底物复杂性的增加驱动简化产甲烷微生物联合体的再多样化与功能重组

厌氧消化是一种依赖复杂微生物网络进行甲烷生产的可持续过程。尽管简化的富集微生物群落为提高过程控制水平提供了一种有前景的策略，但过度简化可能会破坏关键功能和微生物协作关系，从而降低群落的韧性。本研究考察了简化产甲烷微生物群落在接触更复杂底物——即丁酸盐和葡萄糖——时，能否重新实现多样化并维持甲烷生产。我们还评估了补充维生素和氨基酸对维持关键产甲烷菌及有益微生物伙伴的作用。 在为期三个月的实验中，对三个产甲烷微生物群落进行监测，考察其在接受丁酸盐和/或葡萄糖以及不同维生素或氨基酸补充条件下的甲烷产量和微生物多样性。即使在长期以简单底物进行培养后，接触更复杂的底物仍成功恢复了产酸菌和产乙酸菌群体的多样性，凸显了简化群落的韧性以及低丰度类群在生态学上的重要性。然而，这一转变降低了过程稳定性和甲烷产量，可能是由于底物负荷过高所致。研究结果进一步表明，底物复杂化应采取逐步引入的方式，先促进产乙酸过程，再促进产酸过程。这项基础研究为长期设计定制化厌氧消化微生物群落时必须考虑的因素提供了新的认识。

厌氧消化是一种依赖复杂微生物网络进行产甲烷的可持续过程。尽管简化的富集菌群为改善过程控制提供了有前景的策略，但过度简化可能破坏关键功能和微生物伙伴关系，从而降低群落的恢复力。本研究探讨了简化产甲烷群落在暴露于更复杂底物——即丁酸盐和葡萄糖——后能否重新实现多样化并维持甲烷产量。我们还评估了维生素和氨基酸补充对维持关键产甲烷菌及有益微生物伙伴的作用。在三个月的监测期间，三种产甲烷群落分别接受丁酸盐和/或葡萄糖以及不同的维生素或氨基酸补充，并对其甲烷产量和微生物多样性进行了跟踪。即使在长期以简单底物进行培养后，暴露于更复杂底物仍成功恢复了产酸菌和产乙酸菌群体的多样性，这凸显了简化群落的恢复力以及低丰度类群在生态学上的重要性。然而，这一转变降低了过程稳定性和甲烷产量，可能是由于底物负荷过高所致。研究结果进一步表明，底物复杂化应采取逐步引入的方式，先促进产乙酸过程，再促进产酸过程。这项基础研究为长期设计厌氧消化定制化菌群时需要考虑的因素提供了新的认识。

📄 原文链接：https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.09.01.748264v1?rss=1

🏷️ 厌氧消化 产甲烷微生物群落 微生物群落多样性 底物复杂性 微生物生态韧性