一项前沿研究成功开发出一种新型耐辐射细菌聚生体，为处理含有难降解有机污染物六胺和甲醛的工业废水，特别是可能伴随低放射性背景的废水，提供了创新的生物解决方案。该聚生体被命名为C6，由六种纯化的细菌分离株组成，分别是SRCHD03和SRCHD04（Brevundimonas diminuta）、SRCHD05和SRCHD07（Brucella pseudintermedia）、SRCHD06（Ochrobactrum sp.）以及SRCHD02（Micrococcus luteus）。研究首次报道了Brucella pseudintermedia在六胺和甲醛去除中的作用。
引言
工业革命带来了化学品的大量使用和多种污染物的产生，水生生态系统持续受到污染。六胺作为一种常见的有机污染物，广泛用于食品包装和塑料工业，因其抗菌特性及在聚合物结构中的辅助功能，在塑料降解为微塑料的过程中会渗入自然生态系统。六胺本身是一种亲水性有机污染物，会增加来自塑料和食品工业（作为食品防腐剂）废水的化学需氧量（COD）。在酸性条件下，六胺可逆地分解为氨和甲醛，二者均是重要的水污染物。甲醛具有抗菌性，被列为致癌化合物；而氨含量升高会导致水体富营养化，两者共同作用会破坏水生生态系统的微生物群落。特别是来自核医学中心等场所的废水成分复杂，可能同时存在低水平放射性及此类化学污染物，对常规处理系统构成重大挑战。因此，开发高效、耐辐射的微生物制剂，用于在放射性背景下有效去除COD、六胺及甲醛，对于实现可持续发展目标（SDGs）至关重要。
材料与方法
研究采用从环境中分离的纯细菌菌株，在富含50 mg/L六胺的AS培养基中进行培养和分析，以开发细菌聚生体。通过测量细胞培养上清液，定量分析COD、六胺、甲醛和氨的浓度变化，评估去除效率。COD浓度通过标准方法测定，计算公式为：COD浓度 (mg/L) = (K × Abs + β)，其中K=2249，Abs为605 nm处的吸光度，β值为0。去除百分比按标准公式计算。甲醛采用Nash试剂法在410 nm处进行分光光度法定量。六胺则在酸性条件下水解释放甲醛后，通过改进的Hantzsch酯法在410 nm处定量。氨采用奈斯勒试剂法在410 nm处定量。通过测定光学密度和菌落形成单位（CFU），计算细菌分离株及聚生体的倍增时间。利用结晶紫染色法在620 nm处测定吸光度，定量评估生物膜形成能力。通过部分16S核糖体DNA（rDNA）测序和系统发育树构建，对菌株进行分子表征。基于各菌株的污染物去除能力，选取五株菌（SRCHD03, 04, 05, 06, 07）进行不同组合的聚生体开发测试。最后，为评估其在放射性环境中的应用潜力，将筛选出的最优聚生体（悬浮状态及在聚丙烯拉西环上形成的生物膜状态）暴露于3.75戈瑞（Gy）和5.25 Gy剂量的60Co γ射线进行辐照，随后评估其污染物去除效率的恢复情况。所有实验均进行至少三次生物学重复，数据通过F检验和t检验在95%置信水平下进行统计分析。
结果
菌株表征
系统发育分析显示，分离株与其近缘种形成了三个簇。生物膜定量表明，SRCHD03、04、08、09、10为结构化生物膜形成菌，而SRCHD05、06、07为强生物膜形成菌。在悬浮培养条件下，所有测试菌株在48小时孵育后均能有效去除六胺，其中SRCHD07在24小时即显示出超过66%的去除率。SRCHD07在24小时对甲醛的去除率最高（38%）。COD去除方面，SRCHD05和SRCHD06效率较高，在72小时孵育后分别能减少42%和36%的COD（初始浓度为11900 mg/L）。氨去除方面，仅SRCHD03能在72小时内完全去除由六胺分解产生的氨，其他菌株显示氨浓度增加，表明其不具备氨去除能力。生长曲线分析显示，SRCHD07是生长最快的菌株，对数期12小时，倍增时间为49分6秒。基于以上生物修复数据，选择五株菌（SRCHD03, 04, 05, 06, 07）进行聚生体开发。
所开发聚生体的表征
