溶解有机质介导Chlorella sorokiniana代谢重塑协同提升多离子胁迫生物修复效率

针对工业废水中镉(Cd)和硒(Se)多离子复合污染难题，研究人员通过揭示天然溶解有机质(DOM)激活NO信号通路、上调Ca2+依赖蛋白(CaM/CDPK)的分子机制，使Chlorella sorokiniana在36小时内实现95% Cd和92.2% Se(IV)同步去除，并提升40.53%脂质积累，为污染治理与生物能源联产提供创新方案。

　　

随着工业化的快速发展，电镀、矿产加工等行业排放的废水含有高浓度镉(Cd)和硒(Se)等有毒离子，这些污染物不仅在水体中高度溶解、易生物富集，更常以多种离子复合形态存在。传统物理化学处理方法虽能达标排放，却难以应对日益严格的环保标准，且缺乏资源回收潜力。更棘手的是，真实工业废水中天然存在的溶解有机质(DOM)会与重金属形成复杂络合物，既可能缓解也可能加剧毒性，这使得单一污染物处理的研究成果在实际应用中大打折扣。

针对这一难题，中国广东省科研团队在《Journal of Hazardous Materials》发表的研究，创新性地利用富含脂质的Chlorella sorokiniana微藻，系统解析了DOM（尤其是腐殖酸HA）调控下多离子同步去除的分子机制。研究人员通过混合清远工业园区的电镀废水（含Cd）和矿产废水（含Se），构建了接近真实场景的复合污染体系，结合蛋白质组学和代谢组学分析，发现DOM通过三重作用机制提升修复效率：激活一氧化氮(NO)信号分子、上调钙调蛋白(CaM)和钙依赖性蛋白激酶(CDPK)表达、稳定抗氧化酶(GPx/SOD/CAT)活性。这种多靶点调控使微藻在Cd:Se=1:2的最佳比例下，仅用36小时就将2 mg/L Cd和4.9 mg/L Se(IV)分别降至0.1 mg/L和0.38 mg/L，同时将脂质产率提升至52.0 mg/g/天。

关键技术包括：1）采集真实工业废水构建梯度污染模型；2）DOM组分分离与表征技术；3）氧化应激指标（MDA、ROS）定量分析；4）钙信号通路关键蛋白(Ca²⁺-ATPase)活性检测；5）脂质合成关键酶(ACCase)表达量测定。

【氧化应激响应与解毒系统】
在Cd-Se复合胁迫下，DOM显著降低丙二醛(MDA)含量达47.8%，通过激活谷胱甘肽过氧化物酶(GPx)和超氧化物歧化酶(SOD)维持氧化还原平衡。共聚焦显微镜显示DOM处理组的活性氧(ROS)荧光强度降低61.3%，证实其缓解氧化损伤的作用。

【钙信号传导调控】
蛋白质印迹分析揭示，DOM使钙调蛋白(CaM)表达量提升2.1倍，促进钙离子泵(Ca²⁺-ATPase)活性增加83%，这种钙信号通路的激活直接关联到微藻对Cd²⁺的胞外沉淀效率。

【碳同化与脂质合成】
核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶(Rubisco)活性提高37.5%，保障了光合作用效率；同时乙酰辅酶A羧化酶(ACCase)表达上调使中性脂含量增加至对照组的1.8倍，证实DOM通过代谢流重分配实现"去污-产油"双赢。

该研究首次阐明DOM通过NO-Ca²⁺-抗氧化酶网络协同提升微藻多离子修复能力的分子机制，不仅为复杂工业废水处理提供新思路，更开创了将环境修复与微藻生物精炼相结合的技术路线。特别是腐殖酸这类天然DOM的增效作用，使得该方案在规模化应用中兼具成本优势与生态安全性，完美契合联合国可持续发展目标(SDGs)中"清洁饮水和卫生设施"与"经济适用的清洁能源"的双重要求。研究团队特别指出，未来可进一步优化DOM组分配比，开发针对特定工业废水特征的定制化微藻修复菌株。