固定化甲烷八叠球菌_Methanosarcina_研究_厌氧颗粒污泥的形成

产甲烷菌的研究进展XXX生物工程一班生命科学学院xxx大学150080摘要：甲烷菌是一个古老的原生菌。

随亨格特（Hungate）无氧分离技术发展以来，人们对甲烷菌的研究逐渐深入。

从产甲烷菌生存环境分离、筛选出新的产甲烷菌种。

20世纪90年代对甲烷菌的探讨、研究比较多，近10年的研究比较少。

简述了产甲烷菌的发展历史及分类。

产甲烷菌是重要的环境微生物,是古细菌的一种，在自然界的破素循环中起重要作用。

迄今已有种产甲烷菌基因组测序完成。

基因组信息使人们对产甲烷菌的细胞结构、进化、代谢及环境适应性有了更深的理解。

关键词：微生物，产甲烷菌，分类。

Research progress of methanogenic bacteriaZhengzongqiaoThe first class of Biotechnology, College of Life Science, Heilongjiang University, Harbin,150080Abstract: methanogens is an ancient native bacteria. With the Since Heng Gete (Hungate) anaerobic separation technology development, people gradually in-depth study of methanogens. Living environment separated from the methane-producing bacteria filter out new methane-producing bacteria. Of methanogens in the 1990s, research more, nearly 10 years of study is relatively small. The brief history of the development of the methanogenic bacteria and classification. Methane-producing bacteria is an important environmental microorganisms, is a kind of archaebacteria, play an important role in the hormone cycle of the nature of the broken. So far has been a kind of methane-producing bacteria genome sequencing is completed. Genomic information to make The Methanogens the cell structure, evolution, have a deeper understanding of metabolic and environmental adaptability.Keywords: microorganisms, methane-producing bacteria。

帮你区分理解：什么是好氧、厌氧、兼氧污水处理技术？好氧处理技术出水水质较好，主要应用于处理中低浓度废水或者作为厌氧处理的后续处理，但能耗高。

厌氧处理技术适用于处理高浓度有机废水，逐步成为环境保护、资源利用的核心方法，但是，反应速度较慢，反应器容积较大。

兼氧处理技术可发挥厌氧去除有机物绝对量高、好氧对有机物去除率高的各自优点，提高总体有机物处理效率。

兼氧处理技术的发展趋势大致有：兼氧微生物降解有机物的机理、兼氧微生物的分离与培养、提高兼氧微生物处理污染物效能研究、兼氧微生物与其他微生物的相互关系。

在利用兼氧方面，水解酸化工艺居于重要地位，是一个典型工艺，多年来得到广泛应用，为我国的污水处理事业做出了重要贡献。

近年来，兼氧处理技术因能克服好氧处理连续曝气能耗高、厌氧处理条件苛刻等缺点而越来越受到人们的重视。

例如，釆用兼氧+好氧生物技术处理屠宰废水效果良好，同时具有污泥量少、投资省、运转费用低、适用范围广的特点。

兼氧微生物可将废水中的大分子有机物分解为易生化的小分子有机物,改善废水的可生化性, 为后续好氧处理创造条件, 提高了生化处理的整体效果。

目前，对好氧微生物、专性厌氧微生物的研究已比较深入，但对兼氧微生物的研究较薄弱。

本文比较此三种技术的原理，梳理技术开发的思路，以期为未来的污水处理技术研发提供借鉴，进一步加强兼氧生物处理技术的研究，提高污水处理效能。

1 好氧处理技术污水的好氧处理过程见图1。

有机物被微生物摄食之后，通过代谢活动，有机物一方面被分解、稳定，并提供微生物生命活动所需的能量；另一方面被转化、合成为新的原生质（或称细胞质）的组成部分，即微生物自身繁殖生长，这就是污水生物处理中的活性污泥或生物膜的增长部分。

图1 污水好氧生物处理过程示意图好氧处理系统中的微生物主要是细菌（以好氧性异养菌为主）和原生动物，此外尚有酵母菌、丝状霉菌、单胞藻类、轮虫、线虫等。

细菌占微生物总数的90%，数量约为108~109个/mL，它们是去除水中有机污染物的主力军。

废水厌氧生物处理原理一、厌氧消化过程中的主要微生物主要介绍其中的发酵细菌（产酸细菌）、产氢产乙酸菌、产甲烷菌等。

1、产甲烷菌产甲烷细菌的主要功能是将产氢产乙酸菌的产物——乙酸和H2/CO2转化为CH4和CO2，使厌氧消化过程得以顺利进行；主要可分为两大类：乙酸营养型和H2营养型产甲烷菌，或称为嗜乙酸产甲烷细菌和嗜氢产甲烷细菌；一般来说，在自然界中乙酸营养型产甲烷菌的种类较少，只有Methanosarcina（产甲烷八叠球菌）Methanothrix（产甲烷丝状菌），但这两种产甲烷细菌在厌氧反应器中居多，特别是后者，因为在厌氧反应器中乙酸是主要的产甲烷基质，一般来说有70%左右的甲烷是来自乙酸的氧化分解。

