蓝藻介导的微生物诱导碳酸盐沉淀（MICP）低碳去除镉：代谢机制与物种效率研究

针对传统镉污染治理高碳排问题，中国科学院研究人员通过蓝藻微生物诱导碳酸盐沉淀（MICP）技术，对比研究了聚球藻（Synechococcus sp.）、集胞藻（Synechocystis sp.）和铜绿微囊藻（M. aeruginosa）的Cd2+ 去除效能。发现聚球藻凭借高pH（10.667±0.311）、CO3 2– 浓度（80.995±2.500 mg·L-1 ）及光合基因（CcmO/K、PsbA、PsaD）上调，实现97.13% Cd2+ 去除率和0.101 mg碳固定量，为废水处理与碳中和提供双赢策略。

　　

镉（Cd）作为电镀、采矿等行业废水中的典型重金属污染物，其高毒性和生物累积性严重威胁生态与健康。传统化学沉淀、吸附等方法虽有效，却伴随高能耗与二次污染，加剧气候变化。面对这一困境，中国科学院团队在《Bioresource Technology》发表研究，创新性地利用蓝藻微生物诱导碳酸盐沉淀（Microbially Induced Carbonate Precipitation, MICP）技术，实现镉污染治理与碳固定的双重目标。

研究采用聚球藻（Synechococcus sp.）、集胞藻（Synechocystis sp.）和铜绿微囊藻（M. aeruginosa）三种蓝藻，通过21天培养后的上清液处理含Cd²⁺
废水。关键技术包括扫描电镜（SEM）和X射线衍射（XRD）分析矿物形态，结合转录组学和代谢组学解析代谢机制，并测定pH、CO₃
^2–
浓度等生理指标。

低效Cd²⁺
去除的蓝藻MICP效应
实验显示，聚球藻在1.00 mM Cd²⁺
初始浓度下，去除率高达97.13±1.64%，显著优于集胞藻（47.52±2.53%）和铜绿微囊藻（45.73±2.40%）。SEM观察到0.5-5.0 μm不规则球形CdCO₃
矿物，XRD证实其晶体结构。

代谢机制解析
聚球藻的高效性源于两方面：一是其培养液pH（10.667±0.311）和CO₃
^2–
浓度（80.995±2.500 mg·L^-1
）显著提升，促进Cd²⁺
矿化；二是其细胞密度（OD₆₈₀
:1.451±0.021）和叶绿素-a（5.262±0.466 mg·L^-1
）更高，增强光合固碳。转录组发现其CO₂
浓缩机制（CCM）关键基因CcmO/K及光合基因PsbA、PsaD表达上调，驱动HCO₃
^–
向CO₃
^2–
转化。

结论与意义
该研究首次阐明蓝藻MICP低碳除镉的代谢网络：蓝藻通过CCM提升环境碱度，促使Cd²⁺
以CdCO₃
形式沉淀（Ksp=1.0×10^–12
），同时光合作用固定CO₂
。聚球藻因代谢活性强成为最优菌种，其技术可减少传统处理90%的碳足迹。成果为重金属治理与碳中和目标协同实现提供新范式，入选国家重点研发计划（2024YFD1701101）。