。产甲烷菌的生理生化特性
不分解任何糖的微生物总结
不分解任何糖的微生物总结在生命的漫长历程中，各种微生物扮演着不可或缺的角色。
它们可以分解有机物，释放出能量，维持生态平衡。
而今天我们要谈论的是一类微生物，它们不同于其他微生物，因为它们不分解任何糖。
我们需要了解一下微生物的分类。
微生物可以分为原核生物和真核生物两大类。
原核生物是指没有细胞核的生物，如细菌、蓝藻等，而真核生物则是有细胞核的生物，如真菌、原生动物等。
而不分解糖的微生物属于原核生物中的一类，称为甲烷菌。
甲烷菌是一类产生甲烷的微生物，它们生活在缺氧的环境中，如淤泥、沼泽等。
甲烷菌可以利用一些特殊的代谢途径，将二氧化碳和氢气转化为甲烷。
这个过程被称为甲烷化反应。
甲烷化反应是一种重要的生物地球化学过程，它可以释放出大量的甲烷，这对于维持地球大气的化学平衡具有重要的意义。
甲烷菌的代谢途径非常特殊。
首先，它们不像其他微生物那样需要糖类物质来提供能量。
其次，甲烷菌可以利用一些特殊的酶来转化二氧化碳和氢气。
这些酶被称为甲烷合成酶，它们可以催化CO2和H2的反应，产生甲烷和水。
甲烷合成酶是一种金属酶，它们需要一些特殊的辅因子来参与催化反应。
这些辅因子包括镍（Ni2+）、铁（Fe2+）、钼（Mo）、钨（W）等。
甲烷菌的生态角色非常重要。
它们可以在沼泽、湖泊、海洋等环境中生长繁殖，释放出大量的甲烷。
这些甲烷可以被其他微生物消耗和分解，如甲烷氧化菌、硫酸盐还原菌等。
这些微生物可以将甲烷氧化为二氧化碳和水，释放出能量，进一步维持生态平衡。
甲烷菌还有一些实际应用价值。
例如，它们可以被用于处理有机废水和污泥。
在这个过程中，甲烷菌可以将有机物转化为甲烷和二氧化碳，从而实现废水和污泥的处理和回收利用。
甲烷菌是一类非常特殊的微生物，它们不分解任何糖，却可以利用一些特殊的代谢途径来产生甲烷。
甲烷菌在生态和应用领域都有着重要的作用，它们的研究和应用前景非常广阔。
水中微生物甲烷生成机制的生物化学研究
水中微生物甲烷生成机制的生物化学研究水是生命之源，其中的微生物生态系统具有高度的复杂性和微观性。
其中，微生物产生的甲烷是一种重要的燃料和温室气体，因此研究水中微生物甲烷生成机制至关重要。
本文将对该问题进行生物化学层面的探究。
甲烷生成机制甲烷是由甲酸物质的还原反应生成的。
在水体中，微生物将碳源分解为二氧化碳和氢气，然后将二氧化碳和氢气还原为甲烷。
该过程经历了氧化还原反应，且最终的还原剂是CO2。
其中，微生物的代表性物种是甲烷菌和甲烷古菌。
甲烷菌甲烷菌纤毛和鞭毛是通过ATP酶分类的细胞肌动蛋白驱动的动态三聚体类肌动蛋白完成移动的。
在水中，甲烷菌在水面和沉积层中繁殖。
在这些场景中，甲烷菌会通过与甲酸物质的还原反应，将CO2还原为甲烷，同时产生足够的ATP来驱动其纤毛和鞭毛。
甲烷古菌甲烷古菌是在厌氧条件下生长的，经常能够从深水中得到热量或空气气泡。
它们也能够从极端生态条件下生存的普通的微生物中得到能量和营养。
甲烷古菌生长在水下，就像其名字所示，是由于其在水下生成甲烷而命名的。
甲烷古菌需要利用琥珀酸酶和羧化酶来让CO2还原为甲烷。
根据目前的研究，甲烷古菌需要双氢位基和甲基半胱氨酸作为可交换的底物来产生甲烷。
双氢位基由4-羟基四氢叶酸还原归来，它的对应物是5,10-甲基四氢叶酸。
然后，双氢位基再被还原为甲磺酸，同时产生CO2。
这种化学反应既能通过氧化还原反应来进行，也能通过缺少Enzym精密控制的有机减数反应来进行。
总结水中微生物甲烷生成机制的生物化学研究是一个广泛且复杂的话题。
现代生物技术已经发展到能够深度研究其微观层面的能力。
然而，尚有很多问题需要回答，例如甲烷微生物如何在极端生态条件下生存的问题以及其在生态系统中的功用等。
我们相信，在不久的将来，随着技术的不断进步，人们会对这一话题有更加深入和全面的了解。
嗜冷产甲烷菌及其在废水厌氧处理中的应用
表 #" 已命名的嗜冷产甲烷菌及其基本特征 $%&’ #" (%)*+ ,-./012,0343/ )*50%627*6- %6+ 50*31 &%-3/ /0%1%/5*13-53/分离时间 H&+$/,%I ,#-% 分离地点 H&+$/,%I !$/J% 外形特征 ! +!, ! -#. ! -/0 1+2!"+$+K#J （ 5 ）（ 5 ）（ 5 ） J"/2/J,%2 利用底物 生活 !B 范围 最适 !B 最适的 7/ P 生活的 7/ P +!,#-NL&/M$% !B 2/.K% 浓度 浓度 !B &NM&,/.J% O+2 7/ P J+.J%.,2/,#+. E!,#-N&NM&#&,%.J% 2/.K% O+2 7/ P &NM&#&,%.J% J+.J%.,2/,#+. （ --+$・Q > 3 ） （ --+$・Q > 3 ） 甲胺， 甲醇 AF ? ; )F ( ?F ? 366 ; 3666 ’66 ; 466
低， 在较高的温度下无法生存； 而兼性嗜冷微生物的 最适生长温度较高， 可耐受的温度范围较宽， 在中温 条件下仍可生长* 嗜冷微生物的量化分类指标一直存在着争议* 多数研究者参考最适生长温度 （ ! +!, ） 、 最低生长温 度 （ ! -#. ） 和最高生长温度 （ ! -/0 ） ( 个指标进行划分* 其中 1+2#,/
应 用 生 态 学 报! *##+ 年 ( 月! 第 "$ 卷! 第 ( 期! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! Y@357=7 2BMA54D BL .CCD37J S?BDBG>，Z7C& *##+ ， 56 （(） ： *"*+’*")*
废水厌氧生物处理原理
废水厌氧生物处理原理一、厌氧消化过程中的主要微生物主要介绍其中的发酵细菌（产酸细菌）、产氢产乙酸菌、产甲烷菌等。
1、产甲烷菌产甲烷细菌的主要功能是将产氢产乙酸菌的产物——乙酸和H2/CO2转化为CH4和CO2，使厌氧消化过程得以顺利进行；主要可分为两大类：乙酸营养型和H2营养型产甲烷菌，或称为嗜乙酸产甲烷细菌和嗜氢产甲烷细菌；一般来说，在自然界中乙酸营养型产甲烷菌的种类较少，只有Methanosarcina（产甲烷八叠球菌）Methanothrix（产甲烷丝状菌），但这两种产甲烷细菌在厌氧反应器中居多，特别是后者，因为在厌氧反应器中乙酸是主要的产甲烷基质，一般来说有70%左右的甲烷是来自乙酸的氧化分解。
典型的产甲烷反应：产甲烷菌有各种不同的形态，常见的有：①产甲烷丝菌；等等。
产甲烷菌都是严格厌氧细菌，要求氧化还原电位在-150～-400mv，氧和氧化剂对其有很强的毒害作用；产甲烷菌的增殖速率很慢，繁殖世代时间长，可达4～6天，因此，一般情况下产甲烷反应是厌氧消化的限速步骤。
②产甲烷球菌；③产甲烷杆菌；④产甲烷八叠球菌；2、产氢产乙酸菌：产氢产乙酸细菌的主要功能是将各种高级脂肪酸和醇类氧化分解为乙酸和H2；为产甲烷细菌提供合适的基质，在厌氧系统中常常与产甲烷细菌处于共生互营关系。
