光合固氮红细菌新物种及其应用的制作方法

本发明涉及微生物领域，具体涉及光合固氮红细菌新物种及其应用。

背景技术：

1、细菌域(bacteria)-假单胞菌门(pseudomonadota)-α-变形菌纲(alphaproteobacteria)-红细菌目(rhodobacterales)-红细菌科(rhodobacteraceae)的多数成员能够行光合作用，因此，常被称为光合细菌的一个重要类群。光合细菌在碳、氮、硫元素的固定和循环中担任重要角色，且自身具有能够产生参与机能代谢的生理活性物质的能力，在农牧产业、环境保护、食品医药及其他领域中光合细菌的研究、应用和市场化方面受到日益广泛关注而成为研究热点。比如，kenji等[kenji t,sasaki k,masanori w,etal.removal of phosphorus from oyster farm mud sediment using a photosyn-thetic bacterium,rhodobacter sphaeroides il106.journl of bioscience andbioengineering，1999，88(4):410-415]利用球形红细菌il106去除含高浓度磷的牡蛎养殖场泥沉积物，效果显著，4天可以将总磷从26.8mg/l降低至0.73mg/l。红细菌属是imhoff等人(imhoff j,trüper h,pfennig n.rearrangement of the species and genera of thephototrophic“purple nonsulfur bacteria”[j].international journal ofsystematic and evolutionary microbiology,1984,34(3):340-343.)在1984年对红假单胞菌属(rhodopseudomonas)的部分物种进行重新分类时提议建立的。后于1994年、2014年、2019年又几经修订(wang d,liu h,zheng s,wang g.paenirhodobacter enshiensisgen.nov.,sp.nov.,a non-photosynthetic bacterium isolated from soil,andemended descriptions of the genera rhodobacter and haematobacter.int j systevol microbiol 2014；64:551–558；hiraishi a,ueda y.intrageneric structure ofthe genus rhodobacter:transfer of rhodobacter sulfidophilus and relatedmarine species to the genus rhodovulum gen.nov[j].international journal ofsystematic and evolutionary microbiology,1994,44(1):15-23；suresh g,lodha td,indu b,sasikala c,ramana cv.taxogenomics resolves conflict in the genusrhodobacter:a two and half decades pending thought to reclassify the genusrhodobacter.front microbiol 2019；10:2480.)。目前，红细菌属共包含15个有效描述种(https://lpsn.dsmz.de/genus/rhodobacter)，这些物种的模式菌株来源广泛，包括红树林生境的河口地带(venkata ramana v,anil kumar p,srinivas tn,et al.rhodobacteraestuarii sp.nov.,a phototrophic alphaproteobacterium isolated from anestuarine environment[j].int j syst evol microbiol,2009,59(pt 5):1133-6.)、碱性褐塘(gandham s,lodha t,chintalapati s,et al.rhodobacter alkalitoleranssp.nov.,isolated from an alkaline brown pond[j].arch microbiol,2018,200(10):1487-1492.)