Грамматический словарь Зализняка (склонения слова):
Фотобактерия, фотобактерии, фотобактерии, фотобактерий, фотобактерии, фотобактериям, фотобактерию, фотобактерий, фотобактерией, фотобактериею, фотобактериями, фотобактерии, фотобактериях
ФОТОБАКТ’ЕРИЯ, фотобактерии, ·жен. (биол.). Бактерия, которая выделяет вещество, светящееся при соединении его с кислородом и служащее одной из причин свечения воды и рыб. см. фото... во 2 ·знач.