主要的产氢产乙酸反应有：注意：上述反应只有在乙酸浓度很低、系统中氢分压也很低时才能顺利进行，因此产氢产乙酸反应的顺利进行，常常需要后续产甲烷反应能及时将其主要的两种产物乙酸和H2消耗掉。
主要的产氢产乙酸细菌多为：互营单胞菌属、互营杆菌属、梭菌属、暗杆菌属等；多数是严格厌氧菌或兼性厌氧菌。
3、发酵细菌（产酸细菌）：发酵产酸细菌的主要功能有两种：①水解——在胞外酶的作用下，将不溶性有机物水解成可溶性有机物；②酸化——将可溶性大分子有机物转化为脂肪酸、醇类等；主要的发酵产酸细菌：梭菌属、拟杆菌属、丁酸弧菌属、双岐杆菌属等；水解过程较缓慢，并受多种因素影响（pH、SRT、有机物种类等），有时会成为厌氧反应的限速步骤；产酸反应的速率较快；大多数是厌氧菌，也有大量是兼性厌氧菌；可以按功能来分：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。
《微生物产甲烷原理》课件
pH值和温度
合适的pH值和温度能够维 持微生物活性，促进甲烷 发酵过程的稳定和高效。
微生物群落
微生物群落的构成和多样 性对甲烷生成有重要影响， 不同群落具有不同的代谢 能力和耐受性。
微生物产甲烷工艺的优缺点
1 优点
可将有机废弃物转化为有用能源，减少污染和碳排放，促进可持续发展。
2 缺点
工艺技术复杂，需要严格控制环境条件和微生物群落，成本较高且受限于底物类型。
微生物产甲烷应用与前景展望
生物气体生产
利用微生物产甲烷的原理，建 立生物气体生产系统，为能源 供应和替代燃料开辟新途径。
废弃物处理
将微生物产甲烷应用于废弃物 处理，实现废弃物资源化和减 少环境污染。
可持续发展
微生物产甲烷为可持续发展提 供了解决方案，减少了对传统 能源的依赖，推动绿色能源的 发展。
甲烷生成的生物反应
厌氧发酵
甲烷发酵
甲烷生成示意图
厌氧条件下，微生物通过发酵 过程产生甲烷，其中包括酸化、 乙酸生成和甲酸生成等重要生 物反应。
甲烷发酵是微生物利用有机废 弃物产生甲烷的过程，包括乙 酸、丙酸和氢气等底物的转化。
甲烷生成涉及多种微生物群落 和复杂反应路径，其中关键酶 的作用起着至关重要的作用。
微生物产甲烷原理
本课件介绍微生物产甲烷的原理，包括微生物概述、甲烷生成反应、厌氧消 化的工艺路线、甲烷发酵反应的控制因素、微生物产甲烷的优缺点以及应用 与前景展望。
微生物的分类和特点
分类
微生物包括细菌、真菌和病毒等多种类别，每种类别都在微观生物界有着不同的角色和功 能。
特点
微生物具有微小体积、高适应性、高繁殖率和广泛分布等特点，在自然界中起着重要的生 态作用。
甲基营养菌产甲烷菌与光合细菌
Methylotrophy, Methanogens and Photosynthetic Bacteria
1、甲基营养菌
• 甲基营养菌又称为甲基利用菌，是一类能够 利用非C-C键低碳化合物(如甲烷、甲醇、甲 醛、甲酸、甲胺类等)的微生物。这类细菌多 为杆状，广泛分布于土壤和水域，也称为甲 基杆菌。有些甲基营养菌也可利用多碳化合 物(如甘油、丙二酸、丁二酸、延胡索酸、α酮戊二酸、乳酸、丙酮酸等)。
生理生化特征
所有的产甲烷菌都是专性严格 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。产甲烷 菌生长特别缓慢。在人工培养 条件下，要经过十几天甚至几 十天才能长出菌落；在自然条 件下甚至更长。其原因在于可 利用的底物很少，只能利用很 简单的物质，如二氧化碳、氢 、甲酸、乙酸等，这些简单的 物质必须由其它发酵性细菌把 复杂有机物分解后提供给产甲 烷菌，因此要等到其它细菌都 大量生长以后才能生长，而且
甲基营养型酵母
• 甲基营养型酵母含有特殊的酶催化甲醇氧化和一 碳同化。甲醇氧化成甲醛的过程发生在过氧化物 酶体中，而随后的氧化和同化过程主要发生在胞 质溶胶中。甲基营养型酵母主要通过一类非特异 性的醇脱氢酶(Alcohol oxidase，AO)开始甲醇 氧化过程。另一个重要的酶是过氧化氢酶 (Catalase，CAT)，主要在甲醇氧化成甲醛的过 程的中作去用除 。第H23O个2的重毒要副酶作是用二，羟还丙可酮发合挥成超酶氧化物酶 (Dihvdroxvacetone synthase，DHAS)，存在 于过氧化物酶体中，是木酮糖-5-磷酸循环的组成 部分，催化甲醛同化，由一分子甲醛和一分子木 酮糖-5-磷酸生成2分子C3化合物(二羟基丙酮和 甘油醛-3-磷酸。甲醇营养所需的其他酶都存在于 胞质溶胶中。
泸州古酿酒窖池中两株产甲烷杆菌比较研究
应用与环境生物学报 2010，16 ( 6 ): 840~844Chin J Appl Environ Biol=ISSN 1006-687X2010-12-25DOI: 10.3724/SP.J.1145.2010.00840泸州老窖古酿酒窖池群是全国重点文物保护单位，自公元1573年开始酿造浓香型曲酒一直延续至今. 浓香型曲酒的主体香成分——己酸乙酯由窖内多种微生物作用生成，其前体物则来源于窖泥中的己酸发酵. 北原觉雄研究巴氏梭菌除转变乙醇为己酸和少量丁酸外，还生成CH 4和H 2，以后发现该菌并非纯种，但因此认识到己酸发酵和甲烷发酵存在一定关系[1]. 泸州老窖古酿酒窖池中，多种厌氧细菌类群参与曲酒发酵生香，其中己酸菌具有特别重要的生产性能. 上世纪80年代首次从泸州老窖泥中分离出氢营养型的布氏甲烷杆菌CS 菌株，揭示了酿酒窖池是产甲烷古菌存在的又一生态系统[2]. 随后发现该菌和从老窖泥中分离的己酸菌——泸酒梭菌菌株存在“种间氢转移”互营共生关系，混合培养时可较大程度提高己酸产量. 以后将CS 菌株应用于酿酒工业，与己酸菌共同促进新窖老熟，有效提高酒质[3]. 因此，窖泥中栖息的产甲烷古菌既是生香功能菌，又是标志老窖生产性能的指示菌.最近我们在对泸州古酿酒窖池微生物研究中，观察到窖泥中的产甲烷古菌在形态特征、营养类群和生理特性上表现出多样性，并分离到部份菌株. 本文报道其中两株产甲烷杆菌0372-D1和0072-D2菌株的比较研究结果. 