全 文 ：中草药ChineseTraditionalandHerbalDrugs第36卷第7期2005年7月·1089·
·专论与综述·
光合细菌化学成分和生理活性研究进展
杨官娥1’2，张肇铭H，熊琦1
(1．山西大学生命科学与技术学院，山西太原030006；2．山西医科大学药学院，山西太原030001)
摘要：光合细菌具有独特的生理、生化特性，在人类生活生产中具有重要作用。但人们对其生理活性的物质基础
并不十分清楚。对光合细菌化学成分、生理活性研究现状及利用光合细菌菌体和代谢物所含化学成分进行活性物
质生产现状进行综述。
关键词：光合细菌；生理活性；免疫活性
中图分类号：R282 文献标识码：A 文章编号：0253—2670(2005)07—1089一04
Advancesinstudiesonchemicalconstituentsandphysiological
activityOfphotosyntheticbacteria
YANGGuan—e1’2，ZHANGZhao—min91，XIONGQil
(1．CollegeofLifeScienceandTechnology，ShanxiUnivers ty，Taiyuan030006，China：2．SchoolofPharmaceutical
Sciences，ShanxiMedicalUniversity，Taiyuan030001，China)
Keywords：photosyntheticbac eria(PSB)；physiologicalactivity；immunocompetence
光合细菌(photosynthetjcbacteria，PSB)是20亿年前地
球上最早出现的利用太阳能进行光合作用生长繁殖的原核古老
微生物，能够进行不放氧的光合作用，在自然界C、N、S、P等循
环中起着重要的作用。自20世纪80年代以来，以光合细菌为
主要活性菌的PSB法，被应用于多种高浓度有机废水的处理，
并逐步认识到菌体的营养价值及一些特殊的生理活性，被广泛
应用于生态环境及人类生活方面，如食品、保健品、药品，用于
净化水质、鱼虾养殖、禽畜饲养，作为有机肥料以及清洁能源
等[1。]。PSB的研究与开发日益受到世界各国的关注。但对其生
理活性的物质基础并不十分清楚，本文对光合细菌化学成分、
生理活性研究现状及利用PSB菌体和代谢物所含化学成分进
行活性物质生产现状进行综述。
1化学成分
1．1一般化学成分：PSB菌体含有蛋白质65．45％，脂肪
7．18％，粗纤维2．78％，可溶性糖20．31％，灰分4．28％，每
克干菌体相当于21kJ热量。PSB蛋白水解后，其氨基酸质
量分数(％)：Asp9．7～11．1，Thr6．6～7．1，Ser5．2～5．5，
Glu10．7～12．8，Gly9．1～10．1，Ala11．O～13．1，Val6．2～
6．8，Met0．8～2．8，lie3．7～4．7，Lue8．5～8．8，Phe3．9～
4．5，Lys4．3～5．1，His1．8，Arg4．5～5．5，Pro5．2～5．5，
Tyr2．4～2．9。PSB含有丰富的B族维生素，其质量分数
(腭屈)：维生素B，12，维生素Bz30，维生素Bs5，维生素B12
21(是酵母的200倍)，烟酸125，泛酸30，叶酸60，生物素
65。PSB还含有辅酶Q。。、类胡萝b素，其辅酶Q，。质量分数
分别为酵母、菠菜叶和玉米幼芽的13、94和82倍；红硫细菌
属的某些种还含有较多的维生素K，其质量分数分别为菠菜
叶及玉米幼芽的58和49倍。PSB光合色素由细菌叶绿素
(Bchl)和类胡萝b素组成，现已发现的细菌叶绿素有a、b、
C、d、e5种，每种都有固定的光吸收波长；迄今已发现PSB
的类胡萝卜素有80多种，其中包括番茄红素、叶黄素等。
PSB中不同的菌株所含的类胡萝卜素的类型不同，俞吉安
等[3]研究发现从浑球红假单胞菌Rhodobactersphaeroides
