蓝藻水华是世界各国共同面临的重要水环境污染问题之一。由于全球气候变化和水体富营养化问题，有害蓝藻水华在全球水生生态系统持续蔓延，对于生态系统健康及饮用水安全等造成不利影响。蓝藻水华形成的不同阶段，伴随着水体生物，尤其是微生物群落的变化。理解其背后复杂的生物学和生态学机制是科学预测、监控和治理蓝藻水华的关键。

近日，西湖大学工学院鞠峰团队运用高通量测序、高分辨率质谱检测等方法，结合野外采样与室内降解实验解析了太湖蓝藻水华爆发期间水体蓝藻肽类和微生物群落的时空动态变化规律，确定了蓝藻肽类在微生物群落构建中的主导作用。该研究成果以“Cyanopeptides restriction and degradation co-mediate microbiota assembly during a freshwater cyanobacterial harmful algal bloom (CyanoHAB)”为题发表在环境领域国际顶级期刊《Water Research》，鞠峰实验室博士后高寒博士为第一作者，西湖大学工学院特聘研究员鞠峰为通讯作者。

原文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0043135422006273

太湖是我国第三大淡水湖，也是周边居民饮用水和灌溉用水的重要来源。太湖流域的城市化发展和入湖水量变化等加剧了太湖水体的富营养化，进而导致了长久以来的蓝藻水华问题，其中以太湖北部的贡湖、梅梁湾区域较为严重。蓝藻水华的危害之一是其能够产生种类繁多的蓝藻肽类（蓝藻生成的多种具有生物活性的非核糖体寡肽代谢产物，包含微囊藻毒素等），对水生生物、哺乳动物以及包括细菌、真菌和浮游真核生物在内的微生物均具有毒性，从而影响淡水生态系统食物网和营养循环，甚至危害人体健康。然而，目前对于太湖蓝藻肽类的研究仅关注微囊藻毒素，除微囊藻毒素外还存在哪些长期被忽视的其他有害毒素？这些蓝藻肽类能否被微生物降解？它们又会对水华期间的微生物群落产生哪些生态学影响？

为回答上述问题，研究团队于2020年6月至9月太湖蓝藻水华爆发期开展了连续采样，运用高分辨率质谱仪和串联质谱仪，定性和定量检测了水体中9种蓝藻肽类，基于高通量测序技术定量分析了水体中3个粒径分级（0.2-2 μm、2-48 μm、>48 μm，分别代表游离、颗粒附着和藻团聚体3种存在形式）的微生物群落结构，并通过微囊藻毒素降解实验解析了潜在的蓝藻肽类微生物降解菌群。

在太湖东北部的8个采样点中（图1A），非微囊藻毒素化合物的浓度显著高于微囊藻毒素。水体中蓝藻肽类的浓度在6月30日达到峰值，并对微生物产生抑制作用。蓝藻肽类在水体表层检出最多，同时也由表层垂直运输至底层上覆水。研究结果表明了对于太湖水体中多种非微囊藻毒素蓝藻肽类监测的必要性。

图1：太湖水体蓝藻肽类（A）和3个粒径分级的蓝藻群落生物量（B）和组成（C）的时空分布

基于16S rRNA基因的绝对定量分析发现，蓝藻水华期间蓝藻肽类浓度峰值（图1A）要早于微生物生物量峰值出现的时间点（图1B-C）。通过微囊藻毒素降解实验，研究团队发现了在生物量峰值时间点蓝藻肽类降解速率与潜在降解微生物绝对丰度显著正相关，但在蓝藻肽类峰值时间点则并未发现该规律（图2A），表明微生物降解相对蓝藻肽类合成的时间滞后性。

图2：（A）潜在蓝藻肽类降解菌绝对丰度与蓝藻肽类准一级反应降解常数（k）的相关性；（B）蓝藻和非蓝藻群落UniFrac距离与蓝藻肽类总浓度的相关性

通过定量计算与比较三个粒径分级微生物群落的标准化随机率（normalized stochasticity ratio, NST）指数，发现确定性过程在蓝藻团聚体的群落构建中占主导，而随机性过程在颗粒附着和游离的微生物群落构建中占主导。此外，相对于营养盐等其他环境参数，蓝藻肽类是介导不同粒径分级的微生物群落构建的关键生物因素（图2B）。

这项研究揭示了太湖中尚未纳入监测的蓝藻肽类的种类，及它们的潜在生态毒理风险和微生态效应。蓝藻肽类的合成降解、动态分布及其生态影响是太湖蓝藻水华问题不可忽视的一部分，有必要进一步加强对其的监测和研究，以充分理解与有效应对其对太湖流域生态环境安全，乃至人体健康的潜在威胁。