阳离子和牛血清白蛋白对纳滤膜从水中去除短链全氟烷基物质全氟丁酸的影响

《Journal of Water Process Engineering》：Effects of cations and bovine serum albumin on the removal of short-chain perfluoroalkyl substance perfluorobutanoic acid by nanofiltration membrane from water

本研究测试了Rhizobium pusense N7菌株在循环水产养殖系统中的不同浓度（10^5、10^6、10^7 CFU/mL）对水质、微生物群落及硝化反硝化的影响。结果表明，10^5-10^6 CFU/mL显著改善水质，抑制病原菌并促进有益菌；而10^7 CFU/mL虽提升硝酸盐去除率，但增加条件致病菌，降低存活率。推荐最佳浓度为10^6 CFU/mL。

　　近年来，随着水产养殖业的迅速发展，养殖密度的增加导致了饲料投喂量的上升，进而引发大量未被消耗的饲料在系统中积累，成为主要的污染源。同时，养殖鱼类通过鳃部分泌氨氮，进一步加剧了水体中的氮负荷。研究表明，每生产一吨鱼类，约有132.5公斤氮被排放到环境中。面对日益严重的氮污染问题，传统脱氮细菌虽然被广泛应用，但它们通常需要厌氧环境才能有效运作，而现代循环水养殖系统（RAS）则对溶解氧（DO）有较高要求，这使得传统脱氮方法在实际应用中面临较大挑战。此外，为了实现高效的脱氮，还需要额外设置脱氮单元，这不仅增加了系统的复杂性，也提高了运行成本。因此，寻找能够在好氧条件下高效脱氮的菌株成为当前研究的重要方向。

一些好氧脱氮细菌因其独特的生理特性，显示出比传统菌株更大的应用潜力。例如，它们能够同时进行硝化和脱氮过程，这在废水处理中具有重要意义。此外，这些细菌在处理过程中对碳和氧的需求相对接近，使得其在实际操作中更加高效。更重要的是，它们能够通过脱氮过程中产生的碱性副产物，有效抵消硝化过程中导致的碱度损失。这一特性为水体环境的稳定提供了保障。目前，已有多种好氧脱氮菌株被从不同的环境中分离出来，包括污水处理厂的废水、湖泊水体以及活性污泥等。然而，这些菌株在水产养殖系统中往往难以形成稳定的生物膜，从而影响其脱氮效率和实际应用效果。

为了克服这些局限，研究者们正在探索具有高效脱氮能力、良好低温适应性和强生物膜形成能力的菌株。这些特性对于循环水养殖系统尤为重要，因为该系统通常运行在较低的温度环境下，同时需要维持较高的溶解氧水平。在这些条件下，传统脱氮细菌往往难以发挥最佳性能。而一些好氧脱氮菌株，如Rhizobium，因其能够适应多种环境条件，包括低温、高盐度、有机污染物以及重金属浓度较高的环境，展现出更强的适应性和应用潜力。Rhizobium的某些菌株已被从皮革厂的污泥、工业废水以及重金属污染土壤中分离出来，这表明其具有广泛的生态分布。这些菌株能够通过特定的基因，如rpoH、otsAB和clpB等，实现对极端环境的适应能力。此外，Rhizobium还具有较强的絮凝和附着能力，使其能够在养殖环境中有效定殖，并占据主导地位。

在本研究中，我们筛选出了一株高效的好氧脱氮菌株——Rhizobium pusense N7。该菌株在初步实验中表现出良好的脱氮性能，在30°C条件下，其硝酸盐去除率可达80%–100%。为了评估其在循环水养殖系统中的应用潜力，我们进行了不同浓度（10^5、10^6和10^7 CFU/mL）的实验，观察其对水体质量、生物膜形成以及鱼类健康的影响。通过实验，我们发现Rhizobium pusense N7在9天内显著提升了脱氮效率，其中10^5 CFU/mL的浓度能够有效降低氨氮和亚硝酸盐的含量，而10^7 CFU/mL的浓度则在硝酸盐去除方面表现出更优异的性能。此外，10^6 CFU/mL的浓度在生物膜和鱼类肠道中显示出更高的菌株丰度，表明其在这些环境中的定殖能力更强。

在水体中，10^5–10^6 CFU/mL的浓度能够有效抑制有害菌群（如Flavobacterium和Polynucleobacter），并增加有益菌群（如Arenimonas）的丰度。这表明Rhizobium pusense N7在调节水体微生物群落方面具有积极作用。在生物膜中，该菌株能够促进固氮菌群（如Ensifer和Brevundimonas）的生长，并增加益生菌群（如Haliangium和Lysobacter）的丰度，从而提升系统的脱氮能力。在鱼类肠道中，Rhizobium pusense N7能够增加Cetobacterium和Hydrogenophaga的丰度，表明其对肠道微生物环境的调节作用。然而，当浓度达到10^7 CFU/mL时，Rhizobium pusense N7在水体中的表现却有所变化，它虽然能够有效去除硝酸盐，但同时导致了条件性致病菌的增加，从而影响了脱氮效率，并提高了鱼类的死亡率。

实验结果表明，Rhizobium pusense N7在生物膜和鱼类肠道中具有较强的定殖能力，但难以在开放水体中形成稳定的群落。这一现象可能与生物膜和肠道环境提供的附着位点有关，同时Rhizobium pusense N7自身能够分泌胞外多糖（EPS），这有助于其在这些环境中的附着和定殖。然而，即使在较低的浓度下，其存在也能够显著改变水体中的微生物群落结构。这一特性表明Rhizobium pusense N7在调节水体微生物环境方面具有重要作用。

本研究通过不同浓度的实验，不仅评估了Rhizobium pusense N7在循环水养殖系统中的脱氮效果，还探讨了其对水体质量、生物膜形成以及鱼类健康的影响。研究结果表明，Rhizobium pusense N7在10^5–10^6 CFU/mL的浓度下能够实现最佳的脱氮效果和生存率，而10^7 CFU/mL的浓度则可能导致脱氮效率下降，并增加鱼类的死亡率。因此，推荐将Rhizobium pusense N7的使用浓度控制在10^6 CFU/mL，以确保其在循环水养殖系统中的高效性和安全性。

此外，Rhizobium pusense N7在生物膜和鱼类肠道中的定殖能力表明其在水产养殖系统中具有良好的应用前景。生物膜和肠道环境为Rhizobium pusense N7提供了附着和生长的条件，使其能够有效调节微生物群落结构，并改善水体质量。这一特性使得Rhizobium pusense N7成为一种具有潜力的水产养殖益生菌。然而，其在开放水体中的定殖能力较弱，这可能与其对环境的适应能力有关，或者与其自身的附着机制有关。因此，未来的研究可以进一步探索如何优化Rhizobium pusense N7的附着能力，以提高其在水体中的分布范围。

综上所述，Rhizobium pusense N7作为一种高效的好氧脱氮菌株，具有广阔的应用前景。通过实验，我们发现其在10^5–10^6 CFU/mL的浓度下能够实现最佳的水体质量改善效果，同时促进有益微生物的生长，抑制有害微生物的扩散。然而，当浓度超过10^7 CFU/mL时，其效果则有所下降，甚至可能对水体环境和鱼类健康产生负面影响。因此，合理控制其使用浓度对于确保其在循环水养殖系统中的高效性和安全性至关重要。未来的研究可以进一步探索Rhizobium pusense N7在不同环境条件下的适应能力，以及如何优化其在水体中的分布和定殖，以提高其在水产养殖中的应用效果。