甲烷氧化菌生物效用与技术应用

《甲烷氧化菌的生物效用与技术应用》是由从事甲烷氧化菌生物效应研究数十年的技术团队合作打造的一本有关甲烷氧化菌生物效用作用原理和技术应用的大全。书中介绍的科学研究方法、思路值得从事相关科学研究的技术人员借鉴；书中介绍的甲烷氧化菌在甲烷减排和氯代烃生物降解方面的技术应用适合从事该研究领域的科研工作者参考；书中介绍的甲烷氧化菌有关制甲醇、环氧乙烷和合成甲烷氧化菌素、多聚化合物以及生产单细胞蛋白和石油勘探领域的应用适合从事相关制作和勘探工作的工作者阅读。 

《甲烷氧化菌生物效用与技术应用》阐述了甲烷氧化菌的发现过程、研究进展及未来发展趋势；甲烷氧化菌在甲烷减排和氯代烃生物降解方面的技术应用；甲烷氧化菌在制甲醇、制环氧乙烷、合成甲烷氧化菌素、合成多聚化合物、生产单细胞蛋白及石油勘探领域的应用。本书可供环境工程、环境科学、环境微生物等领域科研人员阅读，还可作为高等院校环境、生物等专业师生的教学参考书使用。

博士毕业于重庆大学城市建设与环境工程学院，专业为环境科学与工程，现为重庆理工大学化学化工学院教师。主要从事有机污染物生物降解及功能基因的环境响应方面的研究，截至2019年3月，共发表和接收研究论文30余篇，其中通讯作者的SCI/EI收录论文10余篇；申请国家发明专利5项；以主研身份参与国家自然科学基金、省级项目10余项。

