综述：利用新型微生物系统（微藻-真菌-细菌共生体）进行环境修复：合作机制、应用前景及未来发展

《Process Safety and Environmental Protection》：Utilizing novel microbial system microalgae-fungi-bacteria consortia for environmental remediation: Collaboration mechanisms, applications, and future prospects

微藻-真菌-细菌共生体系（MFBC）通过协同作用高效去除污染物，如营养盐、CO?及抗生素，其机制包括营养互补、EPS分泌及群落调控。本文系统综述MFBC的研究进展、性能影响因素及优化策略，强调其相比单一微生物系统的优势，并提出未来需评估生物质回收性能及光环境调控等方向。

　　

王泽源|周阳|洪宇

中国北京林业大学环境科学与工程学院水污染源控制技术重点实验室，北京 100083

摘要

由于微藻-真菌-细菌联合体（MFBC）之间的密切相互作用及其有效的污染物去除性能，它们已成为一种新型的微生物系统，用于环境修复。本综述旨在全面总结MFBC的相互作用机制、研究现状及未来改进方向。该综述创新性地结合了文献计量学工具，系统地介绍了MFBC的整体研究进展。通过对比其他基于微藻的系统的优缺点，强调了应用MFBC的必要性。MFBC通过营养和代谢互补作用以及其他积极的相互作用机制，有效去除营养物质、二氧化碳（CO₂）和其他污染物。本文全面概述了影响MFBC性能的关键因素，并提出了一些极具前景的改进策略。此外，还指出未来的研究应重点关注生物质收获性能等方面，以进一步推动MFBC的应用。本综述为MFBC的未来研究和实际应用提供了重要的参考基础，突显了其在实现高效环境修复方面的潜力。

引言

水污染、空气污染和其他形式的环境污染已成为严重的全球性问题，对生态系统造成严重破坏，威胁社会经济发展，并危害人类健康。据报道，大规模工业化、城市化和农业过程产生的年废水量为359.4 × 10⁹立方米，而其中只有52%经过净化后排放（Kong等人，2025年）。研究表明，每年有420万人因暴露于SO₂和NO_x等污染物而死亡，大约90%的人口生活在空气质量低于世界卫生组织推荐标准的地区（Kumar等人，2023年）。二氧化碳（CO₂）是全球变暖的重要因素，其排放量正在显著增加，预计到2050年将达到约685 ppm（Adetunji等人，2025年）。因此，需要采取措施有效遏制当前的环境污染趋势。

尽管已经应用了高级氧化、混凝/絮凝、膜分离等技术来处理环境污染，但仍存在诸如成本高昂和二次污染风险等严重问题（Kong等人，2025年；Wang等人，2025a）。近年来，基于微藻的联合体，特别是微藻-真菌-细菌联合体（MFBC），由于其良好的性能和协同作用，成为了一种新型的微生物处理系统。例如，Hu等人（2023年）构建的MFBC从废水中有效去除了92%的化学需氧量（COD）、70.5%的NO₃^--N和97.4%的PO₄^3--P。此外，许多研究证实MFBC的环境修复性能优于其他基于微藻的处理系统（Guo等人，2024年；Liu等人，2024年）。例如，MFBC从沼气浆液中去除了68.41%的COD、71.69%的总氮（TN）、73.42%的总磷（TP）和73.59%的四环素，而其他基于微藻的处理系统（纯微藻系统、微藻-细菌联合体（MBC）和微藻-真菌联合体（MFC）仅去除了56.42-64.19%的COD、62.44-69.36%的TN、63.92-70.69%的TP和64.71-69.75%的四环素（Wei等人，2023年）。尽管MFBC表现出了良好的性能，但关于其相互作用机制和性能影响因素的关键知识空白仍阻碍了其更广泛的推广和应用。

