【正文】 的問題 ...........................................................................................................10 ...................................................................................................................10 ...................................................................................................................10 ，功能應(yīng)用不齊全 ........................................................................10 八、產(chǎn)甲烷菌的發(fā)展前景 ...................................................................................................................10 九 、 結(jié) 語 .............................................................................................................................................10 參考文獻(xiàn) ..............................................................................................................................................10 第 1 頁 共 18 頁 產(chǎn)甲烷桿菌的研究 及 其利用前景 摘 要 產(chǎn)甲烷菌是一類重要的極端環(huán)境微生物 ， 在地球生物化學(xué)碳素循環(huán)過程中起著關(guān)鍵作用 。 目前 ， 根據(jù)產(chǎn)甲烷菌的系統(tǒng)發(fā)育和生理生化特性可將已培養(yǎng)的產(chǎn)甲烷菌分為5 大目 。 產(chǎn)甲烷菌廣泛分布在海底及淡水沉積物 、 水稻田 、 動(dòng)物胃腸道 、 地?zé)峒暗氐V等環(huán)境中 ， 生態(tài)學(xué)研究表明 ， 產(chǎn)甲烷菌在不同的生態(tài)環(huán)境里具有不同的群落分布特點(diǎn) ，并且受不同環(huán)境因子的影響而顯示出不同的生理代 謝功能 。 本文綜述了國內(nèi)外近年來針對(duì) 產(chǎn)甲烷菌的分類及生態(tài)多樣性 的 研究進(jìn)展 ， 同時(shí)簡述了產(chǎn)甲烷菌在厭氧生物處理和工業(yè)釀酒中 具有 廣闊應(yīng)用前景 。 關(guān)鍵詞 產(chǎn)甲烷菌 分類 特征 生態(tài)多樣性 代謝 基因組 分離純化 應(yīng)用 引言 產(chǎn)甲烷菌是一類嚴(yán)格厭氧的原核微生物 ， 是有機(jī)物甲烷化作用中食物鏈的最后一組成員 ， 其獨(dú)特的厭氧代謝機(jī)制使其在自然界物質(zhì)循環(huán)中起著重要作用 。 一方面 ， 產(chǎn)甲烷菌是產(chǎn)生溫室氣體的主要因素 ， 全球甲烷的排放量每年大約是 500t， 其中 74%是由產(chǎn)甲烷菌代謝產(chǎn)生 ； 另一方面 ， 產(chǎn)甲烷菌在有機(jī) 質(zhì)的厭氧生物處理工業(yè)應(yīng)用中發(fā)揮著關(guān)鍵的作用 ， 如沼氣發(fā)酵 、 煤層氣開發(fā)等 。 因此 ， 對(duì)產(chǎn)甲烷菌的研究具有重要的理論和實(shí)踐意義 。 隨著厭氧培養(yǎng)技術(shù)和微生物分子生態(tài)技術(shù)的發(fā)展 ， 更多的實(shí)驗(yàn)室能對(duì)產(chǎn)甲烷菌進(jìn)行多角度的研究 。 這些研究揭示出產(chǎn)甲烷菌分類地位的多樣性 ， 展示出不同環(huán)境下產(chǎn)甲烷菌的生態(tài)及生理特性的差異性 ， 同時(shí)也為產(chǎn)甲烷菌的實(shí)際工業(yè)應(yīng)用指明了方向 。 一、產(chǎn)甲烷菌的簡介 1776 年， Alessandro Volta 首次發(fā)現(xiàn)了湖底的沉積物能產(chǎn)生甲烷，之后歷經(jīng)一個(gè)多世紀(jì)的研究 ， 利用有機(jī)物產(chǎn)甲烷的厭氧微生物 才大致被分為兩類 ： 一類是產(chǎn)氫、產(chǎn) 第 2 頁 共 18 頁 乙酸菌 ， 另一類就是產(chǎn)甲烷菌 。 . Balch 等在 1979 年報(bào)道了 3 個(gè)目、 4 個(gè)科、 7個(gè)屬和 13 個(gè)種的產(chǎn)甲烷微生物 ， 他們的分類是建立在形態(tài)學(xué)、生理學(xué)等傳統(tǒng)分類特征以及 16S rRNA 寡核苷酸序列等分子特征基礎(chǔ)上 ， 隨著厭氧培養(yǎng)技術(shù)和菌種鑒定技術(shù)的不斷成熟，產(chǎn)甲烷菌的系統(tǒng)分類也在不斷完善 。 《伯杰系統(tǒng)細(xì)菌學(xué)手冊》第 9 版將近年來的研究成果進(jìn)行了總結(jié)和肯定，并建立了以系統(tǒng)發(fā)育為主的產(chǎn)甲烷菌最新分類系統(tǒng) 。 產(chǎn)甲烷菌分可為 5 個(gè)大目 ， 分別是 ： 甲烷桿菌目 (Methanobacteriales)、 甲烷球菌目 (Methanococcales)、 甲烷微菌目 (Methanomicrobiales)、 甲烷八疊球菌目(Methanosarcinales)和甲烷火菌目 (Methanopyrales)，上述 5 個(gè)目的產(chǎn)甲烷菌可繼續(xù)分為 10 個(gè)科與 31 個(gè)屬 ， 它們的系統(tǒng)分類及主要代謝生理特性見表 1（如下）。 產(chǎn)甲烷球菌發(fā)現(xiàn)于 1982 年，生活在 260m 深、 200atm、 94℃ 的海底火山口附近 ，屬于原核生物中的古菌域 ， 具有其它細(xì)菌如好氧菌、厭氧菌和兼性厭氧菌所不同的代謝特征 。 產(chǎn)甲烷菌的 甲烷生物合成途徑主要是以乙酸、 H2/CO甲基化合物為原料 。產(chǎn)甲烷菌在自然界中分布極為廣泛，在與氧氣隔絕的環(huán)境幾乎都有甲烷細(xì)菌生長，如海底沉積物、河湖淤泥、水稻田以及動(dòng)物的消化道等 . 在不同的生態(tài)環(huán)境下，產(chǎn)甲烷菌的群落組成有較大的差異性，并且其代謝方式也隨著不同的微環(huán)境而體現(xiàn)出多樣性 。 產(chǎn)甲烷細(xì)菌均沒有形成芽孢，革蘭氏染色不定，有的具有鞭毛。球形菌呈正圓形 第 3 頁 共 18 頁 或橢圓形，直徑一般為 微米 ~ 微米 ，有的成對(duì)或者呈鏈狀隊(duì)列。桿菌有的為短桿狀，兩端鈍圓。八疊球菌革蘭氏染色呈陽性 ，這種細(xì)菌在沼氣池中大量存在。 （ 1）產(chǎn)甲烷菌的細(xì)菌來源 產(chǎn)甲烷菌屬于古細(xì)菌的水生古細(xì)菌門，細(xì)胞壁不含肽聚糖。產(chǎn)甲烷菌個(gè)體有球形、桿型和螺旋型。有遺傳因素決定，產(chǎn)甲烷細(xì)菌在正常生活中可呈現(xiàn)八疊球形，有的連成長鏈。它是最早發(fā)現(xiàn)的古細(xì)菌，只能生活在無氧的極端惡劣環(huán)境中。 （ 2）產(chǎn)甲烷菌是嚴(yán)格專性厭氧菌 植物產(chǎn)甲烷菌都生活在沒有氧氣的厭氧環(huán)境中，對(duì)氧氣非常敏感。實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)介質(zhì)中含有 %的氧氣時(shí)，對(duì)甲烷菌的生長出現(xiàn)明顯的抑制作用，遇氧不能生長繁殖，最終導(dǎo)致死亡。 （ 3） 產(chǎn)甲烷菌對(duì)環(huán)境影響非常敏感 對(duì)產(chǎn)甲烷菌來說最適宜的溫度是 0℃ ~80℃ ，產(chǎn)甲烷菌在氧化還原電位低于 330mv，嚴(yán)格厭氧的條件下生存，最適宜的氧化還原電位值是 540mv~590mv。 不同的產(chǎn)甲烷細(xì)菌生長過程中所需要碳源是不一樣的，產(chǎn)甲烷細(xì)菌不能直接利用除乙酸之外的二氧化碳以上的有機(jī)物。一般常見的產(chǎn)甲烷細(xì)菌分為三分種群：氧化氫產(chǎn)甲烷菌（ HOM） ,氧化氫利用乙酸產(chǎn)甲烷菌（ HOAM）和氧化氫利用乙酸產(chǎn)甲烷菌（ NHOM）。盡管這一類并不嚴(yán)格，但在厭氧反應(yīng)器中，以上種群常分別能 夠出現(xiàn)在不同的生境中，構(gòu)成優(yōu)勢種，對(duì)實(shí)際工程的運(yùn)行具有重要意義。所有的產(chǎn)甲烷細(xì)菌都能利用銨離子，有的產(chǎn)甲烷細(xì)菌需酪蛋白的胰消化物，它可刺激產(chǎn)甲烷菌生長，所以，分離產(chǎn)甲烷細(xì)菌時(shí)，培養(yǎng)基中要加入胰酶解酪蛋白。產(chǎn)甲烷細(xì)菌在生活中需要某些維生素，尤其是 b 族維生素。產(chǎn)甲烷細(xì)菌在生活中還需要某些微量元素，如鎳、鈷、鉬等。 二、產(chǎn)甲烷菌的基因組研究 基因組和比較基因組的研究為一個(gè)物種基因的組織形式和不同物種間基因的進(jìn)化關(guān)系的分析提供了一種全面的、高通量的分析手段。 1996