研究亮点：

l微藻对硼（B）的耐受能力很强，可以在B≤ 25 mg/L的条件下正常生长；

l在硼胁迫下，油脂产量增加50%，淀粉产量提高3倍；

l微藻具有较强的B去除能力（3.35 mg/g），主要通过细胞吸收的方式除B；

l微藻通过MAPK信号通路上调B转运和碳代谢等方式缓解B胁迫。

研究背景：

硼（B）及其化合物在工业生产中广泛应用，如，玻璃、半导体、催化剂、药物、能源等行业。工业活动贡献了地球上90%的B通量，B的排放量约为2.3 Tg-B/年。硼是一种微量元素，对于动植物的生命活动具有重要作用，但是B过量会抑制植物细胞分裂和叶绿素合成，从而影响光合作用；引发动物和人类心血管、神经和消化系统疾病，并且危害生殖系统。世界卫生组织和很多国家要求饮用水中的B浓度低于2.4 mg/L和1.0mg/L。目前，含B废水的处理以物理化学方法为主，如，化学沉淀法、离子交换树脂法、反渗透膜技术、电混凝法、吸附法等，或多种方法组合联用，但是需要消耗大量的化学试剂、电能、膜材料、吸附剂等。由于B具有杀菌特性，生物法除B受到一定限制。 

微藻是制备生物柴油的绝佳原料，同时具有去除重金属、药物、染料等有毒污染物的能力。研究发现，微藻对硼的耐受能力远高于陆生植物（4.5 vs. 1,mg/L），暗示微藻具有除硼的潜力。B作为一种污染物，同时也是群体感应信号分子（AI-2）的核心元素，参与多种生物活性物质的合成，因此B胁迫可能通过诱导信号系统调节生物除硼过程。因此，我们提出假设：微藻可以用于生物除硼同时生产生物质资源。然而，微藻响应B胁迫调节细胞生长代谢及其除B机制目前尚不清楚。本研究选取富油小球藻Chlorella regularis var.minima FACHB-729为模式藻种，探究B胁迫下微藻的生长、B的去除，以及生物资源累积等，揭示了微藻对B的耐受机制和信号调控路径。

研究结果：

(1) 微藻可以耐受高浓度的B胁迫，在B浓度≤25 mg/L条件下，细胞生长无明显下降，并且最大生物量达到4.5g/L;

(2) 微藻生长过程中污水中的B浓度逐渐降低，B去除速率为1.08mg/(L·d)，微藻对B的最大去除能力可达3.35 mg/g;

 (3) 微藻主要通过细胞吸收的方式去除污水中的B，胞内过量的B与蛋白、含碳组分结合。在过量B的胁迫下，微藻细胞的油脂和淀粉含量增加，两者的产率分别为188.65 mg/(L·d)和305.35 mg/(L·d);

(4) B胁迫诱导MAPK信号路径促进B外排和糖酵解代谢，增强了微藻对B的耐受能力。然而，B浓度达到50 mg/L超过微藻的调节范围，会导致细胞中毒和生长抑制。

本研究发现了信号调节对有毒污染物生物去除的重要作用，为含硼废水的资源化提供了新的思路。

研究团队：

东北师范大学环境学院周丹丹课题组，主要从事废水处理与资源化方向的科学研究与技术开发工作。周丹丹，教授/博导，环境学院院长，吉林省水污染控制与资源化工程实验室主任，国家级人才、吉林省突出贡献专家。团队近年来主持国家级、省部级等科研项目20余项，在环境领域权威期刊发表论文100余篇，授权发明专利20项，转化专利技术2项。

通讯作者：

付亮，东北师范大学环境学院 副教授，研究方向为废水生物处理与资源化。

第一作者：

闫阁，东北师范大学环境学院 博士研究生，研究方向为污水培养微藻及污染物去除。

本文转载自国家水生生物种质库淡水藻种库微信公众号