、埤塘生态区(sheu c,li zh,sheu sy,etal.tabrizicola oligotrophicasp.nov.and rhodobacter tardus sp.nov.,two new species of bacteria belongingto the family rhodobacteraceae[j].int jsyst evol microbiol,2020,70(12):6266-6283.)、富营养化淡水湖(suresh g,sailaja b,ashif a,et al.description ofrhodobacter azollae sp.nov.and rhodobacter lacus sp.nov[j].int j syst evolmicrobiol,2017,67(9):3289-3295.)、热泉(xian wd,liu zt,li mm,et al.rhodobacterflagellatus sp.nov.,a thermophilic bacterium isolated from a hot spring[j].int j syst evol microbiol,2020,70(3):1541-1546；khan iu,habib n,xiao m,etal.rhodobacter thermarum sp.nov.,a novel phototrophic bacterium isolated fromsediment of a hot spring[j].antonie van leeuwenhoek,2019,112(6):867-875.)、海洋沉积物(venkata ramana v,sasikala c,ramana ch v.rhodobacter maris sp.nov.,aphototrophic alphaproteobacterium isolated from a marine habitat of india[j].int j syst evol microbiol,2008,58(pt 7):1719-22.)、泻湖沉积物(subhash y,leess.rhodobacter sediminis sp.nov.,isolated from lagoon sediments[j].int j systevol microbiol,2016,66(8):2965-2970.)、小溪泥浆(raj ps,ramaprasad evv,vaseefs,et al.rhodobacter viridis sp.nov.,a phototrophic bacterium isolated frommud of a stream[j].int j syst evol microbiol,2013,63(pt 1):181-186.)、土壤(arunasri k,venkata ramana v, c,et al.rhodobacter megalophilussp.nov.,a phototroph from the indian himalayas possessing a wide temperaturerange for growth[j].int j syst evol microbiol,2008,58(pt 8):1792-6.)中。另外，kurahashi等(kurahashi m,yokota a.apreliminary report of phylogeneticdiversity of bacterial strains isolated from marine creatures[j].j gen applmicrobiol,2002,48(5):251-9.)还从多种海洋生物的肠道菌群中分离到了归属于红细菌属的菌株。红细菌属菌株细胞呈卵形或杆状，细胞大多具有单极鞭毛运动。过氧化氢酶和氧化酶阳性。光能异养型。细胞含有复杂的胞质内膜系统和天然类胡萝卜素生物合成系统，具有光自养和暗化学养(好氧/厌氧)的能力，能够有效同化多种有机物作为细胞生长的碳源。该属大多数菌株为需氧的嗜中温细菌。优势脂肪酸成分包括c18:1ω7c，其中大多数菌株还含有脂肪酸成分c10:0 3oh和c18:0 3oh。磷脂酰乙醇胺(pe)、磷脂酰甘油(pg)和磷脂酰胆碱(pc)为该属菌株主要极性脂成分，q-10为该属菌株含有的唯一的呼吸醌。基因组的dna g+c含量为62.9-70.6％。

