本研究探讨了将微藻整合到鱼类加工废水（FPWW）处理中的综合生物技术。通过在非灭菌废水中培养多种微藻菌株（如Desmodesmus sp. EE-M8和Chlorella vulgaris SB-M4），研究证实了其高效去除铵离子（NH4+）、磷酸盐（PO43–）和硫酸盐（SO42?）的能力，同时生产富含蛋白质、脂质和色素（如叶绿素a、b和类胡萝卜素）的生物质。废水中的细菌群落结构向Alphaproteobacteria优势转变，形成的藻菌共生体对水芹（Lepidium sativum）种子萌发表现出显著生物刺激活性（发芽指数GI>
本研究探讨了将微藻整合到鱼类加工废水（FPWW）处理中的综合生物技术。通过在非灭菌废水中培养多种微藻菌株（如Desmodesmus sp. EE-M8和Chlorella vulgaris SB-M4），研究证实了其高效去除铵离子（NH4+）、磷酸盐（PO43–）和硫酸盐（SO42?）的能力，同时生产富含蛋白质、脂质和色素（如叶绿素a、b和类胡萝卜素）的生物质。废水中的细菌群落结构向Alphaproteobacteria优势转变，形成的藻菌共生体对水芹（Lepidium sativum）种子萌发表现出显著生物刺激活性（发芽指数GI100%）。该策略实现了废水净化、资源回收与农业应用的协同，为循环经济提供了创新路径。
将微藻整合到综合生物技术中促进了资源的合理管理。在各种类型的废水中培养微藻具有多重优势：安全处置液体废物、恢复水资源以及生产有价值的产品。本研究对多种藻类菌株在未灭菌鱼类加工厂废水（FPWW）中的生长和生物质生产力进行了比较分析。Desmodesmus sp. EE-M8表现出最有效的生长，生物质产量达到2.21 ± 0.09 g L
。Chlorella vulgaris SB-M4、Chlorella sp. EE-P5、Micractinium inermum EE-M2和Tetradesmus obliquus EZ-B11生长期间获得的平均生物质产量在1.42至1.96 g L
之间。藻类生长期间，废水中的铵离子、磷酸盐和硫酸盐离子被完全利用。此外，发现废水中的细菌群落结构在微藻生长期间发生了剧烈变化，转向以Alphaproteobacteria为主。用于确定其生物刺激潜力的藻类菌株（与细菌伙伴结合）对水芹（Lepidium sativum）种子的萌发表现出积极影响。这些发现表明，将藻类纳入废水净化过程将减少对环境的负面影响，并生产用于各种目的的有价值生物质。
鱼类产品是人类饮食中重要的蛋白质来源，还含有必需的多不饱和脂肪酸和各种维生素，是高营养价值的指标。过去几年观察到的鱼类产量增长导致鱼类养殖和加工过程中产生的废物量增加。鱼类加工业使用大量淡水，导致形成含有各种污染物的废水。鱼类加工废水（FPWW）含有大量的有机和无机物质。FPWW中的高营养含量为微生物（包括病原菌）的生长创造了有利条件。此外，FPWW含有洗涤剂和消毒剂。因此，来自鱼类加工厂的液体废物含有各种污染物和微生物，需要适当处理以安全处置。
废水处理是一个多阶段过程，包括初级固体颗粒沉淀、有机化合物分解、无机化合物去除和消毒。处理技术基于物理化学和生物方法。尽管现代废水处理方法效率高，但仍面临挑战，包括为处理设施提供能源资源以及形成也需要安全处置的副产品。向循环经济的转型，旨在更有效地利用资源和管理废物，已成为将废物转化为有用产品的动力。因此，适当的废物处理目前不仅包括按照既定标准进行处置，还包括生产有价值的产品。
相当一部分用于市场的野生或养殖鱼类经过进一步加工以生产鱼制品。鱼类加工产生固体（头、内脏、鳞片、鳍、骨和肌肉修整料）和液体（废水）废物，这些是生产各种有用产品的宝贵资源。固体废物被重新用于生产动物饲料、肥料、蛋白质水解物、明胶和胶原蛋白。液体废物含有在不同生物技术中有用的微生物生长所需的必需化学化合物。先前的研究表明，可以利用鲱鱼加工废水高效生产米曲霉（Aspergillus oryzae）生物质，或使用两种类型的鱼类废物生产解脂耶氏酵母（Yarrowia lipolytica）的高蛋白生物质。这些方法促进了污染水的同步处理和有用途产品的生产，从而导致了水资源的再利用，并提高了鱼类加工的可持续性和盈利能力。
