編譯：微科盟HushKuo，編輯：微科盟木木夕、江舜堯。
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導讀
壬基酚（NP）因其對生物體的雌激素活性而廣為人知，但其對復雜微生物群介導生化過程的影響尚未清楚。本研究報道了NP 影響污泥厭氧消化中酸化和產(chǎn)甲烷過程的劑量特性。低劑量（50 mg/kg）和高劑量（1000 mg/kg）NP都有利于酸化和乙酸發(fā)酵產(chǎn)甲烷（AM），而高劑量NP則進一步刺激氫營養(yǎng)型產(chǎn)甲烷（HM）。穩(wěn)定同位素檢測分析表明，隨著NP 劑量的增加，主要的產(chǎn)甲烷途徑從 AM 轉(zhuǎn)變?yōu)?/span> AM 和 HM 的組合。在NP作用下，為利于酸化和基于底物的產(chǎn)甲烷過程，產(chǎn)酸和產(chǎn)甲烷菌群積累且發(fā)生重構(gòu)，負責將底物生物轉(zhuǎn)化為乙酸鹽（糖酵解、stickland反應和丙酮酸代謝）、乙酸鹽運輸和微生物維穩(wěn)的酸化相關基因在低和高 NP 劑量下均有所富集。高低劑量NP都增強了編碼乙酸發(fā)酵途徑中的乙酰輔酶A脫氫酶/合成酶（CODH/ACS）和輔酶合成轉(zhuǎn)運蛋白的產(chǎn)甲烷相關基因。此外，高劑量NP促進了CO2還原途徑中的大部分基因以及輔酶 F420 和雜二硫化物還原酶合成的關鍵物質(zhì)轉(zhuǎn)運蛋白。這項研究揭示了NP在遺傳水平上具有劑量特性模式對復雜微生物過程（而非特定生物）的影響，對含難降解有機物污泥的資源利用具有指導意義。
原名：Metagenomic analysis reveals nonylphenol-shaped acidification and methanogenesis during sludge anaerobic digestion
譯名：宏基因組分析揭示污泥厭氧消化中的壬基酚型酸化及產(chǎn)甲烷過程
期刊：Water Research
IF：9.13
發(fā)表時間：2021.3.3
通訊作者：馮雷雨
通訊作者單位：同濟大學
NP影響厭氧消化的實驗在一系列含有300 mL污泥的相同血清瓶中進行。厭氧消化池中的NP濃度分別設置為0（對照）、50、100、200、1000 mg/kg干污泥。NP 影響厭氧消化過程（水解、酸化和產(chǎn)甲烷）的實驗在一系列相同的厭氧反應器中使用合成廢水進行。甲烷產(chǎn)量相對穩(wěn)定后，取消化液分析溶解多糖和蛋白質(zhì)、微生物群落和宏基因組，并用混合氣體測定甲烷（δ13CH4）和二氧化碳（δ13CO2）的穩(wěn)定碳同位素值。對于NP影響水解的實驗，將450 mg BSA（模型蛋白）和90 mg葡聚糖（模型多糖）溶解在270 mL自來水中形成合成廢水，并添加30 mL來自長期厭氧反應器的消化混合物為接種物。對于酸化，底物是450 mg/L谷氨酸（模型氨基酸）和 90 mg葡萄糖（模型單糖）。運行時間為3天，分析SCFAs濃度。對于乙酸發(fā)酵和氫營養(yǎng)產(chǎn)甲烷，底物分別為0.9 g乙酸鹽和300 mL H2/CO2混合氣體(V/V= 4/1)。
1 NP分化厭氧消化反應器中的甲烷產(chǎn)量
圖 1 在穩(wěn)定運行（> 60 d）的條件下，NP分化厭氧消化反應器的實時（a）和平均（b）甲烷產(chǎn)量。（b）中的黑色*表示該組與對照組之間的數(shù)據(jù)有顯著性差異（p <0.05），紅色的表示該組與所有其他組之間的數(shù)據(jù)中存在顯著性差異（p <0.05）。
