随着我们工业化养殖业规模的不断发展，畜禽粪便的排放量不断增大，大量的畜禽粪便给环境保护造成了巨大的压力，同时加大了病原菌及寄生虫等的传播。厌氧发酵逐渐成为一种有效的处理畜禽粪便如猪粪，将其转化为能源气体甲烷的有效方法。温度是调节厌氧发酵系统表现及稳定性的重要环境因素之一，高温发酵不仅能提高产甲烷效率，还可以杀灭大部分病原菌。但因其能耗高，系统稳定较差，并未得到广泛应用。中温发酵稳定性较好，但产气效率不及高温发酵，系统周转较慢，导致大量发酵底物“浪费”。关于温度对厌氧发酵系统调节的研究很多，但针对温度对发酵系统内微生物的调节机理的研究还不够深入。本论文通过对不同温度下厌氧发酵系统中微生物过程的研究，从微生物群落及功能基因表达的角度，揭示了温度对厌氧发酵产甲烷系统的表现及稳定性的调节机理。　　1.本试验以猪粪为厌氧发酵底物，发酵体系设为1.5L，温度梯度设为25℃，35℃，45℃，50℃和55℃。在厌氧发酵过程中，分别检测日产甲烷量，甲烷浓度，累计产沼气量和挥发性脂肪酸浓度等发酵表现指标。试验结果显示产甲烷效率在50℃最高，其次是45℃，55℃，35℃和25℃。挥发性脂肪酸的转化率也是在50℃最高，在25℃最低。对发酵试验初期、高峰期及稳定期的沼液样品进一步做微生物群落分析。通过对微生物16S rRNA基因和16S rRNA的扩增子高通量Miseq测序，结果显示微生物群落在不同温度下有巨大的差异，这种差异与实际的发酵表现有显著的正相关关系。尽管在不同温度下，由16S rRNA基因和16SrRNA标记的微生物群落显示出相似的变异趋势，但在同一温度下由二者标记的微生物群落有一定差异，特别是某些功能微生物的相对丰度有较大的差异，这为我们进一步揭示厌氧发酵系统不同功能微生物对发酵表现的贡献提供了契机。通过群落富集分析显示Methanosarcina和Ruminofilibacter是导致50℃相对于25℃而言具有更好发酵表现的最主要的两种微生物。这两种微生物分别促进了在50℃的产甲烷效率及木聚糖水解能力。基于微生物群落的系统功能预测也显示在50℃相对于其他温度而言具有较高的产甲烷和底物水解的潜势。通过分析在不同温度下，分别以16S rRNA基因和16S rRNA标记的微生物群落之间的关系及差异度，显示微生物群落的活性。群落的总活性，和一些功能菌群(Firmucutes，Bacteroidetes和Euryarchaeota)的活性在45℃和50℃较高，这很好地对应了实际的产甲烷效率。另外微生物群落的alpha多样性与产甲烷效率呈较好的线性关系，这可能与群落的功能冗余度增加导致系统稳定性及功能效率增加有关。　　2.厌氧发酵系统的稳定性及功能表现不是一种或一类微生物决定的，而是由不同的功能微生物间互作共同决定的。基于以上实验结果，微生物互作在不同温度下的变化情况，及其与系统产气效率的关系被进一步分析和揭示。本实验通过构建谱系分子生态网络(phylogenetic molecular ecological networks，pMENs)进一步揭示微生物群落在不同温度下的互作情况。通过pMENs的拓扑性质分析显示基于16S rRNA的谱系分子生态网络pMENsR和基于16S rRNA基因的谱系分子生态网络pMENsD具有显著的不同，但二者都体现了典型的模块性和等级层次特性。pMENsD涉及更多种类的微生物参与，但网络的复杂度不及pMENsR。总的来说，随着温度的升高参与互作的微生物的相对丰度增加，这与温度呈正相关，说明了随着温度升高有更多微生物参与互作从而提高了微生物群落功能潜势的有序性，有序性增加则促进了系统功能的效率。另外，分析以模块定义的微生物功能组群的结果显示，以Methanosarcina为中心的产甲烷模块，以Ruminofilibacter为中心的底物水解模块和以Firmicutes和Bacteroidetes为主的发酵模块对系统的产甲烷效率有巨大的贡献。温度调节这些模块的构建及其与其它模块间的广泛联系，从而调节厌氧发酵系统的功能有序性，最终促进甲烷的产生效率。　　3.以上述实验为基础，通过宏转录组分析，从基因表达和代谢途径的角度阐述温度对厌氧发酵产甲烷的调控机制。以MG-RAST为分析平台，选择KEGG为基础的功能分类，结果显示不同层次的功能分类的相对丰度在不同温度下具有显著性差异，说明温度对系统功能表达的调节具有显著的作用。功能基因表达的变异和产甲烷效率的变异有很好的线性关系。通过冗余性分析(redundancyanalysis，RDA)显示，氧化磷酸化和产甲烷代谢途径对系统产甲烷效率有较大的贡献。代谢途径的alpha多样性及集中性(centralization)都与系统产甲烷效率有很好的线性关系，说明温度很可能通过降低功能表达的多样性，加强功能集中性来调节产甲烷效率。　　本研究系统揭示了温度对厌氧猪粪发酵系统中微生物类群丰度、活性和过程的调控机制，为实际沼气工程的设计和运行提供了理论支撑。