典型的产甲烷反应：产甲烷菌有各种不同的形态，常见的有：①产甲烷丝菌；等等。

产甲烷菌都是严格厌氧细菌，要求氧化还原电位在-150～-400mv，氧和氧化剂对其有很强的毒害作用；产甲烷菌的增殖速率很慢，繁殖世代时间长，可达4～6天，因此，一般情况下产甲烷反应是厌氧消化的限速步骤。

②产甲烷球菌；③产甲烷杆菌；④产甲烷八叠球菌；2、产氢产乙酸菌：产氢产乙酸细菌的主要功能是将各种高级脂肪酸和醇类氧化分解为乙酸和H2；为产甲烷细菌提供合适的基质，在厌氧系统中常常与产甲烷细菌处于共生互营关系。

主要的产氢产乙酸反应有：注意：上述反应只有在乙酸浓度很低、系统中氢分压也很低时才能顺利进行，因此产氢产乙酸反应的顺利进行，常常需要后续产甲烷反应能及时将其主要的两种产物乙酸和H2消耗掉。

主要的产氢产乙酸细菌多为：互营单胞菌属、互营杆菌属、梭菌属、暗杆菌属等；多数是严格厌氧菌或兼性厌氧菌。

3、发酵细菌（产酸细菌）：发酵产酸细菌的主要功能有两种：①水解——在胞外酶的作用下，将不溶性有机物水解成可溶性有机物；②酸化——将可溶性大分子有机物转化为脂肪酸、醇类等；主要的发酵产酸细菌：梭菌属、拟杆菌属、丁酸弧菌属、双岐杆菌属等；水解过程较缓慢，并受多种因素影响（pH、SRT、有机物种类等），有时会成为厌氧反应的限速步骤；产酸反应的速率较快；大多数是厌氧菌，也有大量是兼性厌氧菌；可以按功能来分：纤维素分解菌、半纤维素分解菌、淀粉分解菌、蛋白质分解菌、脂肪分解菌等。

导电性生物炭促进Geobacter和Methanosarcina共培养体系互营产甲烷过程李坚;汤佳;庄莉;许杰龙【摘要】近年来研究发现互营氧化产甲烷过程中存在种间直接电子传递(direct interspecies electron transfer,DIET),这种电子传递方式比传统的种间氢转移或种间甲酸转移更为高效.导电生物炭作为导电介质,可以有效促进DIET介导的互营产甲烷进程.乙酸作为有机物厌氧降解的重要中间产物,其降解过程是否存在DIET途径尚不清楚,导电生物炭对乙酸互营降解产甲烷过程的影响机制也未有研究报道.以具有DIET功能的Geobacter sulfurreducens和Methanosarcina barkeri菌株为研究对象,构建共培养体系,以乙酸为电子供体,比较添加不同导电性生物炭共培养体系的甲烷产生和微生物生长情况.结果表明:(1)导电性生物炭处理的产甲烷速率为0.015～0.017 mmol·d-1,显著高于对照处理的0.012 mmol·d-1;而不导电生物炭处理的产甲烷速率低于对照处理.说明导电性生物炭促进共培养体系中的产甲烷过程,而不具导电性的生物炭没有促进效应;(2)导电性生物炭存在时,共培养体系的甲烷产生速率(0.008 mmol·d-1)和产量(0.14 mmol)明显高于Methanosarcina barkeri单菌体系的产甲烷速率(0.006 mmol·d-1)和产甲烷量(0.09 mmol),而添加不导电生物炭的共培养体系和单菌体系的甲烷产生速率和产量无明显差异.以上结果表明,导电性生物炭能介导Geobacter sulfurreducens和Methanosarcina barkeri之间的直接电子传递,即Geobacter sulfurreducens氧化乙酸产生的电子,以导电生物炭为导电通道直接传递至Methanosarcina barkeri还原CO2产生甲烷,从而促进乙酸互营氧化产甲烷过程.本研究结果有助于我们理解种间直接电子传递对互营产甲烷过程的贡献及影响效应,为研究甲烷产生的微生物机制提供新的研究思路.【期刊名称】《生态环境学报》【年(卷),期】2018(027)007【总页数】9页(P1260-1268)【关键词】互营产甲烷;乙酸降解;种间直接电子传递;导电性生物炭【作者】李坚;汤佳;庄莉;许杰龙【作者单位】中国科学院广州地球化学研究所,广东广州 510640;中国科学院大学,北京 100039;广东省生态环境技术研究所,广东广州 510650;广东省生态环境技术研究所,广东广州 510650;广东省生态环境技术研究所,广东广州 510650;厦门市环境科学研究院,福建厦门 361006【正文语种】中文【中图分类】X172长期以来，微生物互营过程中的电子转移机制是“种间氢转移”或“种间甲酸转移”，互营微生物以“氢气”或“甲酸”作为电子载体进行微生物间的电子传递（刘鹏飞等，2013；Stams et al.，2009；Sieber et al.，2012）。

