6.1 概述

厌氧消化系统存在着种群繁多、关系异常复杂的微生物种群，甲烷的产生是各微生物种群相互平衡、协同作用的结果。近年来，基于核酸分析的分子生物学技术为环境工程和微生物学者探索厌氧消化反应器内的微生物世界提供了强有力的工具。然而，利用传统的分子生物学技术，如基于PCR的指纹图谱技术（包括DGGE、ARISA等）、qPCR技术、克隆文库等[187]，直接对环境样品进行分析，往往忽略了特定环境下微生物的功能，难以提供原位环境下有关微生物间相互作用及其代谢功能的直接信息[153]。荧光原位杂交技术实现了特定微生物种群的原位观测，但是，其探针往往是基于16S rRNA或某种代表性的功能基因进行设计，由此可能导致某些非经典途径的功能微生物种群被忽略。核酸稳定同位素标记技术，如DNA-SIP，则克服了这一难点。在实现对特定环境下微生物群落结构进行分类学鉴定的同时，又可确定其在物质代谢过程中的功能，从而提供了复杂群落中微生物间相互作用及其代谢功能的详细信息[157]。目前，DNA-SIP已经被广泛应用于土壤[65]、沼泽地[154]、海洋[155]等生境中微生物种群的研究。然而，其在人工厌氧甲烷化系统中，尤其是胁迫状态下对功能微生物的研究则鲜见报道。该方法在应用过程中会产生微生物间的交互营养问题，不适当的样品选择可能降低方法的特异性。另外，微生物对标记性底物的同化过程也受到诸多因素影响，如微生物的生长状况等[157]。因此，在将其应用于新的目标体系时，首先需要进行方法学探索。(https://www.daowen.com)

针对产甲烷微生态耐受氨胁迫的研究，有文献报道：产甲烷菌群在TAN浓度高达429～500 mmol/L时，仍能够保持活跃的产甲烷能力[118]。我们的前期研究也发现，高温厌氧产甲烷污泥对高浓度氨（TAN≤500 mmol/L）具有一定耐受性。为准确识别氨胁迫下甲烷化中心建立过程中的功能微生物，本章将DNA-SIP技术结合焦磷酸高通量测序方法引入到人工厌氧系统中，研究了氨胁迫下的产甲烷微生态，探讨了如何避免交互营养现象对识别功能菌群的干扰等问题；同时，综合运用了ARISA和FISH技术，以更全面地提供群落结构变化演替的信息。