砷(As)在天然水體中多以砷酸鹽[As(V)]、亞砷酸鹽[As(III)]等無機(jī)形態(tài)和一甲基砷(MMA)、二甲基砷(DMA)等有機(jī)形態(tài)存在，因其不同的生物毒性效應(yīng)與環(huán)境健康風(fēng)險(xiǎn)而引起世界范圍內(nèi)的廣泛關(guān)注。盡管已有的研究表明藍(lán)綠藻等微生物在砷的生物轉(zhuǎn)化與代謝中發(fā)揮重要作用，但是有關(guān)環(huán)境因素對(duì)藻類砷轉(zhuǎn)化與代謝的影響、藻類修復(fù)砷污染水體后的處置方法等研究仍然十分缺乏和滯后，不利于藻類修復(fù)砷微污染水體的實(shí)際應(yīng)用。
　　為了理清有關(guān)環(huán)境因素對(duì)藻類砷轉(zhuǎn)化與代謝的影響規(guī)律，近年來，中國科學(xué)院城市環(huán)境研究所城市水環(huán)境過程與生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)研究組研究員顏昌宙、副研究員羅專溪與閩南師范大學(xué)教授王振紅、美國麻省大學(xué)阿默斯特分校教授邢寶山、比利時(shí)根特大學(xué)教授Gijs Du Laing等開展合作研究，采用正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法（Taguchi methods），選擇五價(jià)無機(jī)砷、溶解性無機(jī)氮、溶解性無機(jī)磷和pH值作為主要影響因子，開展了一系列的室內(nèi)模擬研究來確定影響銅綠微囊藻砷生物轉(zhuǎn)化的最優(yōu)化條件及其動(dòng)力學(xué)特征，結(jié)果發(fā)現(xiàn)低磷高氮環(huán)境有利于砷在藻里累積與轉(zhuǎn)化（總量提高且速率增加），相關(guān)研究成果分別發(fā)表在Water research (2017, 118: 167-176) 和Journal of Cleaner Production (2018, 199:112-120)上。鑒于磷對(duì)砷生物累積與轉(zhuǎn)化的特殊性，研究人員進(jìn)一步研究了溶解有機(jī)磷(DOP)對(duì)藻體中砷酸鹽(As(V))生物積累和轉(zhuǎn)化的影響規(guī)律，選取了三種不同的有機(jī)磷源(β甘油磷酸鈉(βP)、三磷酸腺苷(ATP)和6葡萄糖磷酸鈉(GP))與無機(jī)正磷酸鹽(IP)進(jìn)行比較，結(jié)果發(fā)現(xiàn)IP環(huán)境下銅綠微囊藻能高效識(shí)別As(V)和P，但在DOP環(huán)境則沒有觀察到這種識(shí)別能力。DOP環(huán)境特別是βP可顯著提高藻體對(duì)砷的累積；而GP則明顯促進(jìn)了砷的還原（三價(jià)砷高）與甲基化（有機(jī)砷高）。GP環(huán)境下藻體兩個(gè)砷還原與甲基化功能基因(arsC和arsM)的相對(duì)表達(dá)量較高，印證該GP磷環(huán)境下藻體砷還原和甲基化能力較高的事實(shí)（Environmental Pollution, 2019, 118: 167–176）。
　　另外，為了找到藻類修復(fù)砷微污染水體后合適的處置方法，研究人員進(jìn)一步研究負(fù)載砷的藻體在混凝沉淀原位與異位處理時(shí)水中砷釋放與形態(tài)轉(zhuǎn)化規(guī)律。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，常見混凝藥劑中聚合氯化鋁對(duì)含砷藻體的沉淀去除效果最好。經(jīng)聚合氯化鋁沉淀去除的含砷藻體原位處理水中，總砷逐漸降低，但三價(jià)砷由于水環(huán)境處于還原狀態(tài)而在3天后顯著升高。而在沉淀含砷藻體異位處理的水體中，藻體砷釋放不僅與胞內(nèi)砷含量有關(guān)，還與藻細(xì)胞活躍或熱處理的存活狀態(tài)、放置時(shí)間密切相關(guān)。結(jié)果表明含砷藻體原位或者異位處置時(shí)，為了降低潛在風(fēng)險(xiǎn)，選擇合適的處置時(shí)間尤為重要。相關(guān)成果發(fā)表在Journal of Hazardous Materials (2020, 384, 121249)。這些研究結(jié)果有助于科學(xué)認(rèn)識(shí)砷在藻體中的生物代謝行為，在評(píng)價(jià)與砷污染水體藻類修復(fù)相關(guān)聯(lián)的關(guān)鍵環(huán)境因素和實(shí)際應(yīng)用方面具有十分重要的科學(xué)意義。以上研究得到國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目、福建省科技引導(dǎo)性項(xiàng)目和福建省新世紀(jì)優(yōu)秀人才支持計(jì)劃等的資助。
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　　溶解有機(jī)磷促進(jìn)銅綠微囊藻砷累積與轉(zhuǎn)化的作用機(jī)理圖
　　負(fù)載砷藻體聚合氯化鋁混凝沉淀后原位/異位水體中砷的釋放與轉(zhuǎn)化概圖