近日，威尼斯官网水处理技术与水质安全团队于鑫课题组在环境领域高水平期刊 Environment International 上发表了题为“Solar/periodate-triggered rapid inactivation of Microcystis aeruginosa by interrupting the Calvin-Benson cycle”的论文。论文阐述了模拟太阳光（SSL）活化高碘酸盐（PI）对水华蓝藻的控制潜力及其代谢组机理。本研究是继发现SSL/PI体系对细菌高效灭活效果后，对水华蓝藻控制潜力的拓展。SSL/PI体系对铜绿微囊藻细胞膜损伤小，一方面可控制胞内微囊藻毒素的释放；另一方面还能直接降解微囊藻毒素，其双重作用对水华蓝藻的快速灭活具有很大的优势。研究结果为水华蓝藻的控制提供了一种绿色且高效的策略。
研究背景
传统的水华蓝藻控制技术通常会造成藻细胞裂解，造成微囊藻毒素释放等二次污染，是当前水处理技术的痛点。因此，需要创新的高效、低二次污染的控制策略来提高对水华蓝藻的控制效率。目前，活化高碘酸盐（PI）体系由于其出色的消毒效率和较低的微生物二次污染风险成为最新的研究前沿。模拟阳光（SSL）/PI体系的高度选择性特性使作用过程对微生物细胞膜损伤较小，可能在不释放微囊藻毒素的情况下同时抑制水华蓝藻细胞的活性，但该体系的控藻性能及其响应机制目前尚不清楚。
图文摘要
研究结论
本论文选择SSL/PI这种无催化剂的体系，探讨其在控制水华蓝藻方面的性能、机理和应用潜力，结果表明：
（1）SSL/PI体系可以通过降低光合活性来抑制铜绿微囊藻活性。此外，该体系对藻类细胞膜损伤小，能有效减少胞内微囊藻毒素的释放；对于体系内少量的微囊藻毒素，也具有直接降解的效能。
（2）代谢组学分析表明，SSL/PI体系处理后，铜绿微囊藻的卡尔文-本森循环的中间产物显著降低，循环被阻断导致葡萄糖合成严重不足，直接影响糖酵解的代谢通量及其下游多种生理生化途径（包括氧化PPP途径、谷胱甘肽代谢、脂肪酸和核酸的合成等），最终导致铜绿微囊藻死亡。
（3）应用潜力方面，自然光（NSL）也能对PI产生类似的活化效果，且活化效果优于SSL。可在自然条件下投加低剂量（100.0 μM）PI，NSL/PI体系即可对3×105 cells/mL（水华浓度水平）的铜绿微囊藻实现完全灭活。
图1 PI剂量灭活铜绿微囊藻效果的影响。（a）光合活性，（b）叶绿素a浓度，（c）细胞膜完整性，（d，e）扫描电子显微镜图像
图2 SSL/PI体系对铜绿微囊藻灭活的持久性。（a）微囊藻毒素含量，（b）铜绿微囊藻再生长情况，（c，d）SSL/PI处理后rbcL和psaB基因的表达情况
图3 SSL/PI体系对铜绿微囊藻的损伤验证。（a）SSL/PI体系活性物质确定，（b）胞内ROS含量，（c）SSL/PI处理后功能基因损伤情况
图4 SSL/PI体系处理后铜绿微囊藻显著改变的代谢途径
图5 NSL/PI体系的控藻性能。（a）微囊藻毒素，（b）叶绿素-a，（c）光合活性，（d）控藻效果总结
研究团队
论文的通讯作者为于鑫教授，第一作者为威尼斯官网博士后叶成松及2022级硕士生陈晨岚。该研究得到国家自然科学基金委，中国博士后科学基金，上海同济高廷耀环保科技发展基金会的资助。
图文 | 叶成松、陈晨岚
责任编辑 | 于鑫
排版 | 曾鹏
