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微生物是驱动氮元素等物质循环的引擎，N循环中的生物过程及其中物质流与信息流的解析是当前研究微生物生态系统功能最为关注的领域。其中微生物间互作机制是理解物质循环与生物群落耦合及协调控制的最为重要的科学问题之一。微生物通过各种生物活性分子来实现微生物的互作和代谢变化来应对环境过程的变化，而在N循环的各个过程中，QS在其中的调控作用却没有一个完整的科学认识。本论文首先以氨氧化细菌个体作为研究对象，利用生物信息学及分子生物学方法对预估的酰基高丝氨酸内酯信号分子(AHLs)合成酶、AHLs识别受体进行异源表达，完成I/R调控系统的验证工作。同时采用多种分子生态学技术相结合的方法，系统地研究了QS对实际水处理的活性污泥样品氨氧化功能群群落结构及功能的影响。本研究获得了以下创新性结果: 1)首次在氨氧化的亚硝化螺菌（Nitrosospira multiformis）中发现功能性的AHLs合成酶基因。选取了四种硝化模式细菌（亚硝化螺菌N.multiformis，亚硝化单胞菌Nitrosomonas europaea，维氏硝化杆菌Nitrobacter winogradskyi，汉堡硝化杆菌Nitrobacter hamburgensis）进行AHLs信号分子合成酶基因的验证。利用大肠杆菌异源表达系统，发现其中位于N.multiformis中的AHLs合成酶同源序列(nmuⅠ)能够在大肠杆菌体系中成功表达，NmuⅠ所催化合成的信号分子为带有C14-及3-oxo-C14-侧链的AHL。然而，采用相同的抽提方法，利用AHL报告菌生物检测以及液质化学检测，在N.multiformis原菌菌液中均未检测到相应的AHL信号分子。采用反转录扩增验证了nmuⅠ在N.multiformis中能够功能性表达，而外源添加的C14-homoserine lactone(HSL)以及3-oxo-C14-HSL在N.multiformis菌液中4h及8h时出现了不同程度的降解，说明在N.multiformis菌中可能存在AHLs的降解系统。 2)通过生物信息学分析，找到了可能的LuxR型的识别蛋白NmuR。经氨基酸序列比对，发现此LuxR型蛋白具有高度保守的氨基酸残基，而这些氨基酸残基在与AHLs、DNA结合上具有重要作用。采用蛋白溶解性试验，验证了NmuⅠ所合成信号分子与NmuR蛋白同源，能够提高其稳定性和溶解性。 3)外源添加AHLs能够改善活性污泥的氨氧化速率，施用2μM的信号分子能够使活性污泥样品中的氨氧化速率出现不同程度的提高。其中短链AHL处理组提高了约24％，而长链AHL处理组(C14/3-oxo-C14-HSL)以及长短链AHL混合处理组(C6/3-oxo-C6+C14/3-oxo-C14-HSL)的增长更为明显，提高了60％至70％。AHL处理16天后，氨氧化细菌（ammonia-oxidizing bacteria，AOB）及氨氧化古菌(ammonia-oxidizing archea，AOA)中的am oA基因拷贝数与对照组相比，均出现了明显的增长。AOA中的amoA基因拷贝数增长速度要高于AOB。 4)不同AHLs处理的活性污泥样品间氨氧化功能微生物群落构成存在差异。在整个AHL处理阶段，外源添加的AHLs信号分子对活性污泥系统中主要细菌的群落结构并没有显著影响。而污泥样品中的AOA对不同的信号分子类型、不同的信号分子处理周期出现了明显的响应，其中的泉古菌优势菌群发生了明显的群落演替现象。AOB中亚硝化螺菌属与亚硝化球菌属的群落结构对不同类型的AHLs添加显示出较大差异，长短链AHLs混合处理组(C6/3-oxo-C6+C14/3-oxo-C14-HSL)样品中所占比例最大。说明这种AHLs的添加方式对污泥中这两种典型的氨氧化细菌影响更大。