过氧乙酸(PAA)急性暴露对水产养殖生物滤器生物膜的差异化抑制效应及机制解析

为解决水产循环系统(RAS)中生物滤器生物膜对过氧乙酸(PAA)消毒的敏感性差异问题，研究人员通过急性暴露实验结合呼吸计量法和流式细胞术，首次量化了PAA对淡水RAS中生物膜代谢活性（氨氧化AOB/亚硝酸盐氧化NOB）和存活率的剂量效应。研究发现未接触PAA的试验系统生物膜对1.27-4.68 mg/L PAA敏感，而商业化RAS中经长期PAA处理的生物膜表现出显著抗性（仅16 mg/L时NOB活性降低39%），为优化RAS消毒策略提供了关键数据。

　　

在水产养殖领域，生物滤器中的生物膜如同"双刃剑"——既是维持水质的功臣（通过硝化作用转化有毒氨和亚硝酸盐），又是病原菌滋生的温床。传统消毒剂过氧乙酸(PAA)虽能有效杀灭游离病原体，但其对复杂生物膜的影响始终是个黑箱。更棘手的是，养殖场长期使用PAA是否会导致生物膜产生"抗药性"？这个关乎数万吨水产养殖产能的问题，至今缺乏定量研究证据。

丹麦技术大学水产研究所的科研团队在《Biofilm》发表的研究，首次采用呼吸计量法（实时监测O₂消耗/释放）和流式细胞术（SYBR Green/PI双染色）双管齐下，对比分析了试验性RAS（无PAA暴露史）与商业化RAS（定期PAA处理）的生物膜对0-16 mg/L PAA的响应差异。研究选取RK Plast生物填料上的生物膜，通过测定氧消耗速率(OCR)量化内源呼吸、氨氧化(OCR_AOB)和亚硝酸盐氧化(OCR_NOB)活性，同时以H₂O₂分解速率(k_or)表征整体微生物活性。

3.1 生物膜活性对PAA急性暴露的响应
试验系统生物膜呈现典型的剂量依赖性抑制：亚硝酸盐氧化最敏感（IC₅₀=1.27 mg/L），其次是氨氧化（IC₅₀=1.59 mg/L），而H₂O₂分解活性最顽强（IC₅₀=4.68 mg/L）。在16 mg/L PAA暴露下，OCR_NOB和OCR_AOB分别被抑制99%和51%。与之形成鲜明对比的是，商业化RAS生物膜仅在最高浓度(16 mg/L)时出现NOB活性降低39%、AOB活性降低51%，且k_or在2 mg/L PAA下反常升高3倍，显示显著的适应性反应。

3.2 生物膜存活率变化
流式数据显示，试验系统生物膜的活细胞数从9.1×10⁷ cells/cm²锐减至2.4×10⁷ cells/cm²，死细胞比例从15%飙升至54%。而商业化RAS生物膜的活细胞数始终维持在7.3-8.1×10⁷ cells/cm²，死细胞比例仅微增到25.8%，印证了其结构稳定性。

这项研究揭示了生物膜代谢功能对PAA的"层级式"响应规律：位于表层的硝化菌(AOB/NOB)最脆弱，深层异养菌相对耐受，而催化酶系统(H₂O₂分解)则几乎"刀枪不入"。更关键的是，商业化RAS生物膜表现出的"消毒记忆"效应，暗示长期低剂量PAA暴露可能筛选出抗性菌群——这与临床中抗生素耐药性的进化轨迹惊人相似。研究者特别指出，呼吸计量法检测到的功能抑制（IC₅₀=1.27 mg/L）早于流式细胞术观测到的细胞死亡，表明PAA可能先破坏细胞代谢而非直接导致膜破裂，这对优化消毒方案具有重要指导价值。

该成果为RAS生物滤器的"精准消毒"提供了理论框架：对于未接触消毒剂的系统，1-2 mg/L PAA即可显著抑制硝化功能；而长期消毒的系统可能需要更高剂量或复合策略。未来研究可结合宏基因组学解析抗性菌群组成，并探索PAA对生物膜三维结构的穿透动力学，以更全面保障水产养殖的生物安全。