光合细菌

在无氧条件下进行光合作用的光合细菌被称为厌氧光合细菌。它们包含四个不同的门，包括紫色硫细菌、紫色非硫细菌、绿色硫细菌和绿色非硫细菌。紫色硫细菌和紫色非硫细菌是主要的含光合色素的细菌，它们是进行光合作用所需的植物氢的生产。这些细菌能在光照和缺氧条件下产生氢气。

光合细菌产生的氢气由固氮酶催化，多项研究表明，这些细菌可以利用有机酸、氨基酸、糖、硫化物和废物等多种分子作为培养基质。

人们认为光合细菌产生氢分子的机制是通过捕获光子，然后将能量传递到反应中心以进行进一步的电荷分离。

什么是光合细菌？

通常，光合细菌是通过一个称为光合作用的过程将太阳光能转化为化学能的细菌。

光合细菌也被归类为光能自养生物，因为它们可以利用周围环境中的无机化合物来制备自己的能量。因此，它们是自给自足的，在产生能量方面不完全依赖他人。

存在许多类型的光合细菌，它们广泛分布于陆地和水生环境中。它们可能存在于土壤、海洋、湖泊、淤泥等地方。在海洋栖息地，大多数光合细菌含量丰富。它们还在食物链中充当初级生产者。

光合细菌在产氧和碳固定过程中也起着至关重要的作用。它们主要分为五类：

• 蓝细菌
• 变形菌门
• 氢杆菌
• 绿硫菌
• 绿柔菌

现在，让我们开始详细学习每一种光合细菌：

1. 蓝细菌

它也被称为**蓝绿藻**。它们是革兰氏阴性菌，常见于水生生态系统。

然而，在蓝细菌门中存在超过2000个已识别的物种。据报道，全球有超过6000个物种分布在不同的栖息地。

由于蓝细菌门的一些物种具有固氮能力，因此它们与各种植物和地衣形成共生关系。此外，许多其他物种也被发现自由生活在土壤和水中。

蓝细菌的光合作用

蓝细菌的光合作用通过释放氧气来完成，与植物和动物的光合作用过程相同。这种光合作用过程被认为是产氧光养细菌。然而，它们的特点是色素方面存在变异和灵活性。

大多数蓝细菌物种含有叶绿素a和藻蓝蛋白以及一些类胡萝卜素。其他蓝细菌物种，如前球藻和绿球藻，分别含有叶绿素b和叶绿素d，而其他物种含有叶绿素。

一些研究表明，叶绿素a会转化为叶绿素b，导致因环境条件变化而产生的一些变化。

与植物和其他产氧光养生物的光合作用机制类似，蓝细菌的光合作用机制涉及电子的线性传递。在这里，电子通过光系统I和光系统II从水传递到NADP（烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸），从而产生氧气和ATP。

通常，蓝细菌光合作用过程包括以下步骤：

首先，光能被位于蓝细菌叶绿体类囊体膜表面的光系统II吸收。这一步分解水分子，释放氧气和电子。

第一步释放的电子通过PQ（质体醌是一种类异戊二烯醌分子，在电子传输链中起作用）传输到类囊体膜上的细胞色素b6f复合体。

然后，电子通过质体蓝素（PC）通过类囊体腔从b6复合体传输到光系统I（PSI）。

在光系统I中，电子在还原NADP+之前被光能再次激发。

接下来，在此过程中产生的质子进入类囊体腔，在那里它们通过ATP合酶促进ATP的合成。而光系统I产生的电子重新进入质体醌池，该池在产生ATP形式的更多能量而不是NADPH方面起着作用。

2. 变形菌

它也被称为紫色细菌，属于变形菌门的光合细菌。变形菌，与蓝细菌一样，是革兰氏阴性菌，广泛分布于全球各个地区。然而，变形菌门有许多致病菌属，如沙门氏菌、大肠杆菌和弧菌。

根据调查，据报道变形菌门内有超过460个属，1600多个物种。它们有五个主要类别，包括α-变形菌、β-变形菌、γ-变形菌、ε-变形菌和δ-变形菌。

变形菌的光合作用

与蓝细菌是好氧光合细菌不同，变形菌门成员大多是厌氧光合细菌。尽管如此，在世界各地的不同栖息地中，也识别出了一些好氧物种。

与植物和其他一些光合细菌（如蓝细菌）不同，变形菌只能通过含有细胞内膜内的细菌叶绿素来合成光合作用。由于变形菌中存在简单的光合作用机制，它们无法分解水分子释放氧气。

简单的有机酸或硫化氢H2S常被用作厌氧条件下的电子供体。这些来源获得的电子随后通过各种电子载体传输，然后质子H+通过膜通道泵送以产生质子梯度。这个质子梯度然后被ATP合酶利用来产生作为能量货币的ATP。

而紫色硫细菌利用硫和氢作为电子供体元素，而非硫细菌通常利用有机碳化合物作为能量来源。

球形红细菌

荚膜红细菌

俄肯氏嗜硫红细菌

沼生红假单胞菌

嗜盐假红细菌

3. 氢杆菌

氢杆菌是1983年首次引入的细菌。与蓝细菌类似，该类群的大多数已知成员具有固氮能力。许多氢杆菌物种可以在稻田里找到，一些物种也可以存在于其他类型的土壤中，如沼泽或水生环境。

