【正文】 今后對(duì)產(chǎn)甲烷菌的研究可以主要集中在以下 3 個(gè)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(duì)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(duì)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) 。 同時(shí)， 產(chǎn)甲烷菌在自然界中的種類和生態(tài)類群是相當(dāng)豐富的 ， 隨著厭氧培養(yǎng)技術(shù)和分子生物學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展 ， 人們對(duì)產(chǎn)甲烷菌這一獨(dú)特類群的研究將更加 細(xì)致和全面 。在產(chǎn)甲烷菌能生存的地方可以發(fā)現(xiàn)、分離、篩選出新的產(chǎn)甲烷菌，適應(yīng)于極端的環(huán)境，為人類解決不能到達(dá)這些地方的一些問題。隨著亨格特（ Hungate）創(chuàng) 造了嚴(yán)格的無氧分離技術(shù)，人們對(duì)產(chǎn)甲烷菌的研究逐漸深入。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(shí)也為產(chǎn)甲烷菌的實(shí)際工業(yè)應(yīng)用指明了方向。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。 八、產(chǎn)甲烷菌的發(fā)展前景 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。以后世界上有很多研究者對(duì)甲烷細(xì)菌進(jìn)行了培養(yǎng)分離工作，并對(duì) 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。又因?yàn)榧淄榧?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。 因?yàn)榧淄榫髧?yán)格厭氧條件，產(chǎn)甲烷菌都是嚴(yán)格厭氧菌，對(duì)氧極其敏感，在遇到氧氣后，產(chǎn)甲烷菌的生長會(huì)受到抑制，有時(shí)停止生長，有時(shí)甚至引起菌體死亡。這些簡單物質(zhì)必須由其它發(fā)酵性細(xì)菌，把復(fù)雜有機(jī)物分解后提供給甲烷細(xì)菌，所以甲烷細(xì)菌一定要等到其它細(xì)菌都大量 生長后才能生長。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。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。因而， Methanosaeta 在高進(jìn)液量、快流動(dòng)性的反應(yīng)器中應(yīng)用廣泛，而 Methanosarcina 則對(duì)液體的流動(dòng)性很敏感。 Methanosaeta 具有較低的生長速率和較高的乙酸轉(zhuǎn)化率；而 Methanosarcina 具有相對(duì)較高的生長速率和低的乙酸轉(zhuǎn)化率。 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(shí)現(xiàn)污水中的污染物減量化；同時(shí)其代謝產(chǎn)物對(duì)病原菌和病蟲卵具有抑制和殺傷作用，可實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)生 產(chǎn)和生活用水的無害化。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(jì)合適的厭氧生物反應(yīng)器，在實(shí)驗(yàn)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(jì)出的包含礦物破碎、預(yù)處理和生物催化等多個(gè)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。這兩種作用一般都在近地表環(huán)境的淺層中進(jìn)行。 甲烷產(chǎn)生菌對(duì)煤層氣的形成起著重要作用，目前已發(fā)現(xiàn)甲烷產(chǎn)生菌的低溫型、中溫型和嗜熱型。 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 。 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(shí)可較大程度提高己酸產(chǎn)量 。 瀘州老窖古釀酒窖池中 ， 多種厭氧細(xì)菌類群參與曲酒發(fā)酵生香 ， 其中己酸菌具有特別重要的生產(chǎn)性能 。 濃香型曲酒的主體香成分 —— 己酸乙酯由窖內(nèi)多種微生物作用生成 ， 其前體物則來源于窖 泥中的己酸發(fā)酵 。 因此，開展低溫下高效厭氧生物處理技術(shù)的研究，對(duì)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。 