(vanNiel)Imhoff，TrupperetPfenning中提取的类胡萝b
素主要是p胡萝卜素，而从夹膜红假单胞菌Rhodobacter
capsulatus(Molisch)Imhoff，TrupperetPfenning中提取
的主要是番茄红素。光合细菌的代谢产物中含有5一氨基乙
酰丙酸(5一ALA)，具有光动力抗癌治疗作用。
1．2新发现的两种酶
1．2．1可溶性氢酶[4“]：光合细菌酒色着色菌Chromatium
vinosum(Ehrenberg)Winogradsky含有一种膜结合态氢
酶，膜结合态氢酶主要表现为催化吸氢，其催化吸氢的速率
约为催化放氢速率的10倍，由相对分子质量为6．2×104和
3．2×104的两个亚基组成。近来，龙敏南等发现C．vinosum
还含有一种可溶性氢酶，该酶由相对分子质量为5．2×104
收稿日期：2004—11—16
基金项目：国家科技攻关项目(2001BA540C)
作者简介：杨官娥(1967一)，女，山西怀仁人，副教授，山西医科大学药学院中药学教研室主任，于山西大学生命科学与技术学院攻读博
士学位，研究方向为天然药物化学。Tel：(0351)4192875E—mail：yangguane@yahoo．com．cn
*通讯作者张肇铭Tel：(0351)7011409
万方数据
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和2．15×104的两个亚基组成，大亚基N端氨基酸序列为
SPTITIEPVTRXEGHAR，小亚基N端氨基酸序列为
STQPKITVATXLDG。其催化放氢的速率约为催化吸氢速
率的10倍。C．vinosum可溶性氢酶活性中心可能含有3个
非蛋白组分一CN基团和一个非蛋白组分一CO基团，其中
一个一CN基团不同于另外两个一CN基团，它可能结合于
活性中心的Ni原子上。由此推测C．vinosum可溶性氢酶的
活性中心的结构可能为Ni(CN)Fe(CN)z(CO)，这种结构与
氢酶所表现的催化放氢的特性是一致的。
1．2．2一种新的丝氨酸蛋白酶[9]：最近Somporn等发现光
合细菌Rubrivivaxgel tinosusWilliamsGalisetDeLey
KDDSl能够分泌一种碱性丝氨酸蛋白酶，这种酶是第1个
从PSB中得到的丝氨酸蛋白酶。通过一种新的荧光共振能
量传递(FRET)化合物文库方法研究该丝氨酸蛋白酶的底
物特异性表明，该蛋白酶的第1个酶切位点在Met或Phe
处，第2个酶切位点在Ile或Lys处，第3个酶切位点在Arg
或Phe处。该酶是目前发现的第1个酶切位点在Met处的
丝氨酸蛋白酶。为了研究其动力学特性，Somporn等合成了
一个高敏感性底物Boc—Arg—Ile—Met—MCA，这种酶对这种底
物水解的最佳pH为10．7，k。。K。分别为23．7S、15．4
ttmol／L。这种酶的生物学功能有待于进一步研究。
2提高几种重要的活性物质产量的研究现状
2．1 3一羟基链烷酸酯类(PHA)[1”“]：PHA包括一大类聚
酯，是许多细菌的细胞内碳源和能量来源，是非水溶性的细
胞质内含物，相对分子质量大，热塑性好，有的弹性也很好，
可生物降解，能用于包装工业、制药业、农业、食品工业等。通
过生物合成PHA基因的克隆和构建工程菌可以产生各种各
样的PHA均聚体和杂聚体。研究表明，通过控制PHA单体
组分，聚合体的物理特性及在不同环境中的降解速率能被随
意控制。
Richard等研究发现光合紫非硫细菌Rhodospirillum
rubrum(yonEsmarch)Molisch胞内含有PHA，紫非硫细菌
在有氧、不同链状或带支链羟基羧酸和不同的正链烷酸存在
及有限氮源的条件下，PHA含量高达细胞干重的45％。当紫
非硫细菌被培养在不同浓度和不同的正链烷酸上时，胞内
PHA产物利用了所有的酸，通常聚合体包含羟基丁酸酯
