C4-HSL调控低温水产养殖废水生物膜快速构建：强化结构稳定性与提升脱氮效能

为解决低温(≤15°C)和低C/N比(≤5)导致水产养殖废水生物膜启动延迟、脱氮效率下降的问题，研究人员通过添加群体感应信号分子C4-HSL，在14°C条件下实现SBBR系统生物膜粘附量提升57.5%，总氮去除率达91.62%，揭示了C4-HSL通过调控功能基因(virD4、yegE等)重塑微生物群落的作用机制，为低温废水处理提供新技术路径。

　　

冬季水产养殖废水处理面临严峻挑战：低温环境抑制微生物活性，低C/N比导致碳源不足，传统生物膜技术启动周期长达20-30天，总氮去除率不足30%。这一难题直接影响我国年产量超500万公顷的淡水养殖业可持续发展。中国水产科学研究院珠江水产研究所的研究团队在《Environmental Research》发表创新成果，通过外源添加短链信号分子C4-HSL，成功将14°C低温下生物膜成熟周期缩短15-20天，总氮去除效率提升至91.62%，突破低温废水处理的技术瓶颈。

研究采用96孔板生物膜粘附实验量化粘附指数(BFI)，结合序批式生物膜反应器(SBBR)进行长期运行评估，运用宏基因组学分析功能基因表达，并通过EPS组分检测揭示结构稳定性机制。所有实验均采用实际水产养殖废水样本，温度严格控制在14±0.5°C。

初始粘附分析显示，700 ng/L C4-HSL使生物膜粘附指数达1.37，较对照组提升57.5%。电镜观察证实处理组生物膜呈现致密三维结构，而对照组仅为松散单层。

脱氮效能数据表明，C4-HSL处理组总氮(TN)去除率高达91.62%，是对照组(30.15%)的3倍。宏基因组分析发现，处理组硝化菌(Nitrosomonas)和反硝化菌(Zoogloea)丰度分别增加2.1倍和1.8倍。

功能基因调控方面，C4-HSL特异性上调鞭毛组装基因(flgK)、生物膜基质合成基因(yegE)和群体感应相关基因(rpfB)，使EPS分泌量增加38.7%，其中蛋白质/多糖比例从1:1.2优化至1:0.8。

讨论与结论指出，该研究首次阐明C4-HSL通过"QS-功能基因-EPS"级联反应调控低温生物膜构建的分子机制。700 ng/L C4-HSL可同步激活NirK、NarG等脱氮关键酶基因，使系统在无需外加碳源条件下实现高效脱氮。该技术已在广东养殖场开展中试，处理成本较传统方法降低42%，为水产养殖废水处理提供兼具理论基础和技术可行性的解决方案。