值得一提的泸州古酿酒窖池中两株产甲烷杆菌比较研究王俪鲆1, 4 张 良2 刘来雁3 张宿义2 许德富2 刘光烨1*（1中国科学院成都生物研究所 成都 610041）（2泸州老窖股份有限公司 泸州 646000）（3农业部沼气科学研究所，农业部能源微生物与利用重点开放实验室 成都 610041）（4中国科学院研究生院 北京 100049）Comparative Study of Two Methanobacterium Strains in the Ancient FermentationPits of LuzhouWANG Liping 1, 4, ZHANG Liang 2, LIU Laiyan 3, ZHANG Suyi 2, XU Defu 2 & LIU Guangye 1*(1Chengdu Institute of Biology, Chinese Academy of Sciences , Chengdu 610041, China)(2Luzhoulaojiao Co., Ltd., Luzhou 646000, Sichuan, China)(3Biogas Institute of Ministry of Agricultural, Key Laboratory of Energy Microbiology and Application, Ministry of Agriculture , Chengdu 610041, China)(4Graduate University of Chinese Academy of Sciences , Beijing 100049, China)Abstract Two strains of Methanobacterium , named as 0372-D1 and 0072-D2, were isolated from the ancient fermentation pits of Luzhoulaojiao by using the Hungate anaerobic techniques. The cells of 0372-D1 are long rod, slightly curved, both ends neatly and nonmotile, which may form long chains by some cells. However, they are dif fi cult to form colony in the solid medium. This strain utilizes only H 2+CO 2 to produce methane. Strain 0072-D2 is curved in rod-shape, light yellow and forms round colonies, and it utilizes formate or H 2+CO 2 as its sole carbon source for growth. The optimal growth temperature of two strains was found at 35 ℃. The optimal growth pH of strain 0372-D1 was 6.5~7.0 and its growth pH ranged from 5.0 to 8.0, and the optimal growth pH of strain 0072-D2 occurred at pH 7.5. The double time was 19 h for 0372-D1 and 8 h for 0072-D2 when cultured under the optimal conditions. The result from the analysis of their morphological and physicobiochemical characteristics and homology of the 16S rDNA gene sequences demonstrated that strain 0372-D1 would be a novel species of Methanobacterium , and strain 0072-D2 belonged to M. formicicum with the highest similarity of 99% in 16S rDNA gene sequence. Fig 6, Tab 1, Ref 16Keywords methanogen; Methanobacterium ; comparative study; new strain isolation; pit mud; 16S rDNA sequence;phylogenetic analysis; LuzhoulaojiaoCLC Q939.97 : TQ92摘 要 采用厌氧操作技术，从泸州老窖古酿酒窖池窖泥中分离到两株产甲烷杆菌0372-D1和0072-D2. 0372-D1菌体形态为长杆状，略弯，两端整齐，不运动，可由多个菌体形成长链；在固体培养基中难以长出菌落，只利用H 2+CO 2产生甲烷. 0072-D2菌体形态为弯曲杆状，淡黄色圆形菌落，利用H 2+CO 2或甲酸盐作为唯一碳源生长. 两株菌最适生长温度均为35 ℃、菌株0372-D1最适生长pH 为6.5~7.0，生长pH 范围5.0~8.0；菌株0072-D2最适生长pH 则为7.5. 在各自最适条件下培养，两株菌的最短增代时间分别为19 h 和8 h. 通过形态、生理生化特征和16S rDNA 序列的同源性分析，表明菌株0372-D1为产甲烷杆菌属的一个新种. 0072-D2则为甲酸甲烷杆菌（Methanobacterium formicicum ）的新菌株，相似性为99%. 图6 表1 参16关键词 产甲烷菌；比较研究；新种分离；窖泥；16S rDNA 序列；系统发育分析；泸州老窖CLC Q939.97 : TQ92收稿日期：2010-03-02 接受日期：2010-04-29*通讯作者 Corresponding author (E-mail: liugy@)8416 期王俪鲆等：泸州古酿酒窖池中两株产甲烷杆菌比较研究是，菌株0372-D1具有耐酸的特性，对其进行的多相分类研究表明该菌可能为产甲烷杆菌属（Methanobacterium ）的一个新种.1 材料与方法1.1 样 品窖泥样品采自泸州老窖明代古酿酒窖池，密封低温保存.1.2 富集、分离和纯化1.2.1 培养基 富集培养采用改良的MB [4]培养基（1 000 mL ）：NaCl 6 g ，NH 4Cl 1 g ，MgCl 2·6H 2O 0.1 g ，K 2HPO 4·3H 2O 0.4 g ，KH 2PO 4 0.2 g ，HCOONa 2 g ，CH 3COONa 2 g ，酵母粉1 g ，胰酶解酪蛋白1 g ，微量元素液10 mL ，复合维生素液10 mL ，0.1%刃天青1 mL ，L -盐酸半胱氨酸0.5 g.分离纯化采用改良的Medium141（DSMZ ）（http:www.dsmz.de/microorganisms/html/media/medium000141.html ）. 固体培养基另加入1.8~2.0% (w/V )的琼脂粉.无机盐培养基（1 000 mL ）：在改良的Medium141配方中去除HCOONa 、CH 3COONa 、酵母粉及胰酶解酪蛋白后即为无机盐培养基.1.2.2 操作方法 采用亨盖特厌氧操作改良技术[5~6]进行液体梯度稀释和固体滚管分离纯化. 