个人简介
博士。中国科学院微生物研究所博士后。2018年获北京科技大学学士学位，随后在中国科学院生态环境研究中心攻读博士学位。研究内容主要为解析水源嗅味的来源及驱动机制，以指导基于生态位特征的藻源嗅味的原位调控。相关成果在Water Research上发表论文1篇，申请专利2项。
教育经历
博士-环境工程 | 中国科学院生态环境研究中心
本科-环境工程 | 北京科技大学
代表性论文
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026 Controlling filamentous cyanobacterial blooms requires adaptive, weather-informed strategy
丝状蓝藻的全球扩张对水安全构成威胁，因为它们会产生毒素和异味化合物。作为水下栖息者，丝状蓝藻对传统的营养盐控制和絮凝控制具有抗性，暴露了管理上的空白。我们开发了一种适应性、预测引导的框架，将预测建模与精准沉积物再悬浮（SR）相结合，其中与SR相关的光衰减可能对水华抑制起重要作用。2023-2024年对中国东部40座水库的调查显示，半数系统中丝状蓝藻占生物量的80%以上。XGBoost模型（R2 = 0.57）识别出9-10月为最高风险期，超过80%的水库受到影响。SR的有效性依赖于光照：在低辐照度下抑制生长，但在高光照下如果遮光将辐照度调整到丝状藻类的最适范围，则可能促进其生长。我们通过调节沉积物通量（0.1-5.2 g L-1）优化了SR，以响应实时预报动态衰减光照。现场验证证实，预报引导的SR通过光控制有效限制了假鱼腥藻（Pseudanabaena）。这种基于生态的管理方法为气候变化下可持续的水安全提供了一个可扩展的框架。
Sediment stirred up, / light dims, filaments retreat— / forecasts guide the cure. -
025 Spatiotemporal decoupling of littoral and lacustrine geosmin dynamics: Implications for early warning in drinking water reservoirs
蓝藻的生态位特征与其有害代谢物向饮用水取水口的运输动态之间的关系仍不清楚。本研究将全国范围的调查与为期五年的高频监测计划相结合，以表征这些动态，重点关注强效气味物质土臭素。全国调查显示，14%的监测点位超过了10 ng L-1的气味阈值，表明存在不可忽视的风险。在YQ水库，阿氏浮丝藻（Planktothrix agardhii）被证实是主要的产臭生物。监测揭示了一种明显的时空解耦现象：浅水沿岸带作为生产中心，其阿氏浮丝藻生物量比湖库型取水口提前8天达到峰值。时滞相关分析表明，沿岸带生物量可提前5周预测取水口的土臭素浓度（R2 = 0.41）。铵态氮被确认为关键调控因子，其在沿岸带与土臭素的相关性最强（R2 = 0.37），但这种关联在运输过程中有所减弱。本研究提出的机理传输模型和分层监测框架，将监测重点从被动的取水口采样转变为主动的沿岸带预警站，为依赖水库供水的饮用水系统建立了一个关键的预防性干预预测窗口。
Littoral bloom foreshadows, / a five-week warning, then taste / downstream borne. -
023 Cyanobacterial crowding-out effects on metabolite partitioning: modeling 2-methylisoborneol (MIB) release dynamics and implications
2-甲基异莰醇（MIB）是一种强效蓝藻代谢物，在痕量浓度下即可通过异味问题影响饮用水水质。尽管其影响显著，但MIB的胞内动力学及环境释放机制仍鲜有研究。我们通过对两种产毒菌株的受控实验，建立了一个生长阶段依赖的MIB释放机理模型。该模型揭示，胞外MIB比例（$f = e_{MIB}/t_{MIB}$）遵循一致模式：在对数生长中期降至最低，随后在稳定期上升并稳定在0.4至0.6之间，表明拥挤诱导的细胞裂解驱动了释放动态。将该模型应用于太湖，成功重构了2022-2023年间的两次异味事件，阐明了MIB生产者时空动态，并确定了在中等光照（0.1-0.4 mol m⁻² d⁻¹）下约15°C和>30°C的关键风险阈值——这些模式是常规监测无法发现的。我们的研究结果表明，生理阶段转换而非仅生物量积累控制着异味物的释放。该框架可扩展至其他藻类代谢物（如土臭素、蓝藻毒素），提供更广泛的预测能力。通过将细胞过程与水质风险相关联，我们的方法能够实现对蓝藻污染物的主动管理，为早期预警系统和氧化剂类型优化的运行指导提供信息，以防止藻细胞中有害化合物的大规模释放。
