碘化二癸基甲基丙基铵(DMPAI)杀灭铜绿微囊藻的分子机制解析：转录组学与生理学的整合研究

本研究针对全球性蓝藻水华污染问题，通过田间试验结合转录组学和生理学分析，揭示了新型杀藻剂DMPAI（0.5 mg/L）通过破坏铜绿微囊藻(M. aeruginosa)抗氧化系统、膜脂蛋白结构、能量合成及光系统II(PSII)功能实现高效杀灭的分子机制，其田间8小时去除率达97.5%，为蓝藻治理提供了创新性解决方案。

　　

随着全球水体富营养化加剧，蓝藻水华已成为威胁水生生态和人类健康的重大环境问题。其中铜绿微囊藻(Microcystis aeruginosa)作为优势种，不仅通过形成"水华"破坏生态平衡，其分泌的微囊藻毒素(Microcystins)更可能通过食物链危害人体。传统物理化学治理方法存在效率低、二次污染等问题，亟需开发高效环保的新型杀藻剂。

在此背景下，来自水环境与生态工程研究中心的研究团队在《Algal Research》发表研究，系统评估了碘化二癸基甲基丙基铵(Didecyl methyl propyl ammonium iodide, DMPAI)的杀藻效能与机制。通过田间规模试验结合实验室转录组分析和生理指标检测，发现该化合物在0.5 mg/L浓度下8小时内即可实现97.5%的藻细胞清除率，其多重作用机制包括：破坏抗氧化系统导致氧化应激、损伤细胞膜结构、干扰能量代谢以及抑制光合作用。

关键技术方法包括：1) 从太湖分离的M. aeruginosa TH-2-2020株系培养；2) 基于OJIP瞬态荧光技术的光合系统活性检测；3) 超氧化物歧化酶(SOD)、丙二醛(MDA)等氧化应激指标测定；4) Illumina平台转录组测序分析差异表达基因。

【Field-scale killing effect of DMPAI】
田间实验显示，DMPAI处理4小时后藻密度显著下降，8小时表面和底层水样去除率均超97.5%。显微镜观察证实处理后的藻细胞出现表面凹陷和裂解现象。

【Transcriptomic and physiological mechanisms】
OJIP荧光曲线显示2ms(J-step)和30ms(I-step)处特征峰显著升高，表明PSII反应中心受损。生化检测发现SOD等抗氧化酶活性先升后降，MDA含量变化提示膜脂过氧化加剧。转录组分析鉴定出158个差异表达基因，包括：

• 谷胱甘肽过氧化物酶(GPx)下调导致氧化防御崩溃
• 分子伴侣蛋白减少影响蛋白稳态
• ATP合成酶基因上调反映能量代谢紊乱
• PSII相关蛋白D1/D2显著变化

【Discussion】
研究揭示了DMPAI的四重杀藻途径：通过耗尽GPx加剧活性氧(ROS)积累；破坏细胞膜完整性；干扰ATP能量供应；抑制光合电子传递链。这种多靶点作用机制使其不易产生抗性。

【Conclusions】
该研究不仅证实DMPAI作为环境友好型杀藻剂的田间应用潜力，更通过多组学方法阐明了季铵盐类化合物的分子作用模式。其发现为蓝藻水华的精准防控提供了新思路——通过协同破坏藻细胞的氧化还原平衡、膜结构和能量代谢实现高效治理，对保障饮用水安全和生态健康具有重要实践意义。