2、红细菌属模式种荚膜红细菌(r.capsulatus)的菌株可将大气中的氮气转化为氨来补充植物对氮元素的需求。由于这类细菌具有固氮作用，在水稻栽培中接种荚膜红细菌可有效提高植物氮素吸收、植株生长和产量(maeda i.potential of phototrophicpurple nonsulfur bacteria to fix nitrogen in rice fields[j].microorganisms,2021,10(1)；elbadry m,gamal-eldin h,elbanna k.effects of rhodobactercapsulatus inoculation in combination with graded levels of nitrogenfertilizer on growth and yield of rice in pots and lysimeter experiments[j].world journal of microbiology and biotechnology,1999,15(3):393-395；gamal-eldin h,elbanna k.field evidence for the potential of rhodobacter capsulatusas biofertilizer for flooded rice[j].curr microbiol,2011,62(2):391-5.)。min等(min k,park ys,park gw,et al.elevated conversion of co(2)to versatile formateby a newly discovered formate dehydrogenase from rhodobacter aestuarii[j].bioresour technol,2020,305(123155.)从河口红细菌(r.aestuarii)中发现了一种耐氧的co2还原酶，可用于催化二氧化碳至多功能甲酸盐，在减少二氧化碳排放方面的突出优势可用于构建一个可行的酶体系，能够将二氧化碳作为一种廉价、丰富和可再生资源生产多功能甲酸盐。另外，红细菌属菌株还常用于通过光发酵来生产环境友好型燃料氢气的过程中。这是一种厌氧过程，需要使用光作为能量来源和有机底物(如乳酸)作为碳源，以维持红细菌属菌株的生长，从而产生氢气。turon等(turon v,ollivier s,cwicklinski g,etal.h(2)production by photofermentation in an innovative plate-typephotobioreactor with meandering channels[j].biotechnol bioeng,2021,118(3):1342-1354.)研究发现，应用平板型光生物反应器，荚膜红细菌的最大产氢流速可达157.7±9.3ml h2/l/h。红细菌属菌株也被发现具有降解致癌物质多环芳烃和苯等污染物的能力(oberoi as,philip l,bhallamudi sm.biodegradation of various aromaticcompounds by enriched bacterial cultures:part a-monocyclic and polycyclicaromatic hydrocarbons[j].appl biochem biotechnol,2015,176(7):1870-88.)。同时也能够降解土壤、泥沙和废水中的各种污染物。ponsano等发现，荚膜红细菌可以处理家禽屠宰场废水中的脂肪(ponsano eh,paulino cz,pinto mf.phototrophic growth ofrubrivivax gelatinosus in poultry slaughterhouse wastewater[j].bioresourtechnol,2008,99(9):3836-42.)；wu等发现，用荚膜红细菌处理大豆蛋白废水中的蛋白质和淀粉(wu p,li j-z,wang y-l,et al.promoting the growth of rubrivivaxgelatinosus in sewage purification by the addition of magnesium ions[j].biochemical engineering journal,2014,91(66-71.)。kong等发现这类菌株可以使四氯苯酚脱氯和矿化(kong f,wang a,ren hy,et al.improved dechlorination andmineralization of 4-chlorophenol in a sequential biocathode-bioanodebioelectrochemical system with mixed photosynthetic bacteria[j].bioresourtechnol,2014,158(32-8.)，而ouchane等在荚膜红细菌中发现了对除草剂terbutryn具有抗性表型的pufl基因(ouchane s,picaud m,astier c.a new mutation in the puflgene responsible for the terbutryn resistance phenotype in rubrivivaxgelatinosus[j].febs lett,1995,374(1):130-4.)。wu等研究发现，添加荚膜红细菌的大豆加工废水可有效去除土壤中农药西维因的残留(wu p,li j-z,wang y-l,etal.promoting the growth of rubrivivax gelatinosus in sewage purification bythe addition of magnesium ions[j].biochemical engineering journal,2014,91(66-71.)，此外，由于胞内营养物质(维生素b、辅酶q10、色素、叶酸)，大豆加工废水中的荚膜红细菌还能改善土壤质量和肥力。上述信息均提示该属菌株对于环境污染具有较强的生物修复潜力。从荚膜红细菌(r.capsulatus)中提取的具有优良酶促性的5-氨基乙酰丙酸合成酶(alas)，据此被评估并应用于5-氨基乙酰丙酸(ala)的生产(lou jw,zhu l,wu mb,etal.high-level soluble expression of the hema gene from rhodobacter capsulatusand comparative study of its enzymatic properties[j].j zhejiang univ sci b,2014,15(5):491-9.)。5-氨基乙酰丙酸(ala)是血红素、维生素b12、细胞色素和叶绿素四吡咯等化合物生物合成的常见前体，作为除草剂、杀虫剂和植物生长促进因子已在农业上得到了实际应用，而且还能使植物具有耐盐和耐低温的能力，在植物促生、抗逆、防病的作用中可起到关键作用。同时，这类物质也已应用于肿瘤诊断和癌症治疗等医疗领域(sasakik,watanabe m,tanaka t,et al.biosynthesis,biotechnological production andapplications of 5-aminolevulinic acid[j].appl microbiol biotechnol,2002,58(1):23-9.)。目前，许多不同的5-氨基乙酰丙酸合成酶编码基因已细菌属菌株中被克隆并在大肠杆菌菌株中表达，通过结合过表达和优化培养工艺，研究人员已将ala产量提高到7.34g l-1(lin j,fu w,cen p.characterization of 5-aminolevulinate synthase fromagrobacterium radiobacter,screening new inhibitors for 5-aminolevulinatedehydratase from escherichia coli and their potential use for high 5-aminolevulinate production[j].bioresour technol,2009,100(7):2293-7.)。因此，红细菌属菌株在工业、农业、食品医药等领域拥有良好的应用前景。深入挖掘红细菌属新资源意义重大。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供光合固氮红细菌新物种及其应用。

