產甲烷菌，是專性厭氧菌，屬於古菌域，廣域古菌界，寬廣古生菌門。產甲烷菌是一類能夠將無機或有機化合物厭氧發酵轉化成甲烷和二 氧化碳的古細菌。產甲烷菌是重要的環境微生物，在自然界的碳素循環中起重要作用。迄今已有 5種產甲烷菌基因組測序完成。基因組信息使人們對產甲烷菌的細胞結構、進化、代謝及環境適應性有了更深的理解。目前已知的甲烷生物合成途徑有3種，它們以乙酸、甲基化合物、氫/二氧化碳為起始，通過不同的反應途徑都形成了甲基輔酶M，在甲基輔酶M還原酶的催化下最終形成甲烷。1974年《伯傑氏細菌鑑定手冊》（第八版）中將其歸屬於1科、3屬、9種。截至1992年已發展為3目、7科、19屬、70種。截至2009年已發展為5目、12科、31屬。
基本介紹
- 中文學名：產甲烷菌
- 拉丁學名：Methanogenus
- 界：古細菌界
- 門：寬廣古生菌門
簡介,分類,甲烷生成途徑研究,細胞結構,生理特性,培養方法,培養方法分類,具體方法介紹,
簡介
產甲烷菌是一類能夠將無機或有機化合物厭氧發酵轉化成甲烷和二氧化碳的古細菌。產甲烷菌是重要的環境微生物，在自然界的碳素循環中起重要作用。
1979年，Balch和Wolfe通過16S rRNA測序 將產甲烷菌發展為3目（甲烷桿菌目、甲烷球菌目、甲烷微菌目）4科7屬14種。1993年，Boone將甲烷八疊球菌科上升為一個目，建立了火熱產甲烷菌目，至此產甲烷菌發展為5目10科25屬59種。2001年，Bergey's Manual of Systematic Bacteriology將產甲烷菌放在寬廣古生菌門（Euryarchaeota）中，至此產甲烷菌發展為3綱，5目，10科，26屬，78種。產甲烷菌屬於古菌域（Archaea），廣域古菌界（Euryarchaeon），寬廣古生菌門（Euryarchaeota）。人們對產甲烷菌的認識約有150年的歷史。人們對產甲烷菌有極大的興趣是在於產甲烷菌對天然氣的形成，在自然界與水解菌和產酸菌等協同作用，使有機物甲烷化，產生有經濟價值的生物能物質——甲烷。
分類
產甲烷菌是嚴格厭氧的微生物，在嚴格厭氧技術發明之前，產甲烷菌的分離培養研究進展緩慢。巴氏甲烷八疊球菌(Methanosarcina barkeri)和甲酸甲烷桿菌(Methanobacterium formicium)是最早分離出的產甲烷菌微生物；1950 年 Hungate 厭氧分離技術的使產甲烷菌的研究得到迅速的發展。1974年《伯傑氏鑑定細菌學手冊》第八版以產甲烷菌的形態作為分類依據，將其描述為一個獨立的科。第九版《伯傑系統細菌學手冊》中產甲烷菌的分類以系統發育的方法劃分，包括 5 個大目：甲烷桿菌目(Methanobacteriales)、甲烷球菌目(Methanococcales)、甲烷 八 疊 球 菌 目(Methanosarcinales)、甲 烷 微 菌 目(Methanomicrobiales)和甲烷火菌目(Methanopyrales)(Liu and Whitman, 2008; 陳森林, 2010)，每個目的產甲烷菌包含多個科屬，現已命名的 10 科、31 屬分屬上述5個目的產甲烷菌。
