产甲烷菌是严格厌氧的原核生物，是唯一以甲烷为唯一代谢产物的生物。系统发育学上产甲烷菌属于古菌域，广域古菌界。它们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获得代谢能量。　　 产甲烷菌在地球的碳素循环中扮演重要角色，是有机物厌氧降解产甲烷过程的末端功能类群。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而使之成为第二大温室效应气体。所以对产甲烷菌的研究具有重要的环境意义。　　 天然湿地富含甲烷菌，是全球甲烷的重要来源。由于生物圈的75％位于低温地带，因此低温湿地对甲烷排放具有重要贡献。生态学研究表明年均气温只有1℃的若尔盖湿地是我国青藏高原的甲烷释放中心，但对其产甲烷菌群组成和产甲烷途径几乎一无所知。本研究选择我国最大的高原沼泽若尔盖高寒湿地土壤中的产甲烷菌作为研究对象，旨在认知其功能产甲烷菌类群，从而揭示其甲烷生成途径，同时获得低温产甲烷菌株。　　 论文第一部分工作采用分子生态学方法和培养手段研究若尔盖高寒湿地土壤中产甲烷菌的类群组成。通过分析湿地土壤的16S rRNA和mcrA基因序列多样性，显示甲烷八叠球菌和甲烷微菌是主要的甲烷菌类群，而甲烷杆菌很少且没有甲烷球菌。甲烷八叠球菌目中一个未培养的产甲烷菌ZC-I分支在16S rRNA和mcrA基因文库中均占优势，分别为18/55和9/24。定量PCR证明ZC-I簇甲烷菌在土壤中达107个/克土，占古菌的29％左右；结合底物富集培养和定量PCR(Q-PCR)、荧光原位杂交(FISH)手段，证明未培养ZC-I分支的甲烷菌属于甲烷八叠球菌科的成员，特异探针的荧光原位杂交(FISH)显示其八叠样的细胞形态。ZC-I甲烷菌在15℃和30℃的生长速率相似，说明其具有冷适应性。ZC-I簇甲烷菌的适冷性、底物广谱性和在土壤中的高丰度证明其在若尔盖湿地甲烷释放中有重要作用。　　 从刚毛荸荠植被土壤中分离纯化得到6株产甲烷菌。分属于4个属的6个种。其中从15℃甲醇富集培养物中分离到一个嗜冷甲烷菌新种，命名为嗜冷甲烷叶菌(Methanolobus psychrophilus)R15。菌株R15利用甲醇、甲胺和二甲硫醚产甲烷，生长温度范围是0～25℃，最适温度18℃(比生长速率0.063±0.001h-1)，在0℃可缓慢生长(比生长速率0.016h-1)。菌株R15在18℃代谢甲醇的最大速率和Km值分别为0.39±0.04 mM h-1和87.5±0.4μm，说明R15对甲醇具有高转化率和高亲和力；定量PCR测定菌株R15在原位土壤中达107个/克土，古总古菌量的17％左右。上述研究表明若尔盖湿地土壤中的嗜冷甲烷菌可能是甲基营养型。　　 论文第二部分研究只利用乙酸产甲烷的竹节状甲烷鬃菌(Methanosaetaharundinacea)6AC群感效应信号分子及调控的生物学效应。本实验室前期研究显示，分离于厌氧污泥处理器的颗粒污泥中的新种竹节状甲烷鬃菌(Methanosaeta harundinacea)6AC具有与细胞密度相关的细胞行为现象，即细胞在高密度时由短杆变为长链状。HPLC-ESI-MS/MS测定菌株6AC浓缩培养液显示有高丝氨酸内酯(AHLs)类物质的特征性碎片峰，同时可激发检测AHLs的报告菌株Agrobacterium tumefaciens NTL4呈阳性反应，说明6AC产生酰基高丝氨酸内酯类化合物。化学合成的侧链8个碳的高丝氨酸内酯化学品(N-(β-Ketooctanoyl)-L-homoserine lactone)能促进竹节状甲烷鬃菌在软琼脂(0.7％)表面形成菌落，也能促进菌株6AC由短杆转变为长链状，表明该甲烷古菌使用酰基高丝氨酸内酯为群感效应信号分子。异源表达6AC的高丝氨酸内酯合成酶luxI同源基因filI，经串联质谱和核磁共振谱鉴定显示，FilI蛋白催化合成一类新的高丝氨酸内酯类化合物，即高丝氨酸内酯的N原子上连接一个可能是羧基的化学基团，而且如果该化学基团缺失，则失去诱导菌落形成和形态转变的能力。这说明甲烷鬃菌具有和革兰氏阴性细菌相似的群感(QS)系统，但使用不同于已知结构的高丝氨酸内酯类物质(AHLs)作为QS信号分子。AHLs促进菌落形成，说明菌落是一种由单一物种形成的生物膜，即菌落生物膜(colonybiofilm)。AHLs促进甲烷鬃菌形态由短杆转变为长链状可能有利于厌氧颗粒污泥的形成与保持。