微藻在鱼类加工废水中培养时，能够高效去除化学化合物并积累有商品价值的生物质。基于微藻的生物修复技术的一个显著优势是由于藻类代谢可塑性而能够去除多种污染物。营养物去除的效率取决于各种因素，包括营养培养基中的组分浓度、pH、温度、光照条件以及藻菌相互作用。表现出高废水处理效率和生物质生产力的藻类属包括Chlorella、Desmodesmus和Scenedesmus。推荐纳入综合生产技术的微藻应具有高生物修复潜力和有价值化合物的生产力。特别重要的是藻类抑制不良细菌生长的能力，这将决定所得生物质的质量。使用微藻从废水中去除病原体主要基于非生物因素、营养竞争和抗菌化合物的释放。
富含蛋白质、脂质、多糖和色素的藻类生物质可以纳入鱼饲料中。藻类生物质中的高蛋白和高脂质含量使其成为鱼粉和鱼油的替代品，后者的需求正在迅速增长。基于藻类的饲料添加剂的价值还源于其含有对维持水生动物健康至关重要的化学化合物，这些化合物作为维生素前体、抗氧化剂、免疫刺激剂和生长促进剂。各种水生动物在幼虫阶段可以直接消耗活的藻细胞。藻类是水生系统食物链中的初级生产者，特别是属于Chlorella、Scenedesmus、Tetraselmis、Nannochloropsis、Chaetoceros、Skeletonema和Phaeodactylum等属的藻类。此外，微藻是轮虫和甲壳类动物的食物来源，后者又为其他水生动物提供食物基础。
微藻应用的另一个发展领域是生产植物生长生物刺激剂和肥料。微藻产生许多对植物生长和发育具有积极影响的生物活性化合物，包括植物激素、氨基酸、多糖、酚类化合物和抗菌化合物。微藻的生物刺激作用可以通过各种处理方法观察到。种子处理增加了种子发芽率和生物质产量。叶面喷洒和根部处理增加了枝条质量，也提高了产量。几项研究证明了使用微藻进行种子处理的有效性。例如，普通小球藻（C. vulgaris）、斜生栅藻（T. obliquus）、Thalassiosira sp.和Nannochloropsis gaditana对各种种子的萌发产生了积极影响。
本研究的主要目的是评估绿藻门（Chlorophyta）几种藻类菌株在FPWW中的生长，并确定它们纳入综合生物技术的潜力。藻类培养物的有效性通过生物质产量以及有价值组分（如蛋白质、脂质、叶绿素和总类胡萝卜素）的含量来确定。本研究的另一个目的是确定鱼类加工废水中在培养微藻之前和之后的原核生物群落结构。然后使用几种藻类/细菌培养物在用水芹（Lepidium sativum）种子进行的测试中评估其生物刺激潜力。
本研究评估了几种绿藻菌株在鱼类加工废水（FPWW）中的生长。FPWW于2025年5月从位于鱼类加工厂（俄罗斯联邦鞑靼斯坦共和国Rybnya Sloboda）领土内的沉淀池收集。收集的废水被运送到实验室并储存在+2°C的冰箱中。对收集的水样进行了总固体、挥发性固体、氮化合物、磷酸盐、硫酸盐和pH的分析。尿素水平使用商业试剂盒“Urea-1-Olvex”测定。在培养之前，废水通过多层纱布过滤以去除大的固体颗粒。
藻类菌株从鞑靼斯坦共和国的河流和湖泊中分离。本研究测试了在其他废水中表现出生长能力的培养物以及新分离株。使用标准琼脂化的Bold基础培养基（BBM）来分离和维持藻类培养物。进一步的鉴定基于核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶/加氧酶（rbcL）大亚基的测序。在所研究的菌株中，三个菌株属于小球藻科（Chlorellaceae）（Chlorella vulgaris SB-M4、Chlorella sp. EE-P5和Micractinium inermum EE-M2），两个菌株属于栅藻科（Scenedesmaceae）（Desmodesmus sp. EE-M8和Tetradesmus obliquus EZ-B11）。
