产生甲烷的菌种分类

产⽣甲烷的菌种分类
甲烷嗜热菌属拉丁学名(Methanothermus Stetter,1982)直杆到微弯，宽度0.3～0.4µm，长度为1～3 µm。

细胞壁含假胞壁酸及S-外层。

不产芽孢。

⾰兰⽒染⾊阳性。

有运动的迹象，尽管电镜下未看到鞭⽑。

极端严格厌氧。

最适⽣长出现在83～88℃和pH6.5。

⾃养⽣长，转化H2+CO2为CH4；不利⽤⼄酸、甲酸、甲基胺和甲醇。

氨可作为氮源，硫化物或元素硫可作为硫源。

可能⽣活在⾼温含硫酸盐的地带。

DNA的G+C mol％是33。

模式种：炽热甲烷嗜热菌(Methanothermus fervidus)。

甲烷⼋叠球菌属
甲烷⼋叠球菌属拉丁学名(Methanosarcina Kluyver and van Niel,1936)不规则的球状聚集体，直径1～1000µm，单⽣或典型的细胞聚集体。

典型的⼩聚集体为⼋叠状(“假⼋叠状”)，除了那些分裂平⾯不是垂直的。

有时聚集体为⼤的胞囊，具有⼀个共同的外壁⽽包裹单独的球状细胞。

不产⽣芽孢，⾰兰⽒染⾊可变。

单个的球形细胞可能对去污剂裂解或⾼渗敏感。

不运动。

极端严格厌氧。

最适NaCl浓度0.1～0.5 mol ／L，中温菌的最适温度为30～40℃，嗜热菌的最适温度为50～55℃。

通常不要求有机⽣长因⼦。

能量代谢表现为甲基胺或甲醇歧化为CH4和CO2和NH3(当利⽤甲基胺时)。

当⽣长于H2时，甲醇和甲基胺被还原为CH4。

其他的代谢底物还有H2+CO2或⼄酸，但从不利⽤甲酸。

氨、甲基胺和N2作为惟⼀氮源，硫化物和元素硫可作为硫源。

可在缺氧的海⽔沉积物、湖⽔沉积物或厌氧消化器中分离到。

DNA的G+C mol％是36～43(Tm)。

模式种：巴⽒甲烷⼋叠球菌(Methanosarcina barkeri)。

甲烷球菌属
甲烷球菌属拉丁学名(Methanococcus Kluyer and vam Niel,1936)不规则球形，直径l～2µm。

不产芽孢。

⾰兰⽒染⾊阴性。

对去污剂裂解或⾼渗敏感。

不运动。

极端严格厌氧。

最适NaCl浓度是0.1～0.8 mol／L，中温(最适温度35～40℃)、嗜热(最适温度65℃ )、或极端嗜热(最适温度85～91℃)。

H2+CO2及通常甲酸盐是CH4产⽣的底物；不利⽤⼄酸和甲基胺。

氨、有时N2或丙氨酸作为氮源，硫化物或元素硫可作为硫源。

可能⽣活在盐沼泽、海⽔及海湾环境中。

DNA的G+Cmol％是29～34。

模式种：万⽒甲烷球菌(Methanococcus vannielii)。

甲烷螺菌属拉丁学名(Methanospirillum Ferry et al.,1974)对称弯曲的杆菌，并形成a-螺旋，宽度0.4～0.5µm，长7～10µm，单⽣或成链长度可达⼏百µm。

细胞由鞘保被。

不产芽孢。

⾰兰⽒染⾊阴性。

运动，⽣有成簇的极⽣鞭⽑。

极端严格厌氧。

最适⽣长温度35～40℃，最适pH 7～7.5。

有些菌株要求半胱氨酸和⼄酸，⼄酸和维⽣素促进⽣长。

能量来源于转化H2+CO2、甲酸或有时⼆元醇+CO2为CH4。

不利⽤⼄酸、甲基胺、甲醇和其他醇类。

氨或N2作为惟⼀氮源，硫化物作为硫源。

可在⽜的瘤胃或厌氧消化器中分离到。

DNA的G+C mol％是46.5～49.5。

模式种(惟⼀种)：亨⽒甲烷螺菌(Methanospirllum hungatei)。

甲烷细菌
甲烷细菌，英⽂名：methane bacteria，是⼀类能够经过发酵产⽣可燃性⽓体甲烷的厌氧性细菌。

已知产甲烷细菌约有10多种，主要有产甲烷杆菌、甲烷⼋叠球菌、产甲烷螺菌和瘤胃甲烷杆菌等。

这类细菌常见于沼泽、池溏污泥中，在⾷草动物的盲肠、瘤胃中也有⼤量的产甲烷细菌，常随粪便排出，所以在沼⽓池中可⽤塘泥和牲畜粪便接种。

我国农村不少地区已建起了许多⼩型沼⽓池，利⽤沼⽓做饭、照明，既解决了燃料困难，⼜减少了环境污染。

分类转化
分布在污泥、泥沼和哺乳动物消化道等的代谢产物为甲烷（甲烷发酵）的细菌。

马⽒甲烷球菌（Methanococcus）、甲烷甲烷⼋叠球菌（Me thano-sarcina）、反刍甲烷杆菌（Methanobacterium）等都是不⽣孢⼦的专性厌氧细菌。

