外硫红螺菌科及外硫红螺菌属的系统分类学、生理生态特征及菌种培养及保藏方法（partB,71）
来源：武汉市灰藻生物科技有限公司 浏览量：44 发布时间：2025-11-20 21:55:20
一、外硫红螺菌科简介
外硫红螺菌科包含，不生氧光合作用的紫色光合硫细菌（利用细菌叶绿素和类胡萝卜素作为光合色素），以及严格化能营养的细菌。
细胞呈螺旋形、弧状或杆状，借极生鞭毛运动，通过二分裂方式进行繁殖，可具有或不具有气泡。革兰氏阴性，属于γ-变形菌纲。
光合营养型代表菌株喜好在厌氧光照条件下生长，利用还原性硫化合物作为电子供体，将硫化物氧化为单质硫（S⁰）。单质硫沉积在细胞外部，并最终可能位于细胞体周边的周质空间中，硫酸盐是最终的氧化产物。
光合营养型的外硫红螺菌科细菌发现于含硫化物、pH 值为碱性至极高碱度的海洋至极高盐度环境中。该科的物种是已知最嗜盐的真细菌。
其 DNA 的 G+C 摩尔百分比含量为：50.5–69.7。
模式属： Ectothiorhodospira Pelsh 1936, 120。
二、外硫红螺菌科分类学评述
目前归类为外硫红螺菌科的细菌，其分类地位自 Pelsh 于 1936 年发现以来一直存在争议。他将这些细菌（称为"外硫红菌科 Ectothiorhodaceae"）与那些在细胞内沉积单质硫的光合紫色细菌（称为"内硫红菌科 Endothiorhodaceae"）区分开来。
Pelsh 分离的菌株特征描述不充分，并且在分离后不久便丢失了。Trüper 于 1968 年重新分离了 Ectothiorhodospira mobilis，Pfennig 和 Trüper 于 1971 年将 Ectothiorhodospira 作为一个特殊属归入着色菌科，因为它具有与其他光合紫色硫细菌相似的氧化性异化硫代谢能力。
由于当时已知的 Ectothiorhodospira 物种与着色菌科的所有其他属存在显著差异，并且发现紫色非硫细菌的代表菌株也能将硫化物氧化为胞外单质硫，Pfennig 于 1977 年建议将 Ectothiorhodospira 从着色菌科中移除，并将其归入紫色非硫细菌。
然而，根据极性脂质组成的显著差异，Imhoff 等人于 1982 年区分了光合紫色细菌的三个主要类群：
着色菌科、当时已知的 Ectothiorhodospira 以及紫色非硫细菌。Stackebrandt 等人于 1984 年通过 16S rRNA 寡核苷酸谱图进一步证明了 Ectothiorhodospira 物种与着色菌科的明显区分。
基于这些信息，Imhoff 于 1984 年提议将外硫红螺菌科作为一个独立的科，与着色菌科分开。
不仅根据生理特性和脂质组成，也根据 rRNA 寡核苷酸谱图的相似性，该科内两个物种群的区分早已被认识到。然而，直到后来才正式提出属的划分。
对包括外硫红螺菌科所有可用模式菌株在内的大量菌株进行的 16S rDNA 全序列分析，不仅支持了该科与着色菌科的分离，也支持了该科内两个类群的分化。
由于这两个类群之间存在巨大的系统发育距离，并且反映在许多独特的表型特征上，极端嗜盐的物种被转移到新建立的盐硫螺旋菌属中。
随着对外硫红螺菌科的这次分类学重新评估，其分类现在遵循基于 16S rDNA 序列的系统发育关系。
两株新的分离株扩展了我们对外硫红螺菌科的认知。一株从西伯利亚苏打湖分离的新型光合硫细菌——Thiorhodospira sibirica，已被证明在遗传上与 Ectothiorhodospira 属相关，其许多特性也与 Ectothiorhodospira 物种相似。
这种体型巨大的细菌独特之处在于，它既在细胞外也在细胞内形成 S⁰ 球。硫球仅位于细胞非常边缘的部分，该部分表现为一个明显较大的周质空间；它们并不位于细胞内部。
因此，S⁰ 的形成机制及相关酶的位置似乎与其他外硫红螺菌科细菌相同。然而，需要特别注意区分 S⁰ 是沉积在细胞内部还是外部。
另一株新发现的嗜盐且严格化能营养的细菌——Arhodomonas aquaeolei，已被发现与外硫红螺菌科（特别是 Halorhodospira）存在遗传关联。
这种细菌是光合型外硫红螺菌科细菌的近缘、纯化能营养型亲属。它利用有限的碳源谱进行生长。它被认为是外硫红螺菌科的成员，主要是基于其 16S rDNA 序列的系统发育关系。
三、外硫红螺菌科各属的区分特征
用于区分 Ectothiorhodospira、Halorhodospira、Thiorhodospira 和 Arhodomonas 各属的特征总结于表1。Halorhodospira 和 Ectothiorhodospira 物种的特征性脂肪酸组成显示于表2。基于 16S rDNA 序列的外硫红螺菌科遗传关系见图1。
四、外硫红螺菌科分属检索表
I. 嗜盐γ-变形菌，最适生长所需总盐度≥10%
A. 细胞含有典型的光合紫色细菌光合色素，执行严格的光合营养代谢，且最适生长需碱性pH。
盐硫螺旋菌属（Genus Halorhodospira）
B. 细胞不含光合色素，具有严格的化能营养代谢方式。
紫单胞菌属（Genus Arhodomonas）
II. 嗜盐光合紫色硫细菌，最适生长需碱性pH环境及总盐度低于10%的条件
A. 单质硫（S⁰）球状体仅沉积于细胞外部
外硫红螺菌属（Genus Ectothiorhodospira）
