甲烷厌氧氧化技术研究进展_朱静平

收稿日期:2009-11-26作者简介:朱静平(1970-),女,副教授,从事水污染控制、环境生物技术方面的研究,E-mail:zjp.gd@126.com甲烷厌氧氧化技术研究进展朱静平,孙丽(西南科技大学环境与资源学院,四川绵阳621010)摘要:甲烷是一种重要的温室气体,甲烷厌氧氧化可有效地减少甲烷排放量,减缓因温室效应而带来的全球气候变暖。本文在阐述甲烷厌氧氧化反应机理、甲烷厌氧氧化菌的分离鉴定及其研究现状的基础上,分析了目前研究中存在的一些问题,并提出了今后的研究方向。关键词:甲烷;甲烷厌氧氧化;甲烷厌氧氧化菌;分离鉴定中图分类号:X511;Q93文献标识码:A文章编号:1000-1166(2010)02-0030-05ResearchProgressofAnaerobicOxidationofMethane/ZHUJing-ping,SUNLi/(SchoolofEnvironmentandResources,SouthwestUniversityofScienceandTechnology,Mianyang621010,China)Abstract:Methaneisaseriousgreenhousegas.Theanaerobicoxidationofmethanecouldeffectivelyreducethemethanee-missiontotheatmosphere.Theresearchstatusofanaerobicmethaneoxidationbacteria,mechanismofanaerobicoxidation,andisolationandidentification,weredescribedinthispaper.TheproblemswereanalyzedandthenextresearchdirectionwereproposedKeywords:methane;anaerobicoxidationofmethane;anaerobicmethanotroph;isolationandidentification甲烷是一种重要的温室效应气体,目前对全球气候变暖的“贡献率”达15%,并且其在大气中的浓度还以每年1.0%～1.2%的惊人速度增长[1]。一般认为,甲烷的来源模式主要有两种———非生物成因甲烷和生物成因甲烷。非生物成因甲烷主要是指热成因甲烷,如油页岩的高温加热分解或者在热液系统反应过程中无机碳与氢气高温合成等;而生物成因甲烷主要指有机质的厌氧分解,该过程一般在微生物的参与下完成,约占大气甲烷的80%[2]。大气甲烷是仅次于二氧化碳引起全球气候变暖的主要因素,且每摩尔甲烷对温室效应的“贡献”比每摩尔二氧化碳大近26倍[3]。大气中的甲烷几乎有一半来自于水田土壤、沼泽、湿地、水底淤泥等厌氧生境的生物学性形成[4]。这些甲烷在厌氧生境中由产甲烷细菌形成以后,经土壤和水层,逸散入大气,在途经土壤和水层时可被栖息于其间的甲烷厌氧氧化菌所氧化。因此,通过探明甲烷厌氧氧化特征、应用甲烷厌氧氧化技术有效减少甲烷产生,对减缓因温室效应而带来的气候变暖具有重要意义。1甲烷厌氧氧化反应机理在多年的科学研究中,人们一直认为沉积物中甲烷氧化的过程是在有氧条件下进行的。但是越来越多的科学研究者发现,甲烷也可以在无氧或缺氧的条件下被氧化,他们把这个过程叫做甲烷厌氧氧化(AOM,Anaerobicoxidationofmethane)。1976年,WilliamReeburgh在海洋沉积物的缺氧层中发现甲烷的含量急剧下降,而在含氧沉积层中却没有甲烷消耗的现象存在,这说明甲烷的减少只可能是由于甲烷的厌氧消耗造成的[5]。1985年,MarcAlperin和WilliamReeburgh通过实验得出数据,证实甲烷的消耗是在厌氧条件下,有硫酸盐存在时,甲烷被氧化造成的[6]。1994年,ToriHoehler与合作者通过抑制试验,证实促成沉积物中甲烷厌氧氧化的生物是甲烷氧化古菌和硫酸盐还原细菌组成的共生体。当向沉积物中加入抑制甲烷氧化古菌生长的底物时,甲烷厌氧氧化作用就会停止;当沉积物中没有硫酸盐时,甲烷厌氧氧化作用也会停止[7]。2000年,Boetius与合作者通过分子方法证实,甲烷厌氧氧化共生体是互养30中国沼气ChinaBiogas2010,28(2)共栖的,它们存在于有组织的聚集体中,古菌在中央,硫酸盐还原菌在周围[8]。以上研究证明甲烷厌氧氧化过程是在甲烷氧化古菌和硫酸盐还原菌共生体的驱动下完成的,用化学方程式可以表述为:CH4+SO2-4→HCO-3+HS-+H2O之后,研究者一直认为甲烷的生物氧化只有在氧气或硫酸盐存在的条件下才能进行。但在2006年,荷兰NijmegenRadboud