光合成菌：特性と分類 - 生物学 - 2025

光合成は、太陽光（光エネルギー）を用いて化学エネルギーを得る微生物です。それらは、使用する炭素源に応じて、光合成独立栄養生物と光従属栄養生物に分けられます。

光合成独立栄養生物とは、太陽光をエネルギー源として使用し、CO2を主な炭素源として使用するものです。光従属栄養生物も光をエネルギー源として使用しますが、有機化合物を炭素源として使用します。

シアノバクテリア属Lyngbya（酸素生成型光合成型細菌）のフィラメント

これらの細菌は微生物生態学、特に硫黄と炭素の生物地球化学的循環において基本的な役割を果たし、これらの元素が自然界で見られるさまざまな形態を最大限に活用します。

上記の分類に加えて、それらはまた、酸素を含む光栄養菌と無酸素の光栄養菌に分けられます。シアノバクテリアは、酸素を含む光合成細菌として知られており、無酸素性の微生物は、赤と緑の細菌（硫黄と非硫黄）を含みます。

硫黄は一般的に光合成独立栄養性ですが、非有機物は光従属栄養性ですが、一部は光有機従属栄養性に成長しますが、少量のH ₂ S を必要とします。

一方、ほとんどの硫黄細菌は嫌気性ですが、酸素はそれらに有毒ではありませんが、彼らはそれを使用しません。

非硫黄細菌の場合、それらは一般に通性好気性菌です。条件によって異なります。つまり、光と嫌気性がある場合、実行されるプロセスは光合成ですが、好気性がある場合、光の有無に関係なく好気性呼吸を行います。

これらの細菌で光の光子を捕獲する化合物はバクテリオクロロフィルと呼ばれていることに注意することが重要です。

特徴

さまざまな種類の光合成細菌が水生生態系に広く分布していますが、特に高塩分、酸性、アルカリ性、熱水噴出孔などの極端な状態の陸上生態系にも分布しています。

これらの微生物は、純粋な培養物を入手して保存するのが難しいなどのいくつかの不便のため、ほとんど研究されていません。しかしながら、現在この目的のために様々な技術が開発されてきた。その中には、流し込みプレート技法があります。

光合成細菌または光合成細菌の種類

-栄養素

酸素欠乏性光合成細菌は、光合成能力を備えた非常に多様な微生物のグループであり、太陽光に曝されると、水生システムの嫌気性ゾーン（酸素なし）に生息します。

次の微生物のグループは、このグループの微生物に属します：Chlorobiaceae（硫黄の緑）、Chloroflexaceae（非硫黄の緑）、Rhodospirillaceae（非硫黄の赤）、EctothiorhodospiraceaeおよびChromatiaceae（両方の硫黄の赤）。

家族の硫黄赤菌

それらは厳密に嫌気性であるため、Na ₂ S、S、チオ硫酸塩、硫化物、分子水素または単純な低分子量有機化合物などの硫黄由来化合物を電子供与体として使用します。

それらは、以下を含むさまざまな形態をとることができます：らせん（Thiospirillum）、桿菌（Chromatium）、卵形またはビブリオイド（Thiopedia）; それらは、個々の細胞または対として空間に配置され、べん毛、滑走、またはガス液胞のために運動性です。

その種のいくつかはバクテリオクロロフィルaと他のbを含んでいます。彼らはまた、スピロロキサンチン、オケノン、およびロドピナールシリーズのカロチノイド色素を持っている場合があります。これらは光酸化に対する保護の機能を持っています。

さらに、それらは細胞内に硫黄を蓄積する能力を持っています。

家族の硫黄赤菌

これらは、Chromatiaceaeファミリーのものと同様に、細胞内に硫黄を貯蔵することができません。彼らの形態はビブリオの形をしていて、彼らは空間に孤立した方法で配置されており、彼らは可動です。

これらの細菌は、炭素と硫黄の循環への関与、およびさまざまな水生生物の食品としての役割を果たすために重要です。

家族の緑の硫黄細菌

それらは、硫黄が豊富で湖の嫌気性地域に生息する無酸素光合成を行う微生物のグループです。

彼らはphotolithoautotrophicと偏性嫌気性であり、ほとんどが不動ですが、鞭毛の存在のために移動することができます。

他には、湖（酸素のない領域）の適切な深さを調整し、必要な量の光とH ₂ Sを取得できるガス小胞が含まれています。

不動のものは湖の底、特に硫黄に富む泥スラッジに住んでいます。

彼らが深い深さで生きることができる理由は、それらが赤いバクテリアよりも低い光度で成長することを可能にするクロロゾームのおかげであり、また硫黄の高濃度に容易に耐える能力のためです。

