《Journal of Water Process Engineering》：Microorganisms in high-salinity mariculture wastewater treatment: Roles and mechanisms
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盐生微生物通过相容溶质积累、离子转运体调控及蛋白质结构修饰实现高盐度下污染物降解，为海洋水产养殖废水生物处理提供可持续方案。
王月|王美贤|安晨云|张浩|贾慧|王杰
中国天津天宫大学先进分离膜材料国家重点实验室，300387
摘要
海水养殖废水由于其高盐度和复杂的污染物组成（包括传统污染物如氮、磷、重金属以及新兴污染物如抗生素和微塑料），对环境构成了重大挑战。虽然物理和化学方法被广泛使用，但它们通常成本较高且会产生不良副产品。相比之下，微生物生物修复提供了一种可持续、经济且环保的替代方案。本文系统探讨了耐盐微生物作为创新解决方案的潜力，详细介绍了它们对渗透压应激的复杂适应机制，例如积累适宜的溶质（如甜菜碱、海藻糖）、精确调控离子转运蛋白和泵，以及蛋白质和酶的结构修饰。此外，文章还分析了这些微生物在高盐度条件下降解各种污染物（包括碳氢化合物、抗生素和微塑料）的具体代谢途径。未来的研究应通过基因工程和联合体构建来优化这些微生物过程，以开发高效、集成且环境可持续的海水养殖废水处理系统。
引言
随着对水产品需求的增长，全球海水养殖业的迅速扩张带来了严重的环境挑战，尤其是迫切需要解决废水管理问题[1]。海水养殖是水产养殖的一个子领域，其产生的废水具有独特的成分，包括高盐度和多种污染物，从饲料残渣到抗生素和重金属[2]。如果废水处理不当，将对海洋生态系统造成重大风险，并进一步影响生物多样性、水质和海洋生物的健康。
海水养殖废水具有独特的特点，需要创新的处理方法来有效减少其对环境的影响。与传统废水（如市政废水）相比，海水养殖废水含有高浓度的盐分和营养物质，这使得标准处理方法的应用变得更加复杂[3]。新兴污染物（如抗生素和重金属）的存在进一步加剧了这一挑战，导致许多传统处理方法失效[4]。在这种情况下，生物处理策略的研究成为重点，特别是微生物生物修复技术，它利用了微生物降解污染物的天然能力，为解决海水养殖废水带来的问题提供了潜在的可持续和有效解决方案。然而，当盐度超过20 g·L?1时，微生物的生长和活性会受到显著抑制[5]。这表明20 g·L?1是一个临界阈值，超过该阈值后，微生物会面临强烈的抑制作用，其生存和活性受到限制，代谢过程和生物功能也可能受到极大影响[6]。尽管微生物生物修复被广泛认为是废水处理的可持续解决方案，但其应用于海水养殖废水的适用性受到盐度阈值和毒性水平的限制[7]。在生物可存活范围内，对于盐度约为50–60 g·L?1且污染物负荷适中的废水，生物处理在技术和经济上都是可行的。在这种条件下，耐盐和嗜盐微生物可以通过适应性代谢途径有效矿化有机物并去除氮[8]。超出这一操作范围后，生物过程会变得不稳定或不切实际。超盐度条件（超过70–100 g·L?1
本文系统研究了海水养殖废水的特性、微生物的适应机制、污染物去除途径和工程策略，以支持在不同盐度条件下的有效处理。本综述的搜索方法见S1。
部分内容摘录
高盐度的影响
海水养殖废水处理面临的最大挑战之一是其高盐度[10]。高盐度废水定义为盐浓度超过1%的废水[11]。标准海水养殖中的盐度通常在30至50 g·L?1（约3–5%）之间，主要由Na+和Cl?离子组成，SO?2?和Mg2+也有显著贡献[12]。微生物在高盐度条件下在去除COD和NH4+-N方面起着关键作用
盐环境中的微生物机制
生物技术通过微生物的增殖和代谢提供了一种经济、高效、稳定且环保的废水污染物去除方法[49]。微生物对盐环境的适应性是有效处理海水养殖废水的基础[50]，因此需要详细了解它们在这种环境中的生存机制。高盐度海水养殖废水的生物处理技术包括好氧处理
总结
处理含有复杂传统和新兴污染物的高盐度海水养殖废水仍然是一个重大的环境挑战。本文强调了耐盐微生物作为可持续生物修复策略的独特潜力，系统总结了它们复杂的适应机制，这些机制不仅包括一般的渗透压调节，还包括离子转运蛋白（如K+/Na+平衡）和蛋白质结构的精确调控
CRediT作者贡献声明
王月：撰写 – 审稿与编辑。王美贤：撰写 – 初稿。安晨云：撰写 – 初稿。张浩：撰写 – 审稿与编辑。贾慧：撰写 – 审稿与编辑。王杰：撰写 – 审稿与编辑。
利益冲突声明
作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。
致谢
本研究得到了产业、大学和研究农业项目（编号：JBGG202207）、国家自然科学基金（编号：42577486）、沧州天宫大学项目（编号：TGCYY-F-0103）以及河北省自然科学基金（编号：E2023110001、C2023110006）的联合资助。