2、第一方面，本发明要求保护一种光合固氮红细菌新物种。

3、本发明要求保护的光合固氮红细菌新物种，具体为光合固氮红细菌(rhodobacterphotoazotoformans)s2205，其在中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心的保藏号为cgmcc no.26164。

4、所述光合固氮红细菌(rhodobacter photoazotoformans)s2205菌株s2205为革兰氏染色阴性细菌，嗜中温，兼性好氧。菌株在30℃下，na培养基上培养48小时后，可形成湿润，光滑和淡黄色菌落。菌株的生长条件是20-37℃、0-3％nacl和ph 6.0-8.0，最适生长条件是30℃、0-1％ nacl、ph 7.0。该菌株的氧化酶和过氧化氢酶测试为阳性，七叶苷水解阳性；明胶液化实验阴性，不能水解淀粉和纤维素。

5、第二方面，本发明要求保护一种培养物。

6、本发明所要求保护的培养物为前文第一方面中所述光合固氮红细菌(rhodobacter photoazotoformans)s2205的培养物，是将前文第一方面中所述合固氮红细菌(rhodobacter photoazotoformans)s2205在细菌培养基中培养得到的物质。

7、上述培养物中，所述物质包括所述杀藻申氏杆菌(shinella algicida)sd203(菌体自身)和所述杀藻申氏杆菌(shinella algicida)sd203的代谢物。

8、上述培养物中，所述细菌培养基可为固体培养基或液体培养基。

9、术语“培养物”是指经人工接种和培养后，长有微生物群体的液体或固体培养基的统称。即通过将微生物进行生长和/或扩增而获得的产物，其可以是微生物的生物学纯培养物，也可以含有一定量的培养基、代谢物或培养过程中产生的其他成分。术语“培养物”还包括通过将微生物传代而获得的传代培养物，其可以是某一代的培养物，也可以是若干代的混合物。

10、在本发明的具体实施方式中，所述细菌培养基具体为na培养基。

11、第三方面，本发明要求保护一种代谢物。

12、本发明要求保护的代谢物为前文第一方面中所述的光合固氮红细菌(rhodobacter photoazotoformans)s2205的代谢物。

13、术语“代谢物”是指微生物新陈代谢过程中产生的初级代谢产物和/或次级代谢产物。初级代谢是指微生物从外界吸收各种营养物质，通过分解代谢和合成代谢，生成维持生命活动的物质和能量的过程。初级代谢的产物即为初级代谢产物，如单糖或单糖衍生物、核苷酸、维生素、氨基酸、脂肪酸等单体以及由它们组成的各种大分子聚合物，如蛋白质、核酸、多糖、脂质等。次级代谢是指微生物在一定的生长时期，以初级代谢产物为前体，合成一些对微生物的生命活动无明确功能的物质的过程。次级代谢的产物即为次级代谢产物，大多是分子结构比较复杂的化合物。根据其作用，可将其分为抗生素、激素、生物碱、毒素等类型。

14、第四方面，本发明要求保护一种菌剂。

15、本发明要求保护的菌剂含有前文第一方面中所述的光合固氮红细菌(rhodobacter photoazotoformans)s2205、前文第二方面中所述的培养物和/或前文第三方面中所述的代谢物。

16、其中，所述菌剂为抑制藻生长的菌剂和/或用于除草的菌剂和/或用于杀虫的菌剂和/或用于促进植物生长的菌剂。

17、上述菌剂中，所述菌剂除所述活性成分外，还含有载体。所述载体可为农药领域常用的且在生物学上是惰性的载体。所述载体可为固体载体或液体载体；所述固体载体可为矿物材料、植物材料或高分子化合物；所述矿物材料可为粘土、滑石、高岭土、蒙脱石、白碳、沸石、硅石和硅藻土中的至少一种；所述植物材料可为玉米粉、豆粉和淀粉中的至少一种；所述高分子化合物可为聚乙烯醇和/或聚二醇；所述液体载体可为有机溶剂、植物油、矿物油或水；所述有机溶剂可为癸烷和/或十二烷。

18、上述菌剂中，所述菌剂的剂型可为多种剂型，如液剂、乳剂、悬浮剂、粉剂、颗粒剂、可湿性粉剂或水分散粒剂。

19、根据需要，所述菌剂中还可添加表面活性剂(如吐温20、吐温80等)、粘合剂、稳定剂(如抗氧化剂)、ph调节剂等。

20、第五方面，本发明要求保护前文第一方面中所述的光合固氮红细菌(rhodobacterphotoazotoformans)s2205或前文第二方面中所述的培养物或前文第三方面中所述的代谢物或前文第四方面中所述的菌剂在如下任一中的应用：

21、(a1)抑制藻生长；

22、(a2)制备用于抑制藻生长的产品；

23、(a3)治理水华；

24、(a4)制备用于治理水华的产品；

25、(a5)除草；

26、(a6)制备用于除草的产品；

27、(a7)杀虫；

28、(a8)制备用于杀虫的产品；

29、(a9)促进植物生长；

30、(a10)制备用于促进植物生长的产品；

31、(a11)生产5-氨基乙酰丙酸(5-ala)；

32、(a12)制备用于生产5-氨基乙酰丙酸的产品；

33、(a13)改良作物生态环境；

34、(a14)制备用于改良作物生态环境的产品。

35、第六方面，本发明要求保护一种用于抑制藻生长的产品.

