H2，分解有機物，同時還能固定空氣的分子氮生成氨。PSB在自身的同化代謝過程中，同時完成了產氫、固氮和分解有機物3個自然界物質循環中極為重要的化學過程。這些獨特的生理特性使它們在生態系統中的地位極為重要。其反應式：

　　以H2S為供氫體

　　CO2+H2S→（CH2O）+H2O+2S

　　以硫代硫酸鹽為供氫體

　　2CO2+Na2S2O3→2（CH2O）+H2SO4+Na2SO4

　　以有機物為供氫體

　　CO2+2H2A→（CH2O）+H2O+2A

　　由于PSB的生理類群的多樣性,才使其在生物圈的能量轉化中及在C、N、S、P和O等生命重要元素的循環中成為一類具有重要作用的微生物。

　　PSB的應用

　　3.1利用PSB處理有機廢水

　　PSB能在黑暗有氧和光照無氧的條件下完成合成與代謝。這樣就可以利用PSB來處理高質量濃度有機廢水。PSB能以多種有機酸和醇類等有機化合物作為光合作用的供氫體和原料，還能耐受高質量濃度有機物，并具有較強的分解和去除有機物的生理特性。因此，在自然光照和微好氧條件下，能對許多高質量濃度的有機廢水進行高效率的處理，并且在處理前不需對廢水進行稀釋。與常規的生物好氧法和厭氧發酵法處理有機廢水相比，具有明顯的優勢。首先不存在污泥處理問題，可直接用來處理高質量濃度有機廢水；其次所得的副產品—菌體污泥還可進行利用，作為魚和家畜的餌料，或種植業的肥料，不造成二次污染而得以綜合利用；另外所需場地少，費用低，從而節約了廢水處理的開支，降低了成本。而且PSB處理廢水還可以與光合產氫結合起來，在處理廢水和獲得單細胞蛋白（SCP）的同時，得到新能源。目前，利用PSB處理有機廢水，已在很多行業中成功投產。

　　3.2利用PSB制造氫能源

　　氫能源清潔、高效并可再生，是一種可替代化石燃料的新型能源，利用生物制氫與熱化學和電化學制氫相比較，有能耗低和污染少的特點。近年來，用微生物生產清潔的氫能源更是成為了研究的熱點。PSB在固氮和產氫的過程中皆由固氮酶所催化，而且產氫條件和固氮條件相同。其產氫的機制為在固氮過程中，在固氮酶的催化下，消耗能量物質三磷酸腺苷（ATP），同時還原NAD（P）H中的2個H+，釋放的電子通過鐵氧還蛋白或黃素蛋白傳遞到固氮酶的鐵蛋白，然后再傳遞給鉬鐵蛋白，在鉬鐵蛋白上將分子氮和H分別還原為NH3和H2。在正常情況下，PSB的固氮和產氫同步進行，但在氮氣饑餓時NAD（P）H中的H+幾乎全部在固氮酶的作用下被還原成H2，從而提供更多的氫能源。目前許多國家正在開發此項研究。

　　3.3利用PSB制造藥物

　　研究表明：PSB有許多生理活性，包括抗氧化作用、調脂作用、抗腫瘤作用和免疫活性等，而且PSB沒有毒性，能促進生殖生長。其有效成分對超氧陰離子有很好的淬滅作用。通過試驗證實，PSB制劑可促進小鼠脾及胸腺增殖并提高腹腔巨噬細胞的吞噬功能，抑瘤率平均顯著提高。且對小鼠生殖生長影響及毒性測試中，其對小鼠的生長發育無不良影響，沒有致毒和致病作用，不具有潛在的危害。所以，有人提出，PSB可用于人的食用蛋白、食用色素和醫藥等方面的開發研究。目前，已有國外公司將PSB制成微生態制劑，如：在我國市場推銷的有效微生物群（EM）菌劑等。EM菌劑是由PSB、乳酸菌群、酵母菌群、放線菌群和絲狀菌群5種10屬80余種微生物組成的混合菌劑。其中不含任何化學有害物質，無毒不良反應，不污染環境，在促進動植物生長、防病治病、提高農畜產品品質、改良土壤和改善環境等方面，有著獨特和綜合的功能，其中PSB起著主導的作用。

　　PSB還被制作成了保健食品，經動物試驗表明：PSB具有延緩衰老、抑制腫瘤和免疫調節的顯著功效。這可能是與PSB細胞中富含類胡蘿卜素、B族維生素及活性物質有關。

　　3.4利用PSB在農作物種植方面的應用

　　PSB菌液噴灑于水稻根部，可以起到保護作用，并能促進生長、分泌有效營養和促進營養物質的吸收，不僅會增加根部活力，還能去除土壤中有害的H2S。使水稻從發芽到抽穗結實均可受到其保護。

　　有人還用PSB菌液稀釋100倍后點入西瓜穴中，有效防止了西瓜重茬時鐮刀菌的侵襲，苗期成活率超過95%。用PSB液涂抹西瓜表面，3個月內其水分和糖分基本不受損失，保鮮效果良好。PSB在其他農林作物病害防制中的應用，科技工作者正在潛心研究。

    3.5利用PSB提取類胡蘿卜素、輔酶Q及單細胞蛋白

　　PSB菌體內含有豐富的類胡蘿卜素，可提供重要的微生物來源的天然紅色素，人們已經認識到以煤焦油系為主要成分的合成色素具有致癌性，天然色素的開發已倍受關注。PSB的色素不僅無毒，還具有色彩鮮艷、亮澤和具防水性等優點，很適用于黃油、冰淇淋、干酪、乳酸飲料和糕點等著色，還可用于化妝品的生產。