圖1（a）顯示了在不同 NP 應力下厭氧消化器中甲烷的表觀產(chǎn)率。顯然，NP 的存在對污泥厭氧消化過程中的甲烷產(chǎn)量產(chǎn)生了積極影響。然而，積極影響隨著污泥中 NP 濃度的變化而變化。厭氧消化系統(tǒng)中NP濃度為0、50、100、200和1000 mg/kg對應的平均甲烷產(chǎn)量分別為9.42、12.10、11.50、11.85和14.42 mL/gVSS（圖1（b））。隨著厭氧消化過程中污泥中NP含量的增加，產(chǎn)甲烷的趨勢可在200 mg/kg的NP劑量處前后分為兩個階段。在第一階段，甲烷產(chǎn)量先增加后保持穩(wěn)定，NP含量在0-200 mg/kg范圍內(nèi)。在第二階段，NP濃度在200-1000 mg/kg范圍內(nèi)時，甲烷產(chǎn)量增加，當NP劑量為1000 mg/kg時，甲烷產(chǎn)量達到最高。本研究中NP在污泥厭氧消化中的生物降解效率相對較低，因此NP生物降解對產(chǎn)甲烷的貢獻可以忽略不計，對產(chǎn)甲烷主要由污泥的厭氧消化實現(xiàn)。正如NP和有機體（細胞、組織或器官）的劑量響應關系一樣，甲烷產(chǎn)量隨NP劑量而變化�；�NP可以影響的消化體系中的甲烷產(chǎn)量，需要進一步揭示如下問題：1）為什么NP可以加速污泥的厭氧消化？2）NP的低劑量和高劑量之間的促進機制有何不同。為了清楚地揭示未知信息，本研究人為定義了關鍵的 NP 濃度節(jié)點，分別設置了對照（0 mg/kg）、低劑量（50 mg/kg，對應于甲烷的第一個產(chǎn)量峰值）和高劑量（1000 mg/kg，對應于甲烷產(chǎn)量的第二個峰值）。從毒理學的角度來看，這種劑量特性關系既不是單調(diào)的促進或抑制趨勢（如 J 形和 S 形曲線），也不是常見的興奮趨勢（如 U 形曲線）。因此，進一步探討不同NP脅迫下污泥厭氧消化的機理具有重要的啟發(fā)意義。
圖2 NP對（a）酸化的影響（3 d運行結(jié)束時產(chǎn)生的SCFAs）。（b）NP對乙酸發(fā)酵產(chǎn)甲烷的影響（8 d運行結(jié)束時產(chǎn)生的甲烷）。（c）NP對氫營養(yǎng)型產(chǎn)甲烷的影響（2 d運行結(jié)束時產(chǎn)生的甲烷）。（d）主要產(chǎn)甲烷途徑的變化（沼氣的δ13CO2和δ13CH4的平均值以及由（δ13CO2+1000）/（δ13CH4+1000）計算的表觀分餾因子（αc））。（e）NP分化厭氧消化反應器中的關鍵過程概覽。生物廢料的典型厭氧消化可大致分為兩個階段，包括水解、酸化和同型乙酸生成，以及乙酸鹽、 H2 和CO2轉(zhuǎn)化為甲烷（即產(chǎn)甲烷）。非產(chǎn)甲烷作用對于厭氧消化系統(tǒng)中生態(tài)位的穩(wěn)定至關重要，其速度受到不溶性復雜底物水解的限制。值得注意的是，用于產(chǎn)甲烷的乙酸大部分來自酸化，由于微生物生長受到抑制，酸化可能是環(huán)境脅迫條件下潛在的限速步驟。在實際中，當系統(tǒng)中存在其他氫消耗微生物（如產(chǎn)甲烷菌）時，同型產(chǎn)乙酸對乙酸的貢獻幾乎可以忽略不計。目前結(jié)果表明，NP對厭氧消化的促進作用并非源于NP對水解的影響。對于酸化（圖 2 (a)）而言，在運行時間結(jié)束時（3天），在對照和NP反應器之間觀察到總SCFA的產(chǎn)量（6238-6479 mg COD/L）沒有顯著差異（P < 0.05）。酸化產(chǎn)生的主要短鏈脂肪酸是乙酸和正丁酸，占短鏈脂肪酸總量的90%。低和高NP 濃度的乙酸產(chǎn)量（4454和4209 mg COD/L）遠高于對照（3429 mg COD/L），這表明在污泥酸化過程中乙酸產(chǎn)量的增加。通常地，大約三分之一的甲烷是由H2/CO2（氫營養(yǎng)型產(chǎn)甲烷，HM）形成的，而乙酸是生物廢料消化系統(tǒng)中剩余三分之二（乙酸發(fā)酵產(chǎn)甲烷，AM）的甲烷來源。