蓝藻水华是一个全球性的重大生态环境问题。具有光合竞争优势的铜绿微囊藻是主要的致水华蓝藻，而具有可逆电子传递能力的醌在藻的光合和呼吸系统中发挥着重要作用。课题组此前的研究表明，在光、暗两种条件下，乙酰丙酮(AA)均可参与苯醌、氢醌的电子传递(Environ. Sci. Technol. 2019, 53, 11232−11239; Chemosphere 2019, 223, 6283−635)。基于此，针对有害藻华这一问题，课题组开展了利用AA进行抑藻的研究。借助荧光动力学曲线和多组学分析，得到如下结论：阻断光合系统II中初级醌受体(QA)向次级醌受体(QB)的电子传递是AA发挥抑藻作用的关键机制之一(Environ. Sci. Technol. 2021, 55, 14173−14184; Environ. Sci. Technol. 2022, 56, 9683−9692)。
在含藻水体中，Se(IV)普遍存在且能被藻细胞高效富集。因此，课题组进一步研究了Se(IV)对AA抑藻作用的影响和机制。首先，基于铜绿微囊藻在单独添加Se(IV)或AA以及两者共存条件下的生长曲线、有效光合量子产率(Φe)和最大相对电子传递速率(rETRmax)的差异，确认Se(IV)能够协同AA干扰蓝藻的光合电子传递，提升抑藻效果。然后，以Se(IV)-氢供体-醌三元体系为研究对象，通过三元体系中各物质转化反应的研究，揭示了Se(IV)催化AA与苯醌(BQ)氢原子转移的分子机制。
上述机制解析工作是在一个极为简化的模型系统中进行的。实际在细胞中发生的反应要复杂得多。尽管如此，考虑到自然环境中Se(IV)、醌类物质、双酮以及其他一些类似于AA的氢供体的存在，这一工作所揭示的Se(IV)催化AA和BQ反应的规律和机制，具有重要的生物学和环境意义。例如，在生物细胞中，醌和硒对于维持谷胱甘肽的(GSSG-GSH)的氧化还原平衡非常重要。AA等氢供体很可能会参与醌与GSH/GSSH之间的相互作用，从而导致生物体发生氧化应激。另一方面，AA已被证明是一种优异的选择性蓝藻抑制剂。AA与Se(IV)的结合有望为控制有害水华提供新的策略。
这一研究成果(Selenite-Catalyzed Reaction between Benzoquinone and Acetylacetone Deciphered the Enhanced Inhibition on Microcystis aeruginosa Growth)于2023年4月3日在线发表在Environmental Science & Technology (https://doi.org/10.1021/acs.est.2c09682)。硕士研究生张承洋与助理研究员张国洋为论文共同第一作者，张淑娟教授为本文的通讯作者。论文得到了国家自然科学基金面上项目的资助。