每种菌株的接种物在标准BBM中于玻璃锥形瓶中制备。藻类随后在可高压灭菌的生物反应器（BIOSTAT A-plus）中培养。生物反应器提供了主要参数的控制，如温度、pH、泡沫水平和培养基搅拌速率。培养容器总体积为2.8 L，工作体积为2.0 L。为了维持+30°C的温度，生物反应器连接到冷却水循环系统。所有实验在连续光照下进行，由四个LED植物灯提供。光照强度在培养容器表面测量为800 μmol photons m
的空气-气体混合物。使用气体分析仪和生物反应器数据显示系统分析生物反应器出口处的O
浓度。使用pH电极测量pH。培养基pH维持在最佳范围（7.0–7.5）内，无需控制。培养基以100 rpm搅拌以防止细胞沉降并确保营养物均匀分布以及CO
通过测量微藻悬浮液在750 nm处的光密度（OD）来分析每日生长。在藻类培养物进入稳定生长阶段（第5天）后收集总生物质。一部分随后用作植物生长生物刺激剂，另一部分放入50 mL Falcon管中，通过在5000× g下离心4分钟收集生物质。获得的生物质用蒸馏水洗涤两次。这部分生物质的一部分在+60°C下干燥24小时用于进一步的生化分析，另一部分在+105°C下干燥16小时用于最终干物质测定。干物质（干重，DW）和有机质（挥发性固体，VS或无灰干重，AFDW）含量按先前描述计算。最终生物质产量通过从最终DW中减去初始DW来估算。生物质生产力（BP）按批次计算，使用方程：BP = (DW
）。T是从开始培养到培养结束的时间（以天为单位）。为了评估藻类培养物的生物修复潜力，评估了铵、磷酸盐和硫酸盐的利用。
总叶绿素和类胡萝卜素水平使用二甲基亚砜（DMSO）提取法测定。蛋白质和脂质含量在收集生物质并在+60°C干燥24小时后估算（获得的数据随后基于在+105°C干燥获得的完整DW数据重新计算）。干燥的生物质然后在瓷研钵中用杵研磨成粉末，细胞通过使用 homogenizer 进行 homogenization 破坏。蛋白质含量基于Bradford测定法使用Bio-Rad蛋白质测定试剂盒测量。脂质含量通过使用Folch提取法估算。计算脂质含量时排除了色素。
进行水样的十倍稀释以估计未经处理的和经微藻处理的废水中的总微生物计数（TMC）和总大肠菌群（TCB）。TMC通过在+30°C下在肉蛋白胨琼脂上培养72小时后直接菌落计数确定。大肠菌群通过在+37°C下在含乳糖的选择性营养培养基上培养24-48小时后计数。细菌在恒温箱中培养。
通过使用MiSeq系统分析在藻类生长之前和之后（培养结束时）FPWW中的原核生物群落结构。对于初始FPWW，将30 mL水样离心并进行总DNA提取。将废水重复样（经藻类菌株处理后）合并（每个样品10 mL），在14,000× g下离心10分钟，并使用FastDNA spin kit for soil从沉淀中提取总DNA。通过PCR使用引物Bakt_341F和Bakt_805R扩增16S rRNA基因。16S rRNA基因片段的测序根据Illumina协议进行。使用QIIME 2分析和解释获得的数据。对于分类学分类，使用了更新的Greengenes2（2024.09）数据库。所有16S rRNA基因序列可根据要求提供。
在本研究中，使用可食用的水芹（Lepidium sativum）种子来测试废水处理阶段后一些藻类/细菌悬浮液（这些悬浮液主要由藻类生物质组成）的刺激潜力。在最终生物质存在下的种子发芽使用Zucconi等人描述的方法（赤霉素样效应）确定。水芹被选为一种快速生长的植物，广泛用于水质分析和生态毒理学研究。为了表面灭菌，将种子在5% NaOCl中浸泡10分钟，并用无菌蒸馏水冲洗两次。
在FPWW中培养藻类后，将细胞悬浮液用蒸馏水稀释至0.25和0.5 g L
的浓度。将3 mL细胞悬浮液转移到衬有无菌滤纸的无菌玻璃培养皿的盖子上（培养皿的底部用作盖子）。将25粒大小相同的未损坏种子放入培养皿中，并在恒温器中于+28°C在黑暗中培养7天（每个处理四个重复；根据国际种子测试规则的方法）。每个藻类菌株的实验程序重复三次。恒温器中的湿度水平用湿度计测量并通过在内部放置一个装有水的盘子来维持。必要时，向每个培养皿中加入1 mL无菌蒸馏水。在实验中，使用无菌蒸馏水作为阴性对照。根据制造商的说明，使用商业产品“Aminosil”作为阳性对照。此外，分析了在FPWW中培养斜生栅藻（T. obliquus）EZ-B11后获得的上清液。
