蓝藻厌氧降解过程中甲苯的排放特征与微生物介导形成机制

针对蓝藻水华厌氧分解过程中挥发性有机物(VOCs)排放机制不明的科学问题，研究人员通过实验室模拟实验，首次揭示了甲苯作为优势芳香烃(占VOCs总量90%)的微生物代谢路径，鉴定出5个关键细菌属(Burkholderia等)和2个功能基因(phdB/A)，证实苯丙氨酸(Phe)-苯乙酸(PAA)代谢通路的主导作用，为水体富营养化背景下生物源甲苯的大气贡献提供了新认知。

　　

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系统和公共健康的重大环境问题。近年研究发现，蓝藻不仅能产生毒素，其分解过程还可能释放挥发性有机化合物(VOCs)，其中甲苯作为臭氧和二次有机气溶胶(SOA)的关键前体物尤为引人关注。虽然传统认为甲苯主要来自人为排放，但海洋浮游植物和淡水蓝藻已被证实具有生物源排放潜力。然而，关于蓝藻厌氧分解过程中甲苯的具体形成机制仍存在知识空白，这限制了对其大气环境影响的准确评估。

安徽师范大学等机构的研究人员通过实验室模拟蓝藻厌氧降解过程，首次系统揭示了甲苯的微生物介导形成机制。研究发现，在甲烷生成阶段，甲苯成为唯一的芳香烃产物，占VOCs总排放量的90%。通过微生物群落分析，鉴定出Burkholderia、Clostridium等5个关键细菌属和phdB、phdA两个功能基因与甲苯合成密切相关。研究还检测到苯丙氨酸(Phe)和苯乙酸(PAA)的积累，证实了微生物通过Phe-PAA代谢途径产生甲苯的机制。该成果发表于《Journal of Hazardous Materials》，为理解富营养化水体中生物源甲苯的排放提供了重要理论依据。

关键技术方法包括：1) 采集巢湖蓝藻水华优势种(微囊藻和鱼腥藻)进行实验室厌氧培养；2) 监测甲苯、CH₄等气体排放动态；3) 分析Phe、PAA等代谢中间产物；4) 采用高通量测序解析微生物群落结构变化；5) 通过功能基因筛选鉴定关键代谢通路。

【化学变化】实验未检测到萜烯类前体，但发现Phe和PAA浓度变化与甲苯积累呈显著正相关，支持Phe-PAA代谢途径的主导作用。

【蓝藻厌氧分解导致生物源甲苯排放】甲苯排放与CH₄产生同步，在产甲烷阶段达到峰值，证实其形成与厌氧微生物活动密切相关。

【环境意义】研究首次量化了蓝藻厌氧降解的甲苯排放潜力，揭示其可能成为偏远水域重要的生物源芳香烃贡献者，对区域大气化学产生潜在影响。

【结论】该研究证实蓝藻厌氧降解可通过微生物代谢产生大量甲苯，主要由Phe-PAA途径驱动，5个细菌属和2个功能基因起关键作用。这一发现拓展了对自然源VOCs形成机制的认识，为评估富营养化水体的气候环境影响提供了新视角。