然而，目前尚未有不同NP濃度對基于底物產(chǎn)甲烷作用影響的信息。當操作時間為8 d時，具有低NP和高NP濃度的AM反應器中甲烷的積累分別為130.2和127.9 mL（圖2（b）），高于對照（103.0 mL）。與AM不同，在HM期間， NP含量在0-1000 mg/kg 范圍內(nèi)，甲烷產(chǎn)量隨著NP含量逐漸增加（圖2（c））。與其他反應器相比，當操作時間為2 d時，高NP劑量導致甲烷積累急劇增加（是對照中的1.72倍）。甲烷產(chǎn)量受產(chǎn)甲烷過程和途徑的控制，這意味著NP影響的過程不足以解釋實際生物反應器中受 NP 影響的甲烷產(chǎn)量趨勢，因此我們進一步研究了主要產(chǎn)甲烷途徑的轉(zhuǎn)變。圖2（d）顯示了不同NP含量的厭氧消化反應器中 δ13CH4 、δ13CO2和αC的值。對照中δ13CH4平均值為-47.2 ‰，隨著NP濃度的升高，先增加到-45.6 ‰，然后下降到-53.4 ‰。相比之下，厭氧消化系統(tǒng)中δ13CO2值則呈現(xiàn)相反的趨勢，隨著NP濃度的增加分別為-26.3 ‰、-16.0 ‰和-13.6 ‰。在無、低和高NP應力下，由δ13CH4和δ13CO2計算的αC值分別為1.022、1.031和1.042。據(jù)報道，當αC < 1.027、αC> 1.065和αC ≈ 1.045時，甲烷主要由乙酸發(fā)酵、氫營養(yǎng)以及乙酸發(fā)酵和氫營養(yǎng)相結(jié)合的過程分別產(chǎn)生。因此，在對照和低NP劑量反應器中，主要途徑是AM，隨后轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂懈?/span>NP劑量的AM和HM 組合。迄今為止，已經(jīng)報道了在環(huán)境壓力條件下，主要產(chǎn)甲烷途徑（特別是受抑制的乙酸發(fā)酵途徑，如在高醋酸鹽和銨濃度、低 pH和產(chǎn)甲烷抑制劑（BES和氯仿）下）的轉(zhuǎn)變。在這項研究中，NP不僅沒有抑制乙酸發(fā)酵途徑，而且在高 NP 劑量下，氫營養(yǎng)途徑得到增強，這不同于先前所報道的。因此，低濃度和高濃度的 NP 對污泥的酸化和 AM 都有積極的影響；在此基礎上，高濃度的NP進一步提高了HM的甲烷產(chǎn)量和比例（圖2（e））。因此，本文重點研究污泥的產(chǎn)甲烷和酸化，未考慮NP對水解的影響。
圖3 NP分化厭氧消化反應器中主要細菌（a）、古細菌（b）和所有微生物（c）變化的圖形呈現(xiàn)。（a）中只顯示了的豐度> 1％的細菌。（b）中綠色和紅色表示的古生菌分別是乙酸發(fā)酵產(chǎn)甲烷菌和氫營養(yǎng)型產(chǎn)甲烷菌。
產(chǎn)酸細菌。由于細菌群落在環(huán)境壓力下的改變，由產(chǎn)酸微生物介導的酸化可能是一個潛在的限速步驟。從該意義上說，相對更高的細菌多樣性和均勻度是含NP厭氧消化器的特征。較高的微生物多樣性和均勻度被認為是具有冗余代謝途徑的發(fā)酵細菌的庫，這有利于確保微生物群落的功能穩(wěn)定性，并且通常厭氧反應器的穩(wěn)定運行相關。本研究所采用的污泥的細菌群落以Bacteroidetes、Proteobacteria、Firmicutes、Spirochaetae、Chloroflexi、Actinobacteria、Parcubacteria、Acidobacteria以及Chlorobi等水解酸化過程的核心菌群為主導。NP 反應器中與酸化相關的細菌可分為三組。第一組是有機底物降解菌（以Acidimicrobiales和Corynebacteriales為代表），可將葡萄糖、琥珀酸鹽和乳酸等轉(zhuǎn)化為乙酸鹽、 CO2 和H2作為中間體。