产甲烷菌的生理生化特性.doc

2014 年 秋 季学期研究生课程考核 （读书报告、研究报告） 考核科目 :微生物生理学 学生所在院（系） :市政环境工程 学生所在学科 :环境工程 学 生 姓 名 :丁达 学 号 :14S127062 学 生 类 别 :工程硕士 考核结果 阅卷人 产甲烷菌的生理生化特性 产甲烷菌是一类能够将无机或有机化合物厌氧发酵转化成甲烷和二氧化碳的古细菌，它们生活在各种自然环境下，甚至在一些极端环境中。产甲烷菌是厌氧发酵过程的最后一个成员，甲烷的生物合成是自然界碳素循环的关键链条。由于产甲烷菌在有机废弃物处理、沼气发酵、动物瘤胃中有机物分解利用等过程中的重要作用，同时甲烷是导致全球变暖的第二大温室气体,因此产甲烷菌和甲烷产生机理的研究备受关注。特别是近几年对产甲烷菌基因组的研究，使人们从基因组的角度、进化的角度对甲烷生物合成机理、甲烷菌的生活习性、形态结构等方面获得更深刻的理解。 关键词：产甲烷菌；显著影响因子；生化特性 引言 目前能源与环境已成为影响人类社会可持续发展的重大问题，厌氧消化技术在能源生产和环境保护等方面具有突出的优势而倍受青睐。沼气发酵是自然界极为普遍而典型的厌氧消化反应，各种各样的有机物通过沼气发酵，不断地被分解代谢产生沼气，从而构成了自然界物质和能量循环的重要环节。厌氧消化是极为复杂的生物过程，在参与反应的众多微生物中，产甲烷菌的优劣和密度是影响厌氧消化效率和甲烷产量的重要因素，因此对产甲烷菌特征以及影响因子的研究成为重点。 二、产甲烷菌概述 产甲烷菌的研究开始于 1899 年，当时俄国的微生物学家奥姆良斯基（Omelianski）将厌氧分解纤维素的微生物分为两类，一类是产氢的细菌，后来称产氢、产乙酸菌；另一类是产甲烷菌，后来称奥氏甲烷杆菌（Methanobacillus omelauskii)。1901年Sohzgen对产甲烷菌的特征及对物质的转化进一步作了详细的研究。1936年Barker对奥氏甲烷菌又作了分离研究。但这些研究，由于厌氧分离甲烷菌的技术尚不完备，均未取得大的进展。直到1950年Hungate第一次创造了无氧分离技术才使甲烷菌的研究得到了迅速的发展。 产甲烷菌是一类能够将无机或有机化合物厌氧消化转化成甲烷和二氧化碳的古细菌，它是严格厌氧菌，属于水生古细菌门（Euryarchaeota）。它们生活在各种自然环境下，如反刍动物的瘤胃、人类的消化系统、稻田、湖泊或海底沉积物、热油层和盐池，以及污泥消化和沼气反应器等人为环境中。产甲烷菌是厌氧消化过程的最后一个成员，甲烷的生物合成是自然界碳素循环的关键链条。 由于产甲烷菌是严格的厌氧菌，对其研究需要较高的技术手段，所以，在20世纪70年代中期以前，产甲烷菌新种发现的不多，据《伯杰细菌鉴定手册》第八版记载，产甲烷菌只有一个科，即甲烷杆菌科，分三个属，有9个种。但是，随着其研究手段的飞速发展，和人们对产甲烷菌的关注，越来越多的产甲烷菌被人们发现，到目前为止，从系统发育来看，甲烷菌分成5个目，分别为甲烷杆菌目（Methanobacteriales）、甲烷球菌目（Methanococcales）、甲烷八叠球菌目（Methanosarcinales）、甲烷微菌目（Methanomicrobiales）和甲烷超高温菌目（Methanop-yrales）。Schnellen 第一个从消化污泥中分离纯化得到甲酸甲烷杆菌（Methanobact erium formicium）和巴氏甲烷八叠球菌（Methanosa rcina barkeri），到目前为止，分离鉴定的产甲烷菌已有200多种。 产甲烷菌显著影响因子 产甲烷菌的活性受温度、pH值、有毒物质等环境因素以及C、N、P的比值以及无机元素等的影响，各因子所处条件对于产甲烷过程具有一定影响，根据前期研究结果，本文主要涉及微量元素等几种对产甲烷阶段具有重要影响的显著影响因子。 1.微量元素对产甲烷菌的影响 厌氧消化的产甲烷阶段对无机营养的缺乏十分敏感。许多废水厌氧生物处理中，均出现了出水中挥发性脂肪酸（VFA）偏高，气体产率下降的现象。起初人们认为是毒性物质抑制作用或是缺乏N、P营养。但后来许多实验证明，极易生物降解的VFA，在厌氧出水中之所以浓度偏高，不是毒性物质的抑制作用，也不是缺乏N、P营养，而是缺乏微量营养元素。 Takashima和Speece发现微量金属元素的氯化物与无机营养液中其它物质混合后加入反应器内，当生物停留时间SRT为20d 时，只能达到很低的乙酸利用率：4~8 kg·m-3d-1；但如果微量金属元素的氯化物直接加入反应器内，则当生物停留时间SRT为5d时乙酸利用率即