厌氧微生物——无氧世界的神秘生命

  在地球无氧或低氧的隐秘角落，厌氧微生物构建起独特的生命体系。它们无需氧气即可繁衍，涵盖细菌、古菌、真菌等多个类群，其特殊的代谢机制和生态功能，使其在生态循环与人类生产生活中占据重要地位。它们广泛分布于自然界和人及动物的体内，特别是在肠道、口腔、上呼吸道和泌尿道等处，与需氧菌和兼性厌氧菌共同构成机体的正常菌群。

一、专性厌氧菌——极致厌氧环境的适应者

  专性厌氧菌无法耐受氧气，其细胞内缺乏超氧化物歧化酶、过氧化氢酶等抗氧化酶系，暴露在有氧环境中会因活性氧积累导致细胞损伤死亡。

1、梭菌属

  广泛存在于土壤、淡水沉积物、动物肠道及腐烂的有机物中，是自然界有机物分解的重要参与者。

  梭菌属为革兰氏阳性杆菌，多数菌株能形成圆形或椭圆形芽孢，芽孢直径常大于菌体宽度，使菌体呈“鼓槌状”（如破伤风梭菌）或“网球拍状”（如肉毒梭菌），芽孢具有极强的抗逆性，可在土壤中存活数十年。为严格发酵代谢，能利用葡萄糖、淀粉等多种碳水化合物，产生有机酸、醇类、气体（氢气、二氧化碳）等产物。丙酮丁醇梭菌发酵过程分为两个阶段，第一阶段产酸（乙酸、丁酸），第二阶段产溶剂（丙酮、丁醇、乙醇），溶剂产量可达发酵液的10%-15%。

  典型菌株主要有破伤风梭菌，为致病性菌种，通过伤口侵入人体，产生破伤风痉挛毒素，引发肌肉强直；肉毒梭菌产生肉毒毒素（已知毒性最强的神经毒素），常见于变质罐头、发酵食品中；丙酮丁醇梭菌，工业价值极高，可发酵淀粉产生丙酮、丁醇等有机溶剂。

  除庖肉培养基外，还可使用强化梭菌培养基进行培养，培养温度为25℃-37℃，氧气浓度需低于0.5%。

图1 梭菌在庖肉培养基及强化梭菌鉴别琼脂上的生长现象

2、拟杆菌属

  主要定植于人和动物的肠道、口腔、阴道等黏膜表面，其中脆弱拟杆菌是人体结肠中数量最多的细菌之一，占肠道厌氧菌总量的20%-30%。

  拟杆菌属为革兰氏阴性杆菌，无芽孢、无鞭毛，部分菌株可产生荚膜，菌落呈圆形、光滑、边缘整齐，颜色从乳白色至淡黄色。为专性发酵，能分解膳食纤维（如纤维素、半纤维素、果胶）、黏蛋白等难消化有机物，产生乙酸、丙酸、丁酸等短链脂肪酸（SCFAs），这些产物可被人体肠道上皮细胞吸收利用，提供每日所需能量的10%-15%。

  典型菌种为脆弱拟杆菌，能分解膳食纤维生成短链脂肪酸，为人体供能，同时调节肠道免疫。可用于分离、培养脆弱拟杆菌主要有脆弱拟杆菌活化培养基肉汤（BPRMB）及类杆菌-胆汁-七叶苷琼脂（BBE）。

图2 脆弱拟杆菌在BPRMB和BBE培养基上的生长现象

3、双歧杆菌属

  主要存在于婴儿肠道中（占婴儿肠道菌群的60%-80%），成人肠道中含量虽减少，但仍是核心有益菌之一，也存在于母乳、动物肠道及发酵食品中。

  双歧杆菌属为革兰氏阳性杆菌，形态多样，包括杆状、分叉状、弯曲状等，大小约0.5 μm-1.3 μm×1.5 μm-8.0 μm，无芽孢、无鞭毛，菌落呈圆形、凸起、光滑，颜色为乳白色或奶油色。独特的“双歧发酵”途径，将葡萄糖分解为乙酸和乳酸，比例约为3：2，不产生氢气，发酵产物可降低肠道pH值，抑制有害菌（如大肠埃希氏菌、沙门氏菌）生长。此外，还能合成维生素B族、叶酸等营养物质，并产生抗菌肽（双歧杆菌素）。

