珠江所在养殖尾水处理新技术领域取得新突破
更新时间：2025-12-09 10:00:23 来源/作者：中国水产科学研究院珠江水产研究所
近日，中国水产科学研究院淡水池塘养殖生态环境调控创新团队在国际环境科学权威期刊《Journal of Hazardous Materials》（影响因子11.3，JCR一区）发表了题为“Genetically Engineered Microbes: A Novel Bidirectional Regulator for Biofilm in Combatting Aquatic Nitrogen Pollution”的研究论文，报道了基于群体感应（Quorum Sensing, QS）调控养殖尾水处理系统中生物膜脱氮功能的新技术进展。博士生李军霖为论文第一作者，谢骏研究员、李志斐研究员为通讯作者。
传统养殖尾水处理中采用的生物膜技术虽具备环境友好特性，但仍面临生物膜形成周期长、稳定性差及后期易老化等问题。AHLs（酰基高丝氨酸内酯）作为群体感应过程中的关键信号分子，可通过调控微生物群体行为，影响生物膜的初始粘附、成熟及脱落过程，对生物膜结构构建、功能表达及群落优化具有重要作用，已成为水处理研究的热点之一。然而，外源添加纯品AHLs虽能提升生物膜脱氮效率，但其高昂成本限制了实际应用。
研究团队运用基因重组技术，构建了四类基因工程微生物（GEMs），包括群体感应促进型（QS）工程菌和群体淬灭型（QQ）工程菌。QS工程菌可分泌多种AHLs信号分子，显著提升流化床生物膜反应器的成膜指数（BFI），由42.4%提高至171.5%，并将生物膜形成启动时间从49天缩短至28天，最终形成约2500微米厚度的生物膜，对硝酸盐氮的去除率达到97.37%。QQ工程菌则通过调控信号分子降解，有效控制生物膜厚度，延缓其老化过程，维持生物膜脱氮活性，从而在系统层面实现生物膜形成与群体感应机制的动态平衡。相较于外源AHLs处理，QS工程菌展现出更持久、稳定的生物膜强化效果，初步环境风险评估也表明其具备良好的环境可控性。
本研究不仅克服了传统群体感应强化技术依赖外源AHLs及高成本的问题，还从分子层面揭示了QS工程菌驱动生物膜形成的调控机制，提出“生物膜信号分子双向调控”这一创新技术路径。相较于团队前期研究中采用外源AHLs强化水体群体感应的策略，本研究构建的QS基因工程菌具备低成本、高活性等优势，可适配于多种生物膜水处理工艺场景。
该成果为解决传统生物膜法工艺瓶颈、替代外源AHLs强化策略提供了新的微生物资源与技术支撑，推动水产养殖尾水处理技术向低成本、可持续方向发展。本研究获国家自然科学基金面上项目《AHLs高表达工程菌强化低温养殖水处理系统生物膜细菌初始粘附的群体感应机制》（项目编号：32473218）及广东省基础与应用基础研究基金（项目编号：2023A1515012748, 2021A1515011116）等项目资助。
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