这是首篇专注于MFBC的综合性综述，旨在解决其在协同机制、性能评估和环境修复强化策略方面的知识空白。该综述首先总结了微藻、真菌、细菌以及不同基于微藻的联合体的优缺点，并创新性地结合了文献计量学工具，解释了构建和应用MFBC的必要性以及当前的研究现状。此外，还从营养和代谢互补、胞外聚合物物质（EPS）分泌等方面综合了现有研究，试图阐明MFBC内部的相互作用机制。同时，还强调了MFBC的应用情况、影响因素、新的改进策略（如3D生物打印）以及未来的发展前景。本文为研究人员和实践者提供了参考信息，帮助他们利用MFBC实现高效和可持续的环境修复，并可能提升其在实际应用中的潜力。

章节摘录

微藻

微藻，包括硅藻门、金藻门等，尤其是金藻门，已在实际的环境修复项目中得到了广泛研究和应用。微藻通过卡尔文循环将二氧化碳（CO₂）固定到有机物上，从而有效去除CO₂。此外，微藻还可以异养方式吸收有机碳（Su，2021年）。微藻还能吸收无机氮（NH₄⁺-N、NO₃^--N和NO₂^--N）和有机氮（如尿素和氨基酸）（

为什么构建微藻-真菌-细菌联合体？

由于细菌种类丰富、耐受性强且具有出色的污染物去除能力，它们被广泛用于微生物环境修复。然而，基于细菌的处理技术（如活性污泥工艺等）仍存在一些严重缺点，如能耗高和温室气体排放量大。引入微藻可以解决这些问题；添加微藻可以有效降低能耗，并具有

微藻、真菌和细菌之间的相互作用机制

图2展示了MFBC内部的推测相互作用机制，包括营养和代谢互补、EPS分泌以及群落调节等，这些都是MFBC实现良好环境修复性能的重要保障。

营养物质

图3显示了MFBC可以去除的污染物类型，可以看出MFBC能够有效去除多种污染物，如营养物质、抗生素等。例如，由Monoraphidium等微藻、担子菌门真菌和红细菌目及噬细胞菌目细菌组成的MFBC对硝酸盐和磷酸盐的去除效率分别高达89.90%和99.70%（Gil-Izquierdo等人，2021年）。MFBC在养猪场中去除的COD、TN和TP分别为75.44%、77.29%和73.26%

微生物种类

图4展示了影响MFBC环境修复性能的因素，包括微生物种类、污染物浓度、光照特性和操作条件。MFBC的微生物组成对其处理性能有影响。例如，Cheng等人（2024年）比较了两种内生细菌（S395–2）和Bacillus licheniformis对MFBC营养净化性能的影响，结果表明

提高微藻-真菌-细菌联合体环境修复性能的现有和潜在策略

MFBC的总体性能受到多种关键因素的影响，包括微生物种类、污染物浓度、光照特性和操作条件（第6节）。为了克服这些限制因素并进一步提高MFBC的环境修复性能，已经开发或提出了几种改进策略。本节将讨论这些策略（如植物激素改良、功能材料强化等）

总结与未来展望

MFBC在环境修复方面表现出良好的性能和应用前景，相比单一微生物系统或其他微生物联合体具有更多优势。本综述创新性地结合了文献计量学工具，系统地介绍了MFBC的研究现状并解释了其优势。此外，还强调了微藻、真菌和细菌之间的协同机制，这些机制共同提高了污染物去除效率和系统稳定性。

结论

本综述突出了利用MFBC进行环境修复的优势和当前进展，提供了一种可持续且高效的环境污染解决方案。当前的研究现状表明，人们对MFBC的研究兴趣日益浓厚，其应用潜力巨大。综述总结了MFBC的相互作用机制，包括EPS分泌、群落调节等，这些机制共同提升了MFBC的污染物去除能力和系统稳定性。

未引用的参考文献

(Li, 2024b (2025年8月))

CRediT作者贡献声明

周阳：可视化、调查。洪宇：撰写——审稿与编辑、验证、监督、项目管理、调查、资金获取、数据分析、概念化。王泽源：撰写——初稿、可视化、验证、方法论、调查、数据分析、概念化。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的利益冲突或个人关系可能影响本文所述的工作。

致谢

本项目得到了中国国家重点研发计划（编号2023YFC3207700）和中国国家自然科学基金（编号52270021）的财政支持。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的利益冲突或个人关系可能影响本文所述的工作。