氢杆菌通常是专性厌氧菌，对氧气敏感。此外，它们还具有在不释放氧气的情况下进行光合作用的能力。尽管它们只能进行简单的光合作用。

氢杆菌被认为无法进行自养生长，因此它们对于固氮至关重要。与其他能够进行光合作用的细菌相比，氢杆菌已显示出含有独特的叶绿素——细菌叶绿素g。光合生长受氢杆菌中氧气的影响。

它们还含有一个特征性的反应中心，其中铁硫作为最终电子受体。这类反应中心属于Type 1反应中心，这与紫色细菌物种中的反应中心不同。

通常，电子首先通过光系统800从细胞色素c（一种与膜结合的结构）转移到一种类叶绿素的分子，然后再到达铁硫Fe-S中心。

电子传输过程中的一些阶段，例如从细胞色素到P800（光系统800）的电子传输，已被证明依赖于环境条件，如温度和反应介质的粘度等。

游动氢杆菌和温和氢杆菌被认为是常见的产氢光合细菌。

4. 绿硫菌

它也被称为**绿色硫细菌**。大多数专性厌氧菌属于绿硫菌门。厌氧菌是指只能在缺氧条件下生长的细菌。顾名思义，该门物种通常存在于高硫的栖息地，具有低光强度的特征。

在海洋环境中，绿硫菌可以存在于海洋光照层的底部。光照层是靠近海面的区域。它们还具有捕获光合作用所需的光能的能力。

绿色硫细菌存在于光照层的最下层，这使它们能够捕获光能并保护自己免受大气氧气的影响，因为它们是专性厌氧菌。这类细菌对氧气高度敏感。

与其他一些光合细菌一样，绿色硫细菌是专性光养生物，进行光合作用，因此不依赖于周围的任何其他能量来源。由于它们是常见的在富含硫且光照较弱的栖息地中发现的硫细菌。这些绿色硫细菌含有一个称为绿囊的大分子光捕获复合物。

绿色硫细菌已知含有**细菌叶绿素** BChl c、BChl d 和 BChl e。这些光捕获复合物非常大，可以容纳大约200,000个细菌叶绿素分子。对于这类细菌来说，捕获至少所需的光能光子以进行光合作用非常关键。

绿色硫细菌的光合作用

如上所述，绿色硫细菌是厌氧光养生物，在进行光合作用时不需要氧气。因此，这些细菌使用硫（或其他硫衍生物或硫类物质硫代硫酸盐）代替水作为电子供体。它分解水释放氧气分子。

这些电子随后通过与NADPH生成相关的非环电子传输链（ETC）用于碳固定。在非环系统中，电子通过电子传输链传输，通过还原NADP分子生成NADPH，最终用于碳固定。

5. 绿柔菌

它们也被称为**绿细菌**，绿柔菌门包含具有不同特征的细菌。有些物种是需氧的嗜热菌，需要氧气供应来维持化能异养生活方式，而其他物种是厌氧光能自养菌，利用光能进行光合作用。

绿柔菌门中的成员在生态和生理上具有多样性，并且可以存在于不同的栖息地，如温泉和沉积物等。

绿柔菌门中的大多数类别以丝状形态为特征。绿柔菌门只有一个类别，即绿柔菌纲，也被称为光合性的丝状绿色非硫细菌。

绿囊是与绿柔菌类细菌物种相关的光捕获复合物。这种称为绿囊的光生复合物含有细菌叶绿素c。

绿囊是位于细胞内膜内的结构，含有光捕获的细菌叶绿素d和一些细菌叶绿素a。

一些物种，如***金黄色绿柔菌* **，已显示出含有复合物III，即在所有其他物种中存在的细胞色素bc的醌。这种复合物III参与光合作用过程中的电子传输。

因此，绿柔菌纲光合作用过程尚未得到充分研究，该纲的大多数光合细菌属于绿柔菌纲。

将光合细菌用作可持续微生物生产宿主

环境的管理对于可持续的增长和发展至关重要。微生物也可以用来清洁受污染的环境，这提供了一种减少传统处理方法及其成本的替代方法。

在这里，光合细菌成为拯救者，通过清洁受污染的环境来减少污染物并产生有价值的产品。据报道，光合细菌能够降解污染物。

我们知道，在生物体中，特别是光合生物中合成高含量化合物，可以是一种降低有效成本的潜在方法，并且可以为2a可持续系统做出贡献，因为它们可以使用大气中的阳光和二氧化碳进行生长。

实验研究表明，紫色非硫细菌具有固氮能力，这意味着它们可以利用大气中的氮气并用于生长。它们也从水生环境中分离出来，因为它们大量存在于天然海水中。

因此，他们得出结论，水生紫色光合细菌可以是生产微生物的理想宿主。它们也显示出产生氢气、聚羟基脂肪酸和核酸。