【正文】 產(chǎn)甲烷菌獨(dú)特的特征、遺傳基因、對環(huán)境的適用性還有很大的研究空間，可將這些研究運(yùn)用到遺傳、充實基因庫、解決生活實際等問題中來。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 500 t，其中 74%是由產(chǎn)甲烷菌代謝 產(chǎn)生的，同樣甲烷細(xì)菌可作為減少大氣中二氧化碳含量的，秘密武器；另一方面，產(chǎn)甲烷細(xì)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)酵等。同時甲烷細(xì)菌世代時間也長，有的細(xì)菌 20 分鐘繁殖一代，甲烷細(xì)菌需幾天乃至幾十天才 能繁殖一代。這兩種類群數(shù)量不僅受控于作為底物的乙酸濃度，也受控于其它營養(yǎng)物質(zhì)的濃度。煤層氣的生物成因一般有兩種方式：一種是 CO2 還原而成；另一種由甲基類發(fā)酵而成。 北原覺雄研究巴氏梭菌除轉(zhuǎn)變乙醇為己酸和少量丁酸外 ， 還生成 CH4和 H2， 以后發(fā)現(xiàn)該菌并非純種 ， 但因此認(rèn)識到己酸發(fā)酵和甲烷發(fā)酵存在一定關(guān)系 。產(chǎn)甲烷菌的分離、篩選和鑒定，是從產(chǎn)甲烷菌的形態(tài)結(jié)構(gòu)、生理特征、 16SrDNA序列等方面來進(jìn)行研究的。 3. 產(chǎn)甲烷菌的鑒定 產(chǎn)甲烷菌在 420nm 紫外光激光下產(chǎn)生藍(lán)綠色熒光，主要原因是細(xì)胞中含有輔酶F420 和甲基喋呤類化合物。對 MQ4 菌株進(jìn)行16SrDNA 的 PCR 擴(kuò)增，測序并對序列進(jìn)行分析，構(gòu)建系統(tǒng)發(fā)育樹，表明菌株 MQ4屬于甲烷袋狀菌屬。 2. 產(chǎn)甲烷菌的分離、篩選和鑒定 嚴(yán)格厭氧的產(chǎn)甲烷菌，分離、篩選的條件要求也是嚴(yán)格的。再如，將丙酸加入到丙酸桿菌 (Propionilacterium shermanil)的連續(xù)培養(yǎng)中，會降低丙酸的產(chǎn)生和丙酸桿菌的生長速度。這些作用，不僅消除了對產(chǎn)甲烷菌的毒害，而且提供了產(chǎn)甲烷菌的基質(zhì)。 四、 沼氣池中產(chǎn)甲烷桿菌和不產(chǎn)甲烷菌的關(guān)系 不產(chǎn)甲烷菌把各種復(fù)雜的有機(jī)物如碳水化合物、蛋白質(zhì)、脂類等進(jìn)行厭氧降解，生成氫、二氧化碳、氨、乙酸、甲酸、丙酸、丁酸、乙醇等產(chǎn)物，其中 ，丙酸、丁酸、乙醇等又被一類產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌分解轉(zhuǎn)化為氫、二氧化碳、乙酸等。細(xì)菌的二元系統(tǒng)由組氨酸激酶和響應(yīng)調(diào)控蛋白按 1:1 的比例組成，而且響應(yīng)調(diào)控蛋白一般具有一個效應(yīng)域 第 6 頁 共 18 頁 (effector domain)。因而產(chǎn)甲烷菌中發(fā)現(xiàn)了許多無機(jī)物進(jìn)入細(xì)胞所需的通道蛋白，產(chǎn)甲烷菌是目前發(fā)現(xiàn)唯一能固氮的古細(xì)菌。在產(chǎn)甲烷菌之間基因的“重疊”性很高，發(fā)現(xiàn)一些基因簇只在產(chǎn)甲烷菌中出現(xiàn)而不在其它古細(xì)菌中出現(xiàn)，同樣也發(fā)現(xiàn)一些其它微生物中共有的基因簇在產(chǎn)甲烷菌中找不到痕跡。比如 Methanococcus jannaschii 不僅含有 1 個 1664976bp 的環(huán)狀染色體，還含有1 個 58407bp 的大 ECE 和 1 個 16550bp 的小 ECE。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，培養(yǎng)基中要加入胰酶解酪蛋白。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。 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 。 因此 ， 對產(chǎn)甲烷菌的研究具有重要的理論和實踐意義 。 .............................................. 錯誤 !未定義書簽。 本文綜述了國內(nèi)外近年來針對 產(chǎn)甲烷菌的分類及生態(tài)多樣性 的 研究進(jìn)展 ， 同時簡述了產(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 。 《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) 。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。 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。迄今為止已有 4 個目的 5 種產(chǎn)甲烷菌完成基因組測序。