生物膜反应器挂膜期是反应器启动的关键阶段,对反应器运行性能的稳定与优劣有直接影响。生物膜形成初期,细菌通过鞭毛、纤毛等运动器官驱动菌体与界面进行反复接触,形成可逆粘附;待细菌附着到界面后,鞭毛马达驱动细菌进行旋转运动及垂向运动直至细菌与界面通过凝集素、多糖等作用形成不可逆粘附。因此,研究废水处理细菌的界面运动行为,有助于深入理解生物膜形成过程,对于利用生物膜法进行废水处理,具有重要指导意义。细菌运动行为同环境刺激紧密相关,抗生素、高氨氮、高盐等胁迫环境的广泛存在,对废水生物膜形成初期,细菌附着过程的影响尚不清楚,其对细菌运动的影响机制也有待探究。表面等离子体共振显微镜具有高灵敏、高速度、实时成像等优点,本研究提出了基于表面等离子体共振成像（Surface plasmon resonance microscope,SPRM）的单细菌成像分析方法,实现了对单个细菌界面运动行为（水平旋转和垂向抖动）的三维分析,并通过生物学方法和转录组学技术对界面运动行为的生理学响应进行探究,揭示胁迫环境对生物膜形成过程细菌附着的影响。主要研究和发现如下:（1）以模式菌株E.coli DH5α为研究对象,构建了基于表面等离子共振成像技术的细菌界面运动行为成像方法,通过调整入射光角度和强度,比选高速相机的拍照帧率、曝光时间、感光度、信噪比、图片位数、图片分辨率等参数,优化SPRM成像系统运行方法。并通过芯片修饰、细菌生长阶段选择,实现了快速、实时、无损免标记的细菌的界面运动行为观察。（2）基于上述构建的SPRM细菌界面运动行为成像方法研究了多粘菌素B（PMB）、高氨氮、高盐胁迫下,单个好氧反硝化细菌的界面3D运动行为,并耦合生物学方法探究发现:0.5μg/m L PMB胁迫下,流式细胞仪检测结果显示死亡细菌比例仅增加7.59%,界面水平运动被抑制停止旋转,垂向运动变化趋势与死亡细菌比例一致,成膜能力增加24.2%,细菌兼具较高的废水处理能力和生物膜形成能力;25-200 mg/L氨氮胁迫下,流式细胞仪检测显示死亡细菌比例增加在15%以内,细菌水平运动被抑制停止旋转,垂向运动变化趋势与死亡细菌比例一致,成膜能力增加17-39%,细菌兼具较高的废水处理能力和生物膜形成能力;10 g/L盐胁迫下,流式细胞仪检测显示死亡细菌比例仅增加1.72%,细菌水平运动受到抑制不再旋转,垂向运动变化趋势与死亡细菌比例一致,成膜能力增加7%,细菌活性较强兼具较高的废水处理能力和生物膜形成能力。（3）转录组学分析得到PMB、高氨氮、高盐胁迫下,细菌的群感效应和ABC转运蛋白相关基因发生上调,增强了细菌生物膜形成能力以帮助细菌抵御不利环境。高氨氮胁迫下细菌的分泌系统通路下调,与ATPase相关基因Sec A发生下调,细菌因缺乏能量而降低运动能力;高盐胁迫下,细菌鞭毛马达组装相关基因下调,细菌分泌系统通路下调,typeⅡ与typeⅥ中同ATPase相关基因vas G、Sec A发生下调,细菌能量合成受阻,整体代谢活性减弱,细菌运动能力也因此受到抑制而降低。本研究拓展了SPRM技术在细菌界面3D运动行为研究的应用,对细菌运动行为进行实时、真实、准确地观察。为理解微生物的界面粘附提供了依据,也为进一步研究废水中常见胁迫情况下生物膜反应器启动与运行提供理论支撑。