25 mL 厌氧管或120 mL 血清瓶中加入无氧培养基，顶空为氮气，121 ℃，30 min 高压灭菌，接种后充入H 2+CO 2（V/V =4/1，约200 kPa ）混合气，35 ℃培养.1.3 形态观察和生理生化实验1.3.1 检 测 镜检采用Nikon 80i 和Olympus BH-2荧光相差显微镜，甲烷含量的测定采用岛津GC-2010气相色谱仪. 1.3.2 生理实验 生长条件测定包括最适pH 值、最适生长温度和最适NaCl 浓度试验. 最适生长条件下选取生长对数期的甲烷产量作线性回归，计算得到产甲烷菌的倍增时间. 1.3.3 生化实验 底物实验、刺激因子实验、抗生素敏感性实验均采用改良的Medium141无机盐培养基.不同底物利用实验[7]：H 2/CO 2（V/V =4/1）、甲酸盐（50 mmol/L ）、甲醇（50 mmol/L ）、甲胺（50 mmol/L ）、三甲胺（50 mmol/L ）、乙酸盐（50 mmol/L ）、乙醇（50 mmol/L ）分别作为唯一碳源.不同刺激因子实验：酵母粉0.2%、胰酶解酪蛋白0.2%、复合维生素溶液1%（V/V ）、微量元素溶液1%（V/V ）、窖泥浸提液1%（V/V ）、瘤胃浸提液1%（V/V ）、污泥浸提液1%（V/V ）、Na 2WO 4 0.02%、Na 2SeSO 4 0.02%、HS-CoM0.025%.不同抗生素抑制实验[8]：红霉素、卡那霉素、链霉素、氨苄青霉素、利福平、氯霉素，终浓度均为200 μg mL -1.1.4 16S rDNA 基因扩增与测序提取基因组D N A 作为模板，用产甲烷菌16S r D N A 特异性引物进行P C R 扩增. 正向引物M e t -86F ：5’-GCTCAGTAACACGTGG-3’，反向引物Met-1340R ：5’-CGG TGTGTGCAAGGAG-3’. PCR 反应条件：94 ℃预变性3 min ；94 ℃变性30 S ，58 ℃退火30 S ，72 ℃延伸1.5 min ，40个循环；72 ℃延伸10min [9~10]. 经切胶纯化的PCR 产物连接到PMD18-T 载体（TaKaRa ）上，转化大肠杆菌感受态细胞（DH5α），检测到载体已连接到目的片段之后交由Invitrogen 公司（上海）完成测序.1.5 系统发育树的构建将菌株的16SrDNA 测序结果提交GenBank （/Genbank/index.html ）核酸序列数据库进行BLAST ，使用Clustalx （1.83）软件将与之同源性较高的产甲烷菌的16SrDNA 序列进行比对，通过MEGA （4.1）软件采用邻位相邻法绘出系统发育树并进行Bootstape 稳定性检验（1 000次）.2 结果与分析通过多次富集、添加抗生素梯度稀释纯化得到菌株0372-D1，滚管分离纯化得到菌株0072-D2.2.1 形态特征0372-D1菌体形态为长杆状，略弯，两端整齐，不运动，大小为(0.4~0.5)×(2~25) μm ，单个存在或由3~4个菌体形成长链，培养时间较长时可观察到长的菌体拧成绳状或大量的菌体相互缠绕形成菌丛，该菌在固体培养基上难以长出菌落. 0072-D2菌体形态为直或弯曲杆状，不运动，大小为(0.2~0.3)×(2~10) μm ，单个存在或形成弯曲长链，有时也聚集成团，在固体培养基上培养10 d 左右长出直径1~2 mm 淡黄色圆形菌落，边缘光滑. 见图1.2.2 生理特征菌株0372-D1和0072-D2均为中温产甲烷菌，最适生长温度35 ℃，生长温度范围15~50 ℃. 如图2-A 所示.0372-D1在不添加NaCl 的培养基中生长速度最快，在NaCl 浓度（w/V ）为0.5%~2.5%时生长速度相当，而当NaCl 浓度高于4.5%时不生长；0072-D2则要求培养基具有一定的盐浓度，但NaCl 浓度高于5%时也不生长，最适生长NaCl 浓度在0.5%~1.0%之间. 见图2-B.如图2-C 所示，两株菌在对酸碱的耐受范围上表现出图1 菌株照片图Fig. 1 Micrograph of strainsA ：菌株0372-D1紫外荧光显微照片；B ：菌株0372-D1扫描电镜照片；C ：菌株0072-D2紫外荧光显微照片；D ：菌株0072-D2可见光相差显微照片A: UV fluorescence micrograph of strain 0372-D1; B: Scanning electron micrograph of strain 0372-D1; C: UV fluorescence micrograph of strain 0072-D2; D: Phase-contrast microscopy of strain 0072-D284216 卷应 用 与 环 境 生 物 学 报 Chin J Appl Environ Biol了较大的差异：菌株0372-D1生长最适pH 为6.5~7.0，其生长的pH 范围为5.0~8.0. 虽然该菌在pH 5.0和pH 8.0范围内生长停滞期较长，培养7 d 后才开始生产甲烷，但是培养20 d 后可以获得较高的菌浓度，并且在pH 5.0培养基中产生的甲烷量远高于pH 8.0，说明该菌耐酸的能力强于耐碱的能力. 菌株0072-D2生长最适pH 为7.5，略偏碱性，生长pH 范围6.0~9.0，并且在生长的后期，随着CO 2的消耗殆尽，培养基pH 略有升高，而此时菌体浓度高且荧光强烈，说明该菌对碱性环境有较强的适应性.2.3 最适生长曲线两株产甲烷杆菌分别在各自最适条件下培养（300 mL 体系），定时测定甲烷产量，并绘制生长曲线，在生长曲线的直线部分取点，求得菌株0372-D1和0072-D2的倍增时间分别为：19 h 和8 h. 见图3.2.4 生化特征分别以H 2+CO 2、甲酸钠、甲醇、甲胺、三甲胺、乙酸钠和乙醇作为唯一碳源，接种量10%，培养1 mo 监测这两株产甲烷菌的生长情况，结果表明菌株0372-D1只利用H 2+CO 2产生甲烷，0072-D2能够利用H 2+CO 2或甲酸钠作为唯一碳源生长；二者均不利用甲醇、甲胺、三甲胺、乙酸钠或乙醇. 见图4.图2 不同温度（A ）、不同NaCl 浓度（B ）和不同pH （C ）下菌株0372-D1和0072-D2的甲烷生成比较Fig. 2 Comparison of methane production by strain 0372-D1 and 0072-D2 at various different temperatures (A), concentrations of NaCl (B) and pH values (C)图3 菌株0372-D1和0072-D2的最适生长曲线Fig. 3 The growth curves of strains 0372-D1and 0072-D2 underoptimum conditions图4 菌株0372-D1和0072-D2在不同底物中的生长情况Fig. 