《Journal of Environmental Chemical Engineering》：Response of microalgal bacterial biofilms to temperature changes: biofilm characteristics, c-di-GMP signaling dynamics, and community succession
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•温度塑造了MBBs的微生物群落。•在25 °C条件下，MBBs中建立了正向共生关系。•在25 °C条件下，实现了活性信号通信并伴随c-di-GMP水平升高。•布雷文迪亚斯菌属（Brevundimonas）可能在生物膜形成中发挥关键作用。•25 °C下的有利响应促进了营养盐去
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温度塑造了MBBs的微生物群落。
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在25 °C条件下，MBBs中建立了正向共生关系。
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在25 °C条件下，实现了活性信号通信并伴随c-di-GMP水平升高。
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布雷文迪亚斯菌属（Brevundimonas）可能在生物膜形成中发挥关键作用。
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25 °C下的有利响应促进了营养盐去除和微藻生长。
引言
集约化养猪业产生大量猪粪，通常通过厌氧消化进行处理，猪舍消化液作为残余废水排放[1]。该消化液具有高浓度的氨氮、有机物和磷，未经适当处理的直接排放会导致水体富营养化和土壤退化。常规处理方法如活性污泥法能耗高、产生大量剩余污泥，限制了其在猪场现场的应用[1]。这些局限性凸显了开发低能耗处理策略的必要性，该策略应能高效去除营养盐、减少污泥产量并提高运行稳定性。
微藻-细菌联合体（MBCs）是一种可持续且具有成本效益的高效废水处理方法。其处理潜力依赖于微藻与细菌之间的直接和间接共生相互作用，可促进微藻生长、促进微藻絮凝并提高整体污水处理效率[2]。一般来说，MBCs可采用悬浮式、颗粒式或生物膜式配置运行。悬浮式系统常存在生物量保留差和流失的问题，而颗粒式系统需要相对复杂的颗粒化过程并可能涉及嵌入成本[3]、[4]。相比之下，基于生物膜的MBC系统提供了一种更简单且更稳定的生物量保留策略。通过让微藻-细菌联合体附着在载体上，微藻-细菌生物膜（MBBs）可实现原位生物量保留和固液分离，从而提高污水处理的稳定性和性能[5]。然而，MBBs的形成和稳定性取决于与生物膜相关的结构和调控过程。
微生物胞外聚合物（EPS）是MBBs的关键结构基础，与各种微生物系统中的生物膜形成和稳定密切相关[6]、[7]。环二鸟苷酸（c-di-GMP）作为细菌第二信使，调控细菌从游动生活方式向固着生活方式的转变，被认为是生物膜稳定性的关键胞内调节因子[8]。研究表明，c-di-GMP水平升高可刺激胞外多糖和纤维素的产生[9]，进一步增强生物膜的完整性。综上所述，这些发现突显了EPS产生和c-di-GMP相关的调控过程是MBBs形成和稳定性的关键过程。
重要的是，MBBs的发育和这些与生物膜相关的过程对环境条件敏感。例如，已有报道指出氮源类型（氨、硝酸盐或尿素）可显著影响MBBs中的生物膜形成、污染物去除和微生物生态位，主要通过改变碳和氮的异化作用和固着途径[10]。光照条件也被报道可促进MBBs的发育，伴随EPS产生增加和c-di-GMP水平升高[11]、[12]。温度是另一个影响微生物细胞生理和生化活动的重要环境因子[13]、[14]。此前一项关于市政污水处理中微藻-细菌颗粒污泥工艺的研究表明，温度可改变微藻与细菌之间的共生关系，且各伙伴的营养盐去除能力具有温度依赖性[15]。然而，在猪舍消化液处理过程中，基于载体的MBBs对温度的响应机制仍知之甚少。特别是，关于温度、c-di-GMP相关信号、EPS产生、生物膜结构、微生物群落结构以及MBBs处理性能之间联系的信息十分有限。
本研究通过营养盐去除分析、c-di-GMP水平测定、EPS含量测定、扫描电子显微镜（SEM）观察生物膜形态以及细菌群落结构分析，探讨了不同温度对处理猪舍消化液的MBBs的影响。具体而言，本研究旨在：（1）评估温度对营养盐去除和MBBs发育的影响；（2）探索不同温度条件下c-di-GMP相关信号、EPS产生、生物膜特征与细菌群落结构之间的潜在关联。研究结果有望支持MBBs在季节性温度变化条件下处理高氨氮废水（如猪舍消化液）的应用。
章节摘要
接种物与废水
本研究使用的微藻为扁藻属（Desmodesmus） sp. CHX1。该菌株最初分离自中国杭州市径山镇一处猪场废水处理池，据报道对该废水具有较高的营养盐去除效率[16]。使用前在BG11培养基中进行培养。商用硝化细菌制剂购自北京德丰生物科技有限公司。根据供应商信息，该商用硝化细菌制剂
温度依赖性的营养盐去除与转化
图1展示了三种温度条件（20°C、25°C、30°C）下微藻-细菌生物膜的营养盐去除性能。在第一阶段（0–6天，静态运行）期间，所有系统均表现出快速的营养盐消耗，可能由于初始微生物吸收和系统驯化所致。至第6天，W-25对NH4+-N（75.0%）和TP（94.7%）的去除率最高，而20 °C条件下分别为67.6%和87.6%，30 °C条件下分别为57.2%和80.7%。
在第二阶段（第6–18天），
结论
环境温度影响了MBBs系统中营养盐的转化、与生物膜相关的特征以及细菌群落结构。在三种温度条件中，25 °C提供了最理想的综合性能，其特征为稳定的NH4+-N转化和TP去除、NO2--N和NO3-N累积受限、总叶绿素浓度较高、c-di-GMP水平升高、EPS多糖含量持续维持以及生物膜形态更为整合。微生物
CRediT作者贡献声明
王敏（Min Wang）：撰写 – 审稿与编辑，撰写 – 初稿，验证，监督，项目管理，资金获取，形式化分析，概念构思。郑华宝（Huabao Zheng）：撰写 – 审稿与编辑，监督。陈希娟（Xijuan Chen）：撰写 – 审稿与编辑，监督。黄琦（Qi Huang）：撰写 – 审稿与编辑，软件。施灵晶（Linjing Shi）：方法学，调查研究。张应迪（Yingdi Zhang）：撰写 – 审稿与编辑，撰写 – 初稿，软件，形式化分析。
利益冲突声明
作者声明以下财务利益/个人关系，可能被视为潜在的利益冲突：王敏（Min Wang）报告获得中国国家自然科学基金的资金支持。若有其他作者，他们声明不存在已知的竞争性财务利益或个人关系可能影响本论文所报告工作的完成。
致谢
本研究获得中国国家自然科学基金（项目编号：32200084和32460861）资助。
张应迪 | 施灵晶 | 黄琦 | 陈希娟 | 郑华宝 | 王敏