B. 单质硫（S⁰）球状体同时沉积于细胞外部与内部
硫红螺菌属（Genus Thiorhodospira）
III. 嗜盐化能自养细菌，适宜pH范围为6.8-8.0，能够进行硝酸盐至亚硝酸盐的好氧氧化作用
亚硝化球菌属（Genus Nitrococcus）
表1. 外硫红螺菌科各属的鉴别特征
| 特征 | Ectothiorhodospira 外硫红螺菌属 | Arhodomonaa 紫单胞菌属 | Halorhodospira 盐硫螺旋菌属 | Thiorhodospiraa 硫红螺菌属 |
|---|---|---|---|---|
| 革兰氏染色 | 阴性 | 阴性 | 阴性 | 阴性 |
| 系统发育群 | Gammaproteobacteria γ-变形菌纲 | Gammaproteobacteria γ-变形菌纲 | Gammaproteobacteria γ-变形菌纲 | Gammaproteobacteria γ-变形菌纲 |
| 鞭毛着生方式 | 极生丛毛 | 极生单毛 | 两极生鞭毛 | 极生丛毛 |
| 内膜系统 | 片层状 | 未确定b | 片层状 | 片层状 |
| 细胞形态 | 弧状至螺旋状 | 直杆状 | 弧状至螺旋状 | 弧状至螺旋状 |
| 细胞宽度 (μm) | 0.7–1.5 | 0.8–1.0 | 0.5–1.2 | 3–4 |
| 生长培养基c | EM 5% 或 mMPM | 复合培养基 | EM 15–30% | 参见硫红螺菌属描述 |
| 最适盐度 | 1–7% | 15% | 15–25% | 0.5–1.0% |
| 可容溶质 | 甘氨酸甜菜碱、蔗糖 | 未测定 | 甘氨酸甜菜碱、四氢嘧啶、海藻糖 | 未测定 |
| 脂肪酸簇d | V–VII | 未测定 | I–IV | 未测定 |
| 主要醌类成分e | MK7 与 Q7 或 Q8 | – | MK8, Q8, 与 MK4/5 | – |
| DNA 的 G + C 含量（mol%） | 61.4–68.4 | 67 | 50.5–69.7 | 56.0–57.4 |
| 16S rDNA 特征序列 | ||||
| E. coli 位置 92–96 | CTGAC | CTGGC | GCGGC | CTGAC |
| E. coli 位置 135–137 | TGG | CTT | CTT | TGG |
| E. coli 位置 149–151 | CAA | TAG | TAG | TAA |
| E. coli 位置 221–225 | TATCA | CGAAG | CGAAG | TATCA |
| E. coli 位置 667–669 | AGA | GAG | GTA | AGG |
| E. coli 位置 761 | T | T | C | T |
| E. coli 位置 1010–1011 | CA | CA | TG | CA |
a Arhodomonas 和 Thiorhodospira 的数据分别来自 Adkins 等人（1993）和 Bryantseva 等人（1999b）。
b nd，未确定。
c EM：根据 Imhoff（1988a）为嗜盐碱性 Ectothiorhodospiraceae 种类设计的标准培养基，盐浓度可变；mMPM：根据 Triper（1970）修改的海洋 Pfenning 培养基。
d 脂肪酸簇依据 Thiemann 和 Imhoff（1996）。
e 主要醌类成分依据 Imhoff（1984a）和 Ventura 等人（1993）。
表2. 外硫红螺菌属与盐硫螺旋菌属各物种的脂肪酸簇组成a, b
| 特征 | E. mobilis | E. haloalkaliphila | E. marina | E. marismortui | E. | E. vacuolata | H. halophila | H. halophila | H. | H. |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 脂肪酸簇 | V | VII | VII | V | VI | VI | I | II | III | IV |
| C12:0 | 0.7 – 0.8 | 0.9 – 1.2 | 0.9 | 1.1 | 1.3 – 1.7 | nd | 2.4 – 3.4 | 2.8 – 5.0 | 2.4 | 1.1 – 2.9 |
| C16:0 | 35.1 – 36.4 | 29 | 24.8 | 33.2 | 24.4 – 26.4 | 21.6 | 9.2 – 11.1 | 10.8 – 14.5 | 21.4 | 21.0 – 24.0 |
| C16:1 ω7c | 2.7 – 3.5 | 4.8 – 5.1 | 5.9 | 3.8 | 4.1 – 4.6 | 3.6 | 0.4 – 0.6 | 0.6 – 0.8 | 1.4 | 1.2 – 1.6 |
| C18:0 | 5.7 – 7.6 | 6.8 – 7.1 | 9.2 | 5 | 5.6 – 6.8 | 5.5 | 14.2 – 17.7 | 11.3 – 13.2 | 6 | 6.3 – 11.6 |
