蓝藻水华是一种严重的水生态环境灾害，近年来在全球范围内频繁暴发。水华微囊藻是蓝藻水华中的一种典型致灾藻种。利用壳聚糖混凝收获水华微囊藻细胞不仅可以高效地应急去除水体中藻细胞，而且收获的水华微囊藻含有丰富且优质的糖、蛋白等营养物质，具有很好的后续资源化利用潜力。然而，高密度的水华微囊藻通过细胞分泌或细胞破裂等方式向水体释放大量的藻源有机物。这些有机物对壳聚糖混凝收获有怎样的影响，其影响机制是什么尚待研究。
基于此，中国科学院水生生物研究所张学治研究员课题组从中国科学院水生生物研究所淡水藻种库选取了一株水华微囊藻（FACHB-1028），对其在光生物反应器中进行了扩培，提取了其胞外有机物（EOM）和胞内有机物（IOM），探究了这些藻源有机物对壳聚糖混凝收获的影响，并从官能团水平对影响机制进行了揭示。
主要研究内容与结果如下:
（1）首先，探究了水华微囊藻中提取的胞外有机物（EOM）和胞内有机物（IOM）对壳聚糖混凝收获水华微囊藻的影响。结果表明，EOM和IOM均对壳聚糖混凝收获水华微囊藻具有明显的抑制作用，且IOM的抑制作用强于EOM。
图1 EOM和IOM对水华微囊藻收获效率的影响（a）及在其影响下达到90%收获效率的混凝剂用量（b）
（2）利用本课题组自主研发的一台亲疏水分离设备（Hydrofractor S4F5, Accurate Co., Wuhan, China）将EOM和IOM分成五种不同的亲疏水组分，进一步探究了EOM和IOM中不同亲疏水性组分对壳聚糖混凝收获水华微囊囊藻的影响。结果表明，EOM和IOM中对混凝收获具有抑制性的物质均主要来自于其亲水性组分。
图2 EOM、IOM以及它们的亲疏水性组分对水华微囊藻收获的影响
（3）对EOM、IOM以及它们的五种不同的亲疏水性组分进行了电荷密度滴定。结果表明，与其他组分相比，EOM和IOM中的亲水性组分有显著更高的电荷密度。
图3 EOM、IOM和它们的不同亲疏水组分的带电特性
（4）为进一步弄清EOM和IOM中亲水性组分的负电荷来源，对亲水性组分进行了电位滴定。结果表明，磷酸二酯和羧基这两种质子活性官能团在pH6.5条件下呈去质子化状态，是引起EOM和IOM抑制壳聚糖混凝收获水华微囊藻的主要质子活性官能团。
图4 HPIEOM 和 HPIIOM中质子活性官能团的种类和浓度
（5）将混凝体系的pH从6.5降低至4.6，使藻源有机物中的羧基呈质子化状态。结果表明，降低pH后，藻源有机物对壳聚糖混凝收获的抑制作用明显减弱。该结果进一步证明了藻源型有机物中一些呈去质子化状态的官能团是影响壳聚糖混凝收获水华微囊藻的重要抑制源。
图5 在pH 4.3 和pH 6.5下HPIEOM（a） 和HPIIOM（b）浓度对混凝
总体来说，该团队的研究结果首次从官能团水平揭示了藻源有机物对壳聚糖混凝收获水华微囊藻的抑制机制，并为今后进一步优化水华微囊藻的混凝收获条件提供了重要信息。
图6 AOM和CTS在pH 6.5下相互作用的示意图
本文转载自国家水生生物种质库淡水藻种库微信公众号
