产甲烷细菌（ methanogen ）这一名词是1974年由 Bryant 提出的，其目的是为了避免沙类细菌与另一类氧化甲烷的好氧细菌（ aerobic methane - oxidizingbacteria ）相混淆。产印烷细菌是一个特殊的、专门的生理群，具有特殊的细胞成分和产能代谢功能，是一群形态多样，可代谢H2和CO2及少数几种简单有机物生成甲烷的严格厌氧的古细菌。产甲烷细费也是唯一能够有效地利用氧化氢时形成的电子，并能在没有光或游离氧和诸如硝酸根和硫酶根等外源电子受体的条件下，还原CO2为CH4的微生物。
产甲烷细菌广泛分布于自然界中，在水田、沼泽、淡水和海洋的沉积物、人和动物的肠道以及瘤胃等厌氧环境中都有产甲烷细菌的存在。在沼气发酵中，产甲烷细菌是沼气发酵微生物的核心，是自然界碳素物质循环中厌氧生物链的最后一个成员，对于自然界中的其他多循环具有不可估量的推动力。
产甲烷细菌的分类和形态
产甲烷细菌生存于极端厌氧的环境中，由于其对氧高度敏感的特性，使其成为难于研究的细菌之一。因此产甲烷细菌的分类直到20世纪70年代以后才被分类学家提出来讨论，对于产甲烷细菌的分类，初期主要是以菌体细胞的形态学特征，再辅以某些生理学性状和对各种基质的利用能力来进行的。随着电镜的使用和现代生化技术的发展，逐步进入依据细胞学水平和分子水平的差异来进行分类。
1956年，巴克将产甲烷细菌归纳成一个科和四个属，即产甲烷细菌科和甲烷杆菌属（3个种），甲烷芽孢杆菌属（1个种），甲烷球菌属（2个种）以及甲烷八叠球菌属（2个种）,共8个种。1974年在伯捷氏细菌鉴定手册的第八版，布莱恩特仍根据巴克的意见把产甲烷细菌列为一个甲烷细菌科，下分为甲烷杆菌属（5个种），甲烷八叠球菌属（2个种）和甲烷球菌属（2个种），共9个种。同年，沃而夫和费米发现了亨氏甲烷螺菌，齐科斯和汉纳描述了嗜树木甲烷短杆菌。1979年，贝尔奇等根据两个种或菌株的16SrRNA碱基排列顺序间同源性的大小，确定它们在分类地位上的相近性，提出一个比较新的分类系统，他们把产甲细菌分为3目，4科，7属，13个种。1989年，伯捷氏细菌鉴定手册第九版中将产甲烷细菌分为3个目，6个科，13个属，43个种。截至1991年，共分离到产甲烷细菌65个种。
在我国，随着厌氧微生物学的快速发展以及我国科研工作者的潜心研究，近20年来，在分离产甲烷细菌方面已取得了很大进展。1980年，首都师范大学周孟津等首次分离获得甲烷八叠球菌纯培养物，后命名为巴氏甲烷八叠球菌 BTC 菌株。我国学者钱泽澍，赵一章等先后分离到产甲烷细菌20多种。
下面介绍几种产甲烷细菌的代表种。
(1）甲酸甲烷杆菌（ methanobacterium / ormicicum )
长杆状，宽0.4~0.8μ m ，长度可变，从几微米到长丝或链状，在液体培养基中老龄菌丝常互相缠绕成聚集体。革兰氏染色阳性或阴性。在滚管中形成的菌落呈圆形，具有丝状边缘，淡色。用H2/CO2为基质，37C培养，3~7d形成菌落。利用H2/CO2、甲酸盐生长并45℃，最适 pH 值6.6~7.8。 G + C =(40.7~42)%（摩尔分数）。产生甲烷，没有对生长因子需求的报道，可在无机培养基上自养生长。最适生长温度37~
