甲烷菌

甲烷菌的性格、脾氣與其他微生物不同，只有在無氧的條件下才能正常的生長、繁殖。所以現在人們常常利用它的這一特性，人工構建一些密不透氣的池子，在裡面放上甲烷菌愛“吃”的食物，如各種農作物的莖、葉及許多排泄物、廢棄物。這樣甲烷菌就能生長並放出一種無色、略帶一點酸臭的可燃性氣體。這就是沼氣。

甲烷菌很古老，大概是地球上最古老的生命體。在地球的初始狀態下，由於特殊的環境造就使得甲烷菌得以誕生。它們不需要氧氣僅靠現成簡單的碳酸鹽和甲酸鹽等物質就可以很方便地呼吸並維持生命。它們具有生命實體——細胞，而且開始自然繁殖。它們就是生物的鼻祖，也是最早的甲烷菌。今天，地球早已經不比當初，而甲烷菌卻依然保持著本性，仍然厭氧。當然，如今的甲烷菌有著廣泛的“食物”來源，例如，雜草、秸稈、樹葉，食堂里的殘羹剩飯，還有動物糞尿，甚至垃圾等，這些都是甲烷菌的最好。在沼澤和水草茂密融池塘底部，一般是極為缺氧的，甲烷菌常常躲在這裡飽餐，同時呼出一口氣來，這就是所謂的沼氣泡。

甲烷細菌都是專性嚴格厭氧菌，對氧非常敏感，遇氧後會立即受到抑制，不能生長、繁殖，甚至死亡。

甲烷細菌生長很緩慢，在人工培養條件下需經過十幾天甚至幾十天才能長出菌落。據麥卡蒂（McCarty）介紹，有的甲烷細菌需要培養七八十天才能長出菌落，在自然條件下甚至更長。菌落也相當小，特別是甲烷八疊球菌菌落更小，如果不仔細觀察很容易遺漏。菌落一般圓形、透明、邊緣整齊，在熒光顯微鏡下發出強的熒光。

甲烷細菌生長緩慢的原因，是它可利用的底物很少，只能利用很簡單的物質，如CO2、H2、甲酸、乙酸和甲基胺等。這些簡單物質必須由其它發酵性細菌，把複雜有機物分解后提供給甲烷細菌，所以甲烷細菌一定要等到其它細菌都大量生長后才能生長。同時甲烷細菌世代時間也長，有的細菌20分鐘繁殖一代，甲烷細菌需幾天乃至幾十天才能繁殖一代。

能形成甲烷的細菌都是原核生物，目前尚未發現真核生物能形成甲烷。甲烷細菌有球形、桿形、螺旋形，有的呈八疊球狀，還有的能連成長鏈狀。

因為甲烷細菌要求嚴格厭氧條件，一般培養方法很難達到厭氧，培養分離往往失敗。又因為甲烷細菌和伴生菌生活在一起，菌體大小形態都十分相似，在一般光學顯微鏡下不好判明。美國著名微生物學家－－Hungate 50年代培養分離甲烷細菌獲得成功。以後世界上有很多研究者對甲烷細菌進行了培養分離工作，並對Hungate分離方法進行了改良，使甲烷細菌能夠很容易地被培養分離出來。

甲烷細菌在自然界中分佈極為廣泛，在與氧氣隔絕的環境中都有甲烷細菌生長，海底沉積物，河湖淤泥，沼澤地，水稻田以及人和動物的腸道，反芻動物瘤胃，甚至是植物體內都有甲烷細菌存在。

沼氣發酵液中甲烷細菌的數量可用MPN法計數，測定接種的試管中有無甲烷存在，作為計數的數量指標。甲烷細菌數量與甲烷含量成正比，發酵裝置運行越好，甲烷細菌數量越多。作者曾於1991年計數了東北製藥總廠用UASB（上流式厭氧污泥床）處理製藥廢水消化液中甲烷細菌數量為4.2×105個·ml-1。

另一方面產甲烷細菌利用乙酸、氫和二氧化碳合成甲烷，也消耗了酸和二氧化碳，甲烷細菌及其伴生菌共同作用使pH穩定在一個適宜範圍內，不會使發酵液中的pH出現對沼氣發酵不利的情況。但當發酵條件控制不好，如溫度，進料負荷，原料中的C：N、pH等可能會出現酸化或液料過鹼；前者較為多見，這樣會嚴重影響甲烷細菌的活動，甚至使發酵中斷。

產甲烷作用，又稱甲烷生成，指微生物合成甲烷的代謝途徑。在很多環境中，這是有機物降解的最終步驟。

可以生成甲烷的微生物稱作產甲烷菌。這些生物都屬於原核生物中的古細菌。

產甲烷作用是一種厭氧呼吸。產甲烷菌不能呼吸氧氣，而且氧氣對產甲烷菌具有致命的毒性。電子傳遞最終受體不是氧氣，而是含碳小分子化合物，最常見的是二氧化碳或者乙酸：

CO2 + 4 H2 => CH4 + 2H2O (右圖中紅色途徑)

CH3COOH => CH4 + CO2 (右圖中灰綠色途徑)

產甲烷作用也可以利用其它含碳小分子有機物，如甲酸、甲醇、二甲硫醚和甲硫醇等。

產甲烷菌不能在有氧氣處生存，因此它們只能在完全缺乏氧氣的環境中被發現。常見的這樣的環境在有機物被迅速降解的地方，比如濕地土壤、動物消化道和水底沉積物等。產甲烷作用也可發生在氧氣和腐爛有機物都不存在的地方，如地面下深處、深海熱水口和油庫等。

產甲烷作用是有機物降解的最後一步，在降解途徑中，電子受體，如氧氣、三價鐵、硫酸根、硝酸根和四價錳都被耗盡，而氫氣和二氧化碳積累起來。由發酵產生的較輕的有機物也形成積累。而在程度較高的有機物降解過程中，所有電子受體，除二氧化碳之外全都被耗盡。而二氧化碳是大多數分解代謝過程的產物。

只有產甲烷和發酵作用能夠在只有含碳化合物作為電子受體的情況下發生。發酵作用只造成大分子量有機物的分解，產生小分子量有機物。而甲烷產生可以去除這些中間產物，如氫氣、小分子有機物和二氧化碳。如果沒有產甲烷作用，大量碳元素將會以發酵產物的形式在缺氧環境中積累。

儘管產甲烷作用也許對人類消化不是必需的，但對於反芻動物如牛和羊的營養卻是必要的。在瘤胃中，厭氧生物（包括產甲烷菌）將纖維素消化成可以被動物吸收的物質。如果缺乏了瘤胃中的微生物，必須給牲畜喂特殊的食物才能夠存活。