| C18:1 ω7c | 12.1 – 16.2 | 38.2 – 38.6 | 29.2 | 18.5 | 57.1 – 59.0 | 65.5 | 62.8 – 65.5 | 58.6 – 62.8 | 62.8 | 57.7 – 57.9 |
| C19:0cyc | 33.5 – 37.7 | 15.9 – 16.3 | 25.8 | 34.7 | nd | nd | 2.5 – 3.4 | 3.0 – 5.8 | 0.4 | 1.3 – 2.0 |
a nd，未确定。
b 数据来自 Thiemann 和 Imhoff（1996）。
图1. 基于 16S rDNA 构建的外硫红螺菌科系统发育树，
包含 Ectothiorhodospira（外硫红螺菌属）、Halorhodospira（盐硫螺旋菌属）、Thiorhodospira（硫红螺菌属）和 Arhodomonas（紫单胞菌属）的各物种。
所用序列数据先前已发表（Imhoff and Süling, 1996），并补充使用了 Arhodomonas aquaeolei (M26631) 和 Thiorhodospira sibirica (AJ006530) 的 16S rDNA 序列。
序列比对、距离数据计算及系统发育树构建方法均参照先前描述（Petri and Imhoff, 2000）。
属 I 外硫红螺菌属（Ectothiorhodospira）
细胞形态特征：细胞呈杆状或弧状，亦可形成真螺旋形态，直径0.7-1.5微米。依靠极生鞭毛束进行运动，通过二分裂方式繁殖，部分细胞含有气囊结构。
染色特性与分类：革兰氏染色阴性，属于γ-变形菌纲。
光合系统特征：内部光合膜系统为与细胞质膜相连的层状膜堆结构。光合色素包含细菌叶绿素a和类胡萝卜素。
代谢特性：
• 在厌氧条件下可进行光能自养生长，以还原态硫化合物或氢气作为电子供体
• 亦可利用有限有机化合物进行光能异养生长
• 硫化物的氧化终产物为硫酸盐，中间产物单质硫（S⁰）沉积于细胞外
• 部分物种具备在微好氧至好氧条件下进行暗生长的能力
生长需求：
• 生长依赖氯化钠，需在盐碱化环境中生存
• 兼容性溶质包括甘氨酸甜菜碱、蔗糖及N-氨基甲酰-L-谷氨酰胺酰胺
• 不强制需要生长因子，但维生素B₁₂可促进某些菌株生长
储存物质：可积累多糖、聚-β-羟基丁酸酯及多聚磷酸盐。
生态分布：主要分布于含硫化物的海洋与盐碱环境，适宜弱碱性至极端碱性pH环境，常见于河口、盐滩、盐湖及苏打湖等光照区域，偶见于土壤环境。
DNA特征：DNA的G+C摩尔百分比为61.4-68.4%。
模式物种：运动外硫红螺菌（Ectothiorhodospira mobilis Pelsh 1936, 120）。
补充描述信息：
外硫红螺菌属（Ectothiorhodospira）的细胞形态会随生长条件（特别是pH值和盐度）变化。运动外硫红螺菌（E. mobilis）在最佳生长条件下呈螺旋形，但易形成弧状细胞或弯曲杆状。
沙波什尼科夫外硫红螺菌（E. shaposhnikovii）和液泡外硫红螺菌（E. vacuolata）在适宜生长条件下则形成直杆或微弯杆状。其类胡萝卜素属于正常的螺菌黄质系列，以螺菌黄质（spirilloxanthin）为主要组分。
该属菌株的活体吸收光谱特征包括798、822–827、851–855及892–895 nm处的长波长吸收带。850 nm波段为绝对最大值；890 nm波段多表现为肩峰，有时会形成与850 nm强度相当的最大峰；而820–830 nm波段仅在二阶导数光谱中可见（Imhoff，未发表数据）。
所有物种均能在厌氧光照条件下，以还原性硫化合物作为光合电子供体，并利用有机碳源和无机碳酸盐良好生长。运动外硫红螺菌、沙波什尼科夫外硫红螺菌和嗜盐碱外硫红螺菌（E. haloalkaliphila）在存在硫化物的条件下还能进行微好氧暗生长。以硫化物为电子供体进行光养生长时，硫化物与单质硫（S⁰）的氧化过程严格偶联（参见Trüper, 1978）。
在该属最适的碱性生长环境中，多硫化物是硫化物氧化的稳定中间产物，表现为培养基在此阶段呈现透明的黄色。当硫化物耗尽后，单质硫液滴快速形成，培养基变为乳白色浑浊。随着单质硫的消失，培养物会逐渐变为粉红色直至深红。有关该属硫化合物氧化酶的综述见Trüper和Fischer (1982)。
在自养生长条件下，卡尔文循环（Calvin cycle）是该属固定二氧化碳的主要途径。沙波什尼科夫外硫红螺菌和运动外硫红螺菌中均检测到高活性的核酮糖二磷酸羧化酶（ribulosebisphosphate carboxylase）。然而，乙酸盐和丙酸盐等有机碳源的吸收需依赖二氧化碳的存在，并通过多条羧化反应实现。在此条件下，细胞碳源有相当部分来自未通过核酮糖二磷酸途径固定的二氧化碳。
沙波什尼科夫外硫红螺菌中检测到磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶（phosphoenolpyruvate carboxylase）、铁氧还蛋白依赖性丙酮酸合酶（pyruvate synthase）和酮戊二酸合酶（oxoglutarate synthase）；运动外硫红螺菌中则发现磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶、磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶（phosphoenolpyruvate carboxykinase）和丙酮酸羧化酶（pyruvate carboxylase）。沙波什尼科夫外硫红螺菌具备糖酵解途径和三羧酸循环（tricarboxylic acid cycle）的全部酶系（除酮戊二酸脱氢酶外）。
