我國學者破解周叢生物毒性適應機制和污染物去除機制

　　隨著點源污染正逐步得到全面控制，農業面源污染正成為地表水體污染的重要污染源，過量氮、磷等面源污染物進入地表水體造成嚴重富營養化，近年來大量新材料和化學品（納米材料、抗生素等）的廣泛應用也使新興農業面源污染問題日趨嚴峻。農業面源污染產生的實質，其實就是養分或污染物從“土相”向“水相”的運移，而周叢生物是位于稻田等土水界面的關鍵生物界面，強烈影響著水土環境中污染物的遷移轉化過程。近年來，南京土壤研究所吳永紅研究員團隊，在周叢生物對污染物的毒性適應機制和去除技術等方面進行了系統研究，取得系列進展并在Trends in biotechnology、 Environmental Science & Technology 等期刊發表多篇論文，其中多篇論文在農業生物技術領域權威期刊 Bioresource technology 以專輯形式發表。

周叢生物的納米顆粒毒性適應機制

　　通過系統研究周叢生物在人工納米顆粒脅迫下的生理、生態和聚集結構等方面的響應和關鍵生態功能的變化，揭示了周叢生物對納米顆粒毒性的保護和適應機制。研究表明，周叢生物能夠通過聚集結構的保護作用和群落的適應機制共同抵抗納米毒性，大量的EPS、三維結構和復雜的微生態特性使其在納米毒性抵抗上具有天然優勢（Tang et al., Trends Biotechnol, 2018）。并揭示了金屬氧化物納米顆粒在周叢生物系統中的遷移轉化特征和毒性機制，發現納米顆粒能夠進入周叢生物中的敏感微生物細胞，破壞微生物細胞膜結構并通過產生活性氧（ROS）對細胞造成氧化損傷，但是周叢生物能夠通過群落結構的變化適應這種脅迫并保持其污染物去除能力（Tang et al., Bioresour Technol, 2018）。

　　基于周叢生物對污染物脅迫較強的適應性，進一步揭示了周叢生物對多種污染物的去除機制，并發展了基于周叢生物的污染物強化去除技術。研究發現，周叢生物較強的生物吸附性、降解能力和絮凝能力，使其對重金屬（Cu）、有機染料（結晶紫、苯胺藍）等多種常見污染物就有很好的去除效果，并發展出相應的固定化周叢生物反應器和生物絮凝技術（Liu et al., Bioresour Technol, 2018； Shabbir et al., J Clean Prod, 2018； Sun et al., Bioresour Technol, 2018）。同時探討了周叢生物生物轉化與光催化等電化學過程的耦合機制和效應，研究表明通過較強的脅迫適應性和生物吸附性，周叢生物能夠很好的與光催化材料、上轉換材料等形成微生物-功能材料的復合體系，通過提供光生電子和群落的優化增強周叢生物對氮、磷和重金屬等面源污染物的去除能力（Zhu et al., ES&T, 2018； Zhu et al., Chem Eng J, 2018； Zhu et al., Bioresour Technol, 2018）。

　　研究有助于進一步揭示周叢生物的環境效應和生態服務功能，對于深入認識污染物的土水界面行為和效應有重要科學意義，并在農業面源污染控制等方面有重要應用價值。

　　相關研究得到了國家重點基礎研究發展計劃（2015CB158200），國家自然科學基金（41422111，31772396，31600097），江蘇省自然科學基金（BK20150066），以及中國科學院創新交叉團隊和中國科學院百人計劃等項目資助。

周叢生物-光催化協同脫氮過程