研究背景

水体富营养化引起的周期性蓝藻水华问题在世界各地广泛存在，对水环境安全及饮用水处理工艺提出了严峻挑战。过氧化氢（H₂O₂）是一种常用的绿色杀藻剂，通常作为应急除藻策略在藻华暴发的湖泊/水库中使用，其控藻效果良好，但仍面临使用后藻华二次暴发的问题，其潜在机制尚不清晰。因此，有必要对H₂O₂处理后受损藻细胞的复苏潜力及机理进行深入探讨，为控藻策略的优化提供理论支撑和科学依据。

实验室硕士生罗晨基于该研究背景，关注H₂O₂处理后典型水华藻类铜绿微囊藻（M. aeruginosa）从细胞受损、活性抑制到细胞修复、活性提高的复苏全过程，并从代谢的角度解析了受损藻细胞的修复机制。这一工作已发表在Journal of Hazardous Materials (2024, , 134196)。

第一作者：罗晨

通讯作者：于鑫 教授，叶成松 博士后（特任副研究员）

通讯单位：厦门大学环境与生态学院

论文DOI： https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2024.134196

成果介绍

本研究在实验室条件下模拟H₂O₂杀藻剂处理后蓝藻水华消失到再次暴发的全过程，探究了H₂O₂处理后蓝藻二次暴发的风险和受损藻细胞的复苏机制。结果表明，H₂O₂处理后，受损蓝藻细胞的二次暴发主要包括两个阶段。第一阶段为损伤藻细胞的修复；第二阶段为修复藻细胞的分裂增殖（图1）。尤其是在水华前期，活性藻细胞的增加主要来自于损伤藻类细胞的自修复，而非藻类细胞的分裂（图1）。

代谢组学分析深入揭示了休眠蓝藻的复苏机制（图2），在藻类休眠状态下，藻细胞内叶酸和水杨酸的合成代谢显著增强。水杨酸水平的升高可增强应激相关基因的表达，调节抗氧化酶活性，进而激发细胞抗逆机制。叶酸是细胞分裂过程中合成DNA、RNA和相关代谢物所需氨基酸的重要物质，同时可通过脂肪酸延伸提供还原性NADPH来支持脂肪酸的合成。脂肪酸合成的增强有助于铜绿微囊藻重建氧化受损的膜结构。以上过程提高了藻细胞对不良环境的抵抗能力和增强了藻细胞的膜修复能力。

图1 H₂O₂处理M. aeruginosa 24 h后再培养40 d过程中各处理组总细胞数、活细胞数和分裂细胞比例的变化

（a）5 mg L^-1处理；（b）20 mg L^-1处理；（c）成像流式细胞术测定的分裂活细胞比例；（e）成像流式细胞术测定的细胞图像

图2 H₂O₂处理M. aeruginosa 24 h后再培养8 d和24 d的藻细胞代谢组学分析

（a）热图描绘H₂O₂诱导的M. aeruginosa代谢物图谱扰动；（b）水杨酸和叶酸合成代谢途径显著提高