群体感应淬灭酶调控下内源信号分子介导生物脱氮的效能与机制解析

本研究通过群体感应淬灭酶（QQ酶）调控，系统揭示了内源信号分子（ESM）在生物脱氮中的作用机制。研究发现ESM可提升污泥脱氮活性9-25%，促进胞外聚合物（EPS）中蛋白质/多糖分泌，降低反应活化能4.57 kJ/mol，并使电子传递系统活性（ETSA）和硝酸盐还原酶（NAR）活性分别提高33.73%和58.3%。通过宏基因组分析发现ESM可上调氮转运相关基因表达，富集Saccharimonadales等脱氮功能菌属，为污水生物处理提供了新视角。

　　

Highlight

缺氧反硝化实验

实验采用有效容积400 mL的序批式反应器（SBR），接种具有良好脱氮性能（总氮去除率96±1%）的活性污泥。在15℃条件下控制污泥浓度5000±100 mg/L，运行周期6小时（包含进水3分钟、反应340分钟等阶段）。

污染物去除效能对QQ酶调控的响应

QQ酶添加对NO₃^--N去除影响较小（R1:97.45±2.32%，R2:95.62±3.43%），但显著改变了反应动力学。ESM的存在使反硝化速率常数提升25%，表明其通过促进电子传递加速了NO₃^--N转化。

Conclusions

本研究证实ESM可通过多重机制增强生物脱氮：将电子传递系统活性（ETSA）提升33.73±3.99%，硝酸盐还原酶（NAR）活性提高58.3±4.46%，同时降低反应活化能4.57 kJ/mol。宏基因组分析显示ESM能上调EPS合成基因、NO₃^--N转运体基因表达，并富集Saccharimonadales目、Micropruina菌属等脱氮功能菌群。