(2）嗜热自养甲烷杆菌（ methanobacteriumthermoautotro phicum )长杆或丝状，(0.4~0.6) pmx (3~7) pm ，丝状体可超过数百微米，革兰氏染色阳性，不运动，形态受生长条件特别是温度影响，在40℃以下或75℃以上时，丝状体变为紧密的卷曲状。菌落圆形、灰白、黄褐色，粗糙，边缘呈丝状扩散，只能利用H2/CO：生成甲烷，需要微量元素 Ni 、 Co 、 Mo 和 Pe 。不需要有机生长素。此菌生长迅速，倍增时间2~5h+液体培养物可以在24h内完成生长，最适生长温度为65~70℃，在40℃以下不生长，最造 pH 值为7.2--7.6、 DNA 的 G + C =(49.7~52)%（摩尔分数）。(3）布氏甲烷杆菌（ methanobucteriumbryantii )该菌是1967年 Bryant 等从英氏申烷杆菌这个混合菌培养物中分离到的。杆状（0.5~1.0)μ mX (2~4)μ m ，单生或形成链。革兰氏染色阳性或可变，不运动，具有纤毛。表面营落直径可达1~3mm，扁平，边缘呈丝状扩散，一般在一周内出现菌落。深层菌落粗糙，丝状，在液体培养基中趋向于形成聚集体。利用H2/CO2生长并产生甲烷。不利用甲酸，以氨态氮为氮源，要求 B 族维生素和半胱氨酸，乙酸刺激生长。最适温度37~39℃，最适 pH 值6.9-~7.2, DNA 的 G + C =32.7%（摩尔分数）。(4）瘤胃甲烧短杆菌（ methanobrevibacterruminantium )短杆或刺血针状球形，端部稍尖，(0.5~1.0)μ mx (0.8~1.8) jam ，常成对或链状，似链球菌，革兰氏染色阳性，不运动或微弱运动。菌落淡黄、半透明、圆形、突起，边缘整齐。一般在37℃、3d内出现菌落，3周后菌落直径可达3~4mm，利用H2/CO2及甲酸生长并产生甲烷；在甲酸上生长较慢。要求乙酸及氨氮为碳源和氮源，还要求氨基酸、甲基丁酸和辅酶 M 。最适生长温度37~39℃，最适 pH 值为6.3~8.8, DNA GTC =(3.0~6)%（摩尔分数）。
(5）范尼氏甲烷球菌（ methanacoccus voltae )范尼氏甲烷球菌由斯丹德曼和巴克于1951年定名，并以该菌代替马氏甲烷球菌( Methanococcus mazei ）作为产甲烷球菌属（ Methanococus ）的标准种。因为巴克在1936年发现马氏甲烷球菌后，直至最近才分离获得纯培养。为对范尼尔（ van Niel ）提出产甲烷的还原理论所作出的贡献表示敬意而命名。此菌球形，直径0.5~4μ m ，一般在1~2μ m ，稍呈椭圆形，常成对。有时成对很少，而成酵母状芽簇。运动性强，单独或成对，电镜观察见到有簇生鞭毛和一根单独的纤毛。此菌利用甲酸，在0.25%~5％浓度范围内，以1.5％浓度时生长量最高，2%~3％生长缓慢，5％时不发育。利用甲酸时反应为：
4HCOONa+H2O→Na2CO2+2NaHCO3+CH4
(6）万氏甲烷球菌（ methanococcusvanielii )规则到不规则的球菌，直径0.5~4pm，老培养物直径可达10pm，单生、成对，革兰氏染色阴性，以丛生鞭毛而活跃运动，细胞极易破坏。深层菌落淡褐色，凸透镜状，直茎径0.5～1mm。
