新型栅藻(Scenedesmus sp.)菌株在广盐性水产养殖尾水中同步脱氮除磷的性能与机制研究

为解决高盐度水产养殖尾水中氮(NH4+-N/NO3?-N)和磷(PO43?-P)污染难题，中国研究人员从日照市尾水分离驯化出一株耐盐栅藻(Scenedesmus sp.)。该藻在0-20‰盐度下可同步去除72.42% NH4+-N和94.30% PO43?-P，高盐环境更促使其蛋白质(84.58%)和脂质(7.97倍)累积。转录组揭示光合作用(YII/Fv/fm)和能量代谢通路受抑是效率下降主因，为广盐性水体修复提供新策略。

　　

水产养殖尾水治理的"盐度困局"与微藻破局之道
全球水产养殖年产8750万吨的辉煌背后，隐藏着严峻的环境代价——每生产1公斤水产品就排放82立方米富含氮磷的尾水。这些尾水中NH₄⁺-N浓度可达4.24±0.38 mg/L，PO₄^3?-P达3.6±0.9 mg/L，远超国际标准0.1 mg/L。高浓度NH₄⁺-N会穿透虾类细胞膜抑制抗菌肽合成，NO₂^?-N则使鱼类血红蛋白氧化失活，而传统物理化学处理方法效率低、成本高且易产生二次污染。

在这一背景下，中国海洋大学等机构的研究团队将目光投向微藻这一"绿色净化器"。他们从山东日照市超1000 km²养殖区的尾水排放口采集样本，成功分离鉴定出一株新型栅藻(Scenedesmus sp.)。通过系统驯化与多组学分析，揭示该藻在0-20‰盐度梯度下的氮磷去除机制与适应性进化规律，相关成果发表于《Algal Research》。

关键技术方法
研究采用18S rRNA基因测序鉴定藻种，通过12天梯度盐度(0/5/10/15/20‰)驯化培养，检测细胞密度、叶绿素a含量及光合参数(YII/Fv/fm)。利用紫外分光光度法测定NH₄⁺-N、PO₄^3?-P去除率，GC-MS分析蛋白质/多糖/脂质含量变化，结合转录组学解析盐度胁迫下的差异基因表达通路。

研究结果
1. 藻种分离与形态特征
分离菌株呈直径1.2±0.3 mm的深绿色圆形集落，无鞭毛卵圆形细胞(6.5×6.4 μm)。18S rRNA测序显示与Scenedesmus sp. XZ-2021 100%同源。盐度升高至20‰时，细胞长度缩至4.8±0.1 μm，宽度增至7.1±0.2 μm，呈现典型的盐胁迫形态响应。

2. 生长与物质积累
盐度显著影响生物量：12天培养后，0‰盐度下细胞密度达1.98×10⁶ cells/mL，而10‰时降至0.65×10⁶ cells/mL。但高盐(15‰)反而促进蛋白质积累(84.58%)，20‰时多糖含量激增192.20%，脂质含量较淡水条件提升7.97倍，显示其"逆境增值"特性。

3. 光合与去除效能
叶绿素a含量在10‰盐度达峰值(274.81%)，但关键光合参数YII和Fv/fm在高盐下降低23.20-62.27%。污染物去除呈现盐度依赖性：0‰时NH₄⁺-N和PO₄^3?-P去除率分别为72.42%和94.30%，10‰时降至69.32%和76.35%。

4. 分子机制解析
转录组显示10‰盐度下光合作用相关基因(光捕获复合体、PSII反应中心)显著下调，能量代谢通路重编程。这解释了高盐环境下虽然单细胞物质积累增加，但整体去除效率下降的分子基础。

结论与展望
该研究首次系统揭示Scenedesmus sp.在广盐环境下的"代谢权衡"策略：通过牺牲部分光合效率换取渗透调节物质积累，实现5-10‰盐度区间的高效氮磷去除。其创新性在于：①突破传统淡水藻种应用限制，拓展至海水养殖尾水处理场景；②阐明盐度-光合-去除率的量化关系，为工艺参数优化提供依据；③发现高盐促藻类增值现象，开辟"废水处理-生物质生产"联用新思路。未来需进一步优化藻-菌协同系统，解决高盐(>15‰)条件下处理效能衰减的工程难题。