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当前，农业、生活和工业废水排放致使水体富营养化与有机污染，抗生素和生物农药污染问题突出。研究人员探究草甘膦（Glyphosate）和四环素（Tetracycline）对 4 种微藻生长的影响及褪黑素（Melatonin）的调控作用。结果显示低浓度促进、高浓度抑制微藻生长，褪黑素能增强微藻抗逆性。该研究为废水处理提供支持。
在如今的环境状况下，废水排放问题日益严峻。农业、生活以及工业领域未经规范处理的废水大量涌入自然水体，导致了广泛的水生生态系统危机。一方面，水体富营养化现象频发，水生态平衡遭到严重破坏；另一方面，废水中的有机污染物肆意蔓延，这些污染物顺着食物链不断积累，严重威胁着人类的健康、生态系统的稳定，以及农业的可持续发展。
在众多污染物中，抗生素和生物农药的污染问题格外突出。自 20 世纪青霉素被发现后，抗生素的使用范围不断扩大，不仅用于疾病治疗，还在畜牧和水产养殖中作为生长促进剂。四环素（Tetracycline）在中国的使用量巨大，然而它在人和动物体内无法完全被代谢吸收，排出的母体化合物和生物活性代谢物进入废水系统，常规处理技术对其去除能力有限，致使其在环境中不断累积。研究表明，多数水生环境中四环素的残留浓度在 ng/L 到 μg/L 之间，而部分制药厂排放口的浓度更是高达 32mg/L。高浓度的四环素残留不仅可能引发抗生素抗性基因突变，危及人类健康，还会扰乱微生物氮循环，破坏水生生态平衡。
生物农药虽对作物保护至关重要，但有机磷农药（OPs）因其成本效益高、持久性低，在无节制使用后，未降解的残留物质会在地下水中持续存在，并迁移至地表水，通过营养级联效应破坏水生生态系统和生物多样性，长期积累还会威胁人类健康。
目前，去除水中抗生素和生物农药的方法主要有物理化学法和生物法。物理化学法中的吸附法虽去除效率高，但运行成本高昂；氧化和光催化降解法虽能有效去除有机污染物，但需要大量催化剂和化学试剂，不仅成本增加，还存在产生二次污染的风险。活性污泥系统常用于废水处理，却因抗生素的抗菌特性，对其去除效果不佳。
在此背景下，微藻基废水处理技术崭露头角。微藻作为水生生态系统的初级生产者，有着强大的环境适应能力，能在海水和淡水环境中生存，还能利用水中的氮、磷等营养物质合成自身结构，对有机污染物也有一定的降解能力，在废水处理方面潜力巨大。不过，微藻自身的防御机制在应对外界环境压力时存在局限性。而外源褪黑素（Melatonin）作为一种多功能生物调节剂，能通过调节信号转导通路、植物激素水平、应激反应基因表达，增强抗氧化系统等方式，提升微藻的抗逆性，还能促进微藻在压力条件下的脂质合成。
为深入探索微藻处理废水中难降解有机污染物的可行性，来自国内的研究人员开展了此项研究。他们聚焦于草甘膦（Glyphosate）和四环素这两种典型污染物，研究其对 4 种代表性微藻（Chlorella sorokiniana、Scenedesmus quadricauda、Chlorella sp. 和Chaetoceros sp.）生长的影响，并探究褪黑素在其中的调控作用机制。该研究成果发表在《Algal Research》上，为废水的资源利用和微藻的经济生产提供了关键的技术支持，有望为解决废水污染问题开辟新的途径。
研究人员在实验过程中，主要采用了以下关键技术方法：首先，对 4 种微藻进行不同浓度草甘膦和四环素的培养实验，观察微藻的生长情况；然后，通过测定微藻的生物量、丙二醛（MDA）含量和过氧化氢酶（CAT）活性等指标，评估微藻的生长状态和抗逆性；此外，还对微藻的脂质含量进行测定，分析其在不同处理条件下的变化。
草甘膦对微藻生长的影响：在相同培养条件下，研究人员设置不同浓度的草甘膦处理 4 种微藻。结果发现，在培养初期的 5 天内，不同浓度草甘膦处理下的微藻生长情况相似。但随着培养时间的延长，差异逐渐显现。800μg/L 的草甘膦显著促进了S. quadricauda的生长，其细胞密度在培养一段时间后增加到 5.05×106 cells/mL ；对于C. sorokiniana，低浓度草甘膦促进生长，高浓度则起到抑制作用。这表明草甘膦对微藻生长的影响具有浓度依赖性。
四环素对微藻生长的影响：研究发现，10μg/L 的四环素对微藻生长有促进作用，当四环素浓度达到 50μg/L 时，C. sorokiniana的生物量增加了 25.77% 。不过，随着四环素浓度进一步升高，微藻的生长可能会受到抑制，同样体现出浓度依赖性的生长响应。
有机污染物对微藻生理指标的影响：有机污染物会导致微藻体内丙二醛（MDA）含量增加，过氧化氢酶（CAT）活性降低。其中，草甘膦对Chaetoceros sp. 的 CAT 活性抑制作用明显，可使其降低 28.00% 。这说明有机污染物会对微藻的抗氧化系统造成损害，影响微藻的正常生理功能。
褪黑素对微藻抗逆性的影响：外源褪黑素能显著增强微藻的抗逆性。在 10μg/L 草甘膦处理下，添加 10μg/L 褪黑素可使S. quadricauda的生物量增加 49.58% ；在Chlorella sp. 中，褪黑素能降低 MDA 水平（降幅在 18.55% - 56.11% 之间），显著提高 CAT 活性（提升 108.37% ）。这表明褪黑素可以有效缓解有机污染物对微藻造成的氧化损伤，增强微藻的抗氧化能力。
褪黑素对微藻脂质积累的影响：褪黑素还能促进S. quadricauda、Chlorella sp. 和Chaetoceros sp. 的脂质积累。在褪黑素和草甘膦联合处理下，Chlorella sp. 的脂质含量达到对照组的 2.58 倍。这一结果不仅有利于提高微藻在废水处理过程中的资源利用价值，还为微藻生物能源的开发提供了新的思路。
综上所述，该研究揭示了 4 种微藻（C. sorokiniana、S. quadricauda、Chlorella sp. 和Chaetoceros sp.）对草甘膦和四环素的浓度依赖性生长响应。低浓度的草甘膦和四环素刺激微藻生长，而高浓度则抑制生长。外源褪黑素显著增强了微藻的抗逆性，在混合胁迫下，能逆转四环素对Chaetoceros sp. 的抑制作用，使生物量提高 10.55% - 20.31% 。
从机制上看，褪黑素通过降低 MDA 含量，提高 CAT 活性，缓解了有机污染物对微藻造成的氧化损伤，同时促进了微藻的脂质积累。这一研究成果为优化基于微藻的废水处理系统，尤其是处理含有草甘膦和四环素的废水，提供了重要的理论依据和技术支持。通过利用褪黑素介导的抗逆策略，可以进一步提高微藻在废水处理中的效率，实现废水的资源化利用，同时也为微藻生物能源的开发提供了新的方向，对推动环境保护和可持续发展具有重要意义。