利用H2/CO2和甲酸生长并产生甲烷，以甲酸为底物最适生长 pH =8.0~8.5。以H2/CO2为底物，最适 pH 值为6.5~7.5，最适生长要求2.4%NaCl，生长要求 Se 、 W ，酵母膏明显刺激生长。机械作用易使细胞破坏，但不易被渗透压所破坏。生长最适温度为36~40℃, DNA 的 G + C =31.1%（摩尔分数）。
(7）巴氏甲烷八叠球菌（ methanosarcina barkeri )
细胞形态为直径1~3μ m 的不对称的球形，通常形成几十微米到1~2mm的拟八叠球菌状的细胞聚体。革兰氏染色阳性，不运动，细胞内可能有气泡。以H2/CO2为底物时3~7d可形成菌落，以乙酸为底物生长较慢，以甲醇为底物细胞生长较快。菌落直径1~2mm，白到黄色或棕黄色，往往形成具有桑葚状表面结构的特征性菌落。
可利用乙酸盐、H2/CO2、甲醇、甲胺、二甲胺、三甲胺和二乙基甲胺；H2/co2、醇、甲胺为底物时生长快，不要求生长因子，但加入酵母提取物、酪蛋白胰酶水解物等复芬有机物时能刺激生长。大多数菌株为中温型，最适生长温度35~40℃，最适 pH 值为6.7、7.2。 DNA 的 G + C =(40~43)%（摩尔分数），嗜热甲烷八叠球菌最适生长温度为50℃。
(8）亨氏甲烷螺菌（ methanospirillumhungatei )
细胞呈弯杆状或长度不等的波形丝状体，宽0.4μ m ，长度从几微米到数百微米，菌体长度受营养条件的影响（ Patel 等，1979)，革兰氏染色阴性，具极生鞭毛，缓慢运动。表面菌落淡黄色、圆形、突起，边缘裂叶状，表面菌落具有间隔为16um的特征性羽毛状浅蓝色条纹。35℃培养12周，菌落直径1~2mm。
(9）索氏甲烷丝菌（ methanothrixsoehngenii )
为了纪念早在1910年描述过该菌的微生物学家 Soehngen 而用他的名字命名。也有学者称该属为甲烷毛发菌属（ Methaaosaeta )。细胞杆状、无芽孢、端部平齐，液体静止培养物可形成由上百个细胞连成的丝状体，单细胞0.8umx(1.8~2)μ m ，外部有类似鞘的结构革兰氏染色阴性，不运动。至今未得到菌落生长物，报道过的纯培养物都是通过富集和稀释的方法获得的。
可以在只有乙酸为有机物的培养基中生长，裂解乙酸产生CH4和CO2。能分解甲酸生成H2和CO2，不利用其他底物，如H2/CO2、甲醇、甲胺等生长和产生甲烷。生长的温度范围是3~45℃，最适37℃。最适 pH =7.4~7.8，倍增时间3.4d。 DNA G + C =51.8%（摩尔分数）。
甲烷丝菌是继甲烷八叠球菌属后发现的仅有的另一个裂解乙酸的产甲烷菌属。沼气中的甲烷70％以上来自乙酸的裂解，足以说明这两属细菌在厌氧消化器中的重要性。甲烷丝菌大量存在于厌氧消化器的污泥中，是构成附着膜和颗粒污泥的首要产甲烷菌类。甲烷丝菌适宜生长的乙酸浓度要求较低，其 Km 值为0.7mmol/ L ，当消化器稳定运行时，消化器中的乙酸浓度一般很低，因而更适宜甲烷丝菌的生长，经长期运行，甲烷丝菌则成为消化器内乙酸裂解的优势产甲烷菌。
产甲烷细菌的形态多种多样，但大致可分为4类： a ．球状甲烷细菌通常为正圆形或机圆形，排列成对或链状； b ．杆状甲烷细菌为短杆、长杆、竹节状或丝状； c ．螺旋状甲烷纸菌仅发现一种，呈规则的弯曲杆状．最后发展为不能运动的螺旋丝状； d ．八叠状甲烷细熏球形细胞形成规则的或不规则的堆积状。