本文針對(duì)研究者廣泛關(guān)注的熱點(diǎn)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(gè)方面，對(duì)嗜冷產(chǎn)甲烷菌的研究進(jìn)展進(jìn)行了全面的綜述，并對(duì)其在低溫厭氧生物處理技術(shù)中的應(yīng)用前景進(jìn)行了分析和展望。產(chǎn)甲烷菌來源于生活實(shí)際，純化之后再用于生產(chǎn)實(shí)踐，可大大提高生產(chǎn)效率。石萬良等從湖北應(yīng)城鹽礦分離到一株高產(chǎn)胞外嗜鹽蛋白酶的嗜鹽古生菌 R65，并首次對(duì)該菌所分泌的胞外嗜鹽蛋白酶進(jìn)行了純化及性質(zhì)研究。龔革等從處理生活廢水的厭氧污泥床的 4 個(gè)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，產(chǎn)甲烷菌株的鑒定一般是在熒光顯微鏡下觀察看其是否有藍(lán)綠色熒光，或者和進(jìn)行沼氣發(fā)酵試驗(yàn)看其是否產(chǎn)生沼氣同時(shí)進(jìn)行鑒定。輔酶 F420 首先被 Fzeng 和 Cheeseman 等所發(fā)現(xiàn)，后來被 第 9 頁 共 18 頁 證實(shí)在產(chǎn)甲烷菌中普遍存在。滾管中形成的菌落為不規(guī)則的圓形，不透明，白色和微黃色，在熒光顯微鏡下觀察該菌落有藍(lán)綠色熒光。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(duì)其特性進(jìn)行了研究。菌體細(xì)胞呈小球狀，比較規(guī)則，周圍光滑，無鞭毛，有些小球菌聚集呈大堆狀不規(guī)則菌群，革蘭氏染色呈陽性，菌體大小為 ，有些個(gè)別的球菌直徑能達(dá)到 。從工廠、生活廢水中分離菌株，研究它們的特性，然后用來處理人們面臨的污染問題，這是將產(chǎn)甲烷菌分離出來的最主要目的。該菌能利用甲酸鈉及 H2/CO2 產(chǎn)甲烷，最適生長溫度 35～ 40℃，最適鹽濃度 4%。劉曉鳳等從青海湖西端沉積物中富集分離得到 MQ4 菌株。該菌菌落呈橢圓形，直徑 ～ ，黃色，半透明，邊緣光滑、中央突起且有顆粒堆積，在紫外光的激發(fā)下，菌落產(chǎn)生明亮持久的藍(lán)綠色熒光。通過富集培養(yǎng)來分離、篩選菌株是人們的一種手段。產(chǎn)甲烷菌對(duì)環(huán)境的要求是苛刻的，也只有在這些特殊環(huán)境中才能分離到產(chǎn)甲烷菌。而此時(shí)，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。在正常的沼氣發(fā)酵中，產(chǎn)甲烷菌連續(xù)不斷地利用由不產(chǎn)甲 烷菌代謝產(chǎn)生的氫、乙酸和二氧化碳等基質(zhì)，使得沼氣發(fā)酵過程不致于有過多的氫和酸積累，從而也就不會(huì)由于氫和酸的積累而產(chǎn)生反饋抑制。雖然乙酸的產(chǎn)量對(duì)發(fā)酵影響不大，但加入高濃度的乙酸，則會(huì)使乙酸產(chǎn)生菌受到抑制。如氫的積累可以抑制產(chǎn)氫產(chǎn)酸菌的繼續(xù)產(chǎn)氫，酸的積累可以抑制產(chǎn)氫產(chǎn)酸菌的繼續(xù)產(chǎn)酸。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)。產(chǎn)甲烷菌能生存繁殖，必定會(huì)有其特定的類似于原始 “ 古環(huán)境 ” 的環(huán)境。此外，不產(chǎn)甲烷菌的產(chǎn)物硫化氫，可以與重金屬離子作用，生成不溶性的 金屬硫化物沉淀，從而解除了一些重金屬離子的毒害作用 。不產(chǎn)甲烷菌中有許多種類能夠降 第 7 頁 共 18 頁 解苯環(huán)從中獲得能量和碳源，有些則能以氰化物作為碳源，有較多的微生物能降解長鏈脂肪酸生成乙酸和較短脂肪酸。各種厭氧微生物對(duì)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(dòng)，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。 在沼氣發(fā)酵初期，由于加料使空氣進(jìn)入沼氣發(fā)酵池，原料、水本身也攜帶有空氣，這顯然對(duì)產(chǎn)甲烷菌是有害的。這樣，不產(chǎn)甲烷菌通過其生命活動(dòng)為產(chǎn)甲烷菌提供了合成細(xì)胞物質(zhì)和產(chǎn)甲烷菌所需的碳源、電子供體、氫供體和氮源。進(jìn)而為通過生物技術(shù)進(jìn)行環(huán)境檢測(cè)和環(huán)境治理奠定了基礎(chǔ)。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(dòng)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(diǎn)之一。盡管還未觀察到任何甲烷八疊球菌的運(yùn)動(dòng)性，但在其基因組中發(fā)現(xiàn)了一個(gè)完整的鞭