美贏環(huán)保解析厭氧微生物

雖然在17世紀(jì)就有科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，自然界中有機(jī)物腐爛之后能產(chǎn)生可燃性的氣體。到19世紀(jì)微生物學(xué)家指出沼氣的形成是一個微生物學(xué)過程。直到20世紀(jì)初，人們通過一系列的實驗分離得到一種能產(chǎn)甲烷的球菌，并命名為 Methanococcus mazei ，稱之為馬氏甲烷球菌，其細(xì)胞呈球形或呈正圓或橢圓形，排列呈對或呈鏈。隨后又得到一種能產(chǎn)甲烷的桿菌，命名為 Mthanobacterium omelianskii ，稱之為奧氏甲烷桿菌，細(xì)胞呈桿狀，連成鏈或長絲狀，或呈短而直的桿狀。從此以后大量的微生物不斷地被發(fā)現(xiàn)，人們對厭氧微生物的研究也進(jìn)一步得到開展。

自然界中厭氧環(huán)境普遍存在，而厭氧環(huán)境中厭氧微生物也必定存在。與好氧反應(yīng)的微生物相比較，厭氧微生物的種類相對要少許多，但是，種類還比較豐富。厭氧微生物可以分為：發(fā)酵細(xì)菌，也稱產(chǎn)酸細(xì)胞，還有完全厭氧反應(yīng)的產(chǎn)甲烷細(xì)菌。在一個厭氧反應(yīng)器內(nèi)可同時存在多種厭氧微生物，它們共同完成一個復(fù)雜的厭氧降解反應(yīng)過程。'

厭氧微生物是整個微生物世界的一個重要組成部分。厭氧微生物絕大多數(shù)為細(xì)菌，很少數(shù)是放線菌，極少數(shù)是支原體。厭氧微生物在自然界分布非常廣泛。人類周圍生活的自然環(huán)境中及人體本身就生存著多種多樣的厭氧微生物，它們與人類的關(guān)系密切，不可分割。然而由于厭氧微生物在分離、純化和菌種培養(yǎng)過程存在一定的困難，致使對厭氧微生物的研究在技術(shù)和方法上的進(jìn)展就相當(dāng)緩慢，這樣人類對厭氧微生物的認(rèn)識和有效利用，遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于對好氧微生物和兼性厭氧微生物的研究工作。

直到近二十多年，隨著厭氧操作技術(shù)的不斷完善，厭氧微生物研究方法的不斷改進(jìn)，尤其近十多年來許多新技術(shù)和新方法的應(yīng)用，使厭氧微生物學(xué)取得很大的進(jìn)步，獲得了豐碩的成果。其中，很多種類的厭氧微生物被發(fā)現(xiàn)，它們不僅能在一般的常溫的少氧或無氧的自然環(huán)境中生存，還能在高溫環(huán)境中很好地存在。測得它們的最適生長溫度為100~103℃，有一種厭氧菌可在高達(dá)105℃的環(huán)境中生存，稱之為超嗜熱專性厭氧細(xì)菌；另有一種可在南極生長的，稱之為嗜冷厭氧菌；還有能在22~25℃的高鹽濃度中生長的，稱之為專性厭氧發(fā)酵的嗜鹽菌。與此同時，眾多的新目、新屬和新種也被發(fā)現(xiàn)。這樣一些已知的屬種分類位置就要有很大變動。尤其是現(xiàn)已明確厭氧微生物在生物進(jìn)化中系統(tǒng)發(fā)育的特殊地位，這就更能顯示出它們的重要性。

厭氧頒生物可利用的基質(zhì)極為廣泛，包括了自然界各種各樣含佩和不含氮的有機(jī)物及二氧化碳等。它們在氮和碳等元素地球生物化學(xué)大循環(huán)中起著很重要的作用。正是由對厭氧微生物在各方面的應(yīng)用所進(jìn)行的廣泛而深入地研究，使人們開闊了對豐富多彩的厭氧微生物世界的認(rèn)識，揭示了厭氧微生物廣闊的應(yīng)用前景。