其中GI是发芽指数，G是发芽种子数，W是幼苗重量，Gc和Wc是使用蒸馏水的对照处理中相同参数的值。100%的GI指蒸馏水（对照），因此，只有产生高于100%值的微生物细胞被认为具有生物刺激活性。
其中GP是发芽百分比，在第1、3和5天计算，Gt是第t天发芽的种子数，T是生物学重复中的种子总数。
GE (%) = (开始发芽当天的发芽种子百分比/种子总数) × 100,
培养实验进行三次重复，数据以平均值±平均值的标准偏差表示。使用Kolmogorov–Smirnov和Shapiro–Wilk检验评估数据的正态分布。然后使用Minitab统计软件（版本22.4.0.0）的Tukey方法和95%置信度对数据进行统计比较。
FPWW的特征如表1所示。铵、亚硝酸盐、硝酸盐和尿素是实际废水中的主要氮源。在本研究中，废水中的NH
表2显示了获得的生物质的最终DW和AFDW。根据获得的数据，栅藻科（Scenedesmaceae）的微藻积累生物质的效率低于小球藻科（Chlorellaceae）的代表。因此，测试菌株Desmodesmus sp. EE-M8时获得了最高的生物质产量和生产力，分别为2.21 ± 0.09 g L
。在FPWW中培养菌株C. vulgaris SB-M4时获得最低的生物质产量和生产力。还应指出，这部分生物质的一部分由细菌细胞代表，但其丰度远低于藻类。尽管生物质产量不同，但所有可用的NH
Desmodesmus sp. EE-M8表现出自絮凝的趋势，这是收获藻类生物质的一个优势。本研究中，栅藻科的另一成员T. obliquus EZ-B11的生物质生产力值低于Desmodesmus sp. EE-M8，但比小球藻科的另外三个菌株更有效地生产生物质。类似地，Scenedesmus sp.在猪屠宰场废水中培养时比C. vulgaris更有效地积累生物质。在另一项研究中，Scenedesmus sp. MJ23-R在黑火药制造废水中培养时比Chlorella sp. MC18更有效地积累生物质。相反，在厌氧处理的屠宰场废水中，Scenedesmus sp.的生物质产量低于Chlorella sp.。Scenedesmus acuminatus CCALA 436在合成市政废水中的最高生物质产量和生物质生产力分别达到1.71 g L
。在未过滤的FPWW中培养的Chlorella sorokiniana的生物质产量为0.99 g L
，低于本研究获得的值。生物质产量的差异是由于菌株的生长特性、生长培养基的组成以及细菌的存在。最后，FPWW是培养藻类的可用生长培养基，但生产力因菌株而异。值得注意的是，属于小球藻科和栅藻科的藻类适应于在各种来源的废水中生长，包括屠宰场废水、食品工业废水、家庭废水、城市渗滤液等。此外，这些藻类被广泛商业化，因为它们产生许多有价值的代谢物，其中一些的含量在本研究中进一步确定。
本研究评估了藻类生产叶绿素a（Chl a）、叶绿素b（Chl b）和总类胡萝卜素（Car）的潜力（图1）。C. vulgaris SB-M4和Chlorella sp. EE-P5的培养物具有最高的Chl a浓度（分别为9.90 ± 0.9和8.89 ± 0.8 mg L
）和Car浓度（分别为3.44 ± 0.3和3.39 ± 0.4 mg L
）。C. vulgaris SB-M4、Chlorella sp. EE-P5和M. inermum EE-M2的培养物有效地积累了Chl b（分别为3.48 ± 0.6、4.0 ± 0.4和4.41 ± 0.5 mg L
）。C. vulgaris SB-M4具有最高的总色素含量，占DW的1.19% ± 0.11（图2）。
绿色藻类合成Chl a和Chl b，这是光合作用的光反应所必需的。微藻还产生类胡萝卜素，它们作为抗氧化剂，并且细胞在
客服1