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畜禽糞便、餐廚垃圾等富氮有機(jī)廢棄物厭氧發(fā)酵過程中常發(fā)生氨抑制，導(dǎo)致產(chǎn)甲烷性能下降。為深入揭示氨抑制機(jī)理，中國(guó)科學(xué)院廣州能源研究所生物質(zhì)能生化轉(zhuǎn)化研究室在階梯性提高氨濃度的厭氧發(fā)酵過程中，從產(chǎn)氣性能、關(guān)鍵產(chǎn)甲烷反應(yīng)的吉布斯自由能、能量及物質(zhì)流動(dòng)、微生物群落演替及微生物電子傳遞活性等方面全面揭示了氨抑制機(jī)理。研究發(fā)現(xiàn)，隨著氨濃度增加，甲烷產(chǎn)量降低，發(fā)酵體系內(nèi)揮發(fā)性脂肪酸積累，丙酸、丁酸降解甲烷化反應(yīng)的吉布斯自由能變值升高，由發(fā)酵原料流向甲烷的能量顯著減少（圖1）。 

　　圖1氨對(duì)厭氧發(fā)酵產(chǎn)氣性能、關(guān)鍵反應(yīng)自由能、能量及物質(zhì)流動(dòng)的影響 

此外，產(chǎn)酸菌的相對(duì)豐度顯著高于產(chǎn)甲烷菌；ATP合成酶的基因豐度顯著上升且大分子運(yùn)輸相關(guān)基因豐度上升，表明高氨濃度下電化學(xué)梯度產(chǎn)ATP途徑減弱，細(xì)菌底物水平磷酸化產(chǎn)ATP途徑增強(qiáng)（圖2）；且產(chǎn)酸到產(chǎn)甲烷過程相關(guān)電子轉(zhuǎn)移的基因豐度顯著下降，限制了微生物間電子互營(yíng)的效率，這是導(dǎo)致?lián)]發(fā)性脂肪酸累積和甲烷產(chǎn)量降低的主要原因。基于以上發(fā)現(xiàn)，推測(cè)高濃度氨主要抑制了有機(jī)廢棄物甲烷化過程的微生物電子傳遞效率。因此，向發(fā)酵系統(tǒng)內(nèi)補(bǔ)充電子具有緩解氨抑制和提高發(fā)酵效率的潛能。

圖2. 氨抑制對(duì)微生物電子傳遞活性的影響 

以上研究成果以Effect of ammonia on anaerobic digestion: focusing on energy flow and electron transfer為題發(fā)表于Chemical Engineering Journal，郭穎副研究員及碩士畢業(yè)生肖凡為共同第一作者，通訊作者為李穎研究員。研究得到中國(guó)科學(xué)院青年創(chuàng)新促進(jìn)會(huì)、國(guó)家自然科學(xué)基金面上等項(xiàng)目資助。 

原文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1385894723033697