以乙酸盐生长的细胞显示异柠檬酸裂解酶（isocitrate lyase）活性升高，表明乙醛酸循环（glyoxylic acid pathway）被激活。在无二氧化碳条件下，由乙酸盐和丁酸盐合成的主要储存物质是聚-β-羟基丁酸（poly-β-hydroxybutyric acid）；而在存在二氧化碳或其他有机碳源时，则主要形成碳水化合物。
氨和谷氨酰胺是所有物种的适宜氮源。某些物种具有固氮能力，这可能是该属的普遍特性。运动外硫红螺菌中检测到NADH依赖的谷氨酸脱氢酶（glutamate dehydrogenase）和谷氨酰胺合成酶/谷氨酸合酶（glutamine synthetase/glutamate synthase）（Bast, 1977）。沙波什尼科夫外硫红螺菌能以硝酸盐为氮源，其还原过程由膜结合的铁氧还蛋白依赖性硝酸还原酶（ferredoxin-dependent nitrate reductase）催化，该酶在硝酸盐生长条件下被诱导表达。
就盐度需求而言，外硫红螺菌属属于轻度嗜盐或海洋性细菌。根据最适生长盐浓度可划分为：非嗜盐菌（≤0.1 M NaCl）、半咸水菌（0.1–0.35 M NaCl）、海洋性或轻度嗜盐菌（0.35–1.2 M NaCl）、中度嗜盐菌（1.2–2.5 M NaCl）和极端嗜盐菌（≥2.5 M NaCl）。外硫红螺菌属的最适盐浓度位于海洋细菌上限，部分物种（特别是嗜盐碱外硫红螺菌）具有中度耐盐性。凭借其广谱耐盐特性，该物种能在中度盐碱湖中与盐硫螺菌属（Halorhodospira） 成功竞争。为应对盐和渗透压胁迫，外硫红螺菌属（嗜盐碱外硫红螺菌、死海外硫红螺菌）会积累甘氨酸甜菜碱（glycine betaine）、蔗糖和N-氨甲酰-L-谷氨酰胺酰胺作为渗透调节剂（osmotica），但不会合成四氢嘧啶（ectoine）和海藻糖（trehalose）——这两者与甘氨酸甜菜碱同为盐硫螺菌属的主要相容性溶质。
一、外硫红螺菌属（Ectothiorhodospira）富集与分离方法
通过在盐碱培养基（3% NaCl，pH 7.6–8.5）中以硫化物为电子供体进行光能自养富集，可选择性富集外硫红螺菌属，即使自然样品中富含着色菌科（Chromatiaceae）物种。采用Pfennig紫色硫细菌培养基调整NaCl浓度和pH值至碱性，或基于瓦迪纳特龙苏打湖（Wadi Natrun）矿物成分的培养基及其改良配方，已从全球多种海洋环境、超盐池塘、盐沼泽和盐湖中分离到该属菌株。对于此类样品，无需预先富集即可通过琼脂稀释系列法直接分离。专为含5%（及20%）盐分的碱湖菌种设计的培养基配方详见Imhoff (1988a)。Pfennig标准培养基配方参见着色菌属（Chromatium）描述。
二、外硫红螺菌属（Ectothiorhodospira）保藏方法
菌株可在弱光实验室条件下保存数月。用琼脂穿刺培养物于4–10℃黑暗环境中可保藏长达一年。长期保藏推荐液氮储存法：将生长旺盛的菌悬液加入终浓度5%的二甲基亚砜（DMSO）后分装至塑料冻存管，密封并保存于液氮温度。
三、外硫红螺菌属（Ectothiorhodospira）属间鉴别特征
外硫红螺菌属与着色菌科其他紫色硫细菌的关键区别在于：以硫化物为光合电子供体生长时，单质硫沉积于细胞外。其与盐硫螺菌属的鉴别可基于分子和生理特性（见表BXII.c.7）：外硫红螺菌属主要醌类为MK-7和Q-7或Q-8；盐硫螺菌属则缺乏含7个异戊二烯单元的同系物，而以MK-8、Q-8和短链MK成分为主。两属的脂肪酸组成分属不同聚类（见表2）。16S rDNA序列存在显著差异（相似度87.2–89.9%），具有多个特征序列标记（见表1）。与硫沉积于细胞外的外硫红螺菌属不同，硫螺旋菌属（Thiorhodospira） 的硫球被外膜包裹。
两属物种的碳、硫、氮源代谢特性高度相似。但外硫红螺菌属中多个物种能进行化能暗生长，而盐硫螺菌属为专性光养。外硫红螺菌属的最适生长盐浓度为1–8%，盐硫螺菌属则在低于10%盐浓度时不生长。
四、外硫红螺菌属（Ectothiorhodospira）分类学评注
基于16S rDNA全序列对外硫红螺菌科（Ectothiorhodospiraceae）重新分类后，极端嗜盐物种被从外硫红螺菌属划出，归入新建立的盐硫螺菌属。16S rDNA序列和脂肪酸组成分析支持部分菌株的原有分类，也揭示了某些菌株的错误归类。多个暂定归属于运动外硫红螺菌的菌株中：8112（DSMZ 237）、8113（DSMZ 238）和8815（DSMZ 240）被确认为运动外硫红螺菌；8115（DSMZ 239）被认定属于沙波什尼科夫外硫红螺菌；51/7（BN 9903, ATCC 51935）和C（BN 9902）被划为新种嗜盐碱外硫红螺菌；BA 1010（DSMZ 241）代表新种海洋外硫红螺菌（E. marina）；BA 1011与BA 1010亲缘最近。DNA–DNA杂交和DNA限制性图谱研究支持DSMZ 239归属沙波什尼科夫外硫红螺菌、沙波什尼科夫外硫红螺菌与液泡外硫红螺菌密切关联、运动外硫红螺菌与死海外硫红螺菌（E. marismortui）亲缘相近。Ventura等（2000）的DNA–DNA复性研究进一步证实这些结论，并建议将液泡外硫红螺菌并入沙波什尼科夫外硫红螺菌、死海外硫红螺菌并入运动外硫红螺菌。鉴于当前认知水平，基于显著的表型差异和核糖体分型图谱，本文暂未采纳该合并建议。此外，菌株BN 9903（ATCC 51935）虽在文献中长期作为运动外硫红螺菌研究，近期研究已将其确定为嗜盐碱外硫红螺菌的模式菌株。