(HB)和羟基戊酸酯(HV)单体，当正链烷酸有4个碳原子或
更长的链时，共聚物包括羟基己酸酯(HC)重复单元和HB、
HV单体。用羟基庚酸作为碳源，形成共聚物包含HB、HV、
HC和羟基庚酸酯(HH)。这些共聚物均为生物可降解聚合
物，为开发生物可降解塑料的一种潜在能源。Alberto等曾从
以3一羟基己烷酸和3一羟基庚烷酸为底物培养的紫非硫细菌
分离出2种PHA，通过高温分解或部分甲醇解后，以快速原
子轰击质谱法(FAB—MS)测定，统计分析峰的相对强度表
明，其中3一HB、3一HV、3一HC、3一HH是随机的。
Takeharu等从光合细菌铜绿假单胞菌Pseudomonas
aeruginosa(Schroeter)Migula中发现了4种特异性的烯酰
CoA水合酶基因phaJlpa—phaJ4pa，与PHA生物合成有关，
并利用phaJlpa和phaJ2pa基因重组体大肠埃希氏菌
Escherichiacol (Migula)CastellanietChalmers以十一烷
基酸为单一碳源，PHA的积累达到细胞干重的14％～29％。
Kumar等用原子压力显微镜法(Atomicforce
microscopy)对各种微生物中分离的PHA内含物进行了表
面结构、形态学和稳定性分析，表明从食油假单胞菌Pseu—
domonasoleovoransLeetChandler分离的PHA内含物主
要是C。单体，表现出微丝结构样的复杂表面分子结构。
2．2 5一氨基乙酰丙酸口6~2“：光合细菌和许多微生物一样可
以合成5一氨基乙酰丙酸(5一ALA)，20世纪70年代日本率先
开展了这方面的研究，并应用生物工程方法获得了5一ALA
高产重组菌株。
Van等克隆RhodobactersphaeroideshemA基因到质
粒，在E．coli表达生产5一ALA；Chung等通过融合基因
hemA：egfp(一种绿色强荧光蛋白)重组体E．coli生产细胞
外5一ALA，培养基中氨基乙酸和丁二酸的最佳浓度分别为
15和30mmol／L，3mmol／L的3一乙酰丙酸加入培养基，胞
外5一ALA脱水酶活性被抑制，5一ALA最高可达1．3g／L，而
且可利用egfp荧光进行在线监测。Lee以葡萄糖作为5一
ALA脱水酶抑制剂，10mmol／L的葡萄糖可以达到脱水酶
85％的抑制率，最高胞外5一ALA产量可达3．8g／L。
Seiji等利用光合细菌突变株，在有氧黑暗的条件下产生
5一ALA。突变株CR一386是由Ⅳ一甲基一Ⅳ7一硝基一Ⅳ一亚硝基胍
诱变R．sphaeroidesCR一385而来。在避光，50mmol／L葡萄
糖、60mmol／L氨基乙酸、15mmol／L3一乙酰丙酸和1．0％
酵母粉存在的条件下，突变株CR一386能积累1．5mmol／L
的5一ALA；同样条件下，CR一386突变株CR一450，5-ALA积
累量为3．8mmol／L；在50mmol／L葡萄糖、60mmol／L氨
基乙酸、5mmol／L3一乙酰丙酸和1．o％酵母粉存在的条件
下，从CR一450获得的突变株CR一520和从CR一520获得的突
变株CR一606，分别积累5一ALA的量为8．1mmol／L和11．2
mmol／L；在批量发酵中，CR一606经过18h的发酵，积累5一
ALA20mmol／L。
国内这方面的研究刚刚起步。刘秀艳等用紫外线对光合
细菌红假单胞菌99—28菌株进行诱变处理，筛选出产量比
野生菌株高1倍多的菌株L一1。对影响菌株的生长和5一ALA
产量的因子进行了探索，抑制剂加入时间和加入次数对5一
ALA产量有显著影响。在最佳条件下(pH7．5，培养对数生
长期加入5一ALA脱水酶抑制剂乙酰丙酸30mmol，5-ALA
生物合成前体甘氨酸30mmol、琥珀酸30mmol，3000lx光
照)，菌株L一1的5一ALA产量可达22．15mg／L。
2．3类胡萝b素乜”“]：光合细菌中含有丰富的类胡萝卜
素，近年来，从中提取的类胡萝b素在食品、饲料及化妆品等
