产甲烷菌

产甲烷菌

胡俊英 222010328210116

动医二班

摘要：产甲烷菌（Methanogenus），是专性厌氧菌，属于古菌域，广域古菌界，宽广古生菌门。1974年《伯杰氏细菌鉴定手册》（第八版）中将其归属于1科、3属、9种。截至1992年已发展为3目、7科、19属、70种。截至2009年已发展为4目、12科、31属。

1979年，Balch和Wolfe通过16S rRNA测序 将产甲烷菌发展为3目（甲烷杆菌目、甲烷球菌目、甲烷微菌目）4科7属14种。

1993年，Boone将甲烷八叠球菌科上升为一个目，建立了火热产甲烷菌目，至此产甲烷菌发展为5目10科25属59种。

2001年，Bergey's Manual of Systematic Bacteriology将产甲烷菌放在宽广古生菌门（Euryarchaeota）中，至此产甲烷菌发展为3纲，5目，10科，26属，78种。

产甲烷菌属于古菌域（Archaea），广域古菌界（Euryarchaeon），宽广古生菌门（Euryarchaeota）。

关键词：产甲烷细菌，厌氧分离技术，产甲烷作用

产甲烷菌（Methanogenus），是专性厌氧菌，属于古菌域，广域古菌界，宽广古生菌门。1974年《伯杰氏细菌鉴定手册》（第八版）中将其归属于1科、3属、9种。截至1992年已发展为3目、7科、19属、70种。截至2009年已发展为4目、12科、31属。

1979年，Balch和Wolfe通过16S rRNA测序 将产甲烷菌发展为3目（甲烷杆菌目、甲烷球菌目、甲烷微菌目）4科7属14种。

1993年，Boone将甲烷八叠球菌科上升为一个目，建立了火热产甲烷菌目，至此产甲烷菌发展为5目10科25属59种。

2001年，Bergey's Manual of Systematic Bacteriology将产甲烷菌放在宽广古生菌门（Euryarchaeota）中，至此产甲烷菌发展为3纲，5目，10科，26属，78种。

产甲烷菌属于古菌域（Archaea），广域古菌界（Euryarchaeon），宽广古生菌门（Euryarchaeota）。

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

一，细胞结构

产甲烷菌的细胞结构：细胞封套（包括细胞壁、表面层、鞘和荚膜）、细胞质膜、原生质和核质。

产甲烷菌有革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌，它们的细胞壁结构和化学组分有所不同。也是与真细菌的区别点。

细胞封套有四种：

1.大多数G+产甲烷菌的细胞壁在结构上与G+真细菌相似，细胞壁有一层和三层的，单层的厚度为10～20nm，如甲烷杆菌属与甲烷短杆菌属。巴氏甲烷八叠球菌的细胞壁只有一层，厚约200nm。它们化学成分与G+真细菌的不同，不含细胞壁（即不含二胺基庚二酸或细胞酸）而是假细胞壁质或是未硫酸化的异多糖。三层的细胞壁壁厚为20～30nm，有内层、中层和外层。外层在细胞分裂横隔形成时消失，如瘤胃甲烷短杆菌。

2.G+的炽热高温甲烷菌的细胞壁外有一层六角形的蛋白质亚基即S层覆盖。

3.G-产甲烷菌不具有球囊多聚物或外膜。只有一层六角形或四角形的，由蛋白质亚基或糖蛋白亚基组成的S层。

4.甲烷螺菌的细胞质膜外只有一层由蛋白纤维组成的鞘包裹几个细胞。其厚度为10nm。

二，生长繁殖

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。

四，研究进程

产甲烷菌的研究始于1899年，当时俄国的微生物学家B·L·Omeliansku将厌氧分解纤维素的微生物分为两类：一类是产氢的细菌；另一类是产甲烷细菌。

1901年Sohngen对甲烷菌的特征以及对物质的转化作用做了详细的研究。

1936年Baber对奥氏甲烷菌又做了分纯研究。但由于厌氧分离甲烷菌技术尚不完备，这些研究没有取得很好的进展。

直到1950年Hungate首创了严格的厌氧分离技术，才是甲烷菌的研究取得迅速发展。

在亨格特技术出现后，Baber、Smith、Wolfe、Fox、Mah等众多微生物学家、生物化学家以及污水处理专家等从产甲烷菌的的形态、结构、生理、生化以及生态学等诸多方面进行了研究，并且取得重大进展，为厌氧消化技术的应用提供了坚实的理论基础。

