活性污泥对硒化镉量子点暴露的胁迫响应机制

为揭示硒化镉(CdSe)量子点(quantum dots,QDs)在复杂环境体系中的生物毒性效应,本研究以活性污泥为研究对象,探讨了 CdSe QDs(0.1～10mg·L-1)长期暴露对序批式活性污泥反应器运行效能、污泥性能以及微生物代谢作用的影响.结果表明,在实验质量浓度范围内,出水COD值和硝酸盐波动较大,而硝化作用影响较小,且低剂量CdSe QDs的存在加速了 NH4+-N的降解,1 mg·L-1 CdSe QDs将平均氨氧化速率由2.2 mg·(L·h)-1提高到3.3mg·(L·h)-1.尽管CdSe QDs会引起出水浊度略微增加,但污泥沉降性能始终维持稳定.CdSe QDs主要与污泥表面的C—O—C、C—O、C—C和磷酸基团结合,诱导胞外聚合物的酪氨酸类蛋白荧光淬灭.同时,微生物会通过分泌色氨酸类蛋白以缓解胁迫影响.此外,活性污泥的物种丰富度和多样性均受CdSe QDs的抑制,但低质量浓度CdSe QDs有利于Nitrospirae相对丰度的增加.PICRUSt2预测显示,微生物的新陈代谢和遗传信息处理相关的代谢通路均受到CdSe QDs的显著抑制,膜传输和信号传导的代谢通路丰度最终分别下降至32 552和7 876,导致反应器出水COD值随暴露剂量的增加而逐渐增大.因此,CdSe QDs通过改变微生物群落结构和功能影响活性污泥有机物的去除效果,但对硝化反应及污泥絮凝和沉淀性能并未表现出明显负面效果.