厌氧发酵广泛应用于处理畜禽粪便的污染，同时转化这些污染物为生物甲烷，提供能源。在这一过程中的物质转化和能量流动主要依靠微生物来执行。因此，揭示微生物在厌氧发酵过程中的生态角色至关重要，可以应用于反应器发酵表现的预测和管理，能够指导研发提高厌氧发酵效率的新技术和策略。但是，由于微生物群落的高度复杂性和多样性，回答以上科学问题仍然是一个挑战。 

 目前研究发现，微生物rRNA operon (rrn) 拷贝数能够反应微生物在能量分配上的生态策略，即含有较高拷贝数的微生物更倾向于有较低的底物利用效率和较高的最大生长速率，反之亦然。低的底物利用效率有利于微生物之间的cross-feeding (一个微生物不完全降解、利用一个底物，从而产生中间产物以供其他微生物利用)，而这个cross-feeding对厌氧发酵过程中的物质和过量循环至关重要。由此引出假设：是否微生物群落rrn平均 拷贝数作为一个可以简化微生物群落复杂性的指标，能够预测厌氧发酵过程物质和能量流动情况？ 

 为了检验以上科学假设，中国科学院成都生物研究所李香真研究员课题组林强博士等研究人员应用16S rRNA和16S DNA扩增子测序，对猪粪厌氧发酵产沼气系统中微生物群落的活性，动态和rrn平均拷贝数进行了深入系统的研究。甲烷作为厌氧发酵的一个重要产物，与发酵过程物质和能量流动情况密切相关，因此被本研究用于估计发酵过程物质和能量流动情况。研究发现，在猪粪厌氧发酵中，微生物群落rrn平均拷贝数和表达率与产甲烷效率密切相关，能很好地预测发酵过程物质和能量流动情况。但当把部分猪粪底物换成简单底物（如果糖或废弃的苹果）以降低底物复杂性，之前观察到的相关性减弱；当把底物又换回之前的底物（猪粪）时，相关性强度得到了恢复。这是因为简单底物减弱了微生物之间的cross-feeding，从而弱化了预测性。微生物群落rrn平均拷贝数和表达率对底物添加的响应，在猪粪底物和复杂性较低的底物之间，和在沼液微生物和秸秆微生物之间，都有较大不同。 

 本研究通过微生物群落rrn平均拷贝数和表达率来探索微生物在厌氧发酵过程中的生态角色，首次揭示了较高的微生物群落rrn平均拷贝数和表达率有利于厌氧发酵系统物质和能量的流动。该研究成果对于理解厌氧发酵中微生物主导的能量和物质转化具有重要指导意义。研究结果发表于国际主流期刊Water Research (2022)。

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