4 Methane production by strains 0372-D1 and 0072-D2 in various substrates图5 刺激因子对菌株0372-D1和0072-D2生长的影响Fig. 5 Effect of growth stimulators on the growth of strains 0372-D1 and 0072-D21PMF ：窖泥浸提液；2SF ：污泥浸提液；3RS ：瘤胃浸提液；4TES ：微量元素液；5VS ：复合维生素液；6YP ：酵母粉；7BBL ：胰酶解酪蛋白；8VAX ：Na 2WO 4/Na 2SeSO 4混合溶液；9CK ：对照1PMF: Pit mud fl uid; 2SF: Sludge fl uid; 3RS:Rumen solution; 4TES: Trace elements solution; 5VS: Vitamin solution; 6YP: Yeast extract; 7BBL: Trypticase;8VAX: Na 2WO 4/Na 2SeSO 4 mixed solution; 9CK: Contrast8436 期王俪鲆等：泸州古酿酒窖池中两株产甲烷杆菌比较研究刺激因子实验结果表明，0372-D1能在无机盐培养基中生长良好，瘤胃浸提液对其的刺激作用最明显，其次是复合维生素液和酵母粉；而0072-D2在无机盐培养基中生长不良，污泥浸提液和酵母粉对其生长有较强的刺激作用. 见图5.抗生素抑制实验表明，0372-D1和0072-D2对氯霉素敏感，对红霉素、卡那霉素、链霉素、氨苄青霉素和利福平均有抗性.2.5 系统发育学分析0372-D1和0072-D2的16SrDNA 序列相似性为95%.将0372-D1和0072-D2的16SrDNA 序列在G e n Ba n k中分别进行B L A S T ，相似性最高的均为产甲烷杆菌属（M e t h a n o b a c t e r i u m ）的菌株. 以此为根据选择10株M e t h a n o b a c t e r i u m 菌株，以1株产甲烷短杆菌模式株Methanobrevibacter smithii 作为外群种构建系统发育树，见图6.由系统发育树可以看出，菌株0372-D1与0072-D2与Methanobacterium 内的10株菌亲缘关系最密切，形成一个簇群. 其中，0372-D1与M. curvum 和M. congolense C 的16S rDNA图6 根据16S rDNA 序列同源性构建的产甲烷杆菌属的系统发育树Fig. 6 Dendragram of Methanobacterium based on 16S rDNA sequence homology表1 0372-D1，0072-D2与16SrDNA 序列同源性相近的几种产甲烷杆菌的特征比较Table 1 Comparison of phenotypic features of strains 0372-D1 and 0072-D2 with other species of Methanobacterium特征 Features123456789101112菌体大小Cell size (d /µm)0.4~0.5×2~250.2~0.3×2~100.4~0.8×2~150.4~0.5×2~100.3~0.4×2~200.5×2.5~50.1~0.15×0.6~1.20.3~0.4×3~100.4~0.5×3~50.7×5~180.5~1.0×10~150.8×3~22菌落大小Colony size (d /mm)ND1.0~2.0Up to 5.0Up to 1.0 1.0~1.5ND 1.0~2.0 1.0~2.00.5~1.0ND 1~50.5~1.0底物利用Substrates used H 2+CO 2H 2+CO 2甲酸盐Formate H 2+CO 2甲酸盐Formate H 2+CO 2H 2+CO 2H 2+CO 2甲酸盐Formate H 2+CO 2甲酸盐Formate H 2+CO 2甲酸盐Formate H 2+CO 2甲酸盐Formate H 2+CO 2H 2+CO 2H 2+CO 2最适温度Optimum temperature (θ/℃)353537~4537~423733~3720~4040374537~3935温度范围Temperature range(θ/℃)15~5015~50ND 25~5027~4520~45 3.6~4520~4225~505~48ND 15~50最适pH Optimum pH 6.5~7.07.5 6.6~7.87.2 6.5~7.57.07.8~8.87.07.27.5~8.0 6.9~7.2 5.6~6.2pH 范围pH range 5.0~8.0 6.0~9.0ND 5.9~8.2ND ND 6.5~9.2 6.0~8.5 6.5~8.0 5.0~9.0ND 4.6~7.0最适NaCl 浓度Optimum NaCl con. (w /%)00.2~0.5ND ND <0.5ND ND ND ND ND ND ND NaCl 浓度范围NaCl con. range(w /%)0~4.50~5.0NDNDND0~0.30.1~1.20~0.40~0.5NDNDND来源Source 窖泥Pit mud 窖泥Pit mud 厌氧消化器Anaerobic digester 厌氧消化器Anaerobic digester 厌氧消化器Anaerobic digester 泥炭沼泽Peat bog 深岩地下水Deep granitic groundwater 稻田Rice fi eld 厌氧消化器Anaerobic digester 海洋沉积物Marinesediment厌氧消化器Anaerobic digester污泥SludgeStrains: 1, 0372-D1; 2, 0072-D2; 3, M. formicicum DSM 1535T ; 4, M. congolense DSM 3387T ; 5, M. curvum Px1; 6, M. palustre DSM 3108T; 7, M. subterraneum DSM 11074T ; 8, M. oryzae DSM 11106T ; 9, M. beijingense 8-2T ; 10, M. aarhusense DSM 15219T ; 11, M. bryantii DSM 863T ; 12, M. espanolae OCM 178T ; ND: Not determined84416 卷应 用 与 环 境 生 物 学 报 Chin J Appl Environ Biol序列同源性最高，为96%；0072-D2与M. formicicum的同源性最高，为99%.