36、本发明要求保护的用于抑制藻生长的产品，其活性成分为前文第一方面中所述的光合固氮红细菌(rhodobacter photoazotoformans)s2205或前文第二方面中所述的培养物或前文第三方面中所述的代谢物或前文第四方面中所述的菌剂。

37、第七方面，本发明要求保护一种用于治理水华的产品。

38、本发明要求保护的用于治理水华的产品，其活性成分为前文第一方面中所述的光合固氮红细菌(rhodobacter photoazotoformans)s2205或前文第二方面中所述的培养物或前文第三方面中所述的代谢物或前文第四方面中所述的菌剂。

39、第八方面，本发明要求保护一种用于除草的产品。

40、本发明要求保护的用于除草的产品，其活性成分为前文第一方面中所述的光合固氮红细菌(rhodobacter photoazotoformans)s2205或前文第二方面中所述的培养物或前文第三方面中所述的代谢物或前文第四方面中所述的菌剂。

41、第九方面，本发明要求保护一种用于杀虫的产品。

42、本发明要求保护的用于杀虫的产品，其活性成分为前文第一方面中所述的光合固氮红细菌(rhodobacter photoazotoformans)s2205或前文第二方面中所述的培养物或前文第三方面中所述的代谢物或前文第四方面中所述的菌剂。

43、第十方面，本发明要求保护一种用于促进植物生长的产品。

44、本发明要求保护的用于促进植物生长的产品，其活性成分为前文第一方面中所述的光合固氮红细菌(rhodobacter photoazotoformans)s2205或前文第二方面中所述的培养物或前文第三方面中所述的代谢物或前文第四方面中所述的菌剂。

45、第十一方面，本发明要求保护一种抑制藻生长的方法。

46、本发明要求保护的抑制藻生长的方法，可包括如下步骤：用前文第一方面中所述的光合固氮红细菌(rhodobacter photoazotoformans)s2205或前文第二方面中所述的培养物或前文第三方面中所述的代谢物或前文第四方面中所述的菌剂对待处理的藻样本进行处理。

47、第十二方面，本发明要求保护一种治理水华的方法。

48、本发明要求保护的治理水华的方法，可包括如下步骤：用前文第一方面中所述的光合固氮红细菌(rhodobacter photoazotoformans)s2205或前文第二方面中所述的培养物或前文第三方面中所述的代谢物或前文第四方面中所述的菌剂对待治理的水华水体进行处理。

49、第十三方面，本发明要求保护一种除草和/或杀虫和/或促进植物生长的方法。

50、本发明要求保护的除草和/或杀虫和/或促进植物生长的方法，可包括如下步骤：用前文第一方面中所述的光合固氮红细菌(rhodobacter photoazotoformans)s2205或前文第二方面中所述的培养物或前文第三方面中所述的代谢物或前文第四方面中所述的菌剂对待待处理的植物或其生长基质进行处理。

51、在上述各方面中，所述藻为蓝藻；所述水华为蓝藻水华。

52、进一步地，所述蓝藻为水华鱼腥藻。

53、在本发明的具体实施方式中，所述藻为水华鱼腥藻fachb-245。

54、第十四方面，本发明要求保护前文第一方面中所述的光合固氮红细菌(rhodobacter photoazotoformans)s2205在制备前文第二方面中所述的培养物或前文第三方面中所述的代谢物或前文第四方面中所述的菌剂中的应用。

55、实验证明，本发明菌株s2205代表了红细菌属的一个新物种，命名为光合固氮红细菌(rhodobacter photoazotoformans)。该菌株能够产生5-氨基乙酰丙酸(ala)，并且和藻细胞共培养时，能够抑制藻生长。5-ala能够作为天然的除草剂杀虫剂和植物生长促进剂。因此本发明菌株s2205是制备微生物菌剂以用于改良作物生态环境、促进作物健康生长的优秀菌种资源。

56、保藏说明

57、分类命名：光合固氮红细菌(rhodobacter photoazotoformans)；

58、参椐的生物材料：s2205；

59、保藏机构：中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心；

60、保藏机构简称：cgmcc；

61、地址：北京市朝阳区北辰西路1号院3号；

62、保藏日期：2022年12月7日；

63、保藏中心登记入册编号：cgmcc no.26164。