产甲烷菌是严格厌氧的原核生物，是目前已发现的厌氧微生物中物种数量最多的类群，在系统发育学上它们属于古菌域，广域古菌界。产甲烷菌不能利用复杂的有机物作为能量来源，只能利用H2/CO2、甲酸盐、甲醇、乙酸盐和甲基化合物等简单物质生成甲烷并支持细胞的生长，甲烷是它们唯一的能量代谢产物。　　 产甲烷菌在地球的碳素循环中扮演重要的角色，在有机物厌氧降解过程中处于食物链的末端。它们广泛分布于地球的无氧环境中，从土壤到湖泊沉积物，从陆地到海洋，从零下的低温环境到100℃以上的高温环境，都有产甲烷菌的存在。由于甲烷高的红外吸收和对臭氧层的影响使得它成为第二大温室效应气体。所以研究产甲烷菌有着重要的科学意义。　　 本研究选择在有机物厌氧代谢中发挥重要作用的产甲烷菌为研究对象，目的是积累产甲烷菌的物种资源，寻求有特征的代谢类群，发现有重要应用价值的菌株，探讨这类微生物的分子系统学特性，及它们特殊的生物学特征。　　 论文第一部分工作旨在分离培养不同环境的产甲烷菌资源，发现新的产甲烷菌的类群。从20多份样品中分离纯化得到60多株产甲烷菌，分属于8个属的13个种。其中从清华厌氧反应器中分离到两个新种，一个是H2/CO2营养型，一个是乙酸营养型，分别命名为Methanobacterium beijingense和Methanosaetaharundinacea。　　 论文的第二部分工作探讨用新的分子标识——甲基辅酶M还原酶基因α亚基(mcrA)研究产甲烷菌的系统发育学。并研究了具有不同类型mcrA的产甲烷菌的代谢动力学特性。结果表明，虽然产甲烷菌的mcrA系统发育树和16S rRNA基因的系统发育树具有相似的拓扑结构，但是在产甲烷菌的系统发育学的分析中，mcrA对种间和种内菌株的分辨率更高，是鉴别产甲烷菌更好的大分子。同时，基于16S rRNA基因和mcrA部分片段的相似性以及生理特性的比较认为，甲烷杆菌的三个种Methanobacterium uligosum，Methanobacterium ivanovii以及Methanobacterium espanolense可能是同一个种的不同生态型的菌株，存在同种异名的现象。　　 系统发育学分析表明在甲烷杆菌中存在两种类型的mcrA分子，分别是mcrA和mrtA(也称mcrA II型)，而mcrA II型分子在系统发育上和甲烷球菌-甲烷八叠球菌的mcrA分支更近，而和甲烷杆菌的mcrA分支关系较远。本研究选取了含有两种类型mcrA的甲烷杆菌(Methanobacterium beijingense8-2T，Methanobacterium formicicum DSMl535T)，和只含有mcrA II(即甲烷杆菌mrtA)的甲烷球菌-甲烷八叠球菌分支的菌株(Methanosarcina mazei M-1)，研究了它们在不同氢压下的代谢特征。另外分别用这三个产甲烷菌的菌株，与互营丁酸降解菌Syntrophomonas curvata GB8-1T以及互营丙酸降解菌Syntrophobactersulfatireducens TB8106T以及Syntrophobacter fumaroxidans MPOB组成人工共培养物，其代谢动力学特征分析表明：含有两种类型mcrA的Methanobacteriumformicicum DSM1535T和Methanobacterium beijingense8-2T比Methanosarcinamazei M-1对氢浓度的需求更低，同时Methanobacterium formicicum DSM1535T和Methanobacterium beijingense8-2T在与丁酸降解菌共培养时的丁酸降解率更快，并且能够“拉动”要求更低氢压的丙酸互营菌降解丙酸；而Methanosarcinamazei strain M-1不能“拉动”丙酸的互营降解。因此推测具有mcrA I型分子的产甲烷菌类群，在自然环境的有机物厌氧代谢中发挥主要的作用；只有mcrA II型分支的产甲烷菌，由于其mcrA II在低氢压下表达量较低造成了生长的不活跃，所以在共培养时发挥的作用有限；甲烷八叠球菌在自然界中的主要作用是乙酸和甲基类化合物的降解。　　 论文第三部分的工作研究只利用乙酸产甲烷的新种Methanosaetaharundinacea，在不同培养状态下所表现的两种形态(短杆3-5μm和长丝状>200μm)的生物学现象。研究显示，当培养物降解了200 mM乙酸后或者将接种量提高到30％时，细胞会形成长链的形态，同时生长速率提高。在底物浓度为50mM时，将长链细胞培养物的无细胞上清液加入新鲜的培养物中，即使在细胞密度不高的情况下也会导致长链细胞的形成。无细胞上清液经过100℃处理30 min或者用蛋白酶K处理1 h后，均不影响其促进长链细胞的形成。以上结果提示，当细胞浓度达到一定程度时，会产生诱导长链细胞形成的物质，该物质对高温稳定，而且不被蛋白酶K降解。表明古菌中也存在细胞密度调控基因表达的现象，即群感效应。采用两种常见的群感效应分子检测系统，即AHL(高丝氨酸内酯)检测系统和AI-2(呋喃硼酸二酯)检测系统检测这两种信号分子的存在时，结果均为阴性。另外还发现在50 mM乙酸的培养液中加入2mM钙离子会促进细胞形态增长(50-100μm)。　　 分别提取两种不同形态的细胞(短杆状和长丝状)的全细胞蛋白进行SDS-PAGE蛋白图谱的比较，发现了五条主要的蛋白差异条带。对各个条带的蛋白质质谱分析表明，这些肽段分别为hypothetical protein、CDC48、chaperonion、polyferredoxin、5-glucose-1-phosphate—thymidylyltransferase的类似物。进一步利用双向电泳分析两种形态的全蛋白以期找到更多蛋白表达差异。