近年来，我国快速发展的 工业化 和城镇化 进程 给生态环境带来极为严重的影响，因工业污水与城镇生活污水大量排放造成的水体污染问题尤为凸显，成为深刻影响国家经济、社会发展及人民生活最突出的问题之一。 关于 水污染，近几年最引人关注的是水体富营养化问题。 2018年《中国环境统计年鉴》的数据显示，2017年我 国一 半以上大中型重要湖泊存在富营养化问题。 富营养化问题产生最主要的原因是氮、磷以及相应有机质等在水体中大量 积累 ，过高的营养水平破坏了水体原有生态平衡， 减弱或阻碍水体自我修复功能，加剧了 由于 水 环境 质 量降低 对国家经济、社会以及公众生活的影响，成为我国以至全世界普遍 存在的水体生态环境问题之一。 氮、磷为主的营养元素来源广泛，人类活动是最主要的来源之一，包括工业及城镇生活污水直排、污水处理厂未达标排放、城市及农村面源污染等等。 针对水体的富营养化问题， 目前 开展了大量研究，尝试通过诸如物理、化学和生物措施，来治理水体富营 养化 ，而生物措施由于其成本较低、 对水环境友好、并能营造水体景观等优势，在水体修复与治理方面受到越来越多 重视相关 研究和应用也 在持 续增加 。
    污水处理厂达标排放，即使按照一级 A排放标准，仍有大量氮、磷排入受纳水体，引发严重的富营养化风险 。本研究从国内某个以 旋转生物 接触反应器(Rotating Biological Contator RBC)、厌氧池、缺氧池、 两级 好氧池 为生物处理核心的污水处理厂入手， 通过高通量测序技术， 研究上述核心处理装置中微生物群落结构及动态变化 。结果表明， 功能 微生物群落的整体优势群落组成相似 ；但是某些功能微生物群落，如参与 氮元素去除的群落，在特定处理单元中被富集或减少。旋转 生物 接触反应器提供了独特的生态环境，该系统生物膜上构建出 特殊的微生物群落， 即 能够进行好氧反硝化的微生物群落，如 Rhizobiales, Thermomonas和 Rhodobacter在生物膜上显著富集；而能够进行 厌氧 反硝化的群落，如Nitrospiraceae，则在该处理单元的活性污泥中显著富集。 此项研究为进一步理解实际运行的 RBC污水处理厂各处理单元中微生物群落结构和组成提供了较详实的信息，并且为未来污水处理厂的设计、运行 和维护提供了 参考 。
    目前污水处理厂进一步提升出水水质面临很多技术难题和成本投入，而为了减轻受纳水体的污染负荷，降低水体富营养化风险，
越来越多的研究表明可以采用深度净化技术，在污水处理厂末端提升尾水水质 ，并且以各种高效吸收转化氮、磷的水生植物和 生态治理措施 如氧化塘、人工湿地为核心的治理方法 进行深度净化 ，其适用性受到越来越多的关注。
    已有研究显示，水生植物粉绿狐尾藻在处理农村畜禽养殖废水方面效果良好，能够高效转化吸收 废水中的 氮、磷等营养元素 ，展现出广泛的应用潜力。 为了深入了解该植物的 生物转化 特性，本研究开展粉 绿狐尾藻 应对富营养化水体中不同程度磷胁迫的试验。 采用高通量测序技术对粉绿狐尾藻根和叶组织的转录组进行测序，研究相应植物组织 应对磷胁迫 时差异表达的基因以及代谢机制。 通过差异表达基因 (DEGs)分析以及 GO和 KEGG富集分析，结果显示 ，应对不同磷胁迫时，粉绿狐尾藻的根组织相比叶组织更为活跃， 差异基因表达数目更多， 例如“低磷”胁迫时，根与叶组织中 DEGs数量分别为 15842和 4873，而“高磷”胁迫时，相应组织 DEGs数量为 15435和 10500。 “低磷”与“高磷”胁迫下，粉绿狐尾藻展示出不同的基因和代谢途径调控 模式 例 如 “低磷”胁迫下，粉绿狐尾藻大量上调了与各类化合物代谢相关的基因与途径， 如萜类化合物、类苯基丙烷等，以及 和 磷 跨膜转运和运输 相关的途径 等 ；“高磷”胁迫下，大量下调了 上述 相关化合物代谢途径 的同时 还下调了 淀粉代谢过程、果胶代谢与分解过程、涉及植物激素的代谢过程 ，这说明粉绿狐尾藻 采取更“保守”的调控策略。 同时， 在应对不同程度磷胁迫时，粉绿狐尾藻的次级代谢物代谢途径、 TFs家族编码基因等 ，其表达量也有显著变化。 上述结果显示，在狐尾藻植物体内存在一个极为复杂的分子调控网络，应对不同程度的 磷 胁迫时，可以积极 有效地进行 调整 ，以适应周围环境 。本研究是 首次通过植物转录组测序来研究粉绿狐尾藻 应对水体中不同程度的磷胁迫，上述研究尚未在其他湿地植物中系统研究过。
    以上述研究结果为基础，本研究进一步 探索 粉绿狐尾藻 在 富营养化水体修复方面 的 应用 潜力 。 本研究以人工湿地为 对象 ，成功构建了实验室规模与中试规模人工湿地， 以充分发挥 粉绿狐尾藻 对氮、磷高效的转化能力。 基于实验室规模的人工湿地运行结果，确定了最优的水力停留时间 (7天 )和日处理水量 (0.56 m3/天 )。进一步 优化 了 湿地运行参数，构建了适合该人工湿地的模型。以该模型为指导，进行放大设计，构建中试规模人工湿地，长期实地监测中试规模人 工湿地的运行参数后，进一步完善了中试人工湿地的模型公式，为后续进一步放大设计提供 了技术基础 。
    在中试 人工湿地中，粉绿狐尾藻 展示出优异的氮、磷去除效果 经处理，进水中 95%以上的氨氮和总磷，以及 76.8%的总氮被去除，使得出水 氨氮、总磷达到了《地表水环境质量标准》 III类水质 标准 这 证明 粉绿狐尾藻在实验室环境和野外环境都有良好的水体净化 能力 ，能够应用于净化富营养化水体 如湖库 中的氮、磷等营养元素。
     根据人工湿地实验结果，本研究构建成 以粉绿狐尾藻 及功能微 生物群落 为核心的 “尾水深度脱氮除磷植物 -微生物生态床技术”，并在 国家重大科技专项水专项课题中 应用与示范。 该技术与 深圳市龙岗区当地 潭 -塘水体构建 成 “潭 -塘生态湿地处理系统” ”，在工程示范中，日处理尾水量超过 3万吨 /天 (一级 A标准 主要指标 COD、氨氮和总磷的去除率分别超过 60%、 80%和 技术较好地支撑了课题总体目标及 龙岗河 流域水环境的修复。