温度对产甲烷菌代谢途径和优势菌群结构的影响

产甲烷菌是严格厌氧的古菌,由其完成的产甲烷过程通常是厌氧微生物生化代谢中最重要的限速步骤。温度作为影响产甲烷菌的产甲烷速率重要因素,其变化会改变生物环境中的产甲烷的代谢途径和优势菌群分布。目前已知甲烷生物合成有3条途径：乙酸代谢途径、CO₂还原途径和甲基营养型途径。理论上乙酸途径生成的甲烷约占甲烷生成总量的2/3,CO₂还原产甲烷途径则约占1/3,甲基营养型途径只在少数情况下考虑其影响,例如盐湖。在低温条件下产甲烷菌以利用乙酸代谢为主;在中温条件下,产甲烷途径以乙酸代谢和H₂/CO₂还原一定比例存在;在高温和超高温条件下,以只利用CO₂还原途径的菌群为主。     

pH对高温厌氧耗氢产甲烷及微生物群落的影响

随着化石燃料的枯竭,以厌氧耗氢产甲烷菌为功能优势菌群的异位（或离位）加氢沼气生物提纯工艺备受关注。本文考察了高温条件下不同初始pH对厌氧耗氢产甲烷过程及微生物群落的影响。研究结果表明,半连续流反应器中不同初始pH变化对产甲烷量影响不大,在以H₂/CO₂为基质的厌氧体系中,厌氧耗氢产甲烷过程是甲烷产生的主要途径。比产甲烷活性研究结果进一步表明碱性条件（初始pH=8.5～9.0）耗氢产甲烷污泥对氢气消耗率提高,产甲烷迟滞期缩短至6.9h,且甲烷产率高达19.8mL CH₄ /(gVS?h)。通过高通量测序技术对不同初始pH条件下的产甲烷古菌群落进行分析,3个样本均以厌氧耗氢产甲烷菌为主导,酸性和中性条件古菌群落属水平上相似,以Methanothermobacter为主,其相对丰度分别为90.6%、91.6%;而碱性条件下以Methanobacterium为主,其相对丰度可达83.6%,还发现了Methanomassiliicoccus,其相对丰度可达7.7%。碱性条件下Methanobacterium相对丰度的提高和Methanomassiliicoccus的富集,可能是碱性条件下比产甲烷活性提高的主要原因。     

残留兽药添加剂磺胺喹噁啉钠和3,5-二硝基苯甲酰胺对畜禽粪便中温厌氧消化的影响

为研究饲料添加剂磺胺喹噁啉钠和3,5-二硝基苯甲酰胺对畜禽粪便中温厌氧消化的影响,以模拟畜禽粪便为对象,在中温(35℃)厌氧发酵条件下,考察了磺胺喹噁啉钠和3,5-二硝基苯甲酰胺的添加量对VFAs的生成、累积产气量和累积甲烷产量的影响。试验结果表明:在厌氧发酵过程中,产生的VFAs以乙酸和正丁酸为主,产甲烷菌对VFAs的利用顺序为乙酸正丁酸丙酸。2种兽药添加剂均抑制VFAs的生成,但添加剂浓度的增加对抑制效果影响不明显。2种兽药添加剂对产甲烷均没有抑制作用,反而具有一定的促进作用。含有残留磺胺喹噁啉钠和3,5-二硝基苯甲酰胺的养殖废水和畜禽粪便可以进行厌氧消化处理。     

甲烷八叠球菌研究进展

甲烷八叠球菌（Methanosarcineae）是能够利用乙酸、CO2、甲醇、甲胺、甲基硫化物等多种有机或无机化合物为底物产生甲烷的厌氧古细菌,它的代谢路径多样,遗传结构简单,广泛应用于理论和应用研究,其中M．acetivorans、Mmazei和M．barkeri菌种在完成全基因组测序后成为研究古细菌的模式菌种。甲烷八叠球菌是厌氧消化产甲烷的重要菌株,应用潜力巨大。简单介绍了甲烷八叠球菌的形态特征、代谢特征和基因组特征,并对其在厌氧消化中的应用研究进展进行了综述。     

微生物种间直接电子传递方式耦合产甲烷研究进展

厌氧产甲烷体系中细菌与产甲烷菌之间的电子传递,一直以来被认为是通过种间H2/甲酸转移来实现。然而,近年来研究发现某些电活性微生物与产甲烷菌之间存在可替代种间H2/甲酸转移以实现电子传递的种间直接电子传递(direct interspecies electron transfer,DIET)。通过DIET方式,产甲烷菌可从与其共生的微生物中直接获得的电子还原CO2产甲烷,该方式极大地提高产甲烷的效率和产甲烷的量。但是,目前对DIET方式耦合产甲烷还缺乏深入研究。文章对DIET方式耦合还原CO_2产甲烷的研究现状进行了概述,重点分析了DIET方式耦合还原CO_2产甲烷研究存在的问题,并讨论了其今后研究方向,以为DIET方式耦合还原CO_2产甲烷研究提供参考。     