在测试的不同聚生体组合中，聚生体C5在72小时孵育后能去除94.1%的六胺，同时减少42.4%的COD和49%的甲醛，但会同步产生氨。进一步添加分离株SRCHD02形成聚生体C6后，其生物修复能力得到提升，在72小时可去除95.2%的六胺，同时减少46.53%的COD和50%的甲醛。聚生体C6展现出协同作用，具有更高的细胞密度、更短的倍增时间（40分5秒，对数期4小时）和滞后相（1小时），并且是一个强生物膜形成体。
低剂量γ辐照对聚生体性能的影响
在悬浮培养条件下，未辐照的聚生体C6在24小时孵育后可去除95.21%的六胺（初始50 mg/L）。经3.75 Gy和5.25 Gy 60Co γ射线辐照后，去除率分别轻微下降至93.78%和93.91%。更高剂量（5.25 Gy）与较低剂量（3.75 Gy）辐照对六胺去除的影响无显著差异。在48小时后，辐照与未辐照培养物之间的六胺去除率无统计学差异，表明细胞从辐照影响中恢复。而在生物膜系统中，即使在辐照后24小时，其六胺去除性能也未发生改变。对于甲醛，未辐照聚生体C6在48小时孵育后达到最佳去除效果（78.69%）。辐照后去除效率略有下降，但在144小时（每48小时重新培养一次）后得以恢复。在生物膜系统中，甲醛去除效率远高于悬浮培养，并在96小时孵育后从辐照影响中恢复。对于COD，未辐照聚生体C6在96小时孵育后达到最佳去除效果（34.94%）。辐照后效率略有下降，但在192小时（每48小时重新培养）后恢复。同样，生物膜系统中的COD去除效率更高，并在96小时后恢复。
讨论
本研究开发的聚生体C6包含来自Brevundimonas、Brucella、Ochrobactrum和Micrococcus等属的细菌，这些属的微生物此前已被报道可用于多环芳烃等有机污染物的生物修复。其中，Brucella pseudintermedia是首次被报道用于六胺和甲醛的生物修复，Ochrobactrum sp. 也是首次被报道参与六胺的生物修复。微生物通过多种分子机制利用六胺及其副产物，例如，甲醛可被微生物作为碳源利用，涉及多种辅因子和代谢途径（如核酮糖单磷酸途径、木酮糖单磷酸途径和丝氨酸途径）。氨则可被好氧和厌氧微生物作为氮源同化。聚生体中SRCHD07更短的倍增时间和更高的细胞密度解释了其更快的甲醛去除能力。与悬浮培养相比，固定化（生物膜）条件下的微生物通常表现出更优越的生物修复性能。生物膜提供了更密集的细胞网络、代谢交换和对环境波动的更强适应性，通常具有更高的单位面积生物量。本研究中，聚生体C6显示出比单个分离株更强的生物膜形成能力，这可能涉及群体感应（如通过Rhll/RhlR）和胞外聚合物分泌等机制。在生物膜系统中，聚生体C6能够在24小时内去除94.41%的六胺和85.56%的甲醛，并实现37.64%的COD去除。经过60Co γ射线辐照后，悬浮培养的聚生体需要一定时间（六胺48小时，甲醛144小时，COD192小时）才能恢复其生物修复能力；而在生物膜系统中，其六胺去除性能在辐照后24小时内未受影响，甲醛和COD的去除能力更高，并在96小时内恢复。这表明该聚生体具有耐辐射性，并能快速恢复。由于核医学中心污水处理站的背景辐射远低于实验所用剂量，预计该聚生体在此类环境中能有效发挥生物修复功能。计算表明，该聚生体C6能在24小时内去除每公斤基质中的1.23克六胺，在48小时内去除0.92克甲醛，并在96小时辐照后孵育期内实现每公斤基质192.96克COD的最佳去除。
结论
本研究首次报道了Brucella pseudintermedia和Ochrobactrum sp. 的六胺去除能力。成功开发出一种耐辐射、高效的六胺去除细菌聚生体，该聚生体在悬浮和固定化条件下均能发挥作用，并且在经受3.75 Gy和5.25 Gy的60Co γ射线辐照后，于固定化条件下能在96小时孵育内恢复其生物修复活性。六胺及其副产物甲醛对本地生物修复微生物和先进的生物污水处理厂/废水处理厂具有不利影响。因此，该聚生体作为一种生物膜制剂，未来可能成为处理含六胺废水的污水处理厂和废水处理厂的良好替代方案，从而通过微生物技术的应用助力实现可持续发展目标。
