《Journal of Hazardous Materials Advances》：High-Efficiency Glufosinate Ammonium Degradation by
Dunaliella salina: Discovery and Preliminary Mechanistic Insights
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本研究针对草铵膦(GA)在高盐水体中难降解的环境污染问题，系统探究了嗜盐微藻杜氏藻(Dunaliella salina)对GA的降解效能与分子机制。研究发现D. salina对GA的最大耐受浓度达0.8 mg/mL，在3天内对自然海水中GA的降解效率达91.74%，并揭示其通过磷源利用和乙酰转移酶相关应激反应等多重生物响应实现高效降解。该研究为开发高盐环境除草剂污染的生物修复技术提供了新策略。
随着草铵膦(Glufosinate ammonium, GA)在全球农业生产中的广泛应用，这种高效广谱除草剂通过地表径流等途径进入水体环境，特别是在交换受限的高盐水体（如盐湖、沿海水域）中易积累并长期存在，构成持久性污染风险。GA作为有机磷化合物，能够抑制谷氨酰胺合成酶(Glutamine synthetase, GS)活性，导致氨积累和光合作用中断，进而通过食物链生物放大，对水生生态系统和动物神经系统的潜在威胁日益凸显。传统物理化学降解方法存在成本高、操作复杂等局限，而现有生物修复技术主要依赖淡水或土壤来源的微生物，其耐盐性差、需外加营养等特性严重制约了在高盐环境中的应用。因此，开发适用于高盐水体的高效、生态安全的GA污染治理技术迫在眉睫。
在这项发表于《Journal of Hazardous Materials Advances》的研究中，中国科学院海洋研究所的研究团队另辟蹊径，将目光投向了具有极强耐盐特性的单细胞绿藻——盐生杜氏藻(Dunaliella salina)。这种藻类不仅能够适应从近淡水到超高盐（盐度≥200‰）的广泛盐度范围，作为水生食物网的基础生产者，还具有污染物生物转化能力，是高盐环境生物修复的理想候选者。研究人员系统评估了D. salina对GA的耐受性和降解效率，并深入探索了其降解GA的生物学机制。
为全面解析D. salina降解GA的潜能与机理，研究团队整合了多项关键技术方法：通过设置不同GA浓度、盐度、光强和初始细胞密度梯度，评估降解效率的环境依赖性；利用高效液相色谱(HPLC)精确量化GA残留；采用酶联免疫吸附测定(ELISA)检测磷酸丝菌素乙酰转移酶(Phosphinothricin acetyltransferase, PAT)免疫反应信号；通过磷饥饿预处理和磷含量测定，探究GA作为磷源的利用潜力；并开展转录组测序，系统分析GA胁迫下的基因表达调控网络。
研究结果揭示，D. salina对GA表现出卓越的耐受性，耐受上限达0.8 mg/mL。在真实海水环境中，D. salina在3天内将GA浓度从0.194 mg/mL降至0.016 mg/mL，降解效率高达91.74%。值得注意的是，降解效率呈现明显的环境依赖性：较高的初始细胞密度和适宜光强（65 μmol/m2/s）显著促进降解，而D. salina在30-200‰的宽盐范围内均保持高效降解能力，虽在200‰超高盐下效率有所降低，但仍达到69.93%。
在机制探索层面，研究取得了突破性发现。生理实验和磷动力学监测表明，D. salina能够以GA作为唯一磷源支持生长，培养8天后生物量增加825%，且培养基中总磷含量相应降低，同时无机磷酸盐(Pi)动态变化提示GA可能通过碳-磷(C-P)键断裂解释放磷。转录组数据进一步显示，多个 purple acid phosphatase (PAP) 基因在GA处理下上调，暗示这类酸性磷酸酶可能在水解GA释放无机磷过程中发挥作用。
研究还观察到GA诱导的乙酰转移酶相关响应。虽然未鉴定出典型的PAT同源物，但HMM搜索识别出6个GA剂量依赖性上调的酰基辅酶A N-酰基转移酶基因，且ELISA检测到D. salina在GA处理下PAT免疫反应信号显著增强，表明乙酰转移酶相关过程可能参与GA应激响应。
转录组分析全景式展示了D. salina对GA的复杂细胞响应：部分谷氨酰胺合成酶(GS)基因上调，可能编码对GA不敏感的GS变体；谷氨酸合成酶基因上调以补偿谷氨酰胺合成不足；谷胱甘肽S-转移酶(Glutathione S-transferases, GSTs)基因上调增强解毒能力；类胡萝卜素合成、多胺生物合成和抗坏血酸过氧化物酶等相关基因上调，共同增强抗氧化防御；碳水化合物代谢相关基因（如海藻糖合成酶、纤维素合酶等）上调，可能通过增强渗透保护和细胞壁完整性助益应激耐受。
综上所述，本研究首次证实杜氏藻(D. salina)能够高效降解高盐环境中的草铵膦(GA)，并初步揭示了其通过GA衍生磷利用和乙酰转移酶相关应激反应等多重生物响应机制减轻GA毒性的作用模式。该研究不仅拓展了我们对微藻适应性代谢网络的认识，更重要的是为开发高盐水体除草剂污染的生物修复技术提供了理论基础和实践依据，展现出良好的应用前景。未来研究可进一步聚焦关键酶的直接生化验证和自然水体中的长期修复效能评估，推动该技术从实验室走向实际应用。