A scent on the water, / Born from a crowded cell's burst, / A warning grows cold. -
022 Effects of Oxygenation Resuspension on DOM Composition and Its Role in Reducing Dissolved Manganese in Drinking Water Reservoirs
水源沉积物厌氧环境是饮用水系统中锰释放的关键驱动因素。增强沉积物氧化可抑制锰释放，但不同氧化条件下锰的形态转化机制尚不明确。本研究通过实验室模拟，考察了沉积物在不同溶解氧水平（0、2、5、7 mg/L）含氧水层中的暴露情况。结果表明，锰释放量与溶解氧呈显著负相关（R²=0.93，p=0.034），氧气促使溶解性有机物（C2、C3组分）发生反应并形成羟基、羧基等功能基团，通过吸附或络合作用去除锰（C2：R²=0.57，p<0.001；C3：R²=0.53，p<0.001）。对六个水库的实地研究确定了沉积物再悬浮调控锰风险的运行阈值（补偿阈值：17.4 μg/L；风险阈值：中国标准95.5 μg/L；WHO标准70.8 μg/L）。这些发现阐明了锰与有机物的相互作用机制，可为水源系统锰与藻类协同去除提供实践指导。
Mud whispers iron, / oxygen sings it silent— / clean water follows. -
021 Green Light Suppresses Cell Growth but Enhances Photosynthetic Rate and MIB Biosynthesis in PE-Containing Pseudanabaena
2-甲基异茨醇（MIB）是饮用水系统中由蓝藻在光合色素生物合成过程中产生的典型霉味物质。本研究通过诱导含藻红蛋白（PE）的产MIB蓝藻——灰色假鱼腥藻（Pseudanabaena cinerea）在不同光色下的趋色适应性，揭示其生理调控机制。结果表明：红光通过激活三羧酸（TCA）循环及相关代谢过程促进藻体生长，而绿光显著提升光合色素含量及电子传递效率；MIB产量与叶绿素a（Chl a）含量呈非线性相关，符合对数-线性模型（R² = 0.74，p < 0.01），该关系在RNA水平通过mic与chlG基因表达量的强相关性（R² = 0.85，p < 0.01）获得验证。模型显示相较于Chl a合成，MIB生物合成的碳通量分配不足2%，表明MIB合成与光合色素生产具有协同性而非竞争性。野外观察发现水体浊度增加导致的光谱红移通过改变光合色素组成降低了MIB水平。本研究深化了对变化光环境下产MIB蓝藻生理机制的理解，为地表水MIB污染防控提供了理论依据。
Red light fuels the growth, / Green deepens the pigments’ hue, / MIB’s quiet rise. -
020 Mitigating harmful cyanobacterial blooms in drinking water reservoirs through in-situ sediment resuspension
控制有害蓝藻水华在全球极具挑战性，尤其对保护水源地至关重要。鉴于现有蓝藻水华控制技术在饮用水水库应用的局限性，我们提出了原位底泥重悬控藻的创新策略。通过实验室模拟实验评估了该技术控制蓝藻水华的有效性及其对水质的潜在影响，并在五个饮用水水库进一步验证了技术工作效果。结果表明，底泥重悬可以显著抑制蓝藻生长。在实验室模拟实验中，相较于对照组的蓝藻生长（生长速率为2.22 × 107 cells L-1 d-1），工作组的蓝藻密度得到有效控制，控制速率为3.82 × 106 cells L-1 d-1。此外，底泥重悬减少了生物可利用磷酸盐的浓度，提升了底泥氧化还原电位，从而抑制了底泥中磷