第二組是和通過為乙酸發(fā)酵產(chǎn)甲烷菌提供乙酸而形成共營養(yǎng)代謝關系的微生物（即Anaerolineales和Chlorobiales）。第三組微生物能夠通過轉(zhuǎn)換底物類型來適應復雜的環(huán)境，避免與其他微生物種群（以Rhizobiales代表）的直接競爭，可能對厭氧消化的穩(wěn)定運行產(chǎn)生積極的影響。NP反應器中所有上述細菌的相對豐度均比對照中的高得多，這表明存在NP時細菌群落的變化有利于污泥酸化。產(chǎn)甲烷古菌。產(chǎn)甲烷的古細菌通過將有限數(shù)量的底物轉(zhuǎn)化為甲烷氣體而獲得生長所需的能量。同樣，產(chǎn)甲烷古菌的多樣性升高，并且與 NP 濃度相關。Methanobacteriaceae、Methanosaetaceae、Methanosarcinaceae、Methanoregulaceae以及Methanospirillaceae是科水平上厭氧發(fā)酵系統(tǒng)中的主導產(chǎn)甲烷菌。如圖3（b）所示，Methanosaeta（隸屬于Methanosaetaceae）和Methanosarcina（隸屬于Methanosarcinaceae）進行了乙酸發(fā)酵反應分解乙酸鹽，其在NP反應器中的豐度（分別為11.20%-15.43%和1.65-3.29%）高于對照（分別為9.26%和1.00%）。氫營養(yǎng)型的Methanoregulaceae（主要是Methanolinea）、Methanospirillaceae科（主要是Methanospirillum）、Methanobacteriaceae和WCHA1-57可將CO2還原為甲烷。對照組中氫營養(yǎng)型產(chǎn)甲烷菌占15.67%，在高劑量NP體系則升高到23.48%。另一方面，由于乙酸發(fā)酵型和氫營養(yǎng)型產(chǎn)甲烷菌在NP的積累，利用其他底物的產(chǎn)甲烷菌（如使用C-1化合物作為底物的Methanomethylovorans）在NP反應器中受到抑制。因此，NP脅迫下厭氧消化系統(tǒng)中的產(chǎn)甲烷群落有利于乙酸發(fā)酵和CO2還原產(chǎn)生甲烷。宏基因組分析用于進一步評估屬于不同域的所有微生物（圖3（c））。與對照（3.35%）相比，在NP反應器中獲得了更多的古細菌，尤其是產(chǎn)甲烷菌（分別為3.57%和3.87%，對應低和高NP含量），可能與NP反應器較高的甲烷產(chǎn)量。
圖4 （a）NP分化厭氧消化反應器中的酸化和產(chǎn)甲烷相關功能基因和途徑相對豐度熱圖（黑色和紅色表示的功能分別來自細菌和產(chǎn)甲烷菌構(gòu)建的基因組）。（b）不同NP劑量的功能強化。
眾所周知，微生物幾乎所有的生命活動本質(zhì)上都與功能基因有關。為了進一步闡明為什么微生物群落因NP負荷而轉(zhuǎn)變?yōu)檫m合產(chǎn)乙酸和產(chǎn)甲烷的微生物的原因，在這項研究中，基于由產(chǎn)酸細菌和產(chǎn)甲烷古菌構(gòu)成的基因組進行了宏基因組學分析。在厭氧消化體系中，微生物的功能包括發(fā)酵和生長，這與微生物的發(fā)酵途徑和生理狀態(tài)有關。酸化相關功能。產(chǎn)酸菌的酸化途徑主要包括糖酵解（EMP和ED途徑）、單糖代謝、氨基酸代謝（stickland反應）和丙酮酸代謝。值得注意的是，糖酵解和單糖代謝途徑（果糖/甘露糖、半乳糖和氨基/核苷酸糖代謝，以及磷酸戊糖途徑）在低劑量和高劑量的NP下均顯著增強（P < 0.05）（圖4（a））。