氟化物污染已成為威脅生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定與人類健康的重要環(huán)境問(wèn)題，傳統(tǒng)氟污染處理技術(shù)普遍存在處理成本高昂、易引發(fā)二次污染等突出弊端，難以滿足綠色低碳的污染治理需求。基于此，本研究選取絲狀藍(lán)藻鈍頂螺旋藻（Spirulina platensis）為核心研究對(duì)象，創(chuàng)新性地采用微生物誘導(dǎo)磷酸鹽礦化（microbially induced phosphate mineralization，MIPP）技術(shù)，構(gòu)建了高效的氟污染生物修復(fù)體系。
研究通過(guò)多因素條件優(yōu)化，明確了該體系的最優(yōu)運(yùn)行參數(shù)：當(dāng)水體初始氟離子（F?）濃度為 5 mg/L、鈣離子（Ca2?）濃度為 75 mg/L、磷（P）濃度為 30 mg/L 時(shí)，MIPP 體系展現(xiàn)出優(yōu)異的除氟效能，處理后水體氟濃度可降至 0.91 mg/L，氟離子去除率高達(dá) 83.8%，遠(yuǎn)超常規(guī)生物處理技術(shù)的除氟水平。
為揭示其深層作用機(jī)理，研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)展了系統(tǒng)的機(jī)理分析。結(jié)果表明，氟離子的高效固定源于特異性礦化反應(yīng)：在礦化過(guò)程中，F(xiàn)?可精準(zhǔn)取代羥基磷灰石（Ca5 (PO4) 3OH，HAP）晶格中的羥基（OH?），形成穩(wěn)定性極強(qiáng)的氟磷灰石（Ca5 (PO4) 3F，F(xiàn)AP），從而實(shí)現(xiàn)氟離子的長(zhǎng)效固定。同時(shí)，鈍頂螺旋藻分泌的胞外聚合物（extracellular polymeric substances，EPS）發(fā)揮了關(guān)鍵輔助作用，其中的多糖組分能夠?yàn)榱姿猁}沉淀提供充足的成核位點(diǎn)，加速礦化結(jié)晶過(guò)程的啟動(dòng)與推進(jìn)。
值得注意的是，面對(duì)氟脅迫環(huán)境，鈍頂螺旋藻自身也啟動(dòng)了抗逆響應(yīng)機(jī)制：其抗氧化酶系會(huì)分階段被激活，以此緩解氟離子引發(fā)的氧化應(yīng)激損傷；與此同時(shí)，藻體整體代謝路徑發(fā)生顯著轉(zhuǎn)向，逐步向抗逆防御與礦化輔助功能傾斜，這一轉(zhuǎn)變直接導(dǎo)致其體內(nèi)色素、蛋白質(zhì)及多糖等基礎(chǔ)物質(zhì)的合成含量出現(xiàn)不同程度下降，進(jìn)一步印證了代謝重心的轉(zhuǎn)移。
綜上，MIPP 技術(shù)依托鈍頂螺旋藻的礦化調(diào)控與抗逆響應(yīng)，實(shí)現(xiàn)了氟污染的高效、綠色修復(fù)，不僅為氟污染治理提供了新型技術(shù)方案，更為復(fù)雜復(fù)合污染物的協(xié)同治理提供了重要的理論依據(jù)與數(shù)據(jù)支撐。
原文鏈接：Filamentous cyanobacterium Spirulina platensis mediates phosphate biomineralization for efficient fluoride immobilization and drives metabolic shift toward stress resistance and biomineralization
