虽然在17世纪就有科学家发现，自然界中有机物腐烂之后能产生可燃性的气体。到19世纪微生物学家指出沼气的形成是一个微生物学过程。直到20世纪初，人们通过一系列的实验分离得到一种能产甲烷的球菌，并命名为 Methanococcus mazei ，称之为马氏甲烷球菌，其细胞呈球形或呈正圆或椭圆形，排列呈对或呈链。随后又得到一种能产甲烷的杆菌，命名为 Mthanobacterium omelianskii ，称之为奥氏甲烷杆菌，细胞呈杆状，连成链或长丝状，或呈短而直的杆状。从此以后大量的微生物不断地被发现，人们对厌氧微生物的研究也进一步得到开展。
自然界中厌氧环境普遍存在，而厌氧环境中厌氧微生物也必定存在。与好氧反应的微生物相比较，厌氧微生物的种类相对要少许多，但是，种类还比较丰富。厌氧微生物可以分为：发酵细菌，也称产酸细胞，还有完全厌氧反应的产甲烷细菌。在一个厌氧反应器内可同时存在多种厌氧微生物，它们共同完成一个复杂的厌氧降解反应过程。'
厌氧微生物是整个微生物世界的一个重要组成部分。厌氧微生物绝大多数为细菌，很少数是放线菌，极少数是支原体。厌氧微生物在自然界分布非常广泛。人类周围生活的自然环境中及人体本身就生存着多种多样的厌氧微生物，它们与人类的关系密切，不可分割。然而由于厌氧微生物在分离、纯化和菌种培养过程存在一定的困难，致使对厌氧微生物的研究在技术和方法上的进展就相当缓慢，这样人类对厌氧微生物的认识和有效利用，远远落后于对好氧微生物和兼性厌氧微生物的研究工作。
直到近二十多年，随着厌氧操作技术的不断完善，厌氧微生物研究方法的不断改进，尤其近十多年来许多新技术和新方法的应用，使厌氧微生物学取得很大的进步，获得了丰硕的成果。其中，很多种类的厌氧微生物被发现，它们不仅能在一般的常温的少氧或无氧的自然环境中生存，还能在高温环境中很好地存在。测得它们的最适生长温度为100~103℃，有一种厌氧菌可在高达105℃的环境中生存，称之为超嗜热专性厌氧细菌；另有一种可在南极生长的，称之为嗜冷厌氧菌；还有能在22~25℃的高盐浓度中生长的，称之为专性厌氧发酵的嗜盐菌。与此同时，众多的新目、新属和新种也被发现。这样一些已知的属种分类位置就要有很大变动。尤其是现已明确厌氧微生物在生物进化中系统发育的特殊地位，这就更能显示出它们的重要性。
厌氧颁生物可利用的基质极为广泛，包括了自然界各种各样含佩和不含氮的有机物及二氧化碳等。它们在氮和碳等元素地球生物化学大循环中起着很重要的作用。正是由对厌氧微生物在各方面的应用所进行的广泛而深入地研究，使人们开阔了对丰富多彩的厌氧微生物世界的认识，揭示了厌氧微生物广阔的应用前景。
厌氧微生物涉及而广。现就厌氧微生物的分类及其在生物系统发育中的地位以及厌氧微生物的重要类群研究的新进展，以几种重要厌氧细菌为例，简要地介绍如下。
(1）发酵性细菌
发酵性细菌（产酸细菌）的主要功能如下。 a ．水解，即在胞外酶的作用下，将不溶性有机物水解成可溶性有机物： b ．酸化，即将可溶性大分子有机物转化为脂肪酸、醇类等小分子有机物。
这类细菌分属梭菌属、拟杆菌属、丁酸弧菌属、双歧杆荫属等，其中大多数是厌氧菌，但也有大量是兼性厌氧菌。一般来说，水解过程比较缓慢，并会受到多种因素影响（如 pH 值、水力停留时间、有机物种类等），有时会成为厌氧反应的限速步骤；但产酸反应的速率一般是比较快的。如果按功能来分类、则可将发酵性细菌分为纤维素分解菌、半纤维素分解菌、淀粉分解菌、蛋白质分解菌、脂肪分解菌等。
(2）产氢产乙酸细菌
产氢产乙酸细菌的主要功能是将各种高级脂肪酸和障类氧化分解为乙酸和氢气。涉及的主要反应如下。
乙醇：CHsCH2OII+H2O-+ CII , COOII +2H2
丙酸：CH3CH2COOH+2H2O→CH2COOH+3H2+CO2
丁酸：CH3CH2CH2COOH|2H2O-2CHzCOOH+2H2
只有在乙酸浓度和氢分压都很低的情况下上述反应才能顺利进行。主要的产氢产乙酸细菌分属为互营单胞菌属、互营杆菌属、梭菌属、暗杆菌属等。多数是严格厌氧或兼性厌氧菌。
(3）产甲烷细菌
对产甲烷细菌的研究在很长时间内并没有较大的进展。直到20世纪60年代， Hungate 开创了严格厌氧微生物培养技术，随后产甲烷菌的研究才得以广泛开展。许多研究结果表明：产甲烷菌在分类上属于古细菌（ Archaebacteria )，它们与真细菌的一般特性不同的是细胞壁中没有肽聚糖，细胞中也不含有细胞色素 C ，而含有其他真细菌所没有的酶系统。产甲烷菌的主要功能是将产氢产乙酸菌的产物﹣﹣乙酸和氢转化为甲烷和二氧化碳，使厌氧消化过程得以顺利进行。产甲烷菌一般可以分为两大类，即乙酸营养型产甲烷菌和氢气营养型产甲烷菌。一般来说，自然界中乙酸营养型产甲烷菌的种类较少，主要有产甲烷八叠球菌( Methanosarcina ）和产甲烷丝状菌（ Methanothrix ）两大类。但在厌氧反应器中，这两种细菌的数量一般较多，而且有70％左右的甲烷是来自乙酸的氧化分解。
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