固定化蛋白酶对铜绿微囊藻生理机制影响研究

铜绿微囊藻为中国最广泛、最常见的蓝藻水华优势藻种,其产生的微囊藻毒素(microcystins,MCs)对水生生物和人体健康的危害和风险极高,而传统的降解方法很难将其彻底去除。该文选用经L-半胱氨酸修饰的氧化石墨烯作为载体制备固定化鞘氨醇单胞菌蛋白酶(简称"固定化蛋白酶"),在此基础上探究其对铜绿微囊藻生长及主要生理指标的影响,并评价其生态安全性。结果表明,固定化蛋白酶对铜绿微囊藻的抑藻效果优于游离态蛋白酶;当固定化蛋白酶投放剂量为0.5 mg/mL时,铜绿微囊藻生长受到明显抑制,共培养6 d藻细胞的相对抑制率(IR%)已高达71%,群体形态也逐渐解体转化为以单细胞为主;铜绿微囊藻的抗氧化酶(SOD、POD、CAT)活性均呈现先升高后降低的趋势,可见藻细胞受到了明显的胁迫和伤害;实验组MCs含量出现胞内高于空白组、胞外低于空白组且随着时间延长逐渐降低的现象,说明固定化蛋白酶虽能促使藻细胞产生应激反应增加胞内MCs,但不会促进藻毒素的释放,且对胞外MCs具有一定的降解作用;藻毒素合成酶基因mcyA、mcyH相对表达量总体上调,说明在固定化蛋白酶的胁迫下可促进铜绿微囊藻产毒基因的表达。经生物毒性测试发现,固定化蛋白酶对大型溞和斑马鱼均无明显抑制,具有良好的生态安全性,可应用至实际水华治理。