三苯酸磷酸酯胁迫下小球藻的生理响应与磷转化

《Bioresource Technology》：Physiological responses and phosphorus transformation of Chlorella vulgaris under tricresyl phosphate stress

　　

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  TCP以浓度依赖的方式影响微藻的生长和生理状态。
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  低浓度TCP促进生长，而高浓度TCP引发氧化损伤。
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  TCP胁迫抑制F_v/F_m，并诱导APA和5′-NT的差异化调控。
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  Chlorella在7天内去除32.3%的TCP（25 mg/L），推测APA起到了辅助作用。
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  降解TCP释放的磷以结合态有机磷（45.3%）的形式被回收至藻体生物量中。

引言

有机磷酸酯（OPEs）是一类含磷的合成化合物，因其阻燃性能而在商业和工业领域得到广泛应用（Yan等，2017）。水生态系统是OPEs污染研究最为集中的介质，其典型环境浓度约为100 ng/L至10 μg/L（Lee等，2018）。然而，在特定的点源场景中也确实会遇到mg/L级别的污染，包括消防废水、阻燃剂制造废水以及常规生物处理后的残余OPEs（IPCS，1990；Masum等，2025；Tian等，2012）。鉴于其广泛使用和高持久性，OPEs的全球环境丰度呈上升趋势，使其成为备受全球关注的新兴污染物（Liu等，2021）。其中，三苯基磷酸酯（TCP）是一种典型的芳香族OPEs，具有高度的化学稳定性和强疏水性。值得注意的是，作为一种广泛使用的增塑剂、润滑剂和阻燃剂，TCP已被证实对水生生物具有细胞毒性（Al-Salem等，2019）、神经毒性（Xing等，2020）和生殖毒性效应（Kojima等，2013）。

为应对这些OPEs相关风险，现有的物理化学处理技术，包括高级氧化工艺、化学水解和膜分离，能够有效去除高浓度OPEs。然而，这些方法通常涉及高能耗、高运营成本或二次污染风险（Cristale等，2016）。微生物降解可将OPEs作为碳源或磷源进行代谢，且不产生二次污染。尽管如此，当前的微生物策略大多局限于狭窄的类群范围，主要为细菌、真菌和放线菌，已报道具有OPEs降解能力的菌株包括白腐真菌和Brevibacillus brevis（Feng等，2021；Liu等，2019）。现有处理工艺侧重于污染物去除，而忽视了对磷等有价元素的回收潜力。污染减排与磷回收的集成是克服现有技术局限、最大化微藻处理系统效益的必然需求。

Chlorella（小球藻）是一种在生物技术中广泛使用的模式生物，已被应用于降解有机磷农药，如毒死蜱和灭多威（Sui等，2025）。当暴露于不同OPEs时，Chlorella可通过调控光合作用和分泌胞外聚合物（EPS）实现适应性恢复（Zhou和Zhu，2025）。此外，已有报道指出生化活性氧（ROS）参与介导有机磷降解过程（Nicodemus等，2020）。这些特性使微藻系统成为OPEs修复的一个有前景的平台。

微藻生物转化通过OPEs吸附、酶促水解和胞内同化，实现污染削减与资源回收的双重功能。在此过程中，磷被固定并掺入藻体生物量中（Yu等，2024）。碱性磷酸酶（APA）和5′-核苷酸酶（5′-NT）是参与这些过程的关键酶，分别介导胞外磷酸酯水解和胞内核苷酸周转（Ammerman和Azam，1985；Jiao等，2017）。然而，OPEs归趋与磷回收的耦联机制仍知之甚少。细胞对OPEs胁迫的生理响应、对光合效率的影响以及OPEs衍生磷向藻体胞内池的定量迁移，对于追踪磷的归趋具有重要意义。

本研究以TCP作为模型OPEs污染物，以Chlorella vulgaris（普通小球藻）作为实验对象，以弥补上述知识空白。研究考察了不同TCP暴露浓度下藻类生长性能、TCP去除动力学和磷转化动态。系统表征了对TCP诱导胁迫的生理响应，并量化了TCP的体积去除速率。还对微藻对TCP与传统无机磷酸盐的响应进行了对比分析，详细量化了各组分中磷的形态分布。这些发现为微藻在OPEs生物修复和磷资源回收中的应用提供了理论支持和实践指导。

章节片段

材料与藻株

分析纯TCP购自麦克林试剂有限公司。C. vulgaris（菌株FACHB-1068）购自中国科学院水生生物研究所淡水藻类培养室。种子培养在BG-11培养基（Stanier等，1979）中进行，锥形瓶中培养条件如下：25°C，连续通气并添加1%（v/v）CO₂，LED荧光灯单侧光照，光强为40 μmol/(m²·s)。所有培养基和

Chlorella在不同TCP浓度下的生长

如预实验所示，Chlorella在低浓度TCP（<30 mg/L）下保持正常生长，而在浓度≥30 mg/L时出现严重黄化。在60 mg/L时，培养液在3天内褪为淡黄色且无恢复迹象，表明该菌株的耐受极限已被突破。

如图1a所示，对照组和低浓度TCP组（<30 mg/L）在3天内进入对数生长期，在第5天达到OD₆₈₀峰值（0.66）（表1）。

结论

本研究系统考察了TCP对C. vulgaris生长、生理和磷代谢的浓度依赖性效应。低浓度TCP（<30 mg/L）轻微促进生长，而高浓度（≥30 mg/L）造成严重抑制、光合功能受损和氧化应激升高，且APA和5′-NT活性表现出差异性响应。在25 mg/L TCP胁迫下，Chlorella呈现"高TP、低PO₄-P"状态，去除效率为32.3%

CRediT作者贡献声明

Lu Zhang：指导、项目管理。Yuanpeng Xiang：数据整理。Bingjue Cao：数据整理。Mingjin Cai：研究方法。Yabo Wang：指导。Yongkui Zhang：项目管理、指导。Tonghui Xie：写作–审阅与编辑、指导、资源、资助获取、概念构思。

利益冲突声明

作者声明以下财务利益/个人关系，可能被视为潜在的利益冲突：Tonghui Xie报告由四川省科学技术厅提供了财务支持。如有其他作者，他们声明不存在已知的可能影响本文所报告工作的财务利益或个人关系。

致谢

本研究受四川省重大科技专项（编号：2024ZDZX0053）资助。

Lu Zhang|Yuanpeng Xiang|Bingjue Cao|Mingjin Cai|Yabo Wang|Yongkui Zhang|Tonghui Xie