玉米秸秆固态厌氧消化系统中极端酸胁迫下的产甲烷恢复机制研究

为解决挥发性脂肪酸(VFA)积累导致的产甲烷抑制问题，研究人员探索了玉米秸秆固态厌氧消化(SS-AD)系统在极端酸胁迫下的恢复机制。研究发现关键菌群(如Thermoclostridium)通过赖氨酸脱羧和细胞膜合成抵抗酸胁迫，古菌Methanosarcina mazei等通过增强CRISPR-Cas系统和CO2还原途径促进产甲烷恢复，8天内实现9.32 mL/gVS甲烷产量，为工业级AD系统抗酸策略提供理论依据。

　　

在玉米秸秆固态厌氧消化(SS-AD)系统中，挥发性脂肪酸(VFA)的积累常导致产甲烷作用完全停滞。令人意外的是，当系统因酸抑制停止产气后，经过长时间恢复期，产甲烷活动竟逐渐重启。研究显示，系统在恢复期8天内累计产生9.32 mL/gVS甲烷，同时维持70.8%-88.8%的乙酸降解率。

通过16S rRNA扩增子测序和宏基因组分析，科学家锁定了抵抗极端酸胁迫的三大细菌明星：嗜热梭菌(Thermoclostridium)、脱硫肠状菌(Defluviitalea)和氢孢菌(Hydrogenispora)；而推动甲烷复产的古菌"三剑客"则是：梅氏甲烷八叠球菌(Methanosarcina mazei)、嗜热甲烷球形菌(Methanoculleus thermophilus)和嗜热甲烷八叠球菌(Methanosarcina thermophila)。这些微生物施展的生存策略包括：通过赖氨酸脱羧作用中和酸性环境，加速细胞膜/壁和鞭毛的生物合成来加固防御工事。

更有趣的是，色氨酸合成与代谢的增强为三羧酸循环(TCA)持续输送碳源，像给微生物引擎加注了高能燃料。在基因层面，M. mazei和M. thermophila展现出超强的遗传信息处理能力和CRISPR-Cas防御系统，宛如配备了分子级防弹衣；而M. thermophilus则专注通过CO₂还原途径默默贡献甲烷产量。这项研究为开发抗极端酸胁迫的固态厌氧消化技术提供了关键靶点。