群落多样性组成谱测序

电子穿梭体作为电子载体，能够降低生化反应所需活化能，并提高反硝化速率。相比于液体投加，固定化RM可避免二次污染。然而，在生物处理系统中，RM流失、生物亲和性差异以及固定化载体的流失等关键问题，目前尚未得到有效的解决。此外，利用优势菌种构建的固定化生物处理系统，则较容易因为种间竞争而崩溃。因此，构建多菌种组合固定化系统、增强目标菌种的生存和竞争能力，将有望提高生物处理系统的稳定性。

针对低C/N反硝化，本研究成功将AHAQ固定于聚氨酯改性亲水凝胶载体，结合三株反硝化细菌实现了RM固定化反应器的稳定高效运行，并探究了RM固定化生物处理系统的低C/N高效反硝化机制。

研究方法：RM反应器样品，群落多样性组成谱测序

测序区域：16S rRNA基因V3V4区测序

测序方法：NovaSeq PE250测序

分析方法：QIIME 2基因云

基于对电子穿梭体促进机制和固定化方式的理解，本研究利用AHAQ设计了一种新型RM固定化填料，提高了RM在系统中的保留率和生物亲和性，结合三株反硝化细菌构建了RM固定化生物强化处理系统，显著促进了NO₃^--N→NO₂^--N的还原过程。

本研究首先结合扫描电镜、傅里叶红外、三维荧光等分析方法，以验证RM固定化载体的亲水性和长期稳定性、并分析RM固定化反应器中反硝化与出水特征有机物的相关性变化趋势。研究发现，实验组（固定化RM填料，PUMHGC@AHAQ）中AHAQ可促进微生物聚集并提高生物膜稳定性。固定化RM填料具有使用寿命长、RM固定化效果好的优势。结合FTIR表征结果，证明了该材料具有较好的生物亲和性。

在反应器运行期间，RM固定化反应器显著提高了NO₃^--N去除率。其中，C/N与AHAQ加速去除硝酸盐之间有很强的相关性。同时，AHAQ促使反硝化功能菌快速利用碳源，提高了其种间竞争能力。此外，RM固定化反应器中NO₂^--N积累主要归因于更多的碳源参与了NO₃^--N还原为NO₂^--N的过程，而无多余碳源用于NO₂^--N还原。

通过关联网络分析发现，AHAQ与细菌之间复杂相互作用导致了RM固定化反应器中指标间相关性的弱化。与对照组相比，NRE、NIA和PN对C/N变化更敏感，表明RM固定化反应器能够显著促进硝酸盐的去除，且在C/N变化时保持出水有机物和生物活性稳定性。

通过对反应器的细菌群落进行测序，并通过物种组成分析和PICRUSt2功能预测分析发现，RM固定化反应器中与ATP形成相关的氧化磷酸化功能丰度、泛醌和其他萜类-醌生物合成功能丰度高于对照组，有利于增强生物电子传递活性。二甲苯、二噁英和双酚类降解功能丰度的增加表明生物群落倾向于降解RM固定化填料，证实其轻微褪色是由生物降解引起的。

此外，PICRUSt2功能预测分析还发现，低C/N条件下，磷酸戊糖途径丰度增加，能够弥补因三羧酸循环丰度降低所造成的底物不足。部分氨基酸、脂肪酸和碳水化合物类代谢丰度得到提高，而磷酸转移酶系统丰度则增加，由此共同说明生物协调碳氮代谢的能力得到了增强。ABC转运蛋白功能在低C/N中得到改善，编码支链氨基酸转运系统通透酶蛋白和极性氨基酸转运系统通透酶蛋白的基因分别增加了7.98%和35.00%，这表明该类蛋白质的转运活性在低C/N刺激下得到提高，加强了胞内和胞外的联系。

基于PICRUSt2功能预测的进一步分析还表明，与NO₃^--N/NO₂^--N转运相关的基因丰度随C/N的降低而增加。narGHI（硝酸盐还原酶基因）和napA（周质硝酸还原酶基因）在一定程度上减少了进水中氧气的干扰，保证了反应器运行过程中硝酸盐的高效去除。