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课题组从位于太湖梅梁湾水域的试验基地分离筛选出具有显著生物降解藻细胞和MC-LR作用的4株不同种属的高效土著溶藻菌。在进行溶藻菌的微生物学种属鉴定、生物除藻作用、现场中试研究的基础上，着重探讨了溶藻菌除藻作用的机制：借助课题组新合成的纳米人工载体，采用微生物固定化技术，探讨了固定化溶藻菌的强化除藻作用，以期发展一种新型的生物除藻技术，应用于富营养化水体除藻工程中；同时以模式生物秀丽线虫作为试验对象，研究了在低作用剂量下，MC-LR对线虫的寿命、行为、生长发育和生殖机能等毒性作用和神经毒作用机制，以及MC－LR溶藻菌生物降解产物的毒性作用。
一、高效太湖溶藻菌的鉴定和除藻作用评价
自太湖试验基地除藻中试装置的组合介质中，分离获得了24h溶藻率达40％以上的土著溶藻菌20株，经分析，其优势土著溶藻菌为芽孢杆菌属、假单胞菌属和弧菌属。从中选取4株代表性的高效太湖土著溶藻菌，采用传统细菌分类学（形态学、APIID32GN细菌鉴定系统）、分子生物学和生物信息学技术对其进行种属鉴定。初步确定该4株溶藻菌分别为副溶血弧菌、萎缩芽孢杆菌、铜绿假单胞菌、斑点气单胞菌。
4株高效土著溶藻菌均表现出较强生物降解藻细胞和MC-LR作用的能力。在起始浓度为106/mL时，对浓度为5．57×107个/ml铜绿微囊藻作用72h后的溶藻率均达到100％，对起始浓度为12．4mg/L胞外MC-LR作用72h的降解率分别为71．8％、68．9％、73．7％和80．6％，而对胞内MC-LR的降解率低于同期对胞外MC-LR的降解率。以MC-LR浓度的对数值和作用时间的曲线进行线性拟合分析，结果显示该4株溶藻菌对MC-LR的降解反应基本符合动力学一级降解反应。对影响4株溶藻菌生物降解作用的因素进行分析，MC-LR与溶藻菌的浓度之比、溶藻菌的生物学特性（金属离子等）等均可影响溶藻菌对MC-LR的降解作用。
中试试验结果显示，溶藻菌同样表现出较好的生物降解藻细胞和MC-LR作用。其中菌培养液和胞外液在作用96h后，水体中叶绿素α含量分别下降了41．8％和28．3％，MC-LR浓度分别下降了43．2％和20．5％，CODMn含量分别下降了33．6％和25．6％。
二、太湖溶藻菌除藻机制的研究
通过对斑点气单胞溶藻菌的不同处理组分进行溶解铜绿微囊藻细胞和降解MC-LR作用的试验结果分析发现，相比于胞外活性物质，无论是细菌菌体，还是细菌内物质，对铜绿微囊藻细胞的溶解率和MC-LR的降解率都远低于胞外物质，由此说明，斑点气单胞溶藻菌主要是通过分泌胞外活性物质的方式发挥生物降解藻细胞和MC-LR作用的。
对经不同条件和方式处理后的溶藻菌胞外活性成分进行生物降解藻细胞和MC-LR作用试验，结果表明，在pH5-9的范围内，胞外活性成分的溶藻作用在弱酸性条件下会受到抑制，而弱碱条件有助于增强其溶藻作用；胞外活性成分对温度相对稳定，在30℃-121℃范围内，且随着温度的升高，其溶藻率也逐步增加，说明高温可能有助于提高活性成分的溶藻能力；经石油醚、氯仿和乙酸乙酯等不同极性的溶剂萃取后，水相组48h的溶藻率分别为72．5％、62．2％和49．1％，MC-LR降解率分别为54．4％、48．5％和36．7％，由此说明，溶藻菌胞外物质经不同极性溶剂的萃取后，含量存在较大差异，随着溶剂极性的降低（极性：石油醚<氯仿<乙酸乙酯），水相中萃取到的活性成分的含量越高，显示出活性成分具有较强的亲水性。同时，溶藻菌胞外活性成分在醇析沉淀物中的含量较高，在抽提液中的含量较低；对胞外滤液进行蛋白质的定性和定量测定，均未检出蛋白质的存在。由此推测，斑点气单胞溶藻菌分泌的具有生物降解藻细胞和MC-LR作用的胞外活性物质很可能是一类具有较好的热稳定性、亲水性的小分子物质。
