产甲烷菌的生理生化特性_祖波

收稿日期:2007-06-20;修回2007-07-11基金项目:重庆大学研究生科技创新基金项目资助(200609Y1A0260185)作者简介:祖波(1980-),男,副教授,博士,主要研究方向为废水处理理论与技术和环境生态技术,(电话)023-67270656(电子信箱)boby123321@sina.com.cn。随着对环境质量要求的提高和可持续发展战略的实施,现代废水处理技术朝着高污泥浓度,低污泥产率,高容积负荷速率,同时去除COD和营养成分、甚至致病菌和病毒,转化废水中有机物为清洁能源的综合化和可持续方向发展。现代废水处理中,厌氧生物处理由于其自身的优势越来越重要。因此笔者将对厌氧生物处理的优势菌种(产甲烷菌)的微生物学特性和生化机理进行较为全面的综述,为进一步的科学研究提供基础数据。1产甲烷菌微生物学特性1.1产甲烷菌种Schnellen等第一个从消化污泥中分离纯化得到甲酸甲烷杆菌(Methanobacteriumformicium)和巴氏甲烷八叠球菌(Methanosarcinabarkeri);1974年,Bryant首次提出了产甲烷菌(Methanogen)一词,将其与以甲烷为能量来源的嗜甲烷菌(Methanotrophs)区分开来[1]。到目前为止,分离鉴定的产甲烷菌已有200多种。它们存在于沼泽、湖泊、海洋沉积物及瘤胃动物的胃液等自然生态系统中,也存在于废水处理、堆肥和污泥消化等非自然的生态系统中[2-3]。从分类学上讲,产甲烷菌属于3个纲的5个目中[3]。1.2微量金属元素的激活Speece[4]对甲烷菌所需的营养给出一个顺序:N、S、P、Fe、Co、Ni、Mo、Se,维生素B2,维生素B12。缺乏上述某一种营养,甲烷发酵仍会进行但速率会降低,特别指出的是只有当前面一个营养元素足够时,后面一个才能对甲烷菌的生长起激活作用。近年来研究表明,Ni是甲烷菌必需的微量金属元素,是细菌尿素酶的重要成分。甲烷菌生长除需要Ni以外,尚需Fe,Co,Mo,Se,W等微量元素,但对甲烷菌中的F430而言,其它微量金属元素均不能替代Ni的作用。VandenBerg[5]等报产甲烷菌的生理生化特性祖波1,2,祖建3,周富春1,汪林2(1.重庆交通大学河海学院,重庆400074;2.重庆大学,重庆400030;3.西南石油大学理学院,南充610500)摘要:目前已经分离鉴定的产甲烷菌已有200多种,Fe、Co、Ni、Mo、Se,维生素B2,维生素B12等微量元素对其活性有促进作用;然而,无机毒性物质(重金属离子、Na+、K+、pH、氧化还原电位等)、有机毒性物质(硝化物、抗生素、氰化物和氯仿、芳香族化合物等)、氨氮,氮氧化物等对产甲烷菌活性有抑制作用。已建立了产甲烷微生物利用H2/CO2、甲醇和醋酸为基质的产甲烷生化代谢模型,产甲烷菌含有氢化酶、辅酶F420、辅酶M、甲基呋喃、四氢甲基喋呤等独特的酶。关键词:产甲烷菌;厌氧处理;微生物学特性;生化特性中图分类号:X132文献标志码:A文章编号:1003-6504(2008)03-0005-03BiophysicalandBiochemicalCharacteristicsofMethanogenicOrganismZUBo1,2,ZUJian3,ZHOUFu-chun1,WANGLin2(1.SchoolofRiverandOceanEngineering,ChongqingJiaotongUniversity,Chongqing400074,China;2.ChongqingUniversity,Chongqing400030,China;3.SchoolofScience,SouthwestPetroleumUniversity,Nanchong610500,China)Abstracts:Activityofmethanogenicorganismswhichwerediscoveredmorethan200kindswasacceleratedbytraceele-mentsincludingFe,Co,Ni,Mo,Se,vitaminB2andB12,whiletheactivitywasinhibitedbyinorganicmattersincludingheavymetal,Na+,K+,pHandredoxpotential,organicmatters,ammoniumnitrogenandNOX.BiochemicalmodelofmethanogenicorganismwhichusesH2/CO2,methanolandaceticacidassubstratewasestablished.Methanogenicorganismscontainhyd