人类的好朋友——产甲烷菌

2022-12-12 08:59:10 来源：科普中国

阳光明媚的午后，编者带着孩子到附近山里的农家乐游玩，美丽的风光，充满质朴气息的乡村田园，可口喷香的饭菜，再加上鸭子、母鸡和牛等禽畜不时发出的嘎嘎、咕咕和哞哞等声响，一副耐人回味的立体画面呈现于眼前，此时此刻的父女是那样的幸福。

(资料图)

突然，女儿小眉头一皱，对我说：“什么味道这么臭啊？”编者看了下四周，回答：“是农民伯伯家养的动物们排放的大小便发出的气味。”女儿接着说：“多难闻啊，堆在那里还破坏风景，对环境也会造成污染。”编者回复：“是啊，其实除了你说的，这本身还是种资源浪费。毕竟，这些粪便是可以做有机肥的……”

甲烷分子

实际上，采用一些技术和措施，这些粪便不仅会被消解掉，其过程还可产生甲烷（一种优质能源燃料）。有机垃圾变废为宝的过程，着实让人欣喜，但有多少人知道其中的主要功臣竟是肉眼不可见的微生物呢？接下来，编者将着重围绕产甲烷菌进行介绍，希望读者朋友能够有所了解。

一、产甲烷菌为何方神圣

产甲烷菌实为统称，泛指能够将有机或无机化合物代谢转化成二氧化碳和甲烷的古细菌。产甲烷菌分布极其广泛，几乎每一个与氧隔绝的环境中，都有它们的身影。比如，水（海）底沉积物、湿地土壤、植物体内，以及动物消化道等。

产甲烷菌

产甲烷菌是严格厌氧（有氧气无法生长繁殖，甚至死亡）的原核生物，是一类具有重要功能和意义的环境微生物，同自然界碳素循环（有机和无机含碳化合物在生物和非生物作用下的一系列相互转化过程）关联紧密。

受研究手段所限，人们对产甲烷菌的认知史还不足170年。然而，在严格厌氧操作技术发明之后（又以美国微生物学家亨盖特于1950年发明的亨盖特厌氧滚管技术最具代表性），其研究渐呈爆发之势，现在是当之无愧的研究热点和焦点。

巴氏甲烷八叠球菌（Methanosarcina barkeri）和甲酸甲烷杆菌（Methanobacterium formicium）是最早被研究人员分离出的产甲烷菌，之后随着厌氧分离技术的改进，以及分析和鉴定手段的不断更新，越来越多的新产甲烷菌得以发现。先后已有超过5种的产甲烷菌完成了全基因组测序，人们对其细胞结构、代谢途径和适生环境等也已有了较为深入的了解。

二、产甲烷菌的特点

1、生长缓慢

不同种类产甲烷菌的细胞壁结构和成分各不相同，有的属于革兰氏阳性菌，有的则属于革兰氏阴性菌。但它们共同的特点，除了严格厌氧外，就是生长繁殖异常缓慢。

它们的生长速度用“龟速”形容一点都不为过，甚至还要再慢许多。其他种类的微生物，少则十几分钟，多则几天便可繁殖一代，而产甲烷菌则要十余天，或是几十天才行。就这还是在人工培养条件下取得的“佳绩”呢，要是回到自然条件下，这一时间还要延迟。

2、“挑食”

产甲烷菌菌落（由单个细胞或一堆同种细胞在固体培养基表面或内部形成的肉眼可见的细胞群落）微小在微生物界是出了名的，不仔细观察，真可能视而不见。产甲烷菌之所以生长如此缓慢，同其“挑食”密不可分。

产甲烷菌最爱吃的“食物”多为简单物质，如氢气、二氧化碳、甲酸和乙酸等。然而，自然界中哪来足够的简单有机物供其“吃饱喝好”呢。要知道，自然环境中绝大多数有机物都是比较复杂的。产甲烷菌只能寄希望于其他微生物成长繁殖后，再将复杂有机物分解成简单有机物供其“果腹”。唉，这种先看别人大鱼大肉，待其酒足饭饱之后，方可“拾人牙慧”的滋味也真是够憋屈的。

三、人类的朋友，自然的功臣

产甲烷菌之所以能够把垃圾中的有机物转化成甲烷，是因为它们可以通过新陈代谢，把有机物中的碳同环境中的氢相结合。目前，公认的甲烷微生物合成途径主要有三条，分别是以乙酸（盐）为底物，以氢气和二氧化碳为底物，以及以甲基类化合物为底物的合成途径。其中，又以第一条合成途径所产甲烷量最多（逾自然界产甲烷量的六成），第二条途径次之。

也正是因为产甲烷菌的这一功用，才使得环境中的酸性物质不至大量累积。否则，那么多其他种类的微生物将复杂有机物质分解后，环境中的酸含量便会上升，到达一定程度后甚至就连地球这个美丽星球都可能被腐蚀掉。

最后，需要强调的是产甲烷作用同样发生在人和动物的肠道之中。虽然人类消化不需要产甲烷作用，但对于牛和羊而言产甲烷菌不可或缺，它们能够将草料中的纤维素转化为有利牛羊吸收的营养物质。

小小的产甲烷菌可谓用处多多，是人类、动物和大自然等不可分的好朋友。

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关键词：产甲烷菌二氧化碳产甲烷作用