N-酰基高丝氨酸内酯调控透析膜-藻-菌光生物反应器养分去除、微生物群落组装及工艺效能的作用机制

《Bioresource Technology》：N-acyl-homoserine lactone regulation of nutrient removal, microbial community assembly, and process efficacy in dialysis membrane-algal-bacterial photobioreactors

本研究系统探讨了外源AHLs信号分子（包括C4-HSL、C6-HSL和3-oxo-C10-HSL）在透析膜耦合藻菌光生物反应器中对养分去除、微生物群落组装及代谢功能的调控机制。结果表明，AHLs可显著提升总氮（TN）和总磷（TP）去除效率，促进污泥生物量增长，并引导微藻碳流向脂质积累；其中C6-HSL组的脱氮（80.39%）除磷（53.01%）效果最优。宏基因组分析揭示AHLs通过富集信号响应型细菌、增强氮代谢和三羧酸循环（TCA）等关键基因表达，强化藻菌互作与系统功能，为藻菌共生系统的定向调控提供理论依据。

　　

Section snippets

微藻、活性污泥、废水及预培养

实验所用微藻菌株为源自中国科学院水生生物研究所的Chlorella pyrenoidosaFACHB-5，采用Tris-乙酸-磷酸（TAP）培养基培养，于对数生长期收获。废水与活性污泥均取自浙江舟山勾山污水处理厂（WWTP）。

AHLs对藻菌生物量增长及氮磷去除的调控作用

外源AHLs对四个反应器组中微藻生物量及透析膜外活性污泥生物量的影响如图1A所示。培养末期，各组微藻生物量无显著差异，这可能源于后期系统养分耗尽限制了AHLs对微藻生物量的进一步促进作用。值得注意的是，C6-HSL与3-oxo-C10-HSL组中污泥生物量显著高于对照组，表明长链AHLs更易激活细菌增殖代谢。在氮磷去除方面，C6-HSL组表现尤为突出，总氮（TN）和总磷（TP）去除率分别达80.39%和53.01%，且微藻细胞内脂质积累显著提升，说明AHLs可重构碳分配路径，强化资源回收潜力。

Conclusion

外源AHLs在透析膜-藻-菌反应器中展现出调控养分去除、群落结构与系统功能的显著潜力。三种AHLs均能提升养分去除效率，并引导微藻碳流向脂质合成。宏基因组分析表明，AHLs通过选择性富集信号特异型细菌（其相对丰度与脱氮除磷性能呈正相关），激活氮代谢、三羧酸循环（TCA）及糖酵解相关基因表达，从而强化藻菌代谢耦联与系统稳定性。其中，3-oxo-C10-HSL与C6-HSL的调控效应最为显著。