弱电刺激调控生物膜微生物组自适应性提升贫营养条件下二噁烷暴露时锰氨去除效率

本研究创新性地开发了微生物电化学滤池（MEF），通过弱电刺激调控贫营养条件下生物膜微生物组的功能适应性，显著提升了系统在1,4-二噁烷（20 mg/L）胁迫下的锰（94.72%去除率）和氨氮（27.27%去除率）协同去除能力。宏基因组分析揭示电刺激显著富集锰氧化基因（cotA/mnxG/mcoA达对照6.3倍）和氨单加氧酶基因（amoABC提升2.4倍），并促进三羧酸循环与固氮通路，为地下水生物修复提供了新策略。

　　

Highlight亮点

弱电流显著增强了贫营养生物滤池的处理性能。启动阶段，MEF的锰去除效率始终高于传统生物滤池（OCF）（图2）。同时，MEF的氮去除效率（NRE）在同一时期也表现更优。这些去除性能的提升伴随着微生物群落组成、功能基因丰度和代谢通路的显著变化——

Impact of weak current on biofilter start-up and microbial function弱电流对生物滤池启动及微生物功能的影响

弱电刺激通过促进异养锰氧化细菌（MnOB）的富集，显著加速了系统启动。基因分析显示，与直接锰氧化相关的cotA和mnxA基因在MEF中丰度更高，而编码氨单加氧酶（amoABC）和羟胺脱氢酶（hao）的基因分别达到OCF的2.4倍和1.9倍。还原型三羧酸循环和固氮相关基因的加倍富集，暗示电刺激为启动期异养细菌提供了更充足的营养供给。

Conclusions结论

本研究证明弱电刺激能有效调控贫营养条件下生物膜微生物组的组装过程。相比传统滤池，MEF在毒性扰动下仍保持更高的锰/氮去除效率。电刺激通过富集锰氧化功能基因（如cotA/mnxA）和氮转化相关基因（如amoABC/hao），同时激活固氮代谢通路，为应对地下水复合污染提供了创新解决方案。

Environmental Implication环境意义

该技术通过电刺激增强生物膜微生物组的功能适应性，在含1,4-二噁烷的贫营养环境中实现锰/氨氮高效协同去除。锰氧化基因、氨氧化基因和固氮基因的协同富集，为开发抗毒性生物修复系统提供了理论依据。