产甲烷杆菌的研究和其利用前景

《微生物学》课程论文论文题目：产甲烷杆菌的研究和其利用前景工艺学学院：生命与地理科学学院专业：生物科学班级：S10A学号：20101911131姓名：刘韬成绩：-1-目录1产甲烷菌的分类................................................................................................................................-2-2.产甲烷菌的生态多样性....................................................................................................................-2-3．生长繁殖特别缓慢..........................................................................................................................-3-4.产甲烷菌代谢途径............................................................................................................................-3-5.甲烷合成的途径................................................................................................................................-3-6.沼气池中产甲烷杆菌和不产甲烷菌的关系....................................................................................-4-6.1不产甲烷细菌为产甲烷菌提供生长基质和产甲烷所需的底物.........................................-4-6.2不产甲烷细菌为产甲烷菌创造适宜的厌氧环境.................................................................-4-6.3不产甲烷细菌为产甲烷菌清除有毒物质.............................................................................-4-6.4产甲烷菌为不产甲烷细菌生化反应解除反馈抑制.............................................................-4-6.5共同维持沼气发酵环境中的适宜pH值...............................................................................-5-6.6不产甲烷细菌构建了产甲烷菌的“古环境”.......................................................................-5-7.产甲烷杆菌的应用前景....................................................................................................................-5-7.1废水处理.................................................................................................................................-5-7.2酿酒工业上的应用.................................................................................................................-5-7.3产甲烷菌在煤层气开发中的应用.........................................................................................-6-8.结语................................................................................................................................................-6-参考文献................................................................................................................................................-6--1-产甲烷杆菌的研究和其利用前景10级生物科学20101911131刘韬摘要产甲烷菌是一类重要的极端环境微生物，在地球生物化学碳素循环过程中起着关键作用.目前，根据产甲烷菌的系统发育和生理生化特性可将已培养的产甲烷菌分为5大目.产甲烷菌广泛分布在海底及淡水沉积物、水稻田、动物胃肠道、地热及地矿等环境中，生态学研究表明，产甲烷菌在不同的生态环境里具有不同的群落分布特点，并且受不同环境因子的影响而显示出不同的生理代谢功能.本文综述了国内外近年来产甲烷菌的分类及生态多样性研究进展，同时简述了产甲烷菌在厌氧生物处理和工业酿酒中广阔应用前景.