光强对紫色光养细菌混合培养体系的影响：实验解析与生物动力学建模

为解决光强对紫色光养细菌（PPB）混合培养生长动力学的调控机制问题，研究人员通过批次实验（10-60 W·m?2）结合Monod型光函数模型，揭示了PPB对光强的响应规律。研究发现，Rhodopseudomonas sp.在低光强（10 W·m?2）下优势生长，而Rhodobacter sp.在高光强（40 W·m?2）下更活跃，模型成功预测了连续光生物反应器（PBR）中生物量增长与底物消耗。该研究为PPB技术规模化提供了关键理论工具。

　　

在环境与工业生物技术领域，紫色光养细菌（Purple Phototrophic Bacteria, PPB）因其资源回收潜力备受关注，但其光依赖生长机制尚不明确。现有模型多针对纯培养，且忽视光衰减效应，导致混合培养体系的预测偏差。针对这一瓶颈，意大利米兰理工大学团队在《Bioresource Technology》发表研究，通过实验与建模结合，揭示了PPB混合培养的光响应规律。

研究采用批次实验（10-60 W·m^?2单色光）、微生物群落分析（16S rRNA测序）和AQUASIM软件建模，整合Beer-Lambert定律描述光衰减，校准了关键动力学参数。

微生物群落表征
PPB占比超75%，Rhodopseudomonas sp.在10 W·m^?2下丰度最高，而Rhodobacter sp.在40 W·m^?2显著增殖，表明光强对种群结构的定向选择作用。

生物动力学模型
建立的Monod型模型包含光衰减修正，关键参数为最大底物摄取速率k_M=3.82±0.33 mg COD·mg COD^?1·d^?1和半饱和光强K_L=3.16±1.06 W·m^?2。模型在连续PBR（40 W·m^?2）中验证良好，TIC值<0.06。

工艺优化启示
情景分析表明，反应器厚度（H）与水力停留时间（HRT）共同调控生产力：HRT=1 d时，H>10 cm后光成为限制因子；HRT延长至4 d可提升底物转化率，但需权衡投资与运行成本。

该研究首次量化了混合PPB培养的光动力学特性，为PBR设计提供了普适性工具。其创新点在于：（1）揭示混合培养的光适应策略差异；（2）验证光衰减对参数估计的关键影响；（3）提出光/底物双限制的优化框架。未来可拓展至实际废水处理场景，推动PPB技术从实验室迈向工程应用。