中文摘要：

在海外及港澳学者合作研究基金项目（50828802）的资助下，申请人充分利用香港大学和中国科技大学双边的条件，完成了各项研究内容。建立了富有针对性的信号物质检测新方法，实现了废水生物处理颗粒污泥中信号物质的定性和半定量检测；发现了信号分子在颗粒污泥形成中的作用影响模式，提供了其强化颗粒形成的直接证据；完善了好氧颗粒的培养技术，发现了通过人为添加信号物质促进好氧颗粒生长的新方法；发表国际SCI刊物论文8篇。本项目拟利用以上合作研究基金成果，将致力于阐明信号物质对高效废水处理系统中生物界面的形成、结构与功能的影响，探索生物反应器中信号物质的基因表达，全面解析信号物质-生物界面-反应器性能之间的关系及背后的响应机制，深入研究信号物质对生物界面形成的调控作用，并开发将信号分子以及相应基因表达调控手段应用于实际废水生物处理系统的关键技术。同时，为依托单位培养研究生和青年研究人员。

结论摘要：

废水处理系统中生物界面的形成以及结构功能的自我调控与群感效应机制密切相关。充分了解群感效应作用方式及机制，将有助于我们更好地理解和阐明各类废水处理反应器中微生物的行为和特性以及采取相应的强化调控策略，对于强化提高废水处理系统的处理效率和运行稳定性、以及指导新处理工艺/技术的开发都具有重要意义。本项目针对废水处理反应器中小分子信号物质与废水处理系统中各类生物界面的形成、结构和功能之间的关系展开深入探索。建立了简单、灵敏且成本低廉的小分子信号物质AI-2分析方法，并成功应用于复杂基质中AI-2浓度的定量分析。该方法过程操作简单，非常适用于生物样品中AI-2的定量检测，为信号分子的深入研究奠定了基础；在间隔膜反应器内发现颗粒污泥所释放的群体感应信号分子会刺激浮游细胞以吸附聚集式模式生长。结果表明，在好氧颗粒形成过程中，信号分子特别是好氧颗粒中产生的信号分子，具有明显的促进细菌成膜的作用。这些信号分子同时也是促使好氧颗粒化的重要原因之一；以生物膜反应器、好氧颗粒反应器中的生物体为对象，筛选得到了AHLs信号分子产生/淬灭菌株，并将得到的产生/淬灭菌株培养并连续投加到好氧颗粒反应器中，结果表明通过投加信号分子产生/淬灭菌株起到了调控AHLs的作用，从而影响反应器的颗粒化程度及运行性能；通过对活性污泥过程中信号分子AHLs和反应器性能相关性分析鉴定，及对AHLs降解酶活的实时测定，证实了群体感应和群体淬灭效应同时存在于废水处理生物反应器中，这一结果表明内源性群体淬灭效应导致我们一直以来低估了群感效应，可以通过合理调节来实现对活性污泥性质和反应器性能的调控；以模式环境细菌Shewanella为研究对象，明晰了信号分子c-di-GMP在微生物聚集体形成过程中的调控机理，并构建了工程改造菌株，通过调节细菌细胞内的信号分子水平增强了细菌的粘附能力，实现了细胞聚集体形态的人工调控。研究成果证实了人工调控信号分子实现对微生物附着性能操控的可行性，具有重要的环境应用价值。相关研究成果已发表SCI期刊论文19篇，包括环境领域顶级期刊Environmental Science & Technology 3篇，Water Research 2篇。