此外，編碼己糖激酶（HK）、6-磷酸葡萄糖異構(gòu)酶（pgi）、磷酸丙糖異構(gòu)酶（tpiA）、磷酸甘油酸變位酶（gp-mAI和apgM）、3-磷酸甘油醛脫氫酶（gapN）、參與糖酵解的2-脫氫-3-脫氧葡萄糖酸醛縮酶（eda），與stickland反應有關的氨基酸還原酶（grd-ABCDE和prd）和轉(zhuǎn)氨酶（asdA），以及丙酮酸代謝相關的鐵氧還蛋白氧化還原酶（por和korAB）、乙酸激酶（ackA）和磷酸轉(zhuǎn)乙酰酶（pta），在NP消化器中與對照相比增加了10%-275%。從產(chǎn)酸途徑產(chǎn)生的乙酸應該通過運輸?shù)靡岳�，對此，乙酸轉(zhuǎn)運蛋白基因atoE和SMCT在兩種NP劑量下都得到增強。對于非產(chǎn)酸途徑，低和高NP濃度都顯著增強了翻譯（核糖體）（P < 0.05）（圖4（a））。核糖體的功能是在蛋白質(zhì)生物合成過程中翻譯mRNA以維持細胞穩(wěn)態(tài)和存活。編碼參與修復DNA損傷的核糖體亞基成分（RPS3）、早期發(fā)育和生物體內(nèi)細胞遷移和存活的調(diào)節(jié)器（RPS7）、在核仁和細胞質(zhì)之間轉(zhuǎn)運的5S rRNA的分子伴侶（RPL5）和核糖體組裝（RpL15）的基因在NP的作用下得到改善。然而，在NP含量低和高的情況下觀察到分化的途徑。嘌呤/嘧啶代謝、同源重組、錯配修復和DNA復制在低NP劑量下顯著增加（P < 0.05），而底物（氨基酸和單糖）轉(zhuǎn)運蛋白基因（livGFHMK、rbsAC、ugpBE、aapJM、proWV和metQ）和群體感應控制生物膜形成的基因（bapA、secY和oppCD）在高劑量NP下顯著增加。基于細菌基因組，酸化通過劑量特性機制增強（圖4（b））。NP對參與產(chǎn)酸途徑的功能基因有積極影響；此外，低NP劑量有利于基因調(diào)控，高NP劑量有利于膜轉(zhuǎn)運和信號轉(zhuǎn)導。產(chǎn)甲烷相關功能。基于產(chǎn)甲烷古菌構(gòu)建的基因組對產(chǎn)甲烷途徑（乙酸發(fā)酵反應和CO2還原）進行了分析，結(jié)果表明低和高NP含量均增強了甲烷代謝功能（ko00680）（圖4（a））。對于乙酸發(fā)酵反應，NP脅迫下產(chǎn)甲烷菌中乙酰輔酶A合成酶（acs）和CO脫氫酶/乙酰輔酶A合成酶（cdhCDE）相關基因的相對豐度高于對照。對于CO2型途徑，甲酰甲烷呋喃脫氫酶（fwdBCDEF）、甲酰甲烷呋喃：四氫甲蝶呤甲酰轉(zhuǎn)移酶（ftr）、亞甲基四氫甲蝶呤脫氫酶（mtd）和5,10-亞甲基四氫甲喋呤再分解酶（mer）有關的基因以及F420和MFR輔酶合成有關的基因（cofCDEHG、fbiC和mfnCE）的豐度在NP應力下高于對照1.2-1.6倍。對于共同途徑（AM和HM均存在的部分途徑），基因mtrDGH（輔酶M甲基轉(zhuǎn)移酶，Mtr）、mcrABCDG（甲基輔酶M還原酶，Mcr）和hdrABC（雜二硫鍵還原酶，Hdr）基因在存在低濃度和高濃度的NP時均被富集。因此，兩種NP劑量都有益于參與乙酸發(fā)酵和共同途徑的功能基因。此外，高濃度的NP對功能基因的促進作用，不僅涉及代謝途徑，而且還涉及用于 CO 2 還原輔酶的合成。基于產(chǎn)甲烷基因組，含NP的生物膜介導的功能（ABC轉(zhuǎn)運蛋白）遠高于對照（圖4（a））。鐵復合物、鈷/鎳和鉬轉(zhuǎn)運系統(tǒng)的底物結(jié)合、ATP 結(jié)合和通透酶蛋白在高NP脅迫下積累。鐵是原卟啉大循環(huán)中必不可少的嵌入物，用于產(chǎn)甲烷菌的血紅素生成。鈷和鎳作為參與甲烷生成的輔酶中環(huán)狀四吡咯（corrin 環(huán)）的中心配位離子。參與甲烷生成最后一步的Mcr的鎳-corrin 輔酶F430因子和亞基MtrA含有一個鈷-corrin衍生物輔基，該基團在產(chǎn)甲烷過程中的催化循環(huán)中發(fā)生甲基化和去甲基化。鉬由于其立體相似性，阻止了硫酸鹽還原中的第一種酶，從而刺激了甲烷的產(chǎn)生。