生物膜降解法去除MCs的原理是,将一系列微生物附着在滤膜介质上,使形成的生物膜能够吸附、截留、捕食或消解水藻或者MCs [88] 。Saitou等[89] 发现生物膜降解能有效去除细胞内MC-LR并且也能降解细胞外溶解的MC-LR。Li等[90] 调查了日本霞浦湖(Lake Kasumigaura, Japan)净水厂,发现当湖水中营养盐不再增加,生物膜可在7 d后完全去除水体中MC-LR,而当湖水中含P营养盐较多时,完全去除MC-LR需要10 d。Wu等[91] 提出人工湿地能控制水体的总氮(TN)、总磷水平(TP),降低水华的爆发几率。日本建设省尝试在霞浦湖建设面积达3400 m2的人工湿地以净化湖水,该人工湿地种植了多种水生植物来吸收湖水中过多的N、P营养盐,使湖水营养盐控制在合理水平避免藻华爆发,并且一旦水华发生,这些植物也有吸收MCs的能力。经过五年实验性运行,人工湿地有效调节了水体营养盐,日平均吸收含N盐196 g/(m2∙d),年平均去除40%~50%含P盐;即使有轻微藻华发生,也能日平均去除水藻湿重2.0 kg/d [92] 。
6. 研究展望
尽管目前人们对MCs的来源和致毒机理的研究逐渐加深,并也在去除和控制MCs的技术上取得进展,但仍有巨大的空白值的深入研究。
在MCs的来源和毒理学方面,基因的调控和表达受到环境的影响,但具体是哪些环境因素以及这些环境因素的影响权重,仍然没有研究成果。在初步了解MCs如何攻击人体器官和细胞的背景下,这种毒素具体的作用机制我们也尚不清楚,更无法研究相应的缓解、治疗乃至预防MCs的药物。因此,针对基因的研究和抗毒药物的研发是十分具有前景的。
在MCs的去除方面,已经有学者可以通过环境压力筛选出适应MCs的微生物菌种,并研究可能的降解途径,但是更细致的基因级别的降解机理研究还鲜有报道。复合菌株降解MCs的效率可能大大超过单一菌株,但是具体的菌株组合,还处在摸索阶段。微生物降解MCs仍是一个非常需要探索的领域。
水华是MCs释放的必要条件,水华的预警因此具有重要意义。随着人类工业的继续发展,水体富营养化不可避免还将加重,如何及时搜集水体数据、处理数据并得出结论,对预警水华十分必要。
基金项目
本工作得到了中国海洋大学基本科研业务费(201762030)和液化空气(中国)研发有限