Schnellen是第一个从消化污泥中分离提纯甲酸甲烷杆菌和巴氏甲烷八叠球菌。

1974年Bryant首次提出了产甲烷菌（Methanogen）一词。

到如今，分离鉴定的产甲烷菌已经有200多种。

五，分离培养与保存

1，分离培养

产甲烷菌是一种严格的厌氧菌，很长一段时间内因为厌氧分离技术的不成熟，使得产甲烷菌的分离培养一直难以取得进展。直到1950 年, 美国微生物学家亨盖特发明的厌氧滚管技术才使甲烷菌的研究得到了迅速的发展, 这个技术后来也被称为/ 亨盖特滚管技术0, 此后该技术又经Balch 等( 1979) 改进而日趋完善, 而且多年来的实践已经证明它是研究严格、专性厌氧菌的一种极为有效的技术。目前厌氧分离取得了更大的进步，比如厌氧手套箱等，但亨盖特厌氧滚管技术仍然是非常广泛的一种方法。

亨盖特厌氧滚管技术的基本步骤为: 亨氏管中装有4~ 5 mL 融化的琼脂培养基, 冷却至47 e左右时接种; 然后迅速( 数秒钟) 在较低温度条件下使琼脂培养基在滚管中凝固, 将凝固后的培养基立即放入39 e 培养箱中培养; »培养数天后, 滚管壁上即可出现菌落, 而后在CO2 条件下用接种环挑取单菌落放入新鲜的培养基中培养; ¼ 新培养的菌液经过多次滚管和单菌落分离后即可得到纯的菌株( Hungate, 1969)。

产甲烷菌的培养方法，一般要求不高的可用在液面加石蜡或液体石蜡的液体深层培养法、抽真空的培养法、在封闭培养管中放入焦性没食子酸和碳酸钾除去氧的培养方法（Berker）、Hungate的厌氧滚管法、Hungate的厌氧液体培养法、Balch的厌氧液体培养增压法等。

2 ，保存方法

由于产甲烷菌苛刻的厌氧要求和一些培养物在缺乏代谢底物时生存能力差，常常限制了其传代时间和存活能力。

张万芹 ，康冀川 ，王开功三位微生物研究专家在前人的研究基础上，根据产甲烷的各项特性，进行了一系列关于产甲烷菌的保存实验，并取得了很大成就。

根据实验，他们得出结论，所有实验室的产甲烷菌培养物都是通过定期将其转移到新鲜培养基上来进行保藏的。待生长完成后，培养物再转到新的培养基之前可放在室温或冰箱保存。这种短期保藏方法对为试验提供有活力的接种物十分必要，但容易发生培养物的污染和遗传变异。。该次研究表明，产甲烷细菌在短期保藏下可存活约12～18个月，甚至更长的时间。因此，短期保藏法在产甲烷细菌的保存方面具有一定的借鉴作用。

六，产甲烷菌的功能

产甲烷菌的最大功能就是甲烷生成，即产甲烷作用。

产甲烷作用是有机物降解的最后一步，在降解途径中，电子受体，如氧气、三价铁、硫酸根、硝酸根和四价锰都被耗尽，而氢气和二氧化碳积累起来。由发酵产生的较轻的有机物也形成积累。而在程度较高的有机物降解过程中，所有电子受体，除二氧化碳之外全都被耗尽。而二氧化碳是大多数分解代谢过程的产物。

。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：

只有产甲烷和发酵作用能够在只有含碳化合物作为电子受体的情况下发生。发酵作用只造成大分子量有机物的分解，产生小分子量有机物。而甲烷产生可以去除这些中间产物，如氢气、小分子有机物和二氧化碳。如果没有产甲烷作用，大量碳元素将会以发酵产物的形式在缺氧环境中积累。

产甲烷菌对人类也有巨大的作用，目前最明显重要的就是沼气的使用。通过产甲烷作用，有机废物可以转化成有用的甲烷（“沼气”）。在我国广大农村，沼气池的供能是非常重要的一种功能方式，是人们家居做饭等广泛使用的一种能量，在一些地区已经取代了部分煤的使用。

另外，对于反刍动物如牛和羊的营养是必要的。在瘤胃中，厌氧生物（包括产甲烷菌）将纤维素消化成可以被动物吸收的物质。如果缺乏了瘤胃中的微生物，必须给牲畜喂特殊的食物才能够存活。

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本文来源：https://www.2haoxitong.net/k/doc/31a6d4e3453610661fd9f457.html