近年來，隨著厭氧分離技術的改進，結合先進的鑑定手段和分析方法，更多種類的產甲烷菌菌株被鑑定出來。在分類學上，產甲烷菌被分別描述為甲烷桿菌綱(Methanobacteria)、甲烷球菌綱(Methanococci)、甲烷微菌綱(Methanomicrobia)和甲烷火菌綱(Methanopyri)，這4 個綱包括 7 目、14 科、35 屬。其中甲烷微菌綱(Methanomicrobia)有 4目、9科、25屬，是研究最多的產甲烷微生物類群。
甲烷生成途徑研究
甲烷的生物合成有 3 種途徑，包括以乙酸為底物，以 H2/CO2 為底物，以甲基類化合物為底物的生物合成過程。研究表明，以乙酸鹽為底物產生的甲烷占自然界甲烷量的 67%，而以 H2/CO2轉化形成的甲烷不足自然界甲烷量的33%。很多獨特的酶類參與甲烷生成過程，這些酶類主要有氫化酶、輔酶F420、甲醯甲基呋喃、甲醯四氫甲基喋呤、輔酶 M 等，通過監測產甲烷過程中的獨特酶類，可以從本質上認識產甲烷菌的代謝規律。三種甲烷合成途徑最終都形成甲基輔酶 M，甲基輔酶 M 在甲基輔酶 M 還原酶Ⅰ (MCR Ⅰ)和甲基輔酶 M 還原酶Ⅱ (MCR Ⅱ)的催化下最終形成甲烷。
細胞結構
產甲烷菌細胞封套有四種：
1.大多數G+產甲烷菌的細胞壁在結構上與G+真細菌相似，細胞壁有一層和三層的，單層的厚度為10～20nm，如甲烷桿菌屬與甲烷短桿菌屬。巴氏甲烷八疊球菌的細胞壁只有一層，厚約200nm。它們化學成分與G+真細菌的不同，不含細胞壁（即不含二胺基庚二酸或細胞酸）而是假細胞壁質或是未硫酸化的異多糖。三層的細胞壁壁厚為20～30nm，有內層、中層和外層。外層在細胞分裂橫隔形成時消失，如瘤胃甲烷短桿菌。
3.G-產甲烷菌不具有球囊多聚物或外膜。只有一層六角形或四角形的，由蛋白質亞基或糖蛋白亞基組成的S層。
生理特性
1.營養特性：甲烷細菌的能源和碳源物質主要有5種，即H2/CO2、甲酸、甲醇、甲胺和乙酸。
2.特殊輔酶：F420：是黃素單核甘酸的類似物，分子量為630的低分子量螢光化合物。它是甲烷細菌持有的輔酶，在形成甲烷過程中起著重要作用。
其特點：(1)當用420nm波長的紫光照射時，能產生自發藍綠螢光，這一現象可藉以鑑定甲烷細菌的存在。（2）中性或鹼性條件下易被好氧光解，並使酶失活。
CoM:2-巰基乙烷磺酸.
其特點：（1）它是甲烷細菌獨有的輔酶，可藉以鑑定甲烷細菌的存在。（2）它在甲烷形成過程中，起著轉移甲基的重要功能。（3）其具有RPG效應。即促進CO2還原為CH4的效應。
溫度：低溫菌的適應範圍為20~25°C，中溫菌為30~45°C，高溫菌為45~75°C。
pH：大多數中溫甲烷細菌的最適pH值範圍約在6.8~7.2之間。
培養方法
產甲烷菌是專性厭氧菌，它分離和培養等的操作均需要在特殊環境和用特殊的技術進行。
培養方法分類
一般要求不高的可用在液面加石蠟或液體石蠟的液體深層培養法、抽真空的培養法、在封閉培養管中放入焦性沒食子酸和碳酸鉀除去氧的培養方法（Berker）、Hungate的厭氧滾管法、Hungate的厭氧液體培養法、Balch的厭氧液體培養增壓法等。
具體方法介紹
目前最好的是厭氧手套箱，它由四部分組成：
1.附有手套的密閉透明薄膜箱
2.附有兩個可開啟的可抽真空的金屬空氣隔離箱
3.真空泵
4.氫和高純氮的供應系統
