不同藻类体系中培养藻源有机质对Cu(II)的分子尺寸依赖型光学与荧光响应

《Journal of Environmental Chemical Engineering》：Molecular-Size-Dependent Optical and Fluorescence Responses to Cu(II) in Culture-Derived Algal Organic Matter from Distinct Algal Systems

　　Cu(II)的响应随藻类来源溶解性有机物（ADOM）来源和分子大小而变化。盐碱地/海水的低分子量物质富含类腐殖质和类富里酸荧光。DADOM-HMW和SADOM-HMW对Cu(II)显示出更强的荧光响应。荧光变化未表明明显的条件性Cu(II)亲和力。2D-COS分辨出三个波段和10-160 μM的实验响应窗口。# 引言铜（Cu）是一种必需的微量元素，但过高的生物可利用浓度会对水生系统产生毒性效应。其环境行为取决于在游离离子态、无机络合态、有机结合态和胶体态之间的分配[1]。溶解性有机物（DOM）含有羧基、酚羟基、羰基、氨基、酰胺基、多糖和芳香族官能团，可参与铜的结合并影响其滞留和迁移[2,3,4,5]。藻类来源溶解性有机物（ADOM）是富营养淡水水体、盐碱湖泊和沿海水域中重要的自生DOM组成部分。藻类生长、代谢、衰老及后续微生物转化过程会产生类蛋白质、类腐殖质、类富里酸、多糖和含氮成分，这些成分具有不同的潜在Cu(II)响应特性[6]。由于营养状态、浮游植物演替和排放后转化过程会改变ADOM的组成和荧光特征[7,8,9,10；Ruacho等，2022]，ADOM应被视为异质性有机物连续体，而非均一的配体库。淡水、盐碱湖泊和海洋系统中形成的ADOM在不同的盐度、离子强度、营养状况、辐射量和生物生产率条件下发育，所有这些因素都可能影响DOC积累、光学特性和分子量分布[11]。分子量分级研究表明，在淡水、盐碱水和超盐碱水湖泊中，DOM的组成和金属结合行为存在显著的来源和分子量依赖性差异[12]。对富含藻类水体的Cu(II)滴定同样揭示了显色物质和功能域之间化学异质性的光学响应[13]。因此，仅凭DOC总量浓度或盐度不太可能捕捉到ADOM组成和分子组织差异导致的Cu(II)响应行为变异性。分子大小提供了异质性的另一个维度，因为它影响潜在反应性有机成分的分布、可及性和光学表达。通过超滤分离的水体DOM组分在丰度、芳香性、荧光组成和污染物相互作用方面可能存在显著差异[12,14]。近期分子水平研究进一步表明，金属响应性DOM特征在分子量分级和来源类型之间存在差异（Chang等，2025；[15]）。然而，来源效应和分子量依赖性Cu(II)响应很少在同一实验框架下对培养来源的ADOM进行同步评估。综合光谱分析可以分离Cu(II)-ADOM响应的互补特征。EEM-PARAFAC可分辨光谱上不同的荧光组分，而改进的Stern-Volmer建模可提供组分特异性的表观条件性参数。差分紫外-可见光谱和ΔEEM-FRI可量化Cu(II)相关光学变化的幅度和光谱分布，而同步和异步2D-COS可描述相关光谱变化和响应序列。滑动窗口2D-COS可沿施加的Cu(II)扰动序列提供实验响应窗口[16,17]。这些方法的组合特别有用，因为荧光猝灭幅度、荧光组分身份和模型推导的条件性亲和力代表Cu(II)-ADOM相互作用的相互关联但不等价的不同方面。据此，本研究利用受控Cu(II)滴定和分子量分辨光谱学，对源自太湖、察尔汗盐湖、达瓦错盐湖和黄海四个来源特异性藻类培养系统的ADOM进行了研究。研究目标为：(1)比较不同ADOM来源和分子量分级之间的DOC分布、光学特性和荧光组分组成；(2)区分Cu(II)相关的显色和荧光响应与表观条件性络合参数；(3)识别施加浓度梯度下Cu(II)响应的光谱区域、组分响应序列和实验响应窗口。因此，本研究提供了受控实验室条件下培养来源ADOM中Cu(II)响应行为的来源和分子量依赖性光谱证据。# 章节片段## 样品预处理和分子量分级研究了中国不同水生环境的四个藻类培养系统：太湖（淡水；图1d）、达瓦错和察尔汗（盐湖；图1a,b）和黄海（海水；图1c）。培养在受控条件下维持至稳定生长期。所得材料称为来源特异性培养ADOM，不作为天然淡水、盐湖或海洋DOM的直接替代物。培养ADOM被## ADOM的来源特异性特征和分子量分布四个来源特异性培养ADOM系统在DOC丰度、分子量分布和DOC标准化光学特性方面存在显著差异。DOC总量浓度依次降低：FADOM-Bulk（282.2 mg L?1）> SADOM-Bulk（17.77 mg L?1）> DADOM-Bulk（10.99 mg L?1）> JADOM-Bulk（6.43 mg L?1）。因此，在此培养和使用提取条件下，FADOM含有的DOC显著多于其他培养系统。DADOM也含有## 结论本研究表明，培养ADOM的Cu(II)响应行为存在显著的来源和分子量依赖性异质性。FADOM以低分子量物质为主，而DADOM含有更高比例的高分子量贡献，分子量分级产生了类腐殖质/类富里酸和类蛋白质荧光的明显不同分布。Cu(II)相关的吸光度和荧光响应独立于DOC总量丰度而变化，且荧光猝灭幅度未## 未引用参考文献[34], [35], [36], [37], [38], [39], [40], [41], [42], [43], [44], [45], [46], [47], [48], [49]## CRediT作者贡献声明**杨可丽：** 撰写——审阅与编辑。**徐华成：** 方法论。**张亚玲：** 资金获取。**段崇森：** 方法论。**安富远：** 概念化。**胡晋荣：** 软件。**郭劳东：** 概念化。**唐宝护：** 软件。**闵雪：** 撰写——初稿。## 利益冲突声明作者声明不存在可能影响本文研究工作的已知竞争性经济利益或个人关系。## 致谢感谢青海省重点研发计划（2024-QY-208）、西宁市科技计划（编号2025-Z-5）、青海省人才计划（QHKLYC-GDCXCY-2024-374，E340HX0401）和中国科学院青年创新促进会的支持。闵雪|杨可丽|张亚玲|徐华成|安富远|段崇森|郭劳东|胡晋荣|唐宝护