信号分子水解酶调控污泥反硝化过程的机制研究：从电子传递到微生物群落重构

本研究通过短期/长期添加信号分子水解酶（QQ酶），系统揭示了内源信号分子（ESM）在生物反硝化中的作用机制。研究发现ESM可提升污泥反硝化活性9-25%，促进胞外聚合物（EPS）中蛋白质/多糖分泌，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%，并显著降低反应活化能（4.57 kJ/mol）。通过宏基因组分析发现，ESM通过上调氮转运基因和EPS合成基因表达，富集Saccharimonadales等脱氮功能菌，为信号分子介导的生物脱氮提供了新见解。

　　

Highlight

本研究首次系统揭示了内源信号分子（ESM）通过多重机制强化生物脱氮：

1. 使电子传递系统活性（ETSA）飙升33.73±3.99%，堪称"微生物燃料电池"

2. 硝酸盐还原酶（NAR）活性提升58.3±4.46%，如同给脱氮菌装上"涡轮增压器"

3. 反应活化能降低4.57 kJ/mol，相当于为脱氮反应按下"加速键"

Pollutants removal performance in response to QQ enzyme regulation

虽然QQ酶处理后NO₃^--N总去除率仍达95%以上，但反应动力学出现有趣变化：添加QQ酶的R2反应器前期脱氮速率明显滞后，就像"断电的传送带"。这表明ESM主要通过提升反应初期的电子传递效率（ETSA）来加速脱氮进程，而非影响最终去除效果。

Conclusions

ESM如同微生物社会的"无线网络"，通过三重作用重塑脱氮体系：

1. 上调EPS合成基因表达，构建"电子高速公路"（ETSA↑33.7%）

2. 激活氮转运蛋白基因，打造"硝酸盐特快专列"（NAR活性↑58.3%）

3. 富集Saccharimonadales等"脱氮特种兵"，完成群落功能升级

   该发现为污水脱氮工艺优化提供了全新的信号分子调控视角。