五、外硫红螺菌属（Ectothiorhodospira）内物种的鉴别特征
外硫红螺菌属各物种的关键鉴别特性总结于表3。基于16S rDNA序列的该属物种间遗传亲缘关系，详见外硫红螺菌科（Ectothiorhodospiraceae）章节中的图1。
表3. 外硫红螺菌属 (Ectothiorhodospira) 各物种的鉴别特征a
| 特征 | Ectothiorhodospira mobilis | Ectothiorhodospira haloalkaliphila | Ectothiorhodospira marina | Ectothiorhodospira marismortui | Ectothiorhodospira shaposhnikovii | Ectothiorhodospira vacuolata |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 细胞直径（μm） | 0.7–1.0 | 0.7–1.2 | 0.8–1.2 | 0.9–1.3 | 0.8–0.9 | 1.5 |
| 运动性 | + | + | + | + | + | + |
| 细胞悬浮液颜色 | 红色 | 红色 | 红色 | 红色 | 红色 | 红色 |
| NaCl 最适浓度（%） | 2–3 | 5 | 2–6 | 3–8 | 3 | 1–6 |
| 盐度范围（%） | 1–5 | 2.5–15 | 0.5–10.0 | 1–20 | 0.7 | 0.5–10.0 |
| pH 最适范围 | 7.6–8.0 | 8.5–10.0 | 7.5–8.5 | 7.0–8.0 | 8.0–8.5 | 7.5–9.5 |
| 生长培养基 | mPF | mPF/EM5% | mPF | mPF | mPF/EM5% | mPF/EM5% |
| 化能自养生长 | – | + | (+) | – | + | U |
| 硫酸盐同化作用 | + | + | (+) | – | + | – |
| 脂肪酸簇 | V | VII | VII | V | VI | VI |
| 主要醌类 | MK7/Q8 | MK7/Q8 | MK7/Q8 | MK7/Q8 | MK7/Q7 | MK7/Q7 |
| 物种DNA的G+C摩尔百分比 | 67.3–68.4 | 62.2–63.5 | 62.8 | 65.0 | 62.0–64.0 | 61.4–63.6 |
| 模式菌株DNA的G+C摩尔百分比 | 67.3 (Bd) | 63.5 (Tm) | 62.8 (Bd) | 65.0 (Tm) | 62.0 (Tm) | 63.6 (Tm) |
| 使用的底物b | ||||||
| 氢气 | + | U | U | + | + | + |
| 硫化物 | + | + | + | + | + | + |
| 连二硫酸盐 | + | + | + | – | + | + |
| 硫单质 | + | + | + | + | + | + |
| 亚硫酸盐 | + | U | + | U | + | U |
| 乙酸盐 | + | + | + | + | + | + |
| 丙酮酸 | + | + | + | + | + | + |
| 丙酸盐 | ± | U | + | (+) | + | + |
| 丁酸盐 | ± | U | – | – | + | – |
| 乳酸盐 | ± | U | + | (+) | + | – |
| 富马酸盐 | + | + | + | + | + | + |
| 延胡索酸盐 | + | + | + | + | + | + |
| 苹果酸盐 | + | + | + | + | + | + |
| 果糖 | ± | – | – | – | + | (+) |
| 葡萄糖 | ± | – | – | – | U | – |
| 乙醇 | – | – | – | – | – | – |
| 丙醇 | – | – | – | – | – | – |
a 符号：+，大多数菌株表现出阳性特征或利用该底物；±，部分菌株表现出阳性特征或利用该底物；–，阴性特征或大多数菌株不利用该底物；U，未知—无数据；(+) 表示弱活性或生长。
b 所有物种均不利用甲酸盐、甲醇、乙醇、丙醇、柠檬酸盐或苯甲酸盐。
六、外硫红螺菌属（Ectothiorhodospira）培养基制备方法
6.1培养基制备方法（5% 总盐度）
| 组分类别 | 成分 | 用量 | 处理方式 | 备注 |
|---|---|---|---|---|
| 基础溶液 | 磷酸二氢钾 | 0.8 g/L | 与基础溶液一同灭菌 | |
| 微量元素溶液 | 1 mL/L | 与基础溶液一同灭菌 | 配方见下表 | |