在核蛋⽩体RNA碱顺序、细胞壁成分及脂质种类⽅⾯与⼀般细菌有不同处。

它们能按下式过程直接由氢还原⼆氧化碳⽣成甲烷：
CO2+4H2→CH4+2H2O它们也能利⽤甲酸、甲醇和⼄酸等。

利⽤⼄酸的反应过程是：CH3COOH→CH4+CO2。

⽣成甲烷的反应系统可从菌体抽提液中获得，并已逐步查明酶系统的性质，表明有⼆、三种辅酶参与反应。

基本特性
1．是专性严格厌氧菌
甲烷细菌都是专性严格厌氧菌，对氧⾮常敏感，遇氧后会⽴即受到抑制，不能⽣长、繁殖，有的还会死亡。

2．⽣长繁殖特别缓慢
甲烷细菌⽣长很缓慢，在⼈⼯培养条件下需经过⼗⼏天甚⾄⼏⼗天才能长出菌落。

据麦卡蒂（McCarty）介绍，有的甲烷细菌需要培养七⼋⼗天才能长出菌落，在⾃然条件下甚⾄更长。

菌落也相当⼩，特别是甲烷⼋叠球菌菌落更⼩，如果不仔细观察很容易遗漏。

菌落⼀般圆形、透明、边缘整齐，在荧光显微镜下发出强的荧光。

甲烷细菌⽣长缓慢的原因，是它可利⽤的底物很少，只能利⽤很简单的物质，如CO2、H2、甲酸、⼄酸和甲基胺等。

这些简单物质必须由其它发酵性细菌，把复杂有机物分解后提供给甲烷细菌，所以甲烷细菌⼀定要等到其它细菌都⼤量⽣长后才能⽣长。

同时甲烷细菌世代时间也长，有的细菌20分钟繁殖⼀代，甲烷细菌需⼏天乃⾄⼏⼗天才能繁殖⼀代。

3．都是原核⽣物
能形成甲烷的细菌都是原核⽣物，⽬前尚未发现真核⽣物能形成甲烷。

甲烷细菌有球形、杆形、螺旋形，有的呈⼋叠球状，还
有的能联成长链状。

4．培养分离⽐较困难
因为甲烷细菌要求严格厌氧条件，⼀般培养⽅法很难达到厌氧，培养分离往往失败。

⼜因为甲烷细菌和伴⽣菌⽣活在⼀起，菌体⼤⼩形态都⼗分相似，在⼀般光学显微镜下不好判明。

美国著名微⽣物学家——Hungate 50年代培养分离甲烷细菌获得成功。

以后世界上有很多研究者对甲烷细菌进⾏了培养分离⼯作，并对Hungate分离⽅法进⾏了改良，能很容易地把甲烷细菌培养分离出来
储存功能
甲烷细菌在⾃然界中分布极为⼴泛，在与氧⽓隔绝的环境都有甲烷细菌⽣长，海底沉积物，河湖淤泥，沼泽地，⽔稻⽥以及⼈和动物的肠道，反刍动物瘤胃，甚⾄在植物体内都有甲烷细菌存在。

沼⽓发酵液中甲烷细菌的数量可⽤MPN法计数，测定接种的试管中有⽆甲烷存在，作为计数的数量指标。

甲烷细菌数量与甲烷含量成正⽐，发酵装置运⾏越好，甲
烷细菌数量越多。

1991年计数了东北制药总⼚⽤UASB（上流式厌氧污泥床）处理制药废⽔消化液中甲烷细菌数量为4.2×105个·ml-1。

另⼀⽅⾯产甲烷细菌利⽤⼄酸、氢和⼆氧化碳合成甲烷，也消耗了酸和⼆氧化碳，甲烷细菌及其伴⽣菌共同作⽤使pH稳定在⼀个适宜范围内，不会使发酵液中的pH 出现对沼⽓发酵不利的情况。

但当发酵条件控制不好，如温度，进料负荷，原料中的C：N、pH等可能会出现酸化或液料过碱；前者较为多见，这样会严重影响甲烷细菌的活动，甚⾄使发酵中断。

⾃然界中的甲烷细菌在同物质的交换过程中可以保存电荷。

在微弱电流的影响下，细菌释放出甲烷⼩⽓泡，在这些⽓泡中含有⼀定数量的电⼦。

布鲁斯和他的同事们发现，如果把细菌的⼀层接到负极上，就会产⽣弱⼩电压，否则他们就被⼩甲烷⽓泡所遮掩住。

随着甲烷细菌的不断进化，它学会了依靠甲烷内的其他物质来储存电能。

⽽且⽤这种⽅式储存的电能在放电时能效很⾼，⼀般能达到80%。

与之相⽐，⼈类发明的所有电⼒储存装置都相形见绌，因为在⼈类制造的装置中，⼤部分能量或被⽤于克服阻⼒，或被消耗于燃烧次⽣电⼦的化学反应中（甲烷细菌能抑制电能的⽣物燃烧）。

甲烷细菌储电引领⼈类已经⾛向了电能储存的新道路。

虽然⽐起现在的碳捕获与封存技术，这项技术不能算作⼀种与温室效应抗争的好⽅法，但它能很好地利⽤甲烷⽓体的排放，对保护环境也有⼀定的好处。

更重要的是，它能够⼤量储存太阳能，风能，⽔能等可再⽣能源。

然⽽，现在这项技术还不够成熟，为了将新技术运⽤到商业⽬的，专家们还需要详细研究甲烷燃烧时⼆氧化碳排放的过程，因为这直接影响了细菌蓄电的能⼒，同时还需要了解⼆氧化碳转化为电能的换算⽅法，和最终能以甲烷细菌形式储存电能的细菌数量。

只有对细菌有了⾜够的了解，才能研发出减少耗能的蓄电装置。