细菌生物膜是一种结构性的细菌群落,其形成过程是多种信号因子（菌密度、光照强度、金属离子和氧浓度等）所参与的调控系统（群体感应和第二信使等）综合作用的结果。因其独特的特性和较强的适应能力,在医学、海洋生物污损以及环境治理等方面备受关注。目前应用于水体污染处理的菌株主要为淡水或陆源菌株,在培养系统中主要呈现游离状态分布,难以适应高盐环境,成膜能力较低。源自红树林的海洋着色菌（Marichromatium gracile,M.gracile）YL28能够适用于复杂水体,具有高效除氮能力,且在培养系统中成膜能力高,成膜时间较短。鉴于此,本研究优化了M.gracile YL28生物膜形成的条件,阐明其生物膜形成规律。探究单一和复合重金属离子对生物膜特性的影响,考察了在含有重金属离子的高浓度氮污染废水中生物膜的脱氮效果及对重金属离子的吸附能力。构建环二鸟苷酸（c-di-GMP）生物传感器,为深入研究不产氧光合细菌（APB）生物膜形成的调控机制奠定了基础。主要研究结果如下:·M.gracile YL28生物膜形成规律和特性研究。以脱氢酶活性为检测指标,进行了8种因子的单因素实验,利用Plackett-Burman方法筛选出3种因子进行了响应面优化。结果表明,表明光照有利于成膜,但受光照强度的影响,在适宜光强时,成膜率高达71.21%;生物膜的形成虽限制了培养器皿内部光照,但内部游离菌体的脱氢酶活性并没有降低,氨氮和亚硝氮去除活性也未受到影响,由此初步提出了APB生物膜形成规律为培养液中菌体主要在生物膜及其界面生长并游离扩散至培养液中。·单一重金属离子对生物膜特性的影响。6种重金属离子对生物膜形成、生物活性及光合色素合成有明显影响。重金属抑制M.gracile YL28光合色素的合成。在选择的浓度范围内,生物膜对重金属离子的耐受性高于游离菌体,重金属离子浓度较低时,刺激胞外蛋白和多糖的合成来抵抗胁迫,能吸附更多的重金属。·多元复合重金属离子对生物膜特性的影响及对生物膜对重金属的去除。在含有多元复合重金属离子体系,亚硝氮的去除不受影响,胞外蛋白的合成受到抑制。二元、三元重金属离子的交互作用表现为拮抗(Cu²⁺*Hg²⁺)或互作(Cu²⁺*Zn²⁺);四元、五元和六元重金属离子的交互作用多呈交互抑制作用。在含复合重金属离子（高低浓度）的无机三态氮共存的生物膜反应系统中,硝氮和亚硝氮去除不受影响（8 d）,重金属离子的去除率分别为Cd²⁺（55.20%,73.10%）、Cr⁶⁺（74.30%,91.10%）、Cu²⁺（57.60%,74.60%）、Pb²⁺（44.30%,90.8%）、Zn²⁺（38.70%,41.10%）和Hg²⁺（31.70%,33.80%）。实际养殖水体发现,M.gracile YL28与水体土著微生物相互作用,降低水体中的无机三态氮含量。·生物膜形成的调控机制初探。以紫硫菌M.gracile YL28为研究模型,通过基因组和关键基因的挖掘分析,初步绘制了c-di-GMP调控生物膜形成的可能代谢通路;构建了用于检测胞内的c-di-GMP水平变化的E.coil（pVLT33-FRET-YcgR）生物传感器,初步研究显示,环境因子调控c-di-GMP的合成与降解。综上所述:本研究发现该YL28菌株有高的成膜率并阐明了环境因子对生物膜形成的影响和规律,提出了新的APB菌株生物膜形成模型。阐明高成膜M.gracile YL28在单一和复合HMIs复杂环境中的生物活性和成膜机制以及膜对其吸附的规律,为全面解析环境因子对生物膜形成的影响提供了方法。M.gracile YL28生物膜初步应用在高无机三态氮模拟水中具有明显的去除作用,为生物膜反应器的开发和应用提供参考菌株,并在基因组水平上初步分析了调控机制,为进一步深入研究奠定了基础。