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1 厌氧发酵的前景 1

1.1 引言 1

1.2 厌氧发酵的微生物学 2

1.2.1 概述 2

1.2.2 共生菌的醋酸盐转换规律 5

1.2.3 嗜高温厌氧发酵的微生物 7

1.2.4 在嗜热反应器中建立一个稳定的微生物群落 8

1.3 厌氧发酵技术的应用 11

1.4 厌氧发酵作为增加额外价值的途径 13

1.5 厌氧发酵的优化 14

1.5.1 提高废弃物的降解率 16

1.5.2 反应器结构的优化 17

1.5.3 优化过程控制和稳定性 18

1.5.4 改善微生物过程及其效能 21

1.6 废水水质优化 22

1.6.1 病原体的控制 22

1.6.2 化学污染的控制 25

1.7 总结 26

参考文献 27

2 产甲烷菌和厌氧菌在新陈代谢方面的相互作用 34

2.1 引言 34

2.2 产甲烷菌在代谢方面的相互影响 35

2.2.1 竞争性相互影响 35

2.2.2 抑制性相互影响 39

2.3 竞争 40

2.3.1 在氧气存在条件下的竞争 40

2.3.2 脱氮菌和产甲烷菌之间的竞争 41

2.3.3 锰、铁还原菌与产甲烷菌之间的竞争 43

2.3.4 硫酸盐还原菌、产乙酸菌和产甲烷菌之间的竞争 44

2.3.5 在缺少硫酸盐的条件下，硫酸盐还原菌和产乙酸菌之间的竞争 55

2.4 抑制作用 56

2.5 结论 58

参考文献 59

3 厌氧发酵动力学特征和模型构建 67

3.1 引言 67

3.2 厌氧消化动力学 69

3.2.1 微生物生长动力学 69

3.2.2 生物大分子的水解 72

3.2.3 酸化阶段 76

3.2.4 乙酸化 77

3.2.5 产甲烷阶段 79

3.3 厌氧消化建模 79

3.3.1 将非离子化的挥发性脂肪酸的抑制作用作为主要关键参数的模型 79

3.3.2 将总挥发性脂肪酸的抑制作用作为主要关键参数的模型 82

3.3.3 考虑废水不同组分的模型 84

3.3.4 以H2作为主要关键参数的模型 87

3.3.5 以NH3作为主要关键参数的模型 93

3.3.6 厌氧消化建模的最新进展 99

3.4 结论 100

参考文献 101

4 产甲烷菌应激基因的分子生物学：生物反应技术潜力 107

4.1 引言 108

4.1.1 术语：胁迫，热休克蛋白，分子伴侣，抗胁迫机制 108

4.1.2 目标 110

4.1.3 范围 110

4.1.4 生命与地球、进化及胁迫因子 111

4.1.5 产甲烷古菌 112

4.2 应激性基因 113

4.2.1 定义 113

4.2.2 分类 113

4.2.3 进化 114

4.2.4 应激基因研究和利用的策略和方法 114

4.3 分子伴侣 115

4.3.1 定义及功能 115

4.3.2 交互作用 115

4.3.3 家族 116

4.3.4 机制和调控 116

4.4 应激反应 116

4.4.1 定义 116

4.4.2 特征 117

4.4.3 应激因子（胁迫源） 117

4.5 古菌的应激基因和分子伴侣 118

4.5.1 概要 118

4.5.2 进化 118

4.5.3 结构 121

4.5.4 表达和调控 121

4.6 产甲烷菌的Hsp70（DnaK）分子陪伴机 121

4.6.1 组成 121

4.6.2 表达 124

4.6.3 应激因子—响应关系 124

4.6.4 与甲烷菌反应器相关的其他胁迫因素 126

4.6.5 修正应激响应的因子 127

4.6.6 其他产甲烷生物 128

4.6.7 协同伴侣 133

4.7 产甲烷菌中的Hsp60（伴侣蛋白） 135

4.7.1 例子 135

4.7.2 结构与生物反应器工艺的潜力 135

4.8 其他胁迫或胁迫相关分子——基因和蛋白，以及产甲烷菌的抗胁迫机制 136

4.8.1 例子 136

4.8.2 渗透剂 139

4.8.3 trkA 139

4.8.4 前折叠素或GimC 140

4.8.5 小分子热休克蛋白（sHsp） 141

4.8.6 PPIase 141

4.8.7 蛋白酶 142

4.8.8 全基因组序列中的假定胁迫基因和蛋白 143

4.9 胁迫响应的其他形式 143

4.9.1 引言 143

4.9.2 热保护剂 143

4.9.3 多细胞结构 144

4.10 观点及应用 150

4.10.1 简介 150

4.10.2 产甲烷菌的多样性 150

4.10.3 产甲烷菌亚群在生物反应器中的反应动力学 152

4.10.4 应激源的多样性 154

4.10.5 反应的多样性 154

4.10.6 产甲烷菌的多样性：有用微生物的来源吗 155

4.10.7 分子和细胞的合作 157

4.10.8 作为建设者的蛋白酶 159

4.10.9 内在胁迫性 159

4.11 结论和展望 160

参考文献 160

5 厌氧反应体系的分子生态学 168

5.1 引言 169

5.2 基于核酸序列分析厌氧生物反应器 170

5.2.1 背景 170

5.2.2 获取核酸序列 172

5.2.3 寡聚核苷酸探针 181

5.2.4 FISH和报告系统 192

5.2.5 FISH和抗体探针 195

5.2.6 FISH和显微放射自显影技术 196

5.2.7 肽核酸探针 197

5.3 厌氧反应器的rRNA-碱基分析 198

5.3.1 生物膜反应器 198

5.3.2 颗粒污泥反应器 210

5.3.3 连续搅拌反应器（CSTR） 215

5.4 结语 218

参考文献 219