3.1 概述

易降解生物质废物（如食品废物）的厌氧消化过程中，快速的水解酸化和慢速的甲烷化难以达到平衡，有机酸快速积累，其浓度可达到数十g/L，而pH也会迅速下降，可低至4.0～5.5[99，126，127，131]。高浓度有机酸和低pH相互作用抑制了甲烷化，使反应器进入酸抑制状态。由于产甲烷菌生长速率低，且对环境高度敏感，一旦进入酸抑制状态，甲烷化的启动就需要经历较长的迟滞期。有研究者认为，此时对产甲烷菌产生抑制作用的是低pH下较高浓度的游离态有机酸[106]。高浓度的游离态有机酸可成为细胞膜上的质子梯度解偶联剂或质子异位体[87-89]。因此，pH成为决定有机酸毒性的关键因子。另外，厌氧消化系统内产甲烷菌和发酵细菌各自生长最适的pH范围也不同[32，33]。高浓度有机酸和低pH的相互作用，影响了产甲烷微生态的菌群结构和功能。

酸抑制状态下，甲烷化的启动依赖于嗜乙酸微生物种群的生长。Staley等人[99]发现，处于酸化状态下（pH 5.5）的厌氧填埋柱中，甲烷八叠球菌通过乙酸发酵型甲烷化途径转化乙酸，成为逐渐解除酸抑制的重要甲烷化中心。Kotsyurbenko等人[70]则发现，高度酸性环境下（pH 4.5）甲烷化启动过程中，乙酸主要通过乙酸氧化和氢营养型甲烷化的联合途径向甲烷转化。目前，两种嗜乙酸产甲烷菌群在酸抑制状态下甲烷化启动过程中的贡献尚不清楚。根据已有的研究结果，pH很可能在甲烷化的启动方式和功能微生物的选择上起着重要作用，但其影响规律尤其是对不同种类嗜乙酸微生物的选择作用仍鲜见报道。(https://www.daowen.com)

为研究低pH的酸性环境中产甲烷微生态对酸胁迫的响应机制，本章节对100 mmol/L的乙酸在初始pH范围在5.0～6.5下的转化过程进行了研究。利用天然稳定碳同位素分析，ARISA和qPCR技术，从代谢流、代谢途径和微生物菌群结构等多角度，分析了不同pH状态酸胁迫下厌氧产甲烷微生态的转变规律。