  典型菌种包括婴儿双歧杆菌和长双歧杆菌等，可抑制有害菌增殖，改善肠道微生态平衡。增菌、分离培养双歧杆菌的培养基主要有PYG液体培养基、BLB琼脂等。

图3 双歧杆菌在PYG液体培养基、BLB琼脂上的生长现象

4、产甲烷古菌

  主要存在于沼泽、稻田、湿地、动物瘤胃、肠道及污水处理厂的厌氧消化池中，是全球甲烷排放的主要贡献者。

  产甲烷古菌形态多样，包括球形、杆状、螺旋状等，大小约0.5 μm-1.5 μm，细胞壁不含肽聚糖，由假肽聚糖或蛋白质构成，细胞膜脂质为独特的植烷醇甘油醚，而非脂肪酸甘油酯。唯一能以甲烷为终产物的微生物，代谢途径分为三类，嗜乙酸型（利用乙酸生成甲烷和二氧化碳）、嗜氢型（利用氢气和二氧化碳生成甲烷）、甲基营养型（利用甲醇、甲胺等生成甲烷）。产甲烷过程需多种辅酶（如辅酶M、辅酶F420）参与，其中辅酶F420具有荧光特性，可作为产甲烷菌的鉴定标志。

  典型菌种有嗜乙酸甲烷八叠球菌、嗜氢甲烷杆菌等，培养需严格无氧。

二、兼性厌氧菌——有氧与无氧环境的“切换者”

  兼性厌氧菌可以在有氧环境中利用氧气进行有氧呼吸，在无氧环境下则进行发酵或无氧呼吸，适应能力极强。

1、大肠埃希氏菌

  主要定植于人和温血动物的大肠中，也存在于土壤、水源、食品等环境中，多数菌株为无害共生菌，少数致病性菌株（如O157:H7）可引发腹泻、出血性肠炎等疾病。

  革兰氏阴性短杆菌，有鞭毛（多数菌株），能运动，无芽孢，菌落呈圆形、光滑、湿润，颜色为乳白色。有氧时进行有氧呼吸，以氧气为电子受体；无氧时发酵葡萄糖产生乳酸、乙酸、琥珀酸、乙醇及气体（氢气、二氧化碳），部分菌株还能利用硝酸盐作为电子受体进行无氧呼吸（硝酸盐还原）。

  普通营养琼脂即可生长，培养温度37℃，有氧或无氧环境均可，厌氧条件下可使用硫乙醇酸盐培养基，发酵乳糖产酸，在伊红美蓝琼脂（EMB）上形成紫黑色带金属光泽的菌落。

2、酿酒酵母

  广泛存在于水果表皮、花蜜、土壤及发酵食品（酒、面包、酸奶）中，是人类最早驯化利用的微生物之一。

  酿酒酵母为真核微生物，圆形或椭圆形酵母菌，出芽生殖为主要繁殖方式，菌落呈圆形、凸起、光滑，颜色为乳白色至淡黄色，质地柔软。无氧时发酵葡萄糖产生乙醇，有氧时进行有氧呼吸，产生二氧化碳和水，同时大量增殖。

  常用麦芽浸粉液体培养基和酵母浸出粉胨葡萄糖琼脂培养基（YPD）等培养酿酒酵母，有氧培养时需振荡供氧，厌氧培养时密封发酵。

三、微需氧菌——低氧环境的“特殊需求者”

  微需氧菌需要极低浓度的氧气（1%-5%）作为代谢电子受体，氧气浓度过高（>10%）或无氧环境均会抑制其生长，细胞内含有少量抗氧化酶系，能耐受低浓度活性氧。

1、幽门螺杆菌

  专门定植于人类胃黏膜上皮细胞表面，是慢性胃炎、消化性溃疡、胃癌的重要致病菌。

  为革兰氏阴性螺旋形杆菌，有鞭毛（一端或两端），能运动，可穿透胃黏膜表面的黏液层，菌落呈圆形、透明或半透明，边缘整齐。微需氧代谢，能产生脲酶（活性极强），分解尿素产生氨，中和胃内胃酸，形成局部碱性微环境，以适应胃内酸性环境（pH值1-3）。同时能发酵葡萄糖、麦芽糖等，产生乙酸、乳酸等产物。

2、空肠弯曲菌

  主要存在于鸡、鸭、猪等家禽家畜的肠道中，可通过污染的肉类、蛋类、水源传播给人类，引发急性肠炎，症状包括腹泻、腹痛、发热等。

  为革兰氏阴性弯曲形杆菌，有单鞭毛（一端），运动活泼，呈“螺旋式”运动，菌落呈圆形、光滑、湿润，颜色为灰白色或粉红色。微需氧发酵，能利用葡萄糖、果糖等碳水化合物，产生乙酸、丙酮酸等产物，不发酵乳糖，能还原硝酸盐为亚硝酸盐。

  空肠弯曲菌主要用布氏肉汤和改良Skirrow氏琼脂基础等培养基进行增菌、分离培养等。

图4 空肠弯曲菌在改良Skirrow氏琼脂上的生长现象

四、相关产品

  部分可用于培养厌氧微生物的培养基：

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