第七届青年地学论坛

磷作为细胞内核酸和磷脂等物质的重要组成成分，在藻类生长中起着关键作用。然而大量含磷污水排放到自然水体中，极易引起水体富营养化，甚至出现黑臭水体现象，因此，使用高效除磷技术对于缓解水环境污染具有重要意义。藻类具有除磷效率高和生长繁殖速度快等优点，能将磷以有机物的形式储存在藻细胞中，近年来基于藻类的生物技术在城市污水深度处理中受到广泛关注与研究。但是环境中广泛存在的纳米颗粒对藻类的生长及代谢过程具有抑制效应，因此会影响藻类对磷的去除（Xiao等，2018）。
本研究以具有高效磷吸收能力的单细胞绿藻小球藻（Chlorella vulgaris）为模式生物，以纳米ZnO为纳米颗粒代表，考察了纳米ZnO对小球藻除磷效果的影响，在此基础上，采用非靶向代谢组学方法，从代谢层面上揭示纳米ZnO对小球藻同化吸收磷的影响。
实验结果表明，随着纳米ZnO浓度增加（0.01−0.15 mM），小球藻磷去除效率先降低后逐步增加，高浓度纳米ZnO（0.04−0.15 mM）与磷生成微晶沉淀从而促进了对磷的去除，而低浓度纳米ZnO（0.01−0.04 mM）主要通过影响藻细胞吸收磷而减弱磷的去除效果。与对照组相比，0.15 mM纳米ZnO对小球藻细胞内磷吸收相关酶H⁺-ATP酶与酸性磷酸酶活性抑制率分别达59.3%及56.5%，并显著降低了细胞内核酸（RNA及DNA）含量，进一步证明纳米ZnO抑制了藻细胞吸收外界磷以及利用细胞内有机磷的能力。代谢组学分析结果表明，纳米ZnO显著影响小球藻细胞内有机磷酸类、核苷类及糖类等代谢物含量，其扰动程度随纳米ZnO浓度增加而增强。0.15 mM纳米ZnO暴露下，藻细胞内含磷代谢物葡萄糖-6-磷酸与葡萄糖-1-磷酸显著降低了91.9%、98.7%，乙醇胺、丙酮酸及胸苷显著上升2.6−3.4倍，与之相关的甘油磷脂代谢、三羧酸循环、氨基糖和核苷酸糖代谢等代谢通路受到显著扰动。上述结果表明，纳米ZnO存在下小球藻磷脂合成受扰，核酸合成被抑制，藻细胞同化吸收磷受阻。
 

代谢组学,纳米氧化锌,磷吸收,藻类