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在厌氧消化过程中，甲酸是连接初级发酵、次级发酵与产甲烷过程的核心电子载体。改变甲烷产量的研究主要集中于直接靶向产甲烷菌，而对其他营养级的干扰则研究不足。我们近期证明，次磷酸盐是一种天然存在的、能够抑制互营产甲烷系统中甲酸交换的物质。本研究考察了利用次磷酸盐截获甲酸交换是否能够调节复杂发酵产甲烷系统中的甲烷产量，以及这一过程对微生物组结构和功能的长期影响。通过采用以乳清为进料的连续上流式厌氧污泥床（UASB）反应柱，我们发现，100 M次磷酸盐可使甲烷产量短暂降低20%～50%，持续时间为17天，同时碳流和电子流转向氢气和挥发性脂肪酸。丙酸、丁酸和支链脂肪酸的积累，而非乙酸的积累，表明互营性甲酸代谢受到破坏。在经次磷酸盐处理的反应柱中甲烷产量恢复后，我们将次磷酸盐浓度提高至毫摩尔水平，但未观察到甲烷产量再次受到抑制。16S rDNA扩增子测序显示，次磷酸盐处理未导致微生物组组成发生显著变化。产甲烷活性测定表明，经次磷酸盐处理的反应柱失去了甲酸营养型产甲烷能力。综上，这些结果表明，对互营菌与产甲烷菌之间甲酸交换的特异性抑制，可在不改变微生物组组成的情况下解耦发酵过程与产甲烷过程，并最终使流向甲烷的碳流和电子流经由氢气或乙酸重新定向。本研究证明，次磷酸盐能够在工程化系统中截获互营性甲酸交换，并且长期施用次磷酸盐可使电子流转向甲酸以外的其他电子载体。
在厌氧消化过程中，甲酸是连接初级发酵、次级发酵与产甲烷过程的核心电子载体。改变甲烷产量的研究主要集中于直接靶向产甲烷菌，而对其他营养级的干预尚不充分。我们近期证明，次磷酸盐是一种天然存在的、能够抑制共营养产甲烷系统中甲酸交换的抑制剂。在本研究中，我们考察了利用次磷酸盐截断甲酸交换，是否能够调控复杂发酵产甲烷系统中的甲烷产量，以及这一过程对微生物组结构与功能的长期影响。采用以乳清为进料的连续流升流式厌氧污泥床（UASB）反应柱，我们发现，100 μM次磷酸盐使甲烷产量在短期内（17天）降低了20%～50%，同时碳流和电子流转向氢气和挥发性脂肪酸。丙酸、丁酸和支链脂肪酸的积累，而非乙酸的积累，表明共营养甲酸代谢受到破坏。在经次磷酸盐处理的反应柱中甲烷产量恢复后，我们将次磷酸盐浓度提高至毫摩尔水平，但未观察到甲烷产量再次受到抑制。16S rDNA扩增子测序显示，次磷酸盐处理未导致微生物组组成发生显著变化。产甲烷活性测定表明，经次磷酸盐处理的反应柱丧失了甲酸营养型产甲烷能力。综上，这些结果表明，对共营养菌与产甲烷菌之间甲酸交换的特异性抑制，能够在不改变微生物组组成的情况下，使发酵过程与产甲烷过程发生解耦，并最终使原本流向甲烷的碳流和电子流转而通过氢气或乙酸进行传递。本研究证明，次磷酸盐能够在工程化系统中截断共营养甲酸交换，且长期施用次磷酸盐会使电子流转向甲酸以外的其他电子载体。
通讯作者H.K.C.拥有与利用次磷酸盐抑制甲烷生成相关的知识产权。
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📄 原文链接：https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.09.04.749529v1?rss=1
🏷️ 厌氧消化 产甲烷 甲酸交换 次磷酸盐 互营代谢 微生物组