地中海盐盒菌Haloferax mediterranei R4用于海水淡化和纺织废水生物修复：迈向废弃物增值的一步

《Applied Microbiology and Biotechnology》：Haloferax mediterranei R4 for bioremediation of desalination and textile wastes: a step towards their valorisation

本研究针对高盐工业废水（如海水淡化浓盐水和纺织印染废水）处理难题，创新性地利用极端嗜盐古菌Haloferax mediterranei R4开展生物修复与资源化研究。通过优化废水培养基配方，证实该菌株在补充关键营养（C、N、P、Fe）后可有效去除60–90%的硝酸盐（NO3?），同时应激诱导类胡萝卜素产量提升10倍，其主要成分为细菌红素（bacterioruberin）。元素分析显示菌体积累Fe、Zn、Ca等金属元素，可能与应激耐受机制相关。该策略为高盐废水循环利用提供了低成本、高附加值的微生物解决方案，兼具环境修复与生物分子生产双重价值。

　　

随着工业快速发展，海水淡化和纺织行业产生的大量高盐废水已成为严峻的环境挑战。这些废水中高浓度的盐分、氮化合物（如NO₃^?）及染料残留物，传统处理方法效率低且易产生二次污染。尤其在地中海等缺水地区，如何实现废水安全回用并挖掘其资源潜力，是可持续发展的重要议题。极端微生物因其独特的耐受机制，为高盐废水处理提供了新思路。其中，嗜盐古菌Haloferax mediterranei R4因其卓越的盐适应性和污染物代谢能力，成为生物修复领域的明星菌株。

本研究通过优化海水淡化厂废水（DPR）和纺织废水（TIR）的培养基配方，探究H. mediterranei R4的生长响应、硝酸盐去除效率及类胡萝卜素合成能力。关键方法包括：（1）废水理化性质表征（如pH、电导率、BOD₅、离子色谱及ICP元素分析）；（2）培养基补充策略（添加盐分、葡萄糖、磷酸盐、铁源等）；（3）菌株生长监测与类胡萝卜素提取（丙酮萃取+UV-Vis/HPLC-MS/MS鉴定）；（4）硝酸盐代谢产物（NO₂^?、NH₄⁺）测定及菌体元素分析（ICP-OES/MS）。

废水特性与培养基优化

原始废水盐度远低于H. mediterranei R4的最适生长需求（20%盐度），且缺乏磷酸盐等关键营养。纺织废水（TIR_raw因碱性pH和复杂成分抑制菌株生长而被弃用，转而采用经预处理的TIR（NO₃^?浓度达1170 mg/kg）。通过补充盐分（15% NaCl或复合盐溶液）、MOPS缓冲液及营养源，成功构建支持菌株生长的废水培养基。

生长曲线与应激响应

与最优培养基（NH₄⁺为氮源）相比，废水培养基中菌株生长延迟期延长，比生长速率和最大生物量（OD_{600 nm}）显著降低。然而，应激条件下类胡萝卜素产量大幅上升，尤其是TIR+盐培养基中细菌红素及其异构体占比达80%，产量较最优条件提高10倍，接近专用生产培养基水平的1/4。

硝酸盐去除与元素积累

H. mediterranei R4在DPR+盐培养基中实现90%的NO₃^?去除率，显著高于已报道的同类高盐体系。副产物NO₂^?和NH₄⁺的积累提示部分代谢途径激活。菌体元素分析显示Ca、Fe、Zn、Mn的积累，可能与胞外多糖合成、金属酶辅因子功能及氧化应激保护机制相关。

结论与意义

本研究首次证实H. mediterranei R4可同步实现高盐工业废水的生物修复（NO₃^?高效去除）与资源化（类胡萝卜素生产）。尽管废水成分波动可能影响产物一致性，但菌株的应激代谢适应性为废弃物增值提供了可行路径。未来需优化废水混合比例以减少外源补充，并推动该策略的规模化应用，助力高盐废水治理向循环经济模式转型。