黏附与节俭：胞外糖代谢架构的分化驱动真菌生物絮凝策略的进化分歧

本研究针对有害藻华（HABs）治理中化学絮凝剂的二次污染问题，系统解析了曲霉属（Aspergillus）和侧耳属（Pleurotus）真菌通过胞外聚合物（EPS）介导微藻絮凝的物种特异性机制。发现甘露糖/半乳糖富集的糖蛋白（Ascomycota）比葡萄糖主导的基质（Basidiomycota）具有更高界面活性，Ca2+桥接效应存在门级分化，为生物絮凝剂的理性设计提供了进化-功能框架。

　　

蓝藻水华的爆发正日益威胁全球饮用水安全，传统铝盐混凝剂虽有效却会产生化学污泥。面对这一挑战，真菌介导的生物絮絮技术因其环境友好特性崭露头角。然而，不同真菌对微藻的捕获效率差异悬殊——在相近条件下， Aspergillus niger 能清除99%的 Chlorella，而 Ganoderma lucidum 仅达40%。这种"同术不同效"的现象长期缺乏机制解释，严重阻碍了工程化应用。

为破解这一难题，中国的研究团队在《Water Research》发表研究，选取 Ascomycota 门的 Aspergillus oryzae、A. niger 和 Basidiomycota 门的 Pleurotus ostreatus 为模型，结合多组学手段揭示其絮凝 Synechocystis sp. PCC 6803 的分子基础。研究发现：尽管 P. ostreatus 分泌的胞外聚合物（Extracellular Polymeric Substances, EPS）总量最高（213.6 mg/g），但其葡萄糖主导的储能型基质导致絮凝效率反比 EPS 量更少的 A. oryzae（150.1 mg/g）低23%。通过定量糖谱分析发现，A. oryzae 富含甘露糖/半乳糖的糖蛋白和 A. niger 的核糖强化基质能有效促进微藻黏附，而 P. ostreatus 的葡萄糖密集结构则限制了界面活性。更有趣的是，Ca²⁺添加对 Ascomycota 有显著增效作用，却会抑制 Basidiomycota 的絮凝，暗示两类真菌存在进化分化的钙桥接机制。系统发育分析将这种功能差异追溯至子囊菌-担子菌分化前的糖代谢适应事件，由此提出"分层EPS模型"：子囊菌进化出表面活性糖链结构实现即时捕获，而担子菌依赖需表面破坏后才激活的蛋白网络。

关键技术方法
研究采用BG11培养基标准化培养 Synechocystis 和三种真菌，通过紫外分光光度法（OD_730nm）量化絮凝效率；结合高效阴离子交换色谱（HPAEC）解析EPS单糖组成；运用透射电镜（TEM）观察EPS超微结构；整合比较基因组学追溯糖代谢通路进化；通过Ca²⁺/蛋白酶处理实验验证桥接机制。

主要研究结果

1. 絮凝性能与操作稳定性
   A. oryzae 在60小时内实现76.9%的持续絮凝效率，显著高于 P. ostreatus（<65%）。A. niger 虽在24小时出现35.9%的峰值，但后续因 Synechocystis 异养生长导致效率下降。

2. EPS化学特征决定界面活性
   糖组成分析显示：A. oryzae 的EPS含38.7%中性糖（甘露糖:半乳糖=2.1:1），A. niger 含22.4%核糖，而 P. ostreatus 的葡萄糖占比高达61.3%。这种组成差异与其表面zeta电位（-14.3 mV vs -8.7 mV）和疏水性（接触角78° vs 52°）显著相关。

3. Ca²⁺响应的门级分化
   添加5 mM Ca²⁺使 A. oryzae 絮凝率提升至99%，但使 P. ostreatus 下降12%。蛋白酶K处理实验证实Ascomycota依赖表面钙结合蛋白（如GPI锚定蛋白），而Basidiomycota利用深层蛋白网络。

4. 进化溯源与分层模型
   基因组比较发现，Ascomycota保守保留了GH13家族糖苷水解酶基因簇，而Basidiomycota扩张了GH5家族基因。这导致前者优先合成分支状糖蛋白，后者倾向产生线性葡聚糖。

结论与意义
该研究首次从进化代谢视角阐明了真菌生物絮凝的物种特异性机制，提出EPS糖特征（甘露糖/核糖>葡萄糖）、Ca²⁺响应性和外围厚度三位一体的筛选标准。这不仅解决了"为何有的真菌擅长即时捕获而有的适合持续絮凝"的基础科学问题，更指导了工程实践——例如处理高钙水体时应优选 Ascomycota 菌株。建立的进化-功能框架为设计下一代生物絮凝剂提供了理论基石，推动水处理技术向碳中和目标迈进。