甲烷化抑制剂在微生物电化学合成乙酸系统中的生物抑制效应

研究了利用2-溴乙烷磺酸钠(BES)选择性抑制产甲烷菌,从而提高微生物电化学系统合成乙酸产率的可行性,并对比了BES添加前后阴极室微生物菌群结构的变化。结果表明,厌氧混合菌接种物未经BES处理时甲烷是电化学系统CO₂还原的主导产物,最大生成速率达0.95 mmol·L^-1·d^-1,8 d反应时间甲烷中电子回收率达55.0%,16S rRNA测序结果显示固态阴极的主要菌群为Methanobacteriaceae。BES的添加基本抑制了产甲烷菌的活动,使得乙酸成为主导产物,其合成速率最高达2.22 mmol·L^-1·d^-1,系统总电子回收率达67.3%。Rhodocyclaceae (15.1%),Clostridiaceae(11.9%)、Comamonadaceae(11.1%)和Sphingobacteriales(11.0%)为主要菌群。研究结果表明了微生物电化学合成系统中抑制甲烷生成对调控微生态结构,从而调控电化学终产物的重要性。     

纳米零价铁对厌氧消化影响的反应动力学模型

污泥厌氧消化是污水处理厂实现“碳中和”的关键环节。然而传统厌氧消化技术普遍存在水解不充分、产甲烷效率低的问题,在工程中表现为污泥的甲烷潜势（B₀）低、产甲烷速率（k）低等,从而使得获得的甲烷气通常不能达到量和质的要求。纳米级零价铁（NZVI）基于能够在厌氧条件下析氢（H₂）腐蚀为产甲烷菌提供电子供体及更有利的厌氧环境,而被认为在厌氧消化领域具有潜在的应用前景。就此,通过在厌氧消化体系中投加不同剂量的NZVI（0、100、300、600和1000 mg·L^-1）,以甲烷潜势（B₀）和产甲烷速率（k）为主要评价指标,并基于一级反应动力学模型探讨了NZVI对厌氧消化过程的主要作用机理。研究结果表明,NZVI能够强化厌氧消化过程产甲烷,主要作用机制在于促进微生物细胞破壁,从而提高污泥的水解酸化程度,得到更高的甲烷潜势（B₀）。     

温度对厌氧耗氢产甲烷的影响研究进展

化石燃料燃烧过程中大量排放的CO₂引起了人们对CO₂生物甲烷化的关注。厌氧有机物生物降解过程中，与CO₂生物甲烷化相关的主要是厌氧耗氢产甲烷菌。近年来，研究者们关注温度对厌氧耗氢产甲烷过程的影响，对推动厌氧耗氢产甲烷工艺的发展有着重要的意义。本文从厌氧耗氢产甲烷技术原理出发，介绍了厌氧生物降解过程中耗氢产甲烷菌的重要作用，归纳了32种仅利用H₂和CO₂产CH₄的专性耗氢产甲烷菌，展示了氢气可以来源于化石燃料、生物质、水的分解和工业气体，综述了不同温度范围下厌氧耗氢产甲烷的效能，总结了不同温度变化方式对厌氧耗氢产甲烷的影响，并从氢气来源和温度变化等方面提出了展望。     

甲烷化抑制剂在微生物电化学合成乙酸系统中的生物抑制效应

研究了利用2-溴乙烷磺酸钠(BES)选择性抑制产甲烷菌,从而提高微生物电化学系统合成乙酸产率的可行性,并对比了BES添加前后阴极室微生物菌群结构的变化。结果表明,厌氧混合菌接种物未经BES处理时甲烷是电化学系统CO_2还原的主导产物,最大生成速率达0.95 mmol·L~(-1)·d~(-1),8 d反应时间甲烷中电子回收率达55.0%,16S r RNA测序结果显示固态阴极的主要菌群为Methanobacteriaceae。BES的添加基本抑制了产甲烷菌的活动,使得乙酸成为主导产物,其合成速率最高达2.22 mmol·L~(-1)·d~(-1),系统总电子回收率达67.3%。Rhodocyclaceae(15.1%),Clostridiaceae(11.9%)、Comamonadaceae(11.1%)和Sphingobacteriales(11.0%)为主要菌群。研究结果表明了微生物电化学合成系统中抑制甲烷生成对调控微生态结构,从而调控电化学终产物的重要性。     

应用FISH法分析模拟油藏条件下甲烷菌变化规律

针对油藏中的产甲烷古菌,建立分子探针定量分析方法,应用该技术分析模拟油藏条件下产甲烷菌的变化规律。结合产甲烷菌、低分子有机酸和甲烷气体含量的变化,更加准确地分析模拟油藏条件下微生物群落的动态演化过程。研究表明：在模拟油藏条件下,培养30天后,产甲烷菌的含量逐渐升高,前期由其它微生物代谢产生的乙酸等产物作为产甲烷菌所需的...