美贏環保解析厭氧微生物
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發布日期：2024-01-01
雖然在17世紀就有科學家發現，自然界中有機物腐爛之后能產生可燃性的氣體。到19世紀微生物學家指出沼氣的形成是一個微生物學過程。直到20世紀初，人們通過一系列的實驗分離得到一種能產甲烷的球菌，并命名為 Methanococcus mazei ，稱之為馬氏甲烷球菌，其細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甲烷的桿菌，命名為 Mthanobacterium omelianskii ，稱之為奧氏甲烷桿菌，細胞呈桿狀，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現，人們對厭氧微生物的研究也進一步得到開展。
自然界中厭氧環境普遍存在，而厭氧環境中厭氧微生物也必定存在。與好氧反應的微生物相比較，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：發酵細菌，也稱產酸細胞，還有完全厭氧反應的產甲烷細菌。在一個厭氧反應器內可同時存在多種厭氧微生物，它們共同完成一個復雜的厭氧降解反應過程。'
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為細菌，很少數是放線菌，極少數是支原體。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、純化和菌種培養過程存在一定的困難，致使對厭氧微生物的研究在技術和方法上的進展就相當緩慢，這樣人類對厭氧微生物的認識和有效利用，遠遠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，隨著厭氧操作技術的不斷完善，厭氧微生物研究方法的不斷改進，尤其近十多年來許多新技術和新方法的應用，使厭氧微生物學取得很大的進步，獲得了豐碩的成果。其中，很多種類的厭氧微生物被發現，它們不僅能在一般的常溫的少氧或無氧的自然環境中生存，還能在高溫環境中很好地存在。測得它們的最適生長溫度為100~103℃，有一種厭氧菌可在高達105℃的環境中生存，稱之為超嗜熱專性厭氧細菌；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，稱之為專性厭氧發酵的嗜鹽菌。與此同時，眾多的新目、新屬和新種也被發現。這樣一些已知的屬種分類位置就要有很大變動。尤其是現已明確厭氧微生物在生物進化中系統發育的特殊地位，這就更能顯示出它們的重要性。
厭氧頒生物可利用的基質極為廣泛，包括了自然界各種各樣含佩和不含氮的有機物及二氧化碳等。它們在氮和碳等元素地球生物化學大循環中起著很重要的作用。正是由對厭氧微生物在各方面的應用所進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識，揭示了厭氧微生物廣闊的應用前景。
厭氧微生物涉及而廣?，F就厭氧微生物的分類及其在生物系統發育中的地位以及厭氧微生物的重要類群研究的新進展，以幾種重要厭氧細菌為例，簡要地介紹如下。
(1）發酵性細菌
發酵性細菌（產酸細菌）的主要功能如下。 a ．水解，即在胞外酶的作用下，將不溶性有機物水解成可溶性有機物： b ．酸化，即將可溶性大分子有機物轉化為脂肪酸、醇類等小分子有機物。
這類細菌分屬梭菌屬、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、有機物種類等），有時會成為厭氧反應的限速步驟；但產酸反應的速率一般是比較快的。如果按功能來分類、則可將發酵性細菌分為纖維素分解菌、半纖維素分解菌、淀粉分解菌、蛋白質分解菌、脂肪分解菌等。
(2）產氫產乙酸細菌
產氫產乙酸細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才能順利進行。主要的產氫產乙酸細菌分屬為互營單胞菌屬、互營桿菌屬、梭菌屬、暗桿菌屬等。多數是嚴格厭氧或兼性厭氧菌。
(3）產甲烷細菌
對產甲烷細菌的研究在很長時間內并沒有較大的進展。直到20世紀60年代， Hungate 開創了嚴格厭氧微生物培養技術，隨后產甲烷菌的研究才得以廣泛開展。許多研究結果表明：產甲烷菌在分類上屬于古細菌（ Archaebacteria )，它們與真細菌的一般特性不同的是細胞壁中沒有肽聚糖，細胞中也不含有細胞色素 C ，而含有其他真細菌所沒有的酶系統。產甲烷菌的主要功能是將產氫產乙酸菌的產物﹣﹣乙酸和氫轉化為甲烷和二氧化碳，使厭氧消化過程得以順利進行。產甲烷菌一般可以分為兩大類，即乙酸營養型產甲烷菌和氫氣營養型產甲烷菌。一般來說，自然界中乙酸營養型產甲烷菌的種類較少，主要有產甲烷八疊球菌( Methanosarcina ）和產甲烷絲狀菌（ Methanothrix ）兩大類。但在厭氧反應器中，這兩種細菌的數量一般較多，而且有70％左右的甲烷是來自乙酸的氧化分解。
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