鋅的底物結(jié)合、ATP 結(jié)合和通透酶蛋白僅在高 NP 濃度下增加。鋅是甲酸脫氫酶的重要位點，它催化由甲酸代替H2的氧化而生成還原型輔酶F420的反應。在鋅蛋白HdrB中發(fā)現(xiàn)了雜二硫鍵還原位點，Hdr是Hdr的一個亞基，催化CoB-CoM雜二硫鍵還原為CoB和CoM。此外，高濃度的NP促進了與氫營養(yǎng)型產(chǎn)甲烷菌的生長和增殖有關的功能（核糖體、嘧啶代謝、RNA聚合酶和蛋白質(zhì)的輸出）（圖4（a）），表明在高NP含量下產(chǎn)生了更多氫營養(yǎng)產(chǎn)甲烷菌的子細胞。基于上述結(jié)果，污泥的產(chǎn)甲烷過程在劑量特性機制下被促進和形成（圖4（b））。低含量和高含量的NP均促進了乙酸發(fā)酵途徑和共同途徑中輔酶合成必需成分的轉(zhuǎn)運蛋白的功能基因；此外，高劑量的NP促進氫營養(yǎng)途徑和氫營養(yǎng)產(chǎn)甲烷過程涉及輔酶合成的關鍵物質(zhì)的轉(zhuǎn)運基因。在污泥厭氧消化過程中，響應和信號轉(zhuǎn)導是由NP激活的關鍵功能。事實上，在個體生物體中也觀察到膜滲透性和物質(zhì)吸收的紊亂。NP對膜磷脂具有更高的親和力，并影響鈣向肌漿網(wǎng)的主動運輸并導致細胞死亡。在NP誘導淡水魚肝毒性的條件下，細胞間和細胞內(nèi)的膜轉(zhuǎn)運減少�；诤昊蚪M學分析（圖4（b）），厭氧消化的細菌和古細菌的膜轉(zhuǎn)運功能在實驗濃度范圍內(nèi)隨著NP的增加而增加（圖4（b）），這與在個體有機體中認識到的機制不同。另一方面，目前通過精心設計控制生物體整體生理的信號轉(zhuǎn)導，NP可以用于調(diào)節(jié)雌激素的作用。例如，ER信號通路在斑馬魚早期發(fā)育過程中被中心水平的NP靶向，長期暴露于NP會影響成年雄性肝臟中的胰島素信號傳導。在這項研究中，控制細菌生物膜形成的群體感應（屬于信號轉(zhuǎn)導）在高 NP 劑量下得到了改善（圖4（b））。類比NP對生物體的雌激素作用機制，污泥中這些功能的改變可視為NP對微生物群落的“雌激素作用機制”。對于NP激活的基因，除了環(huán)境調(diào)控基因外，還檢測到了許多涉及氨基酸和葡萄糖代謝的基因。與對照動物相比，NP處理的動物肝臟中己糖激酶的活性顯著降低，而糖原磷酸化酶和葡萄糖-6-磷酸酶的活性呈劑量依賴性增加。暴露于不適當濃度的 NP 可能會改變葡萄糖代謝并增加患糖尿病的風險。天冬氨酸轉(zhuǎn)氨酶、丙氨酸轉(zhuǎn)氨酶、乳酸脫氫酶、硫代巴比妥酸反應物質(zhì)和谷胱甘肽水平受NP影響，因此NP可誘導雄性大鼠肝臟氧化應激。污泥厭氧消化過程（尤其是酸化）是一個復雜的氨基酸、葡萄糖等有機物降解系統(tǒng)（圖4（b）），與這些有機物在生物體內(nèi)的代謝密切相關。該研究深入了解了NP在代謝途徑和遺傳水平上對污泥厭氧消化的劑量特性影響，并對含有難降解有機物的污泥的資源利用具有重要意義。另一方面，該項研究不僅從個體生物體層面，而且從參與復雜微生物過程的生物群體層面，擴充了NP對所有形式的“生命”影響的認識。本文結(jié)果顯示，隨著NP劑量的增加，污泥厭氧消化產(chǎn)甲烷的劑量特性增強。低和高的NP劑量均能夠促進厭氧消化，具有特定的劑量特性機制：低和高的NP劑量均促進酸化和AM，并且AM在低NP劑量下主導產(chǎn)甲烷途徑；高劑量NP進一步刺激了HM，并且AM和HM的組合在高劑量NP下主導了產(chǎn)甲烷途徑。對于酸化，兩種NP劑量都促進了參與底物運輸和生物轉(zhuǎn)化為乙酸鹽和乙酸鹽轉(zhuǎn)運的功能基因。對于產(chǎn)甲烷，與乙酸發(fā)酵途徑相關的功能基因在低和高NP劑量下積累；此外，高NP劑量還刺激了大部分參與CO2還原途徑的基因和輔酶合成的關鍵物質(zhì)轉(zhuǎn)運蛋白。
