基于AHLs群体感应调控增强生物膜低温抗性及ATP合成加速甲苯降解的机制研究

本文创新性地通过外源添加AHLs（N-酰基高丝氨酸内酯）和接种产AHLs菌株两种方式调控群体感应（QS），系统揭示了AHLs介导的QS通过促进NADH/FADH2生成、提升呼吸链复合体Ⅰ/Ⅱ活性等多位点增强ATP合成（提升44%-92%），同时维持生物膜中耐冷菌比例和细胞活性，最终实现低温（<20℃）条件下甲苯降解效率提升11%-13%，为苯系物VOCs低温生物处理提供了新策略。

　　

Highlight环境启示

挥发性有机化合物（VOCs）生物净化技术在处理苯系物时面临低温效率低下的挑战，增强生物膜低温抗性和微生物ATP合成是关键突破口。本研究提出的新策略（上调AHLs介导的群体感应）通过双重机制——既增强生物膜抗性又促进能量代谢，为开发高效低温VOCs处理系统提供了理论支撑。

微生物生长

G1-3组生物膜在前四天快速生长（OD₆₀₀达0.15 abs），但随着温度降低生长减缓。第10天时，仅添加外源AHLs的G2组和接种产AHLs菌的G3组保持较高活菌比例（比对照组G1高18%-22%），且耐冷菌占比提升1.3-1.8倍，证明AHLs-QS能有效维持低温下微生物活性。

结论

在甲苯生物净化系统中，AHLs介导的QS通过双重途径发挥作用：一方面促进生物膜微生物增殖并维持高比例的活菌/耐冷菌；另一方面通过提升NADH/FADH₂浓度、增强呼吸链复合体Ⅰ/Ⅱ活性和ATP合酶效率，使ATP合成速率显著提升（44%-92%），最终推动甲苯双加氧酶活化和TCA循环加速，实现低温降解效率11%-13%的提升。