厭氧微生物涉及而廣?，F(xiàn)就厭氧微生物的分類及其在生物系統(tǒng)發(fā)育中的地位以及厭氧微生物的重要類群研究的新進(jìn)展，以幾種重要厭氧細(xì)菌為例，簡要地介紹如下。

(1）發(fā)酵性細(xì)菌

發(fā)酵性細(xì)菌（產(chǎn)酸細(xì)菌）的主要功能如下。 a ．水解，即在胞外酶的作用下，將不溶性有機(jī)物水解成可溶性有機(jī)物： b ．酸化，即將可溶性大分子有機(jī)物轉(zhuǎn)化為脂肪酸、醇類等小分子有機(jī)物。

這類細(xì)菌分屬梭菌屬、擬桿菌屬、丁酸弧菌屬、雙歧桿蔭屬等，其中大多數(shù)是厭氧菌，但也有大量是兼性厭氧菌。一般來說，水解過程比較緩慢，并會受到多種因素影響（如 pH 值、水力停留時間、有機(jī)物種類等），有時會成為厭氧反應(yīng)的限速步驟；但產(chǎn)酸反應(yīng)的速率一般是比較快的。如果按功能來分類、則可將發(fā)酵性細(xì)菌分為纖維素分解菌、半纖維素分解菌、淀粉分解菌、蛋白質(zhì)分解菌、脂肪分解菌等。

(2）產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸細(xì)菌

產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸細(xì)菌的主要功能是將各種高級脂肪酸和障類氧化分解為乙酸和氫氣。涉及的主要反應(yīng)如下。

乙醇：CHsCH2OII+H2O-+ CII , COOII +2H2

丙酸：CH3CH2COOH+2H2O→CH2COOH+3H2+CO2

丁酸：CH3CH2CH2COOH|2H2O-2CHzCOOH+2H2

只有在乙酸濃度和氫分壓都很低的情況下上述反應(yīng)才能順利進(jìn)行。主要的產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸細(xì)菌分屬為互營單胞菌屬、互營桿菌屬、梭菌屬、暗桿菌屬等。多數(shù)是嚴(yán)格厭氧或兼性厭氧菌。

 (3）產(chǎn)甲烷細(xì)菌

對產(chǎn)甲烷細(xì)菌的研究在很長時間內(nèi)并沒有較大的進(jìn)展。直到20世紀(jì)60年代， Hungate 開創(chuàng)了嚴(yán)格厭氧微生物培養(yǎng)技術(shù)，隨后產(chǎn)甲烷菌的研究才得以廣泛開展。許多研究結(jié)果表明：產(chǎn)甲烷菌在分類上屬于古細(xì)菌（ Archaebacteria )，它們與真細(xì)菌的一般特性不同的是細(xì)胞壁中沒有肽聚糖，細(xì)胞中也不含有細(xì)胞色素 C ，而含有其他真細(xì)菌所沒有的酶系統(tǒng)。產(chǎn)甲烷菌的主要功能是將產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌的產(chǎn)物﹣﹣乙酸和氫轉(zhuǎn)化為甲烷和二氧化碳，使厭氧消化過程得以順利進(jìn)行。產(chǎn)甲烷菌一般可以分為兩大類，即乙酸營養(yǎng)型產(chǎn)甲烷菌和氫氣營養(yǎng)型產(chǎn)甲烷菌。一般來說，自然界中乙酸營養(yǎng)型產(chǎn)甲烷菌的種類較少，主要有產(chǎn)甲烷八疊球菌( Methanosarcina ）和產(chǎn)甲烷絲狀菌（ Methanothrix ）兩大類。但在厭氧反應(yīng)器中，這兩種細(xì)菌的數(shù)量一般較多，而且有70％左右的甲烷是來自乙酸的氧化分解。

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