领域已有应用。顾青等对红假单胞菌进行发酵条件优化，初
步确定了获得类胡萝卜素较高产率的合适培养条件，以
0．3％醋酸钠为碳源，0．3％的硫酸铵为氮源，加入0．15g／L
的硫酸镁，接种量为8％，在pH值7．0左右，1500lx光照强
度下，30℃，经5d的发酵后，类胡萝卜素在476nm下的吸
万方数据
中草药ChineseTraditionalandHerbalDrugs第36卷第7期2005年7月·1091·
光度值可达1．280。
周侍等自高原湖泊阳宗海中分离得到一株高产的类胡
萝卜素光合细菌。在优化的培养基中添加1×10_5Fe3+及
1．8×10_4Mg”，于30℃，光照为1000lx，厌氧的条件下培
养4d后，类胡萝卜素的产量可达50．2mg／g。对该色素制品
进行一系列性质研究后表明，该色素溶液对光照、温度、酸碱
的耐受性较好；对真核生物有良好的紫外线防护作用，在培
养基中其含量为1mg／L时，保护率超过60％。
2．4辅酶Q。。[2“：光合细菌菌体中辅酶Q，。的质量浓度普遍
较高，尤其是红螺菌科细菌。目前国外已实现利用光合细菌
工业化发酵生产辅酶Q-o，国内应用光合细菌发酵的生产技
术还未成熟。
袁静等利用均匀设计方法对培养基及培养条件进行了
优化，发酵条件优化后，菌体中辅酶Q。。质量浓度由15．213
mg／L提高至20．365mg／L，产量提高约33．87％。但野生型
菌株的辅酶Q。。生产能力是不能满足生产需要的，需利用现
代分子生物学技术对其进行遗传改造以大幅度提高菌株内
辅酶Q，。的质量浓度。
3光合细菌生理活性
3．1调脂作用：熊琦等通过高脂饮食建立了高脂大鼠模型，
以绞股蓝总苷为阳性对照物，研究了光合细菌对高脂大鼠的
调脂作用。结果表明光合细菌能显著降低大鼠血清总胆固醇
(TC)、甘油三酯(TG)、低密度脂蛋白胆固醇水平，并升高血
清高密度脂蛋白胆固醇水平，此外还能降低TC在肝脏中的
蓄积。证明光合细菌有较强的调脂作用，且优于绞股蓝总苷。
3．2抗氧化作用：俞吉安等[26]将浑球红假单细胞菌体经过
培养离心得到菌体和上清液两个组分。在两个重要离体系统
牛血清蛋白一亚麻油酸一Fe2+(I系统)和脑组织匀浆一Fe2+(Ⅱ
系统)中考察这两种组分的抗脂质过氧化作用。实验表明，上
清液作用较弱，在两个系统中其抑制作用为10．2％～
13．4％。在I系统中菌体质量浓度为5mg／L时，抑制率为
56．9％；在Ⅱ系统中菌体质量浓度仅5肛g／L时，抑制率就达
到74．1％。进一步研究表明，添加光合细菌菌体悬液250
mg／L时，有显著抑制联苯三酚自氧化作用，说明光合细菌
中有效成分对超氧阴离子有很好的猝灭作用。俞吉安等还对
从类球红细菌P。菌株及荚膜红细菌N。菌株中所提类胡萝
卜素，在以上两个重要离体系统中，进行了脂质过氧化抑制
作用研究，实验表明，这些类胡萝卜素具有显著的抗脂质过
氧化作用，当系统中类胡萝卜素质量浓度为0．2mg／L时，
它们对脂质过氧化抑制率接近或超过80％。进一步研究表
明，类胡萝卜素能明显地抑制邻苯三酚的自氧化速率，这证
明光合细菌中所含类胡萝卜素对超氧阴离子也具有很好的
猝灭作用。Aruoma等考察了光合细菌发酵所制饮料在小鼠
体内对肾和肝脏氧化操作有调节作用。
3．3免疫活性：俞吉安等乜71通过巨噬细胞吞噬试验、淋巴
细胞转化试验、白细胞介素一2的诱生和检测试验对类球红
细菌的免疫活性进行了评价。实验表明，类球红细菌1号株
具有调节和增强巨噬细胞吞噬功能的作用，表现在免疫抑制
组小鼠ig光合细菌数周后，腹腔巨噬细菌吞噬百分率提高
61％，吞噬指数提高59％(P
淋巴细胞转化功能，特别是A93作用更为明显；在正常组，
刺激指数提高了65％，免疫抑制组，提高了38％(P
淋巴细胞产生IL一2的活性，其中A92的活性较明显。证明类
球红细菌对机体有一定的免疫活性。考察了光合细菌制剂对
小鼠淋巴细胞增殖反应的影响。实验表明，与对照组相比，3
