聚乙烯纳米与微塑料对序批式反应器中活性污泥胞外聚合物组分及代谢通路的差异性影响机制

本研究针对聚乙烯(PE)纳米/微塑料(NPs/MPs)对活性污泥胞外聚合物(EPS)的毒性效应，通过分析PS/PRO组分、3D-EEM光谱特征及FTIR结构变化，揭示EC:1.8.1.4等13种关键酶介导的代谢防御机制，为污水厂应对塑料污染提供新策略。

　　

随着全球塑料产量的激增，聚乙烯(PE)制品在环境中经化学、光热作用降解形成的纳米/微塑料(NPs/MPs)已成为新型污染物。污水厂作为重要汇入点，其活性污泥系统面临PE颗粒的潜在威胁。当细菌遭遇环境压力时，会分泌胞外聚合物(EPS)形成保护屏障，但不同尺寸PE颗粒如何影响EPS组分与代谢通路尚不明晰。

辽宁大学的研究团队在《Journal of Environmental Chemical Engineering》发表论文，通过对比80 μm PE-MPs与800 nm PE-NPs对序批式反应器(SBR)中活性污泥EPS的影响，发现NPs刺激下LB-EPS(松散结合型EPS)中α-螺旋结构蛋白和C-O-C基团多糖显著增加，而TB-EPS(紧密结合型EPS)的蛋白质/多糖(PRO/PS)比值呈现相反变化趋势。研究采用高通量测序解析代谢网络，首次阐明EC:1.8.1.4等13种酶主导的EPS防御体系。

关键技术包括：1) 平行运行SBR反应器对比PE暴露效应；2) 3D-EEM荧光光谱区分芳香族/色氨酸类蛋白；3) FTIR鉴定EPS二级结构；4) 宏基因组学分析代谢通路。

【Effect of PE-NPs/MPs on the SBR performance】
PE-NPs使COD和NH₄
⁺
-N去除率降幅达4.63%和4.40%，显著高于MPs组，表明NPs毒性更强。

【EPS组分变化】
800 nm NPs使TB-EPS的PRO/PS比值降低23.7%，而LB-EPS该比值反升18.2%，FTIR显示NPs组LB-EPS的α-螺旋含量增加12.5%。

【代谢通路调控】
EC:4.2.1.22酶在NPs组活性提升3.1倍，特异性调控PRO合成；EC:1.5.3.1则主导PS的C-O-C基团形成。

结论表明：1) NPs通过改变PRO二级结构增强LB-EPS疏水性；2) 尺寸效应导致TB/LB-EPS组分响应差异；3) 发现13种PS防御相关酶新靶点。该研究为基因编辑改造EPS抗性提供了理论依据，对优化污水厂工艺参数具有重要指导价值。