蓝藻水华驱动的悬浮颗粒物-微生物网络重构对富营养化湖泊雌激素生物降解的调控机制

本研究针对富营养化湖泊中蓝藻水华(CyanoHABs)如何通过改变悬浮颗粒物(SPM)理化特性及其附着微生物群落(SPMA)调控雌激素降解这一科学问题，通过太湖季节性采样与实验室模拟实验，发现水华期SPM有机碳(蛋白类物质)增加和微生物网络复杂性提升使雌酮降解潜能(EBP)提高至466.70 ng mg–1，而后水华期资源同质化导致EBP下降53%。研究为湖泊雌激素污染治理提供了微生物网络稳定性的新视角。

　　

在富营养化湖泊中，类固醇雌激素作为内分泌干扰物，其环境浓度虽低但生物活性极强——1纳克/升的雌二醇就能导致鱼类性别畸变。更棘手的是，这些"隐形杀手"会吸附在悬浮颗粒物(SPM)上，其颗粒相负载量可达水相的2.6倍。当蓝藻水华(CyanoHABs)季节性地席卷太湖等水域时，藻类聚集不仅改变SPM的物理化学特性，更可能重塑其表面附着的微生物"降解军团"。然而，这种自然扰动如何通过颗粒物-微生物互作影响雌激素命运，始终是环境微生物学领域的黑箱。

中国科学院南京地理与湖泊研究所的研究团队通过为期8个月的太湖追踪研究，首次揭示了CyanoHABs通过三重机制调控雌激素降解：水华期藻源性蛋白类有机物激增、微生物网络复杂性提升、生态位特异性降解途径激活，共同促成雌酮(E1)降解潜能(EBP)的阶段性爆发。该成果发表于《Water Research》，为预测气候变化下蓝藻暴发与新兴污染物耦合风险提供了理论基石。

研究团队运用多学科交叉方法：通过流式细胞术结合激光粒度分析表征SPM物理特性；采用三维荧光光谱(EEM)解析有机物组分；利用高通量测序和分子生态网络分析(MENA)重建微生物群落互作；通过¹³C标记实验追踪降解途径；最后通过偏最小二乘路径模型(PLS-PM)量化各因素贡献率。

【Sample collection and preparation】
在太湖西北部12个位点采集春(水华前)、夏(水华期)、秋(水华后)三季SPM样本，通过叶绿素a(Chl a)阈值划分周期。实验室构建SPM-湖水混合体系进行28天降解实验，以雌酮(E1)作为模式雌激素。

【Bulk properties】
水华期SPM浓度暴增5倍(93.8 mg L^–1)，颗粒中值粒径(D₅₀)从12.4 μm增至18.6 μm。三维荧光显示自源性酪氨酸类物质占比从17%升至39%，而陆源腐殖质特征减弱。

【Variations of SPM in CyanoHABs-occurring lakes】
水华前以沉积物再悬浮为主导的SPM富含惰性有机质(C/N=9.7)，而水华期藻聚体形成"有机热点"，其蛋白类物质促进降解菌富集。后水华期颗粒有机碳虽保持高位，但组分均质化导致微生物α多样性下降28%。

【微生物网络分析】
水华期微生物共现网络平均节点度(61.8)显著增高，关键菌群如鞘氨醇单胞菌(Sphingomonas)与红杆菌(Rhodobacter)形成负相互作用主导的降解模块。随机过程(R²=0.72)取代确定性选择成为群落构建主力。

【降解功能预测】
水华期SPM的EBP达466.70 ng mg^–1，其中32%变异由网络复杂度解释。宏基因组显示芳香化合物降解基因(如邻苯二酚双加氧酶)表达量提升2.3倍。

该研究突破性地指出：传统水质管理关注的有机碳总量实为"误导性指标"，真正决定雌激素降解效能的是有机质化学多样性及其支撑的微生物网络弹性。当蓝藻水华将湖泊变成"蛋白汤"时，虽然短期内激发降解潜力，但后水华期的资源枯竭会导致微生物功能崩溃——这种"过山车效应"警示我们：湖泊修复需兼顾藻类控制与微生物群落保育。研究提出的SPM-微生物网络稳定性框架，为全球气候变化背景下富营养化湖泊的雌激素风险管理提供了新范式。