个剂量光合细菌制剂组每分钟脉冲数显著高于对照组(P<
0．05)，证明PSB制剂在ConA诱导下或不加ConA，都能促
进T淋巴细胞的增殖。说明PSB制剂能够增强机体的细胞
免疫功能。
3．4抗肿瘤作用：高丽等口明以荷S-so实体瘤小鼠为模型，用
两种光合细菌制剂ig给药，连续10d，计算抑瘤率，测定小
鼠脾、胸腺指数，中性红比色法测定腹腔巨噬细胞吞噬功能。
实验表明两种光合细菌制剂可促进小鼠脾及胸腺增殖，提高
腹腔巨噬细胞的吞噬功能，并对S，。。有一定的抑制作用，抑
瘤率平均分别为36．1％和42．7％。
3．5毒性测试及对生殖生长的观察：张世静等口虬进行了光
合细菌对小鼠生殖生长影响及毒性测试实验，发现其对小鼠
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，提出可用于人的食用蛋白、食用色素和医药等方面
的开发研究。
4光合细菌复方制剂临床应用
康强硒胶囊为PSB和传统中药相结合的制剂，它是以
龟板、枸杞子等中草药及无机硒(亚硒酸钠)为原料，经光合
细菌同化而得到的一种富硒的生物保健品。刘清俊等n21通
过该药辅助治疗60例恶性肿瘤患者的临床观察结果表明该
药可以明显提高患者血硒浓度、谷光甘肽过氧化物酶(GSH—
Px)活性、自然杀伤细胞活性及淋巴细胞转移率，降低血清
脂质过氧化物(LPO)，增加病人的红细胞数量，也可以增加
化疗病人的食欲和体重，减轻呕吐等胃肠反应，明显提高病
人的体力状况评分，该药对肝脏没有任何毒副作用，是一种
理想的化疗辅助药物。
5结语与展望
近年来国外学者发现一些类球红细菌的细胞壁脂多糖
中含有一些特殊成分，对一些由细菌内毒素引发的机体毒性
反应有显著的拮抗作用，对抑制性TS细胞有灭活功能，从
而发挥对机体免疫调节作用；还含有许多未知的促生长因子
及抗病毒物质，与核酸合成有密切关系，能参与有机体神经
组织的代谢并促进血液的形成和动物生长发育[3“。
本课题组近期研究发现，改善光合细菌培养液组成，菌
体化学成分、代谢物组成及生理活性会有很大改变；在光合
细菌和某中药提取液共培养中已经筛选出一种抗癌活性成
分，抑瘤率达到40％～85％，通过TLC发现该物质既非原
光合细菌菌体及其代谢物中化学成分，亦非所用中药中化学
成分，有待于进行结构鉴定。
万方数据
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项目转让
复方灯盏花胶囊
新药类别：中药新药六类
处方组成：由灯盏细辛、丹参等药味组成
功能主治：活血化瘀，益气通脉。用于脑血管意外后遗症：半身不遂，言语不利，口眼歪斜，或有气短乏力等。
项目特点：复方灯盏花胶囊是根据祖国医学有关脑络痹阻型中风的中医理论，由中医专家临床实践并经现代药理学筛选
而得的临床经验方。工艺稳定，服用剂量小，质量可控。
研究进度：现已完成注册临床补充试验研究，待批临床。
联系电话：022—2748107127382519联系人：孙女士
万方数据
光合细菌化学成分和生理活性研究进展
作者： 杨官娥， 张肇铭， 熊琦， YANG Guan-e， ZHANG Zhao-ming， XIONG Qi
作者单位： 杨官娥,YANG Guan-e(山西大学生命科学与技术学院,山西,太原,030006;山西医科大学药学
院,山西,太原,030001)， 张肇铭,熊琦,ZHANG Zhao-ming,XIONG Qi(山西大学生命科学与技
术学院,山西,太原,030006)
刊名： 中草药
英文刊名： CHINESE TRADITIONAL AND HERBAL DRUGS
年，卷(期)： 2005,36(7)
被引用次数： 7次
参考文献(30条)
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本文链接：http://d.wanfangdata.com.cn/Periodical_zcy200507051.aspx