废水中过量的氮排放作为水体富营养化的驱动因素，使得废水脱氮成为环境领域亟待解决的关键问题。处理低碳氮比废水的传统硝化 - 反硝化过程中广泛使用的机械曝气和碳源添加代表了碳中和的灾难 (Cao et al., 2026; Du et al., 2020)。PN/A 过程的自养特性及其减少的曝气需求引起了研究人员的关注 (Chen et al., 2023, Yin et al., 2025)。然而，氨氧化细菌 (AOB) 和厌氧氨氧化细菌 (AnAOB) 之间矛盾的氧气需求限制了亚硝酸盐的供应和 AnAOB 生物量 (Manser et al., 2016)。
基于藻菌共生的光颗粒系统作为一种创新的低碳生物处理技术，确保了 PN/A 过程的稳定运行 (Kong et al., 2023b; Manser et al., 2016; Zhang et al., 2022b)。低强度光照可以增强 PN 过程，这与厌氧氨氧化协同作用以实现高效脱氮。此外，作为光合生物，微藻为 AOB 提供氧气，提高了亚硝酸盐可用性的稳定性 (Manser et al., 2016; Zhang et al., 2022b)。然而，由于 AnAOB 是一种光敏感细菌，光照通过诱导细胞内活性氧的产生显著抑制了厌氧氨氧化过程 (Ren et al., 2022)。在长时间照射下，微好氧藻类颗粒内微生物群落成员之间的代谢相互作用及其光耐受机制仍是需要进一步研究的领域。
颗粒化是利用光照和溶解氧 (DO) 诱导非光合细菌反向迁移和好氧生物正向迁移，最终形成内部厌氧、中间微好氧和外部好氧区域特征的颗粒结构的关键措施，从而缓解 PN/A 系统内的氧气需求冲突 (Kong et al., 2023b)。此外，生物系统中受抑制的微生物群落通常通过减少能量消耗和优化资源分配来增强抗逆性 (Huang et al., 2023)。群落代谢模式的调节依赖于成员之间的信息和物质共享。作为基本的微生物通信机制，QS 通过信号分子协调集体行为，包括生长、胞外聚合物分泌、运动和代谢物合成。这最终塑造了群落结构并构建了生态位 (Zhang et al., 2021)。AHLs 是革兰氏阴性菌中典型的信号分子，刺激胞外聚合物 (EPS) 的产生。这些加速了颗粒化过程，同时也作为物质交换的基质 (Lawson et al., 2017)。
公共物品的交换，称为交叉喂养，构成了由信号转导调节的协作代谢行为。这种物质交换减轻了代谢负担并增强了微生物群落内的协同相互作用 (Zhao et al., 2018)。共生环境中微生物群落对协同生长中氨基酸利用的调节是经典的能量优化策略示例 (Mee et al., 2014)。缺乏氨基酸合成途径的细菌需要细胞外氨基酸来源才能生存，而 AnAOB 可以向其他细菌提供细胞外氨基酸，从而促进共生细菌的生长 (Kong et al., 2023b; Zhao et al., 2018)。同时，受胁迫的微生物群落通常减少生产高成本氨基酸的频率以优化代谢潜力 (Kong et al., 2023b)。此外，辅因子和维生素也是至关重要的代谢中间体。大多数微藻缺乏钴胺素 (维生素 B12) 或硫胺素 (维生素 B1)，需要从共生细菌中获取这些生长因子 (Croft et al., 2005; Kong et al., 2023a)。因此，在光合作伴条件下，藻菌颗粒不仅通过简单的溶解氧梯度分布实现稳定性；成员间的交叉代谢和高度协同的群落塑造是高效脱氮的决定性因素。
本研究建立了一个基于 PN/A 系统的光合藻菌颗粒系统，研究了其在不同光强下的脱氮效率。还通过宏基因组方法分析了代谢机制和微生物群落特征。本研究旨在：(i) 评估 A-PN/A 光颗粒系统在脱氮方面的有效性并阐明氮通量途径；(ii) 阐明光胁迫下藻菌颗粒内微生物群落的演替机制及其脱氮功能群的进化模式；(iii) 研究藻菌颗粒对光胁迫的代谢响应机制，特别关注基于群体感应和交叉喂养的代谢优化策略。我们的研究结果提供了对光胁迫下藻菌颗粒共生关系和代谢响应机制的更深入见解，为基于厌氧氨氧化的先进废水处理技术的开发和应用提供了至关重要的理论基础。
