CREST | 杭州师范大学金仁村团队：群体感应在厌氧氨氧化工艺中的作用及应用

导 读

杭州师范大学金仁村团队在Critical Reviews in Environmental Science and Technology（CREST，《环境科技评论》）期刊发表题为“群体感应在厌氧氨氧化工艺中的作用及应用（Role and application of quorum sensing in anaerobic ammonium oxidation (anammox) process: A review）”的综述。
作为自养型生物脱氮工艺，厌氧氨氧化（Anaerobic ammonium oxidation，Anammox）技术因其脱氮效率高、运行成本低等优点而备受关注。群体感应（Quorum sensing，QS）是指细菌间以合成、释放和接收化学信号为媒介而建立的一种通讯手段。Anammox细菌的诸多生理特性表明该过程受到QS调控，而这直接影响了anammox工艺的性能。因此，对anammox系统中的QS现象进行全面的认知与解读对突破该工艺在推广应用中的瓶颈而言具有重要意义。本文系统综述了QS 在anammox工艺中的作用与应用，重点关注其作用机制，并对该领域未来的研究方向进行了展望。

图1 图文摘要

主要内容

研究证明QS对anammox细菌的生长和代谢具有调控作用（表1）。此外，anammox细菌的胞外聚合物（Extracellular polymeric substances，EPS）分泌也在一定程度上受QS调控。基于QS的调控技术为anammox工艺的快速启动、稳定运行与抗逆性的提升提供了新思路。

信号分子类化学物质是QS系统得以运行的关键。表2总结了anammox系统中已知的信号分子及其功能。其中，N-酰基高丝氨酸内酯类（Acyl-homoserine lactones，AHLs）信号分子备受关注。包括C4-HSL、C6-HSL与C8-HSL在内的AHLs类信号分子对anammox工艺均有正向的调控意义。因此，外源信号分子的强化及工程细菌的合成与应用对于改善anammox工艺的性能具有重要意义。

表1 Anammox系统中的信号分子及其功能 

在目前已有研究的基础上，本文提出了anammox系统中QS的两种潜在运行机制（图2），分别为并联机制与串联机制。该机制对anammox系统中细胞密度与生理行为间的关系进行了重点关注。

图2 Anammox系统中潜在的QS运行机制

（A）高细胞密度下的串联机制；（B）低细胞密度下的并联机制

总结与展望

尽管QS技术不能作为解决anammox工艺目前所面临关键问题的“万能钥匙“，但其为拓展该工艺的应用提供了新思路，并展现出了巨大的潜力。相关研究可从以下方面开展：

1. 目前的研究多集中在AHLs类信号分子，实际上DSF与AI-2在QS系统中也扮演着重要角色。但它们在anammox系统中的作用仍有待确认。

2. Anammox细菌纯培物的获取。

3. 对anammox系统中种间QS的探究。由于实际废水组分复杂，因此anammox细菌往往与其他共生细菌并存。对种间QS的探究会加深对于anammox细菌与共生细菌关系的理解，从而进一步指导该工艺的应用。

4. 将QS与环境、工况变化相联系。将QS与anammox系统的环境、工况变化联系有望促成该工艺指纹系统和预警系统的建立。这对于anammox工艺的监测与调控而言具有重要意义。 

作者简介

第一作者：

张权，硕士，主要从事水污染控制工程方面的研究。硕士在读期间以第一及共同第一作者于Crit. Rev. Environ. Sci. Technol.、Chem. Eng. J.等期刊上发表学术论文6篇。目前已被哈尔滨工业大学环境工程专业录取为2021级博士研究生。

通讯作者：

范念斯，博士，副教授，主要从事环境微生物技术等方面的教学与科研工作。以第一作者或通讯作者于Water Res.、Chem. Eng. J. 、Crit. Rev. Environ. Sci. Technol.等期刊上发表学术论文20余篇。

金仁村，博士（博士后），教授，硕士生导师，杭州师范大学生命与环境科学学院副院长，主要从事水污染控制工程方面的教学与科研工作。中国生态学学会微生物生态学专业委员会委员、浙江省环境科学学会常务理事、美国水环境协会（WEF）会刊Water Environ. Res.副主编；入选浙江省万人计划青年拔尖人才，浙江省“151”、杭州市“131”等人才工程，为Elsevier 2020年中国高被引学者。

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|供稿：杭州师范大学金仁村团队

|编排：代子雯（CREST期刊推广员）

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