隨著分子生物學(xué)的發(fā)展，人們利用不同物種間 smallsubunitribosom習(xí) RNA的同源性進(jìn)行分類取得了較為 滿意的結(jié)果。在產(chǎn)甲烷菌中存在原核細(xì)胞和真核細(xì)胞所共有的糖酵解途徑，三羧酸循環(huán)、氨基酸和核苷酸代謝。在不同的生長階段和不同的環(huán)境條件下甲烷八疊球菌處于不同的細(xì)胞形態(tài)。由于產(chǎn)甲烷菌在廢棄物厭氧消化、高濃度有機(jī)廢水處理、沼氣發(fā)酵及反當(dāng)動物瘤胃中食物消化等過程中起關(guān)鍵性作用，也 由于產(chǎn)甲烷菌所釋放出來的甲烷是導(dǎo)致溫室效應(yīng)的重要因素，產(chǎn)甲烷菌的研究成為環(huán)境微生物研究的焦點之一。各種厭氧微生物對氧化還原電位的適應(yīng)性也不相同，通過它們有順序性的交替 生長和代謝活動，使發(fā)酵料液氧化還原電位不斷下降，逐步為產(chǎn)甲烷菌創(chuàng)造了適宜的氧化還原電位條件。這或許正是幾十億年來產(chǎn)甲烷菌能保持古菌特征的基礎(chǔ)。而此時，一方面不產(chǎn)甲烷菌類群中的氨化細(xì)菌迅速進(jìn)行氨化，產(chǎn)生 NH3 中和部分酸，另一方面，產(chǎn)甲烷菌利用乙酸、氫和二氧化碳形成甲烷，消耗了酸和二氧化碳，從而維持沼氣發(fā)酵適合的 pH 值范圍。劉曉鳳等從青海湖西端沉積物中富集分離得到 MQ4 菌株。楊秀山等利用亨蓋特（ Hungate）厭氧技術(shù)，從處理豆制品廢水的厭氧污泥中分離出甲烷八疊球菌，并對其特性進(jìn)行了研究。龔革等從處理生活廢水的厭氧污泥床的 4 個樣品 中分離、純化了 9 株嗜熱的、利用 H2/CO2 和甲酸鹽產(chǎn)甲烷的細(xì)菌。 因此，開展低溫下高效厭氧生物處理技術(shù)的研究，對于拓展厭氧生物處理技術(shù)的應(yīng)用范圍，降低廢水、廢物的處理成本具有十分重要的意義。 因此 ， 窖泥中棲息的產(chǎn)甲烷古菌既是生香功能菌 ， 又是標(biāo)志老窖生產(chǎn)性能的指示菌 。 第 11 頁 共 18 頁 甲烷產(chǎn)生菌的獨(dú)特代謝機(jī)制，使其能利用環(huán)境中其它微生物降解后產(chǎn)生的甲酸、乙酸、 H2 和 CO2 等轉(zhuǎn)化為甲烷，既產(chǎn)生清潔能源，又可以實現(xiàn)污水中的污染物減量化；同時其代謝產(chǎn)物對病原菌和病蟲卵具有抑制和殺傷作用，可實現(xiàn)農(nóng)業(yè)生 產(chǎn)和生活用水的無害化。菌落一般圓形、透明、邊緣整齊，在熒光顯微鏡下發(fā)出強(qiáng)的熒光。以后世界上有很多研究者對甲烷細(xì)菌進(jìn)行了培養(yǎng)分離工作，并對 Hungate 分離方法進(jìn)行了改良，能很容易地把甲烷細(xì)菌培養(yǎng)分離出來。隨著亨格特（ Hungate）創(chuàng) 造了嚴(yán)格的無氧分離技術(shù)，人們對產(chǎn)甲烷菌的研究逐漸深入。 今后對產(chǎn)甲烷菌的研究可以主要集中在以下 3 個方面 :首先可以通過改進(jìn)極端環(huán)境微生物分類鑒定技術(shù) ,發(fā)現(xiàn)更多產(chǎn)甲烷菌的類群 ； 其次 ， 對產(chǎn)甲烷菌特征基因及其與代謝的關(guān)系進(jìn)行更加細(xì)致的研究；最后，對產(chǎn)甲烷菌群與其它微生物的協(xié)同消化有機(jī)物的代謝進(jìn)行研究，為環(huán)境的生物治理和生物能源的開發(fā)提供理論依據(jù) 。這些研究揭示出產(chǎn)甲烷菌種類的多樣性，展示出產(chǎn)甲烷菌的生態(tài)及生理特性，同時也為產(chǎn)甲烷菌的實際工業(yè)應(yīng)用指明了方向。又因為甲烷細(xì)菌和伴生菌生活在一起，菌體大小形態(tài)都十分相似，在一般光學(xué)顯微鏡下不好判明。據(jù)麥卡蒂（ McCarty）介紹，有的甲烷細(xì)菌需要培養(yǎng)七八十天才能長出菌落，在自然條件下甚至更長。這一技術(shù)被稱為地質(zhì)生物反應(yīng)器，其主要工作原理就是在天然的地質(zhì)條件下接入相關(guān)的微生物制劑，利用原始環(huán)境的條件作為反應(yīng)器來進(jìn)行生物氣開發(fā)或礦區(qū)環(huán)境修復(fù)等；另一種方式是通過設(shè)計合適的厭氧生物反應(yīng)器，在實驗室條件下利用甲烷產(chǎn)生菌等厭氧菌降解煤，產(chǎn)生清潔能 源，如 KohrWJ 等設(shè)計出的包含礦物破碎、預(yù)處理和生物催化等多個流程的生物催化反應(yīng)體系，利用甲烷產(chǎn)生菌群作為主要的 生物 催化劑進(jìn)行煤的生物轉(zhuǎn)化。 隨后發(fā)現(xiàn)該菌和從老窖泥中分離的己酸菌 —— 瀘酒梭菌菌株存在“ 種間氫轉(zhuǎn)移 ” 互營共生關(guān)系，混合培養(yǎng)時可較大程度提高己酸產(chǎn)量 。 本文針對研究者廣泛關(guān)注的熱點問題，從分離培養(yǎng)及生理生化特性、適冷機(jī)制和分子生物學(xué)研究幾個方面，對嗜冷產(chǎn)甲烷菌的研究進(jìn)展進(jìn)行了全面的綜述，并對其在低溫厭氧生物處理技術(shù)中的應(yīng)用前景進(jìn)行了分析