成都生物所在不同厌氧消化模式下产甲烷效率差异解析研究中获进展
作者：闫志英
时间：2021-10-12
厌氧消化能将有机物质转化成为甲烷、二氧化碳等物质，是废弃物资源化利用、能源再生的关键技术之一，对环境保护和能源替代具有重要意义。然而，利用厌氧消化技术处理废弃物时，发现不同厌氧消化模式之间产甲烷结果存在显著差异。使用两种或两种以上基质进行的共消化相较单一底物厌氧消化，常具有更高的甲烷产量和产甲烷效率，但目前对此的机理解析还较少。因此，为了更好调节厌氧消化生化过程，提高微生物的产甲烷性能，揭示微生物群落的分类和功能动态以及它们在代谢途径中的相互关系显得尤为重要。
为探究不同厌氧消化模式产甲烷差异现象，中国科学院成都生物研究所污染生物治理项目组工作人员刘杨在闫志英研究员的指导下，对玉米秸秆和猪粪共消化和单消化中微生物进行宏基因组测序，从分类学和功能模式角度解析不同厌氧消化膜式产气效率差异原理。结果表明，Methanosaeta concilii是产甲烷过程中最丰富的物种，在共消化模式下，无论其丰度还是状态均好于单消化模式。秸秆消化典型功能微生物Clostridium stercorarium随着分类单元的不停细化，两消化模式之间呈现出显著性差异。功能模式分析结果表明，猪粪秸秆共消化模式下碳水化合物活性酶的丰度总是介于猪粪、秸秆单独消化模式之间，而参与产甲烷的酶丰度在共消化模式下是最高的。研究成果从微生物宏基因组层面解析了共消化比单消化产气效率更高的机理，为不同底物共消化的推广和应用提供了理论依据。
本研究得到了四川省新区域合作项目（2020YFQ0026)和四川省科技计划项目（2021YFS0360、2020YFN0031）的支持。该研究成果以刘杨和王敏为第一作者、闫志英研究员为通讯作者发表在期刊Journal of Cleaner Production上(2021, IF/JCR分区：9.297/TOP 1区）上。
图1.所有基因序列不同水平分类相对丰度
图2.不同反应模式下微生物宏基组序列的COG分类
图3.基于KEGG的宏基因组碳水化合物和蛋白途径相关基因表达
图4.产甲烷途径分析
图5.基于KEGG的宏基因组产甲烷反应
