近期，我校生物工程学院饶义剑教授团队在基于天然产物尾孢菌素仿生光抑制太湖危害蓝藻生长方面取得了重要进展，研究成果“Cercosporin-bioinspired photoinactivation of harmful cyanobacteria under natural sunlight via bifunctional mechanisms”在线发表于环境领域Top期刊Water Research (Q1, IF = 11.236) (https://doi.org/10.1016/j.watres.2022.118242)。
蓝藻作为最古老的光合自养型生物之一，能够利用太阳光将二氧化碳（CO2）转化为生物量，但是蓝藻也能扮演“魔鬼”的角色。在营养丰富的水体中，蓝藻在夏季能够大量繁殖，在水面形成一层蓝绿色而有腥臭味的浮沫，称为“水华”。大规模的蓝藻爆发，被称为“绿潮”，可引起水质恶化、水中氧气被耗尽、鱼类死亡等危害，从而破坏水体生态系统。如我国太湖、巢湖和滇池等淡水湖深受蓝藻水华的折磨，严重时造成了当地居民用水严重短缺，影响了当地居民的正常生活，但是该问题始终未得到彻底的解决，因此开发一种有效治理蓝藻危害的方法一直是研究热点。
图1仿生天然产物尾孢菌素破坏植物的机制应用于抑制蓝藻生长
饶义剑团队在前期研究发现，真菌尾孢菌能够在太阳光的照射下，分泌一种天然产物尾孢菌素作为进攻植物细胞的“武器”，通过“双策略”，即嵌入植物细胞和吸收太阳能与空气中的氧气作用形成活性氧（图1），而破坏植物叶片导致凋亡，发生叶斑病。结合团队前期建立的微生物筛发酵大量制备尾孢菌素的基础（Zhou, et al, 2021,Microb Cell Fact），仿生尾孢菌素侵染破坏植物细胞的策略尝试应用于太湖危害蓝藻的治理。实验结果表明，在室内23 W节能灯36 h的照射下，20 μM尾孢菌素能够高效抑制铜绿微囊藻（M. aeruginosa）的生长（图2）。通过电镜观察到藻细胞在尾孢菌素作用下，能破坏藻的细胞壁、细胞膜，以及抗氧化系统和光合系统，从而最终抑制有害藻的生长。更重要的是，在处理实际太湖危害蓝藻中，低剂量（7.5 μM）的尾孢菌素通过室外太阳光的照射即可有效抑制实际太湖蓝藻的生长，使蓝藻的绿色明显消褪，抑藻率高达98%。该方法为解决淡水湖水华问题，尤其是太湖的蓝藻爆发问题提供了新的思路，具有重要的借鉴价值（图3）。此外，通过电镜观察、蓝藻细胞膜成分和光合作用系统分析等验证了天然产物光降解蓝藻的机理（图4）。
图2.天然产物尾孢菌素抑制铜绿微囊藻的生长
图3天然产物尾孢菌素在室外太阳光下光降解太湖危害蓝藻
图4天然产物尾孢菌素抑制蓝藻生长的机制
2019级博士生刘美玲与张艳副教授为该论文的共同第一作者，饶义剑教授和袁振波助理研究员为该论文的通讯作者。上述研究工作得到了江苏省自然科学基金（BK20202002），中央高校基本科研业务费专项资金（JUSRP12015），中国博士后基金（2020M671329），江苏省博士后基金（2020Z383），生物工程学院青年人才托举工程等项目资助。