第一章：微生物学的发展历史：1.感性认识阶段或经验时期（----十七世纪中叶Antony van leeuvwenhock发明显微镜）2.形态描述阶段或形态学发展阶段（十七世纪中叶---十九世纪中叶）微生物学的开山祖—吕文虎克Antony van leeuwenhoek ,荷兰人，自制显微镜400多架，放大倍数达200—300倍，观察过雨水、污水、血液、精液、牙垢、酒、黄油等，发现了杆菌、球菌、螺旋菌和原生动物。

3.微生物学的奠基阶段或生理学发展阶段（十九世纪中叶---二十世纪初）巴斯德Pasteur(1822--1895)—微生物学之奠基人巴斯德主要贡献（1）解决欧州一些国家葡萄酒变质的问题及养蚕业发生蚕病的问题，创立了“巴氏消毒法”（Pasteurization）:利用热力杀死物品中的病原菌或一般杂菌，同时又不致严重损害其质量。

常用于消毒牛奶和酒类等。

加温61.1-62.8 ℃30分钟或71.1 ℃15-30钟可将其中的非芽孢病原菌杀死。

（2）否定了微生物“自然发生学说”，证实微生物的活动——著名的曲颈瓶实验（3）研究了多种发酵（乳酸、醋酸、丁酸），认为发酵是微生物作用的结果，不同的发酵由不同的微生物引起。

奠定了发酵理论。

Robert Koch(柯赫)主要贡献1881年创立了研究微生物的一系列方法（如培养基的制作、染色技术、细菌的分离和纯化技术）1882年发现并观察了多种病原菌如炭疽杆菌、结核杆菌、霍乱弧菌等4.微生物学的全面发展时期（二十世纪初---七十年代）1917费里斯．修伯特．代列尔（Félix Hubert D'Herelle）噬菌体1928佛雷德里克．格里佛(Frederick Griffith)肺炎球菌的转化食品微生物学进展有益微生物的应用----可利用微生物的范围的扩大挖掘已知微生物的潜力发现微生物新资源创造微生物新品种微生物具体利用形式-----微生物发酵发酵工业的范围：医药、食品、化工、冶金等1.酒精生产及酿酒工业；2.发酵食品工业；3.抗生素发酵工业；4.有机酸发酵工业；5.氨基酸发酵工业；6.酶制剂工业；7.生理活性物质生产工业；8.核酸类物质生产工业；9.菌体生产；10.环境保护；11.其它：冶金、制革等。

一、生物氧化的含义及形式生物氧化是指有机分子在机体内氧化分解成CO2和H2O 并释放出能量的过程。

其形式包括底物与氧结合、脱氢或失去电子3种；其过程可分脱氢（或电子）、递氢（或电子）和受氢（或电子）3个阶段。

根据递氢特别是受氢过程中氢受体性质的不同，可以把生物氧化区分成有氧呼吸、无氧呼吸和发酵3种类型。

二、无氧呼吸无氧呼吸又称厌氧呼吸，是一类呼吸链末端的氢受体为外源无机氧化物（个别为有机氧化物）的生物氧化。

这是一类在无氧条件下进行的产能效率较低的特殊呼吸，其特点是底物脱氢后，经过部分呼吸链，把氢交给氧化态的无机物（个别为有机物延胡索酸）。

根据呼吸链末端最终氢受体的不同，可以把无氧呼吸分成以下5种类型：硝酸盐呼吸、硫酸盐呼吸、硫呼吸、碳酸盐呼吸和延胡索酸呼吸。

三、发酵在生物氧化或能量代谢中，发酵是指在无氧条件下，底物脱氧后所产生的还原力〔H〕不经过呼吸链传递而直接交给某一内源氧化性中间代谢产物的一类低效产能反应。

须要指出的是，工业微生物发酵技术领域内所讲的微生物发酵过程是指由生长繁殖的微生物所引起的生物反应过程，根据微生物的种类不同可以分为好气性发酵和厌气性发酵。

四、无氧呼吸和发酸在生产及环境保护上的应用1．直反硝化作用的应用反硝化作用又称脱氮作用。

广义的反硝化作用是指由硝酸还原成并进一步还原成N2的过程。

狭义的反?趸 饔媒鲋赣裳窍跛峄乖 蒒2的过程。

反硝化作用一般只在厌氧条件下，例如在淹水的土壤或死水塘中发生。

它是使土壤中氮素损失的重要原因之一。

在经常进行干、湿变换的水稻田中，土壤常在好氧和厌氧状态下变换，因此有机肥料矿化后产生的胺态氮，在好氧条件下被硝化细菌氧化为硝酸态氮，在厌氧条件下又会被反硝化细菌还原为胺态氮或N2。

应用15N 作示踪对化学氮肥在水稻田中的转化实验发现，使用化学氮肥，其有效利用率只有1/4左右，其余部分由于反硝化作用而损失了。

因此，在农业生产上，对水稻田进行适当的控水，以增加水稻田中的含氮量，是有必要的。