| 1 M 碳酸钠 | 200 mL/L | 与基础溶液一同灭菌 | 本身提供约2%的盐度 | |
| 氯化钠 | 30 g/L | 与基础溶液一同灭菌 | 用于调节盐度 | |
| 可选添加物 | 硫代硫酸钠 | 1.0 g/L | 灭菌前加入基础溶液 | 用作电子供体 |
| 乙酸钠 | 1-2 g/L | 灭菌前加入基础溶液 | 提供有机碳源 | |
| 分别灭菌后添加 | 20% 氯化铵 | 4 mL/L | 单独灭菌，冷却后添加 | 提供氮源 |
| 1% 二水合氯 | 5 mL/L | 单独灭菌，冷却后添加 | ||
| 2% 六水合氯 | 5 mL/L | 单独灭菌，冷却后添加 | ||
| 5% 九水合硫 | 5-10 mL/L | 单独灭菌，冷却后添加 | 提供电子供体及还原环境 |
6.2盐度调整方案
| 目标总盐度 | 氯化钠 | 硫酸钠（Na₂SO₄）添加 | 说明 |
|---|---|---|---|
| 5%（标准盐度） | 30 g/L | 0 g/L | 基础配方，碳酸钠缓冲液贡献约2%盐 |
| 20%（标盐） | 160 g/L | 20 g/L | 可用硫酸钠替代最多10%的总盐。 |
| 20%（高盐） | 180 g/L | 0 g/L | 全部使用氯化钠的方案。 |
6.3微量元素溶液 SLA 配方
| 成分 | 浓度 |
|---|---|
| 四水合氯化亚铁 | 1.8 g/L |
| 六水合氯化钴 | 250 mg/L |
| 硼酸（H₃BO₃） | 500 mg/L |
| 氯化锌（ZnCl₂） | 100 mg/L |
| 四水合氯化锰 | 70 mg/L |
| 二水合钼酸钠 | 30 mg/L |
| 五水合氯化铜 | 10 mg/L |
| 六水合氯化镍 | 10 mg/L |
| 五水合亚硒酸钠 | 10 mg/L |
配制说明： 将以上组分溶于1升双重蒸馏水中，并用盐酸 (HCl) 将溶液pH值调节至2-3，以防止沉淀。
6.4配制与储存说明
| 步骤 | 说明 |
|---|---|
| 分装 | 将完全培养基分装于可密封的螺口瓶中，并完全装满以减少氧气。 |
| 储存 | 密封后于常温或冷藏避光储存，直至使用。 |
| 接种前处理 | 接种前，需先取出少量培养基，然后将瓶子在培养温度下进行预培养，以使培养基体积受热膨胀，避免因膨胀导致溢出或瓶内压力过高。 |
七、外硫红螺菌属（Ectothiorhodospira）物种列表
1. 运动外硫红螺菌 (Ectothiorhodospira mobilis)
词源： L. adj. mobilis，意为运动的。
细胞形态： 弧状、短螺旋状弯曲或微弯杆状，大小 0.7–1.0 × 2.0–2.6 µm。借极生鞭毛束运动。
培养特征： 不含多硫化物与单质硫的菌悬液呈红色。活细胞吸收光谱峰值位于 378, 488, 516, 550, 590, 798, 和 854 nm，892 nm 处有肩峰。
光合色素： 含细菌叶绿素a（植醇酯化）及以螺菌黄素为主要组分的螺菌黄质系列类胡萝卜素。
生理生化： 专性光能营养，严格厌氧。在无氧光照条件下，能以还原性硫化合物或有机碳源作为电子供体生长。光能自养生长可利用硫化物、硫代硫酸盐、单质硫、亚硫酸盐和氢气。可利用乙酸、丙酮酸、苹果酸、琥珀酸和富马酸作为有机碳源和电子供体；部分菌株还可利用果糖、葡萄糖、乳酸、丁酸和丙酸。氮源为氨、谷氨酰胺及其他一些氨基酸。能以硫酸盐作为唯一硫源。部分菌株的生长可被维生素B₁₂促进。
生长条件： 生长需要氯化钠。最适生长盐浓度为2–3%（耐受范围1–7%），最适pH 7.6–8.0，最适温度25–30°C。
生境： 含硫化物并具光照的盐沼、海洋沿岸沉积物。
主要醌类： MK-7 和 Q-8。
DNA G+C 含量 (mol%)： 67.3–68.4 (Bd)；模式菌株为 67.3 (Bd)。
模式菌株： DSMZ 237（见图2）。
GenBank 登录号 (16S rRNA)： BN 9911, X93481。
图2.运动外硫红螺菌（Ectothiorhodospira mobilis）DSMZ 237。注意细胞外硫球。相差显微照片。比例尺 = 10 μm。
2. 嗜盐碱外硫红螺菌 (Ectothiorhodospira haloalkaliphila)
词源： Gr. n. hals 盐；Arabic n. al kali 钾碱；Gr. adj. philos 喜爱；M.L. fem. adj. haloalkaliphila 喜爱盐和碱性条件。
细胞形态： 弧菌状或短螺旋状弯曲，大小 0.7–1.2 × 2.0–3.0 µm。借极生鞭毛束运动。
培养特征： 不含多硫化物与单质硫的菌悬液呈红色。活细胞吸收光谱峰值位于 379, 488, 513, 552, 593, 798, 和 851 nm，892 nm 处有肩峰。
光合色素： 含细菌叶绿素a（植醇酯化）及以螺菌黄素为主要组分的螺菌黄质系列类胡萝卜素。
生理生化： 偏好无氧光照条件下生长，能以还原性硫化合物或有机碳源作为电子供体。光能自养生长可利用硫化物、硫代硫酸盐和单质硫。在微氧且有硫化物存在时，可进行化能自养和化能异养生长。可利用乙酸、丙酮酸、苹果酸、琥珀酸和富马酸作为有机碳源和电子供体。氮源为氨及部分氨基酸。能以硫酸盐作为唯一硫源。