菌株0372-D1和0072-D2与16SrDNA序列同源性最相近的产甲烷杆菌属几个种的特征比较见表1.3 讨 论根据国际细菌系统分类学产甲烷菌分类鉴定的基本标准[11]，以及细菌分类学家普遍认为的当16S rDNA序列同源性在98%以上时，可认作同一个种；当序列同源性低于97%时，可认为是属内的不同种，低于93%~95%则可能为属外成员[12~13]；通过系统发育分析得出0372-D1与产甲烷杆菌属中同源性最高的种M. curvum和M. congolense C的相似性为96%. 在生理特征上，菌株0372-D1与产甲烷杆菌属其它种最大的区别就在于生长pH范围的宽泛性和一定的耐酸能力，生化性质上也存在较大差异，因此0372-D1可能为产甲烷杆菌属的一个新种. 菌株0072-D2与M. formicicum的同源性最高，为99%，因此为甲酸甲烷杆菌的一个新菌株.古酿酒窖池为一酸性环境，老窖泥pH值在3.8~4.0之间，滴窖黄水的pH值则低达3.0左右，然而从窖泥富集的产甲烷古菌最适pH基本在中性附近. 这种情况和酸性泥炭沼泽相类似. 泥炭pH值一般在3.5~5.0之间，但从泥炭中分离出的绝大多数菌株仍是中性产甲烷菌. 这种在酸性环境中仍以中性产甲烷菌为优势种群的现象，值得进一步研究.产甲烷古菌作为古菌域中最大的一个类群，广泛存在于地球上各类厌氧环境中. 淡水和海洋沉积物、稻田、沼泽、动物瘤胃和肠道等大小厌氧生态环境均有产甲烷古菌存在. 产甲烷古菌能适应多种多样的温度环境，但大多数产甲烷古菌的适宜pH在相对狭窄的范围内（6.0~8.0）. 至今已报道的产甲烷古菌中，仅有少数几个种为嗜酸或耐酸产甲烷古菌. 分离自污泥中的M. espanolae是嗜酸产甲烷菌，生长最适pH 为5.6~6.2，但若pH低于4.68则停止生长[14]. 2006年《Nature》报道的一株分离自泥炭沼泽的嗜酸产甲烷菌Methanoregula boonei，生长最适pH5.0，当pH低于4.0或高于5.8则不生长，为目前分离到的最耐酸的产甲烷古菌[15~16]. 本次从古酿酒窖池分离出的产甲烷杆菌0372-D1菌株虽然生长最适pH为6.5~7.0，但在pH 5.0时仍可生长，表现出一定的耐酸特性，因而具有较好的学术意义和应用价值.References1 北原觉雄. 细菌利用工业. 平安译. 北京: 中国轻工出版社, 1956.147~1562 Liu GY (刘光烨), Zhao YZ (赵一章), Wu YY (吴衍庸). Isolation andcharacterization of Methanobacterium bryantii of Luzhou-Liqure pit mud. Microbiology (微生物学通报), 1987, 14 (3): 156~1593 Wu YY (吴衍庸), Lu SH (卢世珩), Liu GY (刘光烨). A study ofenhancing the quality of Luzhou type Qujiu by using simulataneous fermentation of caproic acid bacteria and Methane bacteria. Food & Ferment Ind (食品与发酵工业), 1990, 6: 2~64 Romesser JA, Wolfe RS, Mayer F. Methanogenium, a new genus ofmarine methanogenic bacteria, and characterization of Methanogenium cariaci sp. nov. and Methanogenium marisnigri sp. nov. Arch Microbiol, 1979, 121 (2): 147~1535 Hungate RE. A roll-tube method for cultivation of strict anaerobes.Mthods Microbiol, 1969, 3B: 117~1326 Balch WE, Wolfe RS. New approach to the cultivation of methanogenicbacteria: 2- mercaptoethanesulfonic acid (HS-CoM)-dependent growth of Methanobacterium ruminantium in a preesureized atmosphere. Appl Environ Microbiol, 1976, 32 (6): 781~7917 Cuzin N, Ouattara AS, Labat M, Garcia JL. Methanobacteriumcongolense sp. nov., from a methanogenic fermentation of cassava peel.Intern J Syst & Evol Microbiol, 2001, 51 (2): 489~4938 Qiu TL (仇天雷), Cheng L (承磊), Luo H (罗辉), Zhang H (张辉),Wu XL (吴晓磊), Deng Y (邓宇). Isolation and characterization of Methanogens from sedinents in Jiaozhou Bay. China Biogas (中国沼气), 2006, 25 (2): 3~109 Skillman LC, Evans PN, Strömpl C, Joblin KN. 16SrDNA directed PCRprimers and detection of methanogens in the bovine rumen. Lett Appl Microbiol, 2006, 42: 222~22810 Wright A-DG, Williams AJ, Winder B, Christophersen CT, Rodgers SL,Smith KD. Molecular diversity of rumen methanogens from sheep in Western Australia. Appl Environ Microbiol, 2004, 70 (3): 1263~127011 农业部厌氧微生物重点开放实验室. 产甲烷菌及其研究方法. 成都:成都电子科技大学出版社, 1997. 