三、固定化溶藻菌的强化除藻作用
以课题组制备的2种新型的纳米材料氧化铁纳米颗粒和聚己内酯纳米纤维膜作为载体介质：其中Fe2O3纳米颗粒采用共沉淀法制备获得，从其表征可知，Fe2O3纳米粒子呈球形，分布均匀，平均直径约为37nm；聚己内酯纳米纤维膜（NMP）材料，采用的纳米级高分子纤维膜是由亲水性聚酯纳米纤维或者含有添加剂的亲水性聚酯纳米纤维无规堆砌而成，纤维直径为100nm-5000nm。
氧化铁纳米颗粒和聚己内酯纳米纤维膜均具有很好的固定化溶藻菌的功效：剂量为0．40mg/mL的氧化铁纳米颗粒对浓度为104个/mL，溶藻菌3h的固定化率达到38．0％，远高于普通Fe2O3（P<0．05），而且在反应3h后就达到了饱和。通过粒径大小及粒径分布测定，发现氧化铁纳米颗粒与细菌混合后的颗粒物的平均直径增加到氧化铁纳米颗粒的12．3倍，同时氧化铁纳米颗粒和细菌单独存在时的粒径分布峰消失。聚己内酯纳米纤维膜30h固定化溶藻菌的浓度约为3．39×107/ml，每平方厘米固定化溶藻菌的数量约为5．65×107个，其固定化率约在30h达到高峰。
2种介质载体固定化溶藻菌表现出了较好的生物降解藻细胞和MC-LR作用：其中氧化铁纳米颗粒固定化芽孢杆菌作用24h后，对铜绿微囊藻的溶藻率达到53．0％，MC-LR的降解率达到33．0％，分别是对照组的1．2倍和1．6倍。聚己内酯纳米纤维膜固定化假单胞溶藻菌、斑点气单胞溶藻菌对藻细胞48h的降解率分别为85．7％和87．2％，对MC-LR48h降解率分别达到60．16％和70．94％，效果优于市场上2种成熟的商品化介质材料。聚己内酯纳米纤维膜可重复利用的次数为4次，添加葡萄糖、蛋白胨等溶藻菌营养物质后，有助于提高固定化溶藻菌的生物降解藻细胞和MC-LR作用。
四、应用秀丽线虫评价MC-LR及其降解产物的生物毒性作用
本研究探讨了秀丽线虫（C．elegans）在MC-LR毒性作用评价中的可行性和评价指标的敏感性。试验结果显示，在40-80μg/L的浓度范围内，MC-LR能够缩短C．elegans的寿命、延缓发育；在10μg/L染毒剂量时，MC-LR能够导致C．elegans的世代生殖时间和行为运动能力的改变；而在1μg/L染毒剂量时，线虫的产卵量仍显著下降。此外，神经、肌肉、消化、生殖系统中hsp-16-2-gfp的表达率升高，表明其对MC-LR的应激反应率增强，可作为MC-LR导致C．elegans氧化应激作用的早期标志。因此，C．elegans是一种可用于MC-LR毒性评价的有价值的指示动物，C．elegans的产卵量和hsp-16-2-grg表达率是评价MC-LR毒性的敏感指标，而神经系统和消化系统可能较早受到MC-LR的影响。
研究表明，C．elegans的神经系统也是较早受到MC-LR影响的器官和系统之一。MC-LR可导致C．elegans对氯化钠和丁二酮的化学趋向性和温度趋向性的严重缺陷，这种神经毒性主要是由相应的感觉神经元（如ASE、AWA、和AFD）和中间神经元AIY的功能及其分子水平的损伤所致。与野生型线虫N2相比，che-1（p674）、odr-7（ky4）、ttx-1（p767）、ttx-3（ks5）等多种线虫突变体对氯化钠和丁二酮的化学趋向性和温度趋向性有显著的下降。在10μg/L染毒剂量时，C．elegans的che-1和odr-7基因的表达水平显著下降（P<0．05），而ttK-1和ttx-3基因的表达水平在10μg/L染毒剂量时，仍表现出显著的下调（P<0．05）。
MC-LR微生物降解产物是否具有毒性作用、以及毒性作用的大小涉及其是否对环境造成二次污染。试验结果表明，经铜绿假单胞溶藻菌降解MC-LR的产物，未发现对C．elegans的寿命、发育、生殖和行为导致明显的毒性作用。