碳源对产甲烷菌群调控及产甲烷能力的影响

　　

摘要：

目的 产甲烷菌是厌氧消化产甲烷过程的关键功能菌群。为了获得高效的产甲烷菌群，探究不同碳源对菌群产甲烷潜力的调控作用，以及对产甲烷菌丰度和群落结构的影响。 方法 设计A组（CH₃COONa和CH₃OH）、B组（CH₃COONa）和C组（CH₃COONa和HCOONa）3组不同碳源培养基，分别以厨余垃圾厌氧消化液（FW）和污泥悬浮液（SS）为接种物富集产甲烷菌。采用气相色谱、实时荧光定量PCR、荧光显微观察和高通量扩增子测序技术，分析产甲烷菌群的性能及其多样性组成。 结果 同一接种物下，A、B、C三组碳源富集的菌群产甲烷能力呈递减趋势。其中，A组的1A-2在49 d内累积CH₄产量最高，单位体积（L）培养基中，每克可用碳元素（C）产生的CH₄达到35.9 mL。mcrA基因拷贝数和荧光显微观察表明，产甲烷菌的丰度总体呈现A组?B组?C组。A组碳源对甲基营养型产甲烷菌具有定向富集作用；B组碳源的添加使乙酸营养型Methanothrix的相对丰度显著高于其他两组；而C组碳源则显著增加了氢营养型产甲烷菌的相对丰度。 结论 碳源种类显著影响富集菌群中产甲烷菌和细菌的多样性、丰富度及群落结构。以CH₃COONa和CH₃OH（A组）为碳源富集的菌群中产甲烷菌的丰度最高，主要包括Methanothrix、Methanoculleus、Methanomethylovorans、Candidatus Methanoplasma和Methanosarcina，且产甲烷能力最强。A组碳源通过富集互营细菌，协调产甲烷菌的代谢途径分配，促进直接种间电子传递（DIET）过程，显著提升CH₄产量。