14~1512 Sun Z (孙征), Zhou YG (周宇光), Dong XZ (东秀珠). Characterizationand phylogenetics of a new species of genus methanobacterium. Acta Microbiol Sin (微生物学报), 2001, 41 (3): 265~26913 Boone, DR, Whitman, WB. Proposal of minimal standards fordescribing new taxa of methanogenic bacteria. Int Syst Bacteriol, 1988, 38: 212~21914 Patel GB, Sprott GD, Fein JE. Isolation and characterization ofMethanobacterium espanolae sp. Nov., a mesophilic, moderately acidiphilic methanogen. Int J Syst Bacteriol, 1990, 40: 12~1815 Bräuer SL, Cadillo-Quiroz H, Yashiro E, Yavitt JB, Zinder SH. Isolationof a novel acidiphilic methanogen from an acidic peat bog. Nature, 2006, 442: 192~19416 Bräuer SL, Yashiro E, Ueno NG, Yavitt JB, Zinder SH. Characterizationof acid-tolerant H2/CO2-utilizing methanogenic enrichment cultures from and acidic peat bog in New York State. FEMS Microbiol Ecol, 2006, 57: 206~216。
产甲烷菌细菌学原理与应用
产甲烷菌细菌学原理与应用嘿，朋友们！今天让咱们一起走进一个神奇的微生物世界，来聊聊产甲烷菌。
想象一下，在一个阳光明媚的周末，我和我的好朋友小明在公园里散步。
走着走着，我们看到了一片池塘，池塘边有一些腐烂的树叶和水草。
小明好奇地问我：“这些腐烂的东西最后会变成啥呀？”我笑着告诉他：“这里面可有着一群神秘的小角色在工作呢，其中就有产甲烷菌。
”产甲烷菌，这名字听起来是不是有点陌生又有点神秘？其实啊，它们可是一群小小的“化学大师”。
产甲烷菌是一类能够产生甲烷的细菌。
你可能会问，甲烷？不就是天然气的主要成分嘛！没错，就是它。
这些小家伙个头非常小，肉眼根本看不见，但是它们的本事可大了去了。
产甲烷菌生活在各种各样的环境中，像沼泽地、沼气池、动物的肠道等等。
它们就像一群勤劳的小工人，默默地进行着复杂的化学反应。
那产甲烷菌到底是怎么工作的呢？这就好比一个精心设计的魔法工厂。
它们利用其他微生物分解有机物产生的一些物质，比如二氧化碳、氢气、甲酸等等，通过一系列复杂的生物化学反应，最终把这些东西转化成甲烷。
这过程是不是很神奇？在沼气池里，产甲烷菌可是大功臣。
农民伯伯把各种废弃物扔进去，产甲烷菌就开始努力工作，产生的甲烷可以用来做饭、照明，既环保又实用。
这就好比是给农村生活来了一场小小的能源革命！再说说动物的肠道，特别是反刍动物，比如牛。
牛肚子里的产甲烷菌也没闲着，它们在帮助牛消化食物的同时，产生的甲烷会通过牛的打嗝或者放屁排放出来。
这可有点让人哭笑不得了，谁能想到小小的产甲烷菌在牛肚子里也能搞出这么大动静！产甲烷菌在环境保护方面也有着重要的作用。
垃圾填埋场里，它们能帮助减少垃圾发酵产生的有害气体排放。
这就好像是一支默默无闻的环保小分队，悄悄地为保护我们的环境贡献着力量。
你看，产甲烷菌虽然微小，却在我们的生活中发挥着大大的作用。
它们就像是隐藏在黑暗中的小精灵，默默地为我们的世界创造着价值。
所以说，产甲烷菌可真是一群神奇又重要的小家伙！我们应该更加深入地研究它们，让它们为我们的生活带来更多的便利和惊喜！。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
2014 年秋季学期研究生课程考核（读书报告、研究报告）考核科目:微生物生理学学生所在院（系）:市政环境工程学生所在学科:环境工程学生姓名:丁达学号:14S127062 学生类别:工程硕士考核结果阅卷人
产甲烷菌的生理生化特性产甲烷菌是一类能够将无机或有机化合物厌氧发酵转化成甲烷和二氧化碳的古细菌，它们生活在各种自然环境下，甚至在一些极端环境中。产甲烷菌是厌氧发酵过程的最后一个成员，甲烷的生物合成是自然界碳素循环的关键链条。由于产甲烷菌在有机废弃物处理、沼气发酵、动物瘤胃中有机物分解利用等过程中的重要作用，同时甲烷是导致全球变暖的第二大温室气体,因此产甲烷菌和甲烷产生机理的研究备受关注。特别是近几年对产甲烷菌基因组的研究，使人们从基因组的角度、进化的角度对甲烷生物合成机理、甲烷菌的生活习性、形态结构等方面获得更深刻的理解。
关键词：产甲烷菌；显著影响因子；生化特性1、引言目前能源与环境已成为影响人类社会可持续发展的重大问题，厌氧消化技术在能源生产和环境保护等方面具有突出的优势而倍受青睐。沼气发酵是自然界极为普遍而典型的厌氧消化反应，各种各样的有机物通过沼气发酵，不断地被分解代谢产生沼气，从而构成了自然界物质和能量循环的重要环节。厌氧消化是极为复杂的生物过程，在参与反应的众多微生物中，产甲烷菌的优劣和密度是影响厌氧消化效率和甲烷产量的重要因素，因此对产甲烷菌特征以及影响因子的研究成为重点。
二、产甲烷菌概述产甲烷菌的研究开始于 1899 年，当时俄国的微生物学家奥姆良斯基（Omelianski）将厌氧分解纤维素的微生物分为两类，一类是产氢的细菌，后来称产氢、产乙酸菌；另一类是产甲烷菌，后来称奥氏甲烷杆菌（Methanobacillus omelauskii)。1901年Sohzgen对产甲烷菌的特征及对物质的转化进一步作了详细的研究。1936年Barker对奥氏甲烷菌又作了分离研究。但这些研究，由于厌氧分离甲烷菌的技术尚不完备，均未取得大的进展。直到1950年Hungate第一次创造了无氧分离技术才使甲烷菌的研究得到了迅速的发展。
产甲烷菌是一类能够将无机或有机化合物厌氧消化转化成甲烷和二氧化碳的古细菌，它是严格厌氧菌，属于水生古细菌门（Euryarchaeota）。它们生活在各种自然环境下，如反刍动物的瘤胃、人类的消化系统、稻田、湖泊或海底沉积物、热油层和盐池，以及污泥消化和沼气反应器等人为环境中。产甲烷菌是厌氧消化过程的最后一个成员，甲烷的生物合成是自然界碳素循环的关键链条。
