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Toxins：中国科学院水生所/湖北省水科院——微生物控制蓝藻水华综述

已有 107 次阅读 2026-10-31 16:16 |个人分类:学术软文|系统分类:论文交流

作者简介

第一作者

张旺乐湖北省水利水电科学研究院

研究方向：水生态修复

通讯作者

邓绪伟中国科学院水生生物研究所

研究方向：湖泊水华治理

周驰湖北省水利水电科学研究院

研究方向：河湖水环境与水生态

研究背景

蓝藻水华是全球淡水生态系统面临的重要环境问题之一。在富营养化与气候变化的双重驱动下，蓝藻可在短时间内快速增殖、聚集，在水面形成蓝绿色或蓝褐色的藻华。其危害远不止影响观感：部分蓝藻会释放微囊藻毒素等蓝藻毒素，污染饮用水和水产品，威胁人类肝脏与神经系统健康，并与癌症风险升高存在关联；藻华衰亡分解还会大量耗氧，导致水体缺氧甚至厌氧，引发鱼虾死亡；密布的藻层遮蔽阳光、抑制沉水植物生长，进而扰乱整个水生态系统的物质循环与能量流动。来自中国科学院水生生物研究所、湖北省水利水电科学研究院的邓绪伟、周驰团队在Toxins 期刊发表了文章，系统梳理了近年来微生物干预蓝藻水华的研究进展，将微生物控藻策略归纳为直接溶藻、间接抑制与联合应用三大类，并逐一阐明其作用机制、治理成效与局限。

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图1.溶藻细菌对蓝细菌的作用机制示意图 (引自原文Figure 1)。

研究过程与结果

传统上，蓝藻水华治理主要有物理、化学与生物三条路径。物理方法 (如机械打捞、人工混合) 能暂时削减蓝藻生物量，但成本高、劳动强度大，难以应对大规模或持续性水华；化学方法 (如投加硫酸铜等除藻剂) 虽能快速压制蓝藻种群，却可能伤及非靶标水生生物、破坏生态平衡，残留物还会造成二次污染。相比之下，微生物修复技术凭借高效、特异、环境相容三大优势正受到越来越多的关注——其利用溶藻细菌、放线菌、噬藻体等微生物，通过分泌生物活性物质、竞争资源或直接寄生等方式抑制乃至裂解蓝藻，既能促进水体自净，又不会对原生水生群落造成额外伤害。

直接溶藻是最直观的控藻思路，即让微生物直接裂解蓝藻细胞。溶藻细菌通过直接接触或分泌胞外活性物质 (溶藻酶、次级代谢产物等) 破坏藻细胞的结构与代谢，其中不少菌株具有高度的宿主特异性，可在不影响其他藻类的前提下专一清除蓝藻，部分菌株还兼具降解藻毒素的潜力。溶藻真菌则借助菌丝吸附、缠绕以及分泌溶藻代谢产物发挥作用，一些光敏性物质在光照下能高效杀灭蓝藻。噬藻体 (蓝藻病毒) 通过吸附、注入、劫持宿主代谢并裂解宿主实现“精准打击”，对蓝藻具有天然特异性，是极具潜力的生物防治资源。

间接抑制策略则着眼于“釜底抽薪”——通过调控水体环境，让蓝藻失去暴发的土壤。氮、磷是蓝藻暴发的关键驱动因子：氮循环微生物 (如厌氧氨氧化菌、好氧反硝化菌群) 能将水体中的氮转化为气态氮逸出，从源头削减蓝藻可利用的氮源；磷循环微生物 (如聚磷菌) 以聚磷酸盐形式固持磷素，附生生物膜也能吸附、沉淀水体中的磷；光合细菌则通过快速增殖与蓝藻竞争光照和营养资源。这类策略更利于长期预防，但目前多处于实验室或小规模试验阶段，作用较为广谱，生态风险仍需进一步评估。

单一手段各有短板，联合应用因此成为新趋势。微生物可与生物膜技术联用，在人工湿地、滞留塘、浮岛等场景中为有益微生物提供稳定的微生境，实现持续除藻除磷；可与水生植物协同，同时发挥植物的营养吸收、化感抑藻作用与微生物的代谢多样性；还可与物理化学手段结合，在高效控藻的同时避免藻细胞爆裂式裂解导致大量藻毒素释放。多途径协同能够兼顾治理效率与生态安全，是未来工程化应用的重要方向。

表1.微生物控藻三类策略对比 (据原文Table 2、3归纳)。

研究总结

总体而言，微生物控藻技术已取得长足进步：直接溶藻微生物可高效削减水华生物量，间接调控微生物能从营养盐与光照等关键因子入手抑制蓝藻，微生物与生物膜、水生植物及理化技术的联合应用更展现出协同增效的潜力。然而，微生物制剂在真实水体中的环境适应性、稳定性与持久性，以及生态安全评估与监管框架的完善，仍是其走向大规模应用必须跨越的门槛。展望未来，论文提出合成生物学 (如工程化噬藻体、高效溶藻酶与功能互补微生物群落的构建)、智能递送系统 (微胶囊与纳米载体实现精准投放)、多组学技术与AI生态建模的交叉融合，将成为微生物控藻研究的主攻方向。通过持续的跨学科协作，微生物策略有望成为全球蓝藻水华治理体系的重要组成，为水生态系统的修复与保护贡献力量。

阅读英文原文：https://www.mdpi.com/2072-6651/17/12/604