第一章甲烷氧化菌概述001

第一节甲烷氧化菌的发现历程001

第二节甲烷氧化菌的定义与种类002

一、甲烷氧化菌的定义002

二、甲烷氧化菌的种类002

第三节甲烷氧化菌的研究概况004

一、甲烷氧化菌的研究方法004

二、甲烷氧化菌的研究现状009

第二章好氧甲烷氧化菌013

第一节好氧甲烷氧化菌的定义与分类013

第二节好氧甲烷氧化菌的性质013

一、好氧甲烷氧化菌的生态分布和生理特性013

二、好氧甲烷氧化菌的特征酶017

三、好氧甲烷氧化菌的分离与培养021

第三节好氧甲烷生物氧化过程024

一、好氧甲烷生物氧化的机理024

二、好氧甲烷生物氧化的影响因素025

第三章厌氧甲烷氧化菌029

第一节厌氧甲烷氧化菌的发现、定义及分类029

一、厌氧甲烷氧化菌的发现及定义029

二、厌氧甲烷氧化菌的分类029

第二节厌氧甲烷氧化菌的性质031

一、厌氧甲烷氧化菌的生态分布及生态学031

二、厌氧甲烷氧化菌的研究现状031

第三节厌氧甲烷生物氧化过程032

一、厌氧甲烷生物氧化的特点032

二、厌氧甲烷生物氧化的机理033

三、厌氧甲烷生物氧化的影响因素036

第四章兼性甲烷氧化菌038

第一节兼性甲烷氧化菌的发现过程038

一、兼性甲烷氧化菌的发现038

二、兼性甲烷氧化菌的最新研究进展042

第二节兼性甲烷氧化菌的代谢特性044

一、兼性甲烷氧化菌中的基因表达044

二、兼性甲烷氧化菌的多碳基质代谢途径045

第三节兼性甲烷氧化菌的分离与应用049

一、矿化垃圾中兼性甲烷氧化菌的驯化与筛选049

二、填埋场中兼性甲烷氧化菌的特征分析054

三、兼性甲烷氧化菌强化甲烷氧化057

第四节兼性甲烷氧化菌的起源与未来发展061

一、兼性甲烷氧化菌的起源061

二、兼性甲烷氧化菌的未来发展061

第五章甲烷氧化菌在甲烷减排中的应用063

第一节甲烷的用途、来源及危害063

一、甲烷的用途063

二、甲烷的来源064

三、甲烷的危害066

四、大气中甲烷的增长趋势066

五、甲烷的生理周期及其温室效应067

六、控制甲烷排放的意义068

七、甲烷生物氧化模型068

第二节填埋场覆盖层中的甲烷减排070

一、填埋场覆盖层的一般组成070

二、垃圾填埋场的甲烷排放073

三、覆盖层中的甲烷氧化菌075

四、填埋场覆盖层的甲烷氧化特性076

五、覆盖层甲烷氧化能力预测081

六、覆盖材料改性强化甲烷氧化089

七、覆盖层中甲烷生物氧化的影响因素110

第三节甲烷氧化菌在水稻田甲烷减排中的应用115

一、水稻田中的甲烷排放现状与对策115

二、不同因素对水稻田甲烷生物氧化的影响115

第四节甲烷氧化菌在煤矿场地甲烷减排中的应用117

一、煤矿甲烷减排的研究概况117

二、甲烷氧化菌降解煤矿甲烷117

三、生物反应器降解煤矿甲烷118

第五节垃圾填埋场甲烷减排技术119

一、自然减排120

二、人工减排120

第六章甲烷氧化菌在氯代烃降解中的应用122

第一节氯代烃的用途、来源及危害122

一、氯代烃的性质及用途122

二、氯代烃的污染来源及污染情况126

三、氯代烃的主要危害127

第二节甲烷氧化菌对氯代烃的生物转化129

一、甲烷氧化菌降解氯代烃的发现与发展129

二、甲烷氧化菌中氯代烃降解的关键酶158

三、甲烷氧化菌的共代谢降解动力学159

四、兼性甲烷氧化菌的氯代烃降解特性162

第三节甲烷氧化菌对氯代烃的共代谢降解的应用潜力164

第七章甲烷氧化菌的其他应用与发展166

第一节甲烷氧化菌在生物转化中的应用166

一、甲烷氧化菌制取甲醇166

二、甲烷氧化菌制环氧乙烷168

第二节甲烷氧化菌在生物合成中的应用171

一、甲烷氧化菌合成甲烷氧化菌素171

二、甲烷氧化菌合成多聚化合物174

三、利用甲烷氧化菌生产单细胞蛋白176

第三节甲烷氧化菌在勘测油气藏方面的应用177

一、甲烷氧化菌勘测石油气藏的原理179

二、油气藏上方土壤中甲烷氧化菌群落特征的研究方法179

三、国内外应用实例及分析181

参考文献183

 

甲烷氧化菌分布广泛，在全球甲烷减排中发挥着十分重要的作用，自1906年发现甲烷生物氧化现象至今，关于甲烷氧化菌的研究已超过110年。尤其近50年来，随着科学技术的不断进步，甲烷氧化菌的研究深度和广度不断加强，其生理生化特性和系统发育信息已十分完善。甲烷单加氧酶是甲烷氧化菌的独特酶系，除甲烷外，可催化氧化多种有机化合物，并生成多种化合物。基于甲烷单加氧酶的催化特性，科学工作者已将甲烷氧化菌应用到包括有机污染物降解（如氯代烃）、生物转化、生物合成及油气藏勘探等许多领域，其显示出很大的应用潜力，系统认识甲烷氧化菌及其生物效用对保护环境和发展生产具有重要价值。

针对当前微生物在环境保护及生物合成中的发展现状及重大优势，本书系统介绍了甲烷氧化菌的生物效用和技术应用的特点及适用范围。甲烷氧化菌在甲烷减排和氯代烃生物降解领域应用最广，研究时间最长，本书重点介绍了这两部分内容。此外，本书还专门介绍了甲烷氧化菌在制甲醇、制环氧乙烷、合成甲烷氧化菌素、合成多聚化合物、生产单细胞蛋白及石油勘探领域的应用情况。本书可作为相关专业学者在甲烷氧化菌研究过程中的指导用书，也可作为非专业人员了解认识甲烷氧化菌的工具。

全书共分7章。第一章概述了甲烷氧化菌的发现、种类、研究方法和现状；第二章系统介绍了好氧甲烷氧化菌的分类、性质及其生物氧化机理和影响因素；第三章系统介绍了厌氧甲烷氧化菌的分类、性质及其生物氧化机理和影响因素；第四章介绍了兼性甲烷氧化菌的发现、代谢特性、应用及未来发展；第五章介绍了甲烷氧化菌在甲烷减排中的应用；第六章介绍了甲烷氧化菌在氯代烃降解中的应用；第七章介绍了甲烷氧化菌在生物转化、生物合成和勘测油气藏方面的应用。

本书编写人员分工如下：第一章、第二章由邢志林、袁建华、念海明、全学军编写；第三章、第五章由赵天涛、袁建华、刘帅、封丽编写；第四章、第六章、第七章由邢志林、赵天涛、楚文海、张浩、邹祥编写。本书编写过程中参考了国内外相关文献资料，在此向原作者表示感谢。高艳辉、杨旭、刘向阳、何继杰、艾铄、李宸、罗晓静等在资料搜集及整理方面提供了大量帮助，在此一并表示衷心感谢，同时感谢国家自然科学基金（NO. 51008322，51378522，41502328）和重庆市科委基础科学与前沿技术研究项目（重点,
cstc2015jcyjB0015）对本书出版给予的资助。

由于编者水平有限，书中难免存在疏漏和不足之处，真诚地希望广大同行、专家和读者批评指正。

赵天涛

2019年7月