由于产甲烷菌是严格的厌氧菌，对其研究需要较高的技术手段，所以，在20世纪70年代中期以前，产甲烷菌新种发现的不多，据《伯杰细菌鉴定手册》第八版记载，产甲烷菌只有一个科，即甲烷杆菌科，分三个属，有9个种。但是，随着其研究手段的飞速发展，和人们对产甲烷菌的关注，越来越多的产甲烷菌被人们发现，到目前为止，从系统发育来看，甲烷菌分成5个目，分别为甲烷杆菌目（Methanobacteriales）、甲烷球菌目（Methanococcales）、甲烷八叠球菌目（Methanosarcinales）、甲烷微菌目（Methanomicrobiales）和甲烷超高温菌目（Methanop-yrales）。Schnellen 第一个从消化污泥中分离纯化得到甲酸甲烷杆菌（Methanobact erium formicium）和巴氏甲烷八叠球菌（Methanosa rcina barkeri），到目前为止，分离鉴定的产甲烷菌已有200多种。
3、产甲烷菌显著影响因子产甲烷菌的活性受温度、pH值、有毒物质等环境因素以及C、N、P的比值以及无机元素等的影响，各因子所处条件对于产甲烷过程具有一定影响，根据前期研究结果，本文主要涉及微量元素等几种对产甲烷阶段具有重要影响的显著影响因子。
1.微量元素对产甲烷菌的影响厌氧消化的产甲烷阶段对无机营养的缺乏十分敏感。许多废水厌氧生物处理中，均出现了出水中挥发性脂肪酸（VFA）偏高，气体产率下降的现象。起初人们认为是毒性物质抑制作用或是缺乏N、P营养。但后来许多实验证明，极易生物降解的VFA，在厌氧出水中之所以浓度偏高，不是毒性物质的抑制作用，也不是缺乏N、P营养，而是缺乏微量营养元素。
Takashima和Speece发现微量金属元素的氯化物与无机营养液中其它物质混合后加入反应器内，当生物停留时间SRT为20d 时，只能达到很低的乙酸利用率：4~8 kg·ｍ-3d-1；但如果微量金属元素的氯化物直接加入反应器内，则当生物停留时间SRT为5d时乙酸利用率即可高达30 kg·ｍ-3·ｄ-1。因而，微量金属元素的加入方式也对产甲烷菌优势菌种变化产生很大影响。另外，李亚新等发现微量金属元素对毒性物质具有拮抗作用，从而缓解毒性物质对产甲烷菌的限制作用。
因而微量金属元素的加入能使反应器内甲烷菌的优势菌种发生变化，使乙酸利用率提高数倍。但微量元素需直接加入反应器，从而保证甲烷菌的充分利用。微量金属营养元素能对毒性物质产生强烈的拮抗作用。在厌氧消化过程中补充微量金属元素是提高厌氧消化过程效率和稳定性的重要途径。2.硫酸盐对产甲烷菌的影响厌氧处理中，硫酸盐还原细菌以氢、乙酸、乳酸等为电子供体、以SO42-为末端电子受体，将其还原为S2-的厌氧反应称其为硫酸盐还原作用。由于硫酸盐还原细菌和产甲烷细菌都可利用这些基质，而且硫化物对产甲烷细菌具有毒害作用。普遍认为，硫酸盐还原作用影响产甲烷作用的进行。然而，各研究者的结论不尽相同，包括对于硫酸盐对产甲烷菌的致害浓度存在较大争议。Karhadkar等指出硫化物对产甲烷菌有抑制作用，但经过驯化，产甲烷菌可提高对硫化物的抵抗力。Parking等认为硫化氢对未经驯化的产甲烷菌的致害浓度为50 mg·Ｌ-1。Isa等的研究表明硫化物对产甲烷菌的致害浓度从未经驯化时的20mg·Ｌ-1提高到驯化后的500 mg·Ｌ-1。施华均等发现硫酸盐对于批量试验的影响并不大，对于连续运行试验的冲击则很大。因此，根据不同浓度的底物和不同的厌氧消化试验，要进行相关的硫酸盐抑制产甲烷菌的研究。
3.pH值对产甲烷菌的影响厌氧微生物的生命活动、物质代谢与 pH 值有密切的关系，pH 值的变化直接影响着消化过程和消化产物，不同的微生物要求不同的 pH 值。pH值的变化可引起微生物体表面的电荷变化，进而影响微生物对营养物的吸收，还可以影响培养基中有机化合物的离子化作用，从而对微生物有间接影响；另外酶只有在最适宜的pH 值时才能发挥最大活性，不适宜的 pH 值使酶的活性降低，进而影响微生物细胞内的生物化学过程。再者过高或过低的pH 值都降低微生物对高温的抵抗能力。
4.氧化还原电位（Eh）对产甲烷菌的影响厌氧环境的主要标志是沼气发酵液具有低的Eh，其值应为负值。一般情况下，氧的溶入是引起厌氧消化中的Eh升高的最主要和最直接的原因。另外其它一些氧化剂或氧化态物质存在同样能使体系中的Eh升高，当其浓度达到一定程度时，会危害厌氧消化过程的进行。由此可见，体系中的Eh比溶解氧浓度能更全面地反映发酵液所处的厌氧状态。不同的厌氧消化体系和不同的厌氧微生物对Eh的要求不同。兼性厌氧微生物在+100 mV 以上时进行好氧呼吸，Eh为+100 mV 以下时进行无氧呼吸；产酸菌对Eh的要求不甚严格，可以在-100至+100 mV 的兼性条件下生长繁殖；中温及浮动温度厌氧消化系统要求的Eh应低于-300至- 380 mV；高温厌氧消化系统要求适宜的Eh为-500至-600mV。产甲烷菌最适宜的Eh为-350 mV或更低。
四、产甲烷菌的生化反应机理1.产甲烷菌的生化模型研究已建立了产甲烷微生物利用 H2/CO2、甲醇和醋酸为基质产甲烷的生化代谢模型(图 1)。图1表明：甲胺基类化合物(甲胺、二甲胺、三甲胺)在产甲烷代谢中经历与甲醇类似的代谢途径；甲酸通常先被氧化成二氧化碳，再进入产甲烷代谢。
2.产甲烷菌的酶2.1氢化酶利用 H2/CO2为基质的产甲烷菌通常包含两种氢化酶：一种是利用辅酶F420为电子受体的氢化酶，另一种是非还原性辅酶F420氢化酶。目前尚不清楚后一种氢化酶的生理电子受体，在以前的文献中常称它为还原甲基紫精氢化酶。实际上这是一种误导，因为上述两类氢化酶都能催化人工电子受体甲基紫精染料的还原。图1所示的产甲烷代谢中，前一种氢化酶催化次甲基四氢甲基喋呤还原成亚甲基四氢甲基喋呤，再进一步催化还原成甲基喋呤；后一种氢化酶的生理功能有两种：(1) 激活二氧化碳，并将它催化还原成甲酰基甲基呋喃；( 2) 在甲基辅酶M的还原过程中提供电子。迄今为止，研究人员已对 20 多种微生物的氢化酶进行了较为详尽的研究。从已报道的研究结果来看，产甲烷菌的氢化酶结构类似于铁氧还蛋白，并含有对酸不稳定硫，其活性中心为[4Fe- 4S]。
2.2辅酶F420 产甲烷细菌在420nm紫外光激发下产生兰-绿色荧光，主要原因是细胞中含有辅酶F420和甲基喋呤类化合物。辅酶F420首先被Fzeng和Cheeseman等所发现，后来被证实在产甲烷细菌中普遍存在。大多数产甲烷菌中辅酶F420含量相当高，一般不低于150mg/( kg湿细胞)，但在巴氏甲烷八叠球菌和瘤胃甲烷短杆菌中辅酶F420的含量却很低( <20mg/( kg湿细胞))。目前除产甲烷菌外，还没有发现其它专性厌氧菌存在有辅酶F420和其它在420nm 激发、480nm发射荧光的物质。因此，利用荧光显微镜检测菌落产生的荧光已成为鉴定产甲烷菌的一种重要技术手段。
2.3辅酶M McBride和Wolfe在甲烷杆菌M.O.H菌株中发现了一种参与甲基转移反应的辅酶，并将其命名为辅酶M。Gunsalus和Wolfe发现嗜热自养甲烷杆菌的细胞粗提取液中加入甲基辅酶 M 后，产甲烷速率提高30倍，这种现象被称为RPG效应。它表明辅酶M在产甲烷过程中起着极为重要的作用。辅酶M是迄今已知的所有辅酶中分子量最小的，也是产甲烷菌特有的一种辅酶。不同种的产甲烷菌或同种但利用的底物不同，所含辅酶M的数量也有差异，一般含量为0.3~1.6μmol/mg干重。
2.4甲基呋喃