　　SCP亦稱微生物蛋白，它不是純蛋白質，而是由蛋白質、脂肪、糖類、核酸、非蛋白質的含氮化合物、維生素和無機化合物等混合物組成的細胞質團。生產SCP已成為國內外十分重視的一項科學技術。PSB菌體內蛋白質含量非常高，就屬于這種單細胞蛋白，所以，PSB將成為這種單細胞蛋白提取的重要微生物。

　　3.6利用PSB進行環境保護

　　PSB能利用光能和有機廢物合成自身菌體蛋白和其他無害物質（變有害物質為無害物質），所以，PSB被認為是當今世界上最具發展前景的凈化環境的生物制劑?？捎米鞔蠓秶廴镜膬艋幚?、廢水處理、人糞尿、畜禽糞尿的集中處理和綜合利用，還可廣泛用于大型垃圾場，生活垃圾的現場處理，從而美化環境。

　　3.7利用PSB進行水產養殖

　　PSB是一種營養豐富和價值極高的細菌，菌體含有豐富的氨基酸、葉酸和B族維生素，尤其是維生素B12和生物素含量較高，還有生理活性物質輔酶Q（又叫泛醌）。而且PSB的體積為小球藻的1/20，特別適合作為剛孵出仔魚的開口餌料。據報道，PSB除了促進魚類生長外，還可以防制魚蝦疾病并凈化養殖水質，并對水產養殖中的病害細菌產生頡頏作用。提高水產品的成活率，可穩定養殖水體pH，去除氨氮、亞硝基氮和總氮，降低化學需氧量（COD），改變水體氮磷比，有效控制異養細菌、弧菌和氣單胞菌數量，避免養殖水體水質惡化。

　　3.8利用PSB進行蛋雞養殖

　　試驗表明：在蛋雞飼料中添加PSB菌劑，可明顯提高經濟效益。蛋雞飼喂PSB添加劑后，其蛋殼和蛋黃的色澤明顯改善，同時還推遲了蛋雞的換羽期。這與PSB中所含多量胡蘿卜素、蕃茄紅等天然色素、多種維生素及豐富的蛋白質、氨基酸和促生長因子有關。在蛋雞產蛋高峰后期（45周齡）日糧中添加1-3mLPSB，可使高峰后期蛋雞產蛋率下降速度減慢，提高雞蛋的抗氧化活性。

    豬飼料中添加PSB制劑的作用

　　PSB制劑屬營養保健類飼料添加劑，在生豬養殖中發揮營養保健的作用。

　　4.1可平衡生豬消化系統的微生態環境

　　在生豬生長正常的情況下，胃腸道內存在大量有益菌群，并作為一個統一整體，彼此間相互制約、相互依存并優勢互補，既能起著消化和營養的生理作用，也能起到抑制病原菌等有害菌的侵入和繁殖，從而發揮其預防感染的保健作用。但當豬所生活的外界環境發生改變，如：受到飼料更換、斷奶、運輸、疾病及抗菌藥物長期大量使用等應激作用時，其腸道內的有益菌群平衡則會遭到破壞而產生病態。而在豬的飼料和飲水中加入PSB制劑后，PSB進入腸道后可迅速定居和繁殖，建立起新的有益的優勢菌群，從而使破壞了的微生態環境得以恢復。

　　4.2可增加營養，幫助消化，提高飼料的利用效率

　　PSB能產生大量的酶，如：蛋白酶、淀粉酶、脂肪酶、纖維素分解酶、果膠酶和植酸酶等，能和豬的胃腸道里固有的酶一起共同促進飼料的消化吸收，從而提高其利用率；加之PSB能合成B族維生素、維生素K、類胡蘿卜素、氨烤酸、生物活性物質輔酶Q及某些促生長因子而參與了物質代謝，所以能促進豬的生長。PSB還能預防礦物質、維生素和蛋白質代謝障礙等營養代謝病的發生，這對提高豬的產量和品質極為重要。

　　4.3可抑制其他雜菌進入消化道，保障豬的健康

　　PSB在豬的腸道黏膜上大量定居和增殖，使病原菌及有害菌沒有生存的空間。PSB還能產生抗病毒物質等，對病原微生物起到抑制作用。這些有益菌及其代謝不僅使病原菌難以在消化道立足，即使立足也難以繁衍生存，從而起到預防感染的保健作用。實踐證明，PSB制劑對大腸桿菌和沙門桿菌等多種病原微生物的感染均有很好的防制作用。

　　4.4可減少豬腸道有害物質的產生和消除豬圈舍臭味

　　豬舍內常存在的有害氣體，主要是氨、H2S和二氧化碳。氨是由豬舍內的糞尿、墊草和剩余飼料等分解而成。當豬舍空氣中含量超過26mg/m3的有害氣體，可使豬產生疾病，嚴重降低生豬的生長速度和飼料利用率。舍內空氣中的H2S是來自含硫有機物（糞尿、墊草和飼料等）的分解。舍內空氣中硫化氫含量超過10mg/m3后，可使豬中毒或造成組織缺氧。低質量濃度的H2S長期作用，可使豬產生慢性中毒等病癥，使其抗病力減弱；高質量濃度H2S是強烈的神經毒劑，可使動物窒息而亡，這些都是微生物使蛋白質腐敗變質分解所致。

　　PSB可將腸道中蛋白質提供給豬利用，能把非蛋白氮合成為氨基酸，從而可提高飼料中蛋白質的消化吸收率。與此同時，PSB還可產生相應的酶來分解H2S，從而起到抑制大腸桿菌等有害菌的腐敗作用，以此來降低糞便中的氨和H2S等有害氣體的質量濃度，使臭味減少，保護養殖環境、減少生豬呼吸道感染和眼病的發生。而且PSB制劑對飼料內某些毒素和抗營養因子還有一定的降解和去毒作用。

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