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太阳成集团tyc33455cc青年教师传承“牢记嘱托、艰苦创业、追求卓越”的湘大精神，瞄准生态环境领域前沿，立志做有理想、敢担当、能吃苦、肯奋斗的新时代好青年，为国家推进能源革命、加快发展方式的绿色转型提供人才与科技支撑，用奋斗在新征程的火热实践中绽放绚丽之花。

聚焦教学科研，促进公司发展。本期“活力环资青春颂”让我们走近陈丽萍助理研究员。

陈丽萍，湖南临武人，中共党员，工学博士，助理研究员。2023年6月博士毕业于华南理工大学环境科学与工程专业，随后在华南理工大学环境与能源公司从事博士后研究工作，2025年9月入职太阳成集团tyc33455cc。主要从事污水生物处理、强化生物除磷、营养物的去除与回收等方面的工作研究。曾获2022年华南理工大学董事长奖学金，在Asia-Pacific Biofilms（APB）等国际学术会议作口头报告2次。近年来以共同作者身份在环境工程领域期刊发表SCI论文15篇，其中第一作者5篇，包含Water Research 3篇与ACS ES&T Water 1篇。主持国家自然科学基金青年科学基金项目、中国博士后科学基金面上项目（第77批）和珍稀濒危动植物生态与环境保护教育部重点实验室开放基金各1项，参与国家重点研发计划项目、国家自然科学基金面上项目等多项科研课题。近年来完成的代表性研究成果如下：

一、城市污水处理厂中聚磷菌与聚糖菌的碳源摄取生物能量学机制

碳源是聚磷菌和聚糖菌种群竞争以及维持强化生物除磷工艺稳定运行的关键因素之一。现有聚磷菌和聚糖菌碳源摄取机制的认知，局限于试验室SBR反应器中富集的Ca. Accumulibacter、Ca. Competibacter和Defluviicoccus以乙酸作为碳源的场景。对于实际污水处理系统中种群组成复杂的聚磷菌和聚糖菌，及其对多样化的碳源摄取的生物能量学机制及差异尚缺乏系统认识。研究发现质子动力势是实际污水处理系统中聚磷菌和聚糖菌碳源摄取的主要驱动力。相较于聚糖菌，聚磷菌在种群层面呈现出对质子动力势（PMF）普遍更高的依赖度，显示更高的碳源亲和力。聚糖菌无法通过厌氧释磷（质子/磷酸盐协同转运蛋白介导的磷酸盐外泵耦合的质子跨膜转运）产生PMF，其对乙酸、丙酸、天冬氨酸钠、谷氨酸钠的摄取过程均很大程度上依靠于将部分糖酵解产物（丙酮酸）导入三羧酸循环并在延胡索酸还原为琥珀酸的过程中，由与电子传递耦合的延胡索酸还原酶泵出氢离子，同时依靠ATP合酶（F1/F0-ATPase）的反向运作消耗ATP泵出氢离子，两个过程共同贡献产生碳源摄取所需的PMF。聚磷菌和聚糖菌碳源摄取机制的种群层面的本质差异为在实际污水系统中进行聚磷菌和聚糖菌种群调控提供了依据（Water Research, 2022, 216: 118258; ACS ES&T Water, 2024, 4c00429)。

图1. 实际污水处理系统中聚磷菌和聚糖菌的碳源摄取生物能量学机制差异

二、Candidatus Accumulibacter以发酵产物作为碳源进行强化生物除磷的代谢特征与生化模型

Ca. Accumulibacter是实际污水处理系统中最为常见的、起关键作用的聚磷菌（PAOs），其主要以乙酸和丙酸等小分子有机酸作为碳源。实际污水系统中丰度和检出频率较高另一类的聚磷菌，Tetrasphaera，则主要利用糖类和氨基酸等作为碳源。与Ca. Accumulibacter不同，Tetrasphaera可通过发酵作用将糖类等大分子转化为乙酸、乳酸、琥珀酸和丙氨酸等小分子物质。前期研究认为Tetrasphaera和Ca. Accumulibacter在生物除磷过程中是合作关系，Tetrasphaera的发酵产物可作为Ca. Accumulibacter的碳源，两者协同贡献生物除磷过程。然而，Ca. Accumulibacter是否可以利用这些发酵产物，以及Ca. Accumulibacter利用这些发酵产物的代谢特征、生物除磷效率尚缺乏系统研究。本研究系统表征了Ca. Accumulibacter以Tetrasphaera的葡萄糖发酵产物（乙酸、乳酸、琥珀酸和丙氨酸）为碳源进行强化生物除磷的代谢特征与生化模型。结果表明乳酸和琥珀酸是聚磷菌Ca. Accumulibacter的有效碳源，然而，丙氨酸对Ca. Accumulibacter的正常生物除磷代谢具有严重负面影响，其可激发聚磷菌的厌氧释磷反应，但自身并不会被作为碳源摄取。好氧条件下，丙氨酸的存在则会严重抑制磷酸盐的摄取过程（Water Research, 2023, 246: 120713）。

图2. （A）以乳酸、琥珀酸或丙氨酸作为单一碳源，以及它们与乙酸混合时的碳源摄取和磷酸盐释放；（B）基于ATP和还原力平衡的乳酸代谢路径；（C）在乳酸作为碳源的条件下相关基因的转录

三、强化生物除磷系统中新型聚磷菌Ca. Thiothrix phosphatis SCUT-1的碳源利用特征与生化模型

针对Thiothrix在生物除磷系统中的聚磷菌属性问题，本研究成功在以乙酸为碳源的强化生物除磷系统中富集到一种新型球状表型Thiothrix聚磷菌，通过de novo组装回收得到了其高质量的基因组草图（完整度97.2%，污染度3.26%），其与已知Thiothrix物种基因组的相似性小于93.2%；代表了Thiothrix的一个新种，因而将其命名为：Candidatus Thiothrix phosphatis SCUT-1。其乙酸摄取速率为6.20 mmol C/g VSS/h，显著高于大多数Ca. Accumulibacter和已知的聚糖菌（GAOs），使其在以乙酸为碳源的生物除磷系统中占据优势地位。宏转录组分析结果发现，Ca. Thiothrix phosphatis SCUT-1利用了低亲和力和高亲和力的乙酸活化途径，并通过传统的PhaABC途径和脂肪酸β氧化途径合成PHA；此外，该菌编码并利用了一种比传统苹果酸脱氢酶（MDH）更高效的FAD依赖型苹果酸:醌氧化还原酶（MQO），可使其在三羧酸循环（TCA）和乙醛酸循环中更高效将苹果酸氧化为草酰乙酸，从而有利于提高其乙酸的利用和转化速率。批次实验结果进一步表明，SCUT-1能够利用多种碳源，包括VFA（乙酸、丙酸和丁酸）、乳酸、氨基酸（天冬氨酸和谷氨酸）以及葡萄糖，显示了其与Ca. Accumulibacter和已知聚糖菌部分重叠而又独特的生态位。研究首次全面表征了代表性球状表型Thiothrix聚磷菌的生理生化代谢特征，为EBPR系统中聚磷菌的微生物学提供了新的见解（Water Research, 2024, 267: 122479）。

图3. 以乙酸、乳酸、谷氨酸或天冬氨酸为碳源的Ca. Thiothrix phosphatis SCUT-1的EBPR生化代谢模型

陈丽萍老师邮箱：1272664222@qq.com