生长条件： 生长需要氯化钠。最适生长盐浓度为5%（耐受范围2.5–15%），最适pH 8.5–10.0，最适温度26–40°C。
生境： 含硫化物并具光照的碱性盐湖和苏打湖。
主要醌类： MK-7 和 Q-8。
DNA G+C 含量 (mol%)： 63.5 (Tm)。
模式菌株： ATCC 51935, BN 9903。
GenBank 登录号 (16S rRNA)： X93479。
词源： L. fem. adj. marina，意为海洋的。
细胞形态： 细胞弯曲，有时呈微弯杆状，大小 0.8–1.2 × 1.5–4.0 µm。借极生鞭毛束运动。
培养特征： 不含多硫化物与单质硫的菌悬液呈红色。活细胞吸收光谱特征吸收峰位于 379, 483, 513, 552, 593, 798, 和 853 nm，893 nm 处有肩峰。
光合色素： 含细菌叶绿素a（植醇酯化）及以螺菌黄素为主要组分的螺菌黄质系列类胡萝卜素。
生理生化： 偏好无氧光照条件，进行光能自养和光能异养生长。以还原性硫化合物或有机碳源作为电子供体。光能自养生长可利用硫化物、硫代硫酸盐、单质硫和亚硫酸盐。可利用乙酸、丙酮酸、乳酸、丙酸、苹果酸、琥珀酸和富马酸作为有机碳源和电子供体；酮戊二酸和蛋白胨也能支持生长。氮源为氨、分子氮和谷氨酰胺。能以硫酸盐作为唯一硫源。
生长条件： 生长需要氯化钠。最适生长盐浓度为2–6%（耐受范围0.5–10%），最适pH 7.5–8.5，最适温度30–40°C。
生境： 含硫化物并具光照的海洋沿岸沉积物。
主要醌类： MK-7 和 Q-8。
DNA G+C 含量 (mol%)： 62.8 (Bd)。
模式菌株： BA 1010, BN 9914, DSMZ 241。
GenBank 登录号 (16S rRNA)： X93476。
4. 死海外硫红螺菌 (Ectothiorhodospira marismortui)
词源： L. gen. n. maris 海的；L. adj. mortuus 死的；M.L. gen. n. marismortui 死海的。
编辑注： Ventura 等人 (2000) 认为 E. marismortui 是 E. mobilis 的异模式同义词。
细胞形态： 多形性不规则短杆状，常弯曲，大小 0.9–1.3 × 1.5–3.3 µm。借极生鞭毛束运动。
培养特征： 液体培养物呈红至紫色。活体吸收光谱显示明显峰值位于 486, 515, 550, 591, 796, 和 856 nm，885 nm 处有肩峰。
光合色素： 含细菌叶绿素a及以螺菌黄素为主要组分的螺菌黄质系列类胡萝卜素。
生理生化： 严格光能营养，专性厌氧。能以硫化物和单质硫为电子供体进行光能自养生长，或利用简单有机底物进行光能异养生长。可利用的碳源有乙酸、琥珀酸、富马酸、苹果酸和丙酮酸；乳酸、甘油、丙酸和酵母提取物利用较差。不利用甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇、正丁醇、氢气、甲酸、丁酸、异丁酸、柠檬酸、苯甲酸、甘氨酸、L-丙氨酸、L-谷氨酸、葡萄糖、果糖、甘露醇和山梨醇。氨和分子氮可作为氮源。无同化性硫酸盐还原作用。不需要生长因子，但少量酵母提取物可刺激生长。
生长条件： 生长需要氯化钠。最适生长盐浓度为3–8%（耐受范围1–20%），最适pH 7–8，最适温度35–45°C。
生境： 超盐硫泉的微生物垫。
主要醌类： MK-7 和 Q-8。
DNA G+C 含量 (mol%)： 65.0 (Tm)。
模式菌株： EG-1, BN 9410, DSMZ 4180。
GenBank 登录号 (16S rRNA)： X93482。
5. 沙波什尼科夫外硫红螺菌 (Ectothiorhodospira shaposhnikovii )
词源： M.L. gen. n. shaposhnikovii，以俄罗斯微生物学家 D. I. Shaposhnikov 的名字命名。
细胞形态： 杆状，通常为微弯弧状或短螺旋状。以丙酸为碳源时，大小 0.8–0.9 × 1.5–2.5 µm。借极生鞭毛束运动。
培养特征： 不含多硫化物与单质硫的菌悬液呈红色。活细胞吸收光谱峰值位于 378, 481, 513, 556, 593, 798, 和 854 nm，892 nm 处有肩峰。
光合色素： 含细菌叶绿素a（植醇酯化）及以螺菌黄素为主要组分的螺菌黄质系列类胡萝卜素。
生理生化： 细胞偏好无氧光照条件生长。能以还原性硫化合物或分子氢作为电子供体进行光能自养生长。可在微氧黑暗条件下进行化能自养和化能异养生长。光合电子供体包括硫化物、单质硫、硫代硫酸盐、亚硫酸盐、分子氢、乙酸、丙酸、丁酸、乳酸、丙酮酸、苹果酸、琥珀酸、富马酸和果糖。不利用甲酸、甲醇、乙醇、丙醇、甘油、柠檬酸和苯甲酸。氮源为氨、分子氮、硝酸盐及一些氨基酸。在光能异养条件下，能以硫酸盐作为唯一硫源。不需要生长因子。
生长条件： 最适生长盐浓度为3%（耐受范围0–7%），最适pH 8.0-9.0，最适温度30–35°C。
生境： 含硫化物并具光照的海洋沉积物。
主要醌类： MK-7 和 Q-7。
DNA G+C 含量 (mol%)： 62.3 (Bd), 64.0 (化学分析), 及 62.0 (Tm)。
模式菌株： BN 9711, DSMZ 243, KMMGU N1。
GenBank 登录号 (16S rRNA)： M59151。
6. 液泡外硫红螺菌 (Ectothiorhodospira vacuolata)
词源： L. fem. adj. vacuolata，意为含有空泡的。
编辑注： Ventura 等人 (2000) 认为 E. vacuolata 是 E. shaposhnikovii 的异模式同义词。
细胞形态： 杆状，有时微弯，大小 1.5 × 2–4 µm。借极生鞭毛束运动。运动型细胞常发育气囊 (gas vesicles)，随后因气囊存在而变为不运动并上浮至顶部。在低硫化物浓度和低光强下，无气囊的运动细胞占优势。稳定期细胞通常变为不运动并形成气囊。
培养特征： 菌悬液呈粉红至红色。活细胞吸收光谱峰值位于 378, 486, 513, 555, 593, 798, 和 855 nm，893 nm 处有肩峰。
光合色素： 含细菌叶绿素a（植醇酯化）及以螺菌黄素为主要组分的螺菌黄质系列类胡萝卜素。
生理生化： 在无氧光照条件下生长。能以硫化物、硫代硫酸盐或单质硫进行光能自养生长。可利用的有机碳源和电子供体包括乙酸、丙酸、丙酮酸、苹果酸、琥珀酸和富马酸。氮源为氨和分子氮。在光能异养生长条件下，半胱氨酸（而非硫酸盐或甲硫氨酸）可作为硫源。不需要生长因子。
生长条件： 生长需要氯化钠。最适生长盐浓度为1–6%（耐受范围0.5–10%），最适pH 7.5–9.5，最适温度30–40°C。
生境： 含硫化物并具光照的盐滩和盐湖。
主要醌类： MK-7 和 Q-7。
DNA G+C 含量 (mol%)： 61.4–63.6 (Tm)，模式菌株为 63.6 (Tm)。
模式菌株： ATCC 43036, BN 9512, DSMZ 2111。
GenBank 登录号 (16S rRNA)： X93478。
参考文献
1.Adkins, J.P., M.T. Madigan, L. Mandelco, C.R. Woese and R.S. Tanner. 1993. Arhodomonas aquaeolei gen. nov., sp. nov., an aerobic, halophilic bacterium isolated from a subterranean brine. Int. J. Syst. Bacteriol.43: 514–520.
2.Bryantseva, I., V.M. Gorlenko, E.I. Kompantseva, J.F. Imhoff, J. Su¨ling and L. Mityushina. 1999. Thiorhodospira sibirica gen. nov., sp. nov.,a new alkaliphilic purple sulfur bacterium from a Siberian soda lake.Int. J. Syst. Bacteriol. 49: 697–703.
3.Stackebrandt, E., V.J. Fowler, W. Schubert and J.F. Imhoff. 1984. Towards a phylogeny of phototrophic purple sulfur bacteria: the genus Ectothiorhodospira. Arch. Microbiol. 137: 366–370.
4.Thiemann, B. and J.F. Imhoff. 1996. Differentiation of Ectothiorhodospiraceae based on their fatty acid composition. Syst. Appl. Microbiol. 19:223–230.
5.Imhoff, J.F. 1984. Reassignment of the genus Ectothiorhodospira Pelsh 1936 to a new family, Ectothiorhodospiraceae fam. nov., and emended description of the Chromatiaceae Bavendamm 1924. Int. J. Syst. Bacteriol. 34:338–339.
6.Imhoff, J.F. 1993. Osmotic adaptation in halophilic and halotolerant microorganisms. In Vreeland and Hochstein (Editors), The Biology of Halophilic Bacteria, CRC Press, Boca Raton. pp. 211–253.
# 翻译自：Bergeys Manual of Systematic Bacteriology (Garrity, Berner, Creig) . Volume Two：The Proteobacteria Part B The Gammaproteobacteria.（Order I. Chromatiales）
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更新日期：2025-11-19
编制人：思琪
审稿人：小藻