それらは多様な形態を示し、その中にはまっすぐな桿菌、球菌、およびビブリオがあります。それらは単独でまたはチェーンで配布され、グラスグリーンまたはチョコレートブラウンにすることができます。

彼らは逆クレブスサイクルを介してCO ₂を修正します。Chlorobium（Vibrios）属に加えて、さらに2つの属があります：Pelodyction（まっすぐな桿菌）とProsthecochloris（Cocoides）。

家族の非硫黄繊維状緑色細菌

それらはまっすぐな棒のような形をしており、フィラメントに配置されています。Chloronema属にはガス小胞があります。

それらはヒドロキシプロピオネートを介してCO ₂を固定します。彼らは彼らのフィラメントをスライドさせることによって移動します。酸素に関しては、それらはオプションです。

ほとんどは湖または温泉に45〜70°Cの温度で住んでいます。つまり、それらは好熱性です。

ChloroflexusとChloronemaはどちらも緑色細菌のようなクロロソームを持っているのでハイブリッドですが、それらの反応中心は赤い細菌と同じです。

家族の非硫黄赤い細菌

それらは、代謝の点で最も変化しやすい。なぜなら、それらは、低濃度の酸素と十分に照明された水溶性有機物が豊富な水生環境を好むが、嫌気性条件下でも光合成を行うことができるからである。

一方、炭素やエネルギー源として有機化合物の幅広いレパートリーを使用できるため、暗所で化学従属栄養的に成長することもできます。

彼らは極鞭毛を持ち、二分裂によって分割されているため、彼らは移動しています。これらのタイプのバクテリアは現在、特にバイオテクノロジーや医学などの分野で非常に有用です。

ビタミンB12、ユビキノン、5-アミノレブリン酸などの活性物質を生成することが確認されているため、バイオ肥料や除草剤の生産における、汚染された水や土壌のバイオレメディエーションのプロセスで最も頻繁に使用されます。

これらの細菌の分離には、白熱灯（2,200ルクス）を使用して16/8の明暗の範囲でそれぞれ室温で30日間培養する特別な培地が必要です。

家族の未硫化赤い細菌

それらは、2極分裂によって分裂する極鞭毛を備えたまっすぐな可動桿菌です。これらの細菌は、酸素に関しては通性であり、好気性では光合成を阻害するが、嫌気性ではそれを行う。

また、糖、有機酸、アミノ酸、アルコール、脂肪酸、芳香族化合物など、さまざまな有機化合物を光同化することもできます。

家族の未硫化赤い細菌

それらは卵形の形態を有し、周縁べん毛によって可動性であり、出芽によって分けられる。彼らはまた、プロステカ、すなわち細胞質と細胞壁の拡張を有し、その機能は微生物の表面を増加させ、したがってより多くの食物を得ることにある。

外胞子（外部で形成される胞子）もあります。

その他の属の無酸素細菌

その中には、ヘリオバクテリア、エリスロバクターおよびクロロアシドバクテリウムがあります。

ヘリオバクテリアは窒素を非常によく固定し、この要素を提供する熱帯土壌に豊富にあります。それらは、田んぼなどの一部の種類の作物では必須です。

エリスロバクターはほとんど重要ではありません。

クロロアシドバクテリウムは、クロロゾームを含む緑の硫黄バクテリアの光合成装置によく似ています。

-酸素発生型光合成

シアノバクテリアは、クロロフィルだけでなく、付属色素であるカロチノイドやフィコビリタンパク質も持っています。

光リン酸化反応（光エネルギーから化学エネルギーへの変換）に関与する色素は、反応中心色素と呼ばれます。これらの色素の周りには、アンテナと呼ばれる色素があり、光のコレクターとして機能します。

このグループには、光合成独立栄養生物であるシアノバクテリアがあります。最も重要なのは、プロクロロコッカス属です。これは、海洋界で最も豊富で最小の光合成生物です。

一方、表層水には豊富なSynechococcus属があり、Prochlorococcusと同様に海洋のピコプランクトンの一部です。

参考文献

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