关键词产甲烷菌；分类；生态多样性；废水处理；泸州老窖MethanobacteriumresearchanditsprospectAbstractmethanogensisanimportantkindofextremeenvironmentalmicrobial,inthebiogeochemistryofcarboncycleplaysakeyroleintheprocess.Atpresent,accordingtothemethanogenicbacteriaphylogenyandphysiologicalandbiochemicalcharacteristicscanbeculturedmethanogenshavebeendividedinto5heads.Methaneproducingbacteriawidelydistributedinmarineandfreshwatersedimentsrice,water,animalgastrointestinaltract,geothermalandgeologicalenvironment,ecologicalstudieshaveindicated,methanogenicbacteriaindifferentecologicalenvironmenthasdifferentcharacteristicsofcommunitydistribution,andaffectedbydifferentenvironmentalfactorsandshowdifferentphysiologicalandmetabolicfunction.Thisarticlereviewsthedomesticandabroadinrecentyearsandtheclassificationofmethaneproducingbacteriabiodiversityresearchprogress,atthesametimeonthemethanogenicbacteriainanaerobicbiologicaltreatmentandbroadapplicationprospectsinindustrialsaccharomyces.Keywordsmethanogens;classification;biodiversity;wastewatertreatment;Luzhou-2-产甲烷菌是一类严格厌氧的原核微生物，是有机物甲烷化作用中食物链的最后一组成员，其独特的厌氧代谢机制使其在自然界物质循环中起着重要作用.一方面，产甲烷菌是产生温室气体的主要因素，全球甲烷的排放量每年大约是500t，其中74%是由产甲烷菌代谢产生[1]；另一方面，产甲烷菌在有机质的厌氧生物处理工业应用中发挥着关键的作用，如沼气发酵、煤层气开发等.因此，对产甲烷菌的研究具有重要的理论和实践意义.随着厌氧培养技术和微生物分子生态技术的发展，更多的实验室能对产甲烷菌进行多角度的研究.这些研究揭示出产甲烷菌分类地位的多样性，展示出不同环境下产甲烷菌的生态及生理特性的差异性，同时也为产甲烷菌的实际工业应用指明了方向.1产甲烷菌的分类1776年，AlessandroVolta首次发现了湖底的沉积物能产生甲烷，之后历经一个多世纪的研究，利用有机物产甲烷的厌氧微生物才大致被分为两类：一类是产氢、产乙酸菌，另一类就是产甲烷菌.W.E.Balch等在1979年报道了3个目、4个科、7个属和13个种的产甲烷微生物，他们的分类是建立在形态学、生理学等传统分类特征以及16SrRNA寡核苷酸序列等分子特征基础上的[2].随着厌氧培养技术和菌种鉴定技术的不断成熟，产甲烷菌的系统分类也在不断完善.《伯杰系统细菌学手册》第9版将近年来的研究成果进行了总结和肯定，并建立了以系统发育为主的产甲烷菌最新分类系统.产甲烷菌分可为5个大目，分别是：甲烷杆菌目(Methanobacteriales)、甲烷球菌目(Methanococcales)、甲烷微菌目(Methanomicrobiales)、甲烷八叠球菌目(Methanosarcinales)和甲烷火菌目(Methanopyrales)[3]，上述5个目的产甲烷菌可继续分为10个科与31个属，它们的系统分类及主要代谢生理特性见表1.2.产甲烷菌的生态多样性产甲烷球菌发现于1982年，生活在260m深、200atm、94℃的海底火山口附近，属于原核生物中的古菌域，具有其它细菌如好氧菌、厌氧菌和兼性厌氧菌所不同的代谢特征.产甲烷菌的甲烷生物合成途径主要是以乙酸、H2/CO2、甲基化合物为原料[4].产甲烷菌在自然界中分布极为广泛，在与氧气隔绝的环境几乎都有甲烷细菌生长，如海底沉积物、河湖淤泥、水稻田以及动物的消化道等.在不同的生态环境下，产甲烷菌的群落组成有较大的差异性，并且其代谢方式也随着不同的微环境而体现出多样性.-3-3．生长繁殖特别缓慢甲烷细菌生长很缓慢，在人工培养条件下需经过十几天甚至几十天才能长出菌落。据麦卡蒂（McCarty）介绍，有的甲烷细菌需要培养七八十天才能长出菌落，在自然条件下甚至更长。菌落也相当小，特别是甲烷八叠球菌菌落更小，如果不仔细观察很容易遗漏。菌落一般圆形、透明、边缘整齐，在荧光显微镜下发出强的荧光。甲烷细菌生长缓慢的原因，是它可利用的底物很少，只能利用很简单的物质，如CO2、H2、甲酸、乙酸和甲基胺等。这些简单物质必须由其它发酵性细菌，把复杂有机物分解后提供给甲烷细菌，所以甲烷细菌一定要等到其它细菌都大量生长后才能生长。同时甲烷细菌世代时间也长，有的细菌20分钟繁殖一代，甲烷细菌需几天乃至几十天才能繁殖一代。4.产甲烷菌代谢途径产甲烷菌生活在厌氧条件下，它们通过甲烷的生物合成形成维持细胞生存所需的能量。在产甲烷菌中存在原核细胞和真核细胞所共有的糖酵解途径，三羧酸循环、氨基酸和核苷酸代谢。但一些基本所需的酶在产甲烷菌中未被确定，如在Meth