甲烷细菌与沼气

在自然界中的湖泊、池塘、河流、沼泽地，常常看到有许多气泡从底部淤泥中冒出水面，如果把这些气体收集起来可以点燃，这种气体称沼气。因为沼气最早从沼泽地发现而得名。

沼气是一种可燃的混合气体，其主要成分是甲烷，此外还有二氧化碳、少量的氮、一氧化碳、氢、氨和硫化氢等，一般甲烷的含量约占60%。每立方米的沼气在燃烧时可以释放出20920千焦的热量，约与1千克煤释放的热量相当。沼气除了用作燃料以外，还可以用来照明、发电、抽水等。农作物秸秆、人畜粪便、树叶杂草、城市垃圾等都是沼气发酵的原料。

沼气是来自有机物质的分解，但有机物质的分解不一定都能产生沼气。沼气是在特定的厌氧条件，同时又不存在硝酸盐、硫酸盐和日光的环境中形成的。形成沼气的过程叫沼气发酵。在沼气发酵过程中，二氧化碳为碳素氧化的终产物，甲烷为碳素还原的终产物。在沼气发酵过程中参与甲烷形成的细菌，统称为甲烷细菌。

沼气最早从沼泽地发现而得名

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。

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，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、甲基胺等。这些简单物质必须由其他发酵性细菌，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他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。

因为甲烷细菌要求严格厌氧条件，而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。20世纪50年代，美国微生物学家华盖特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，并对华盖特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。

从复杂有机物质到形成甲烷，是由很多细菌参与联合作用的结果

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。

从复杂有机物质厌氧发酵到形成甲烷，是非常复杂的过程，不是一种细菌所能完成的，是由很多细菌参与联合作用的结果。甲烷细菌在合成的最后阶段起作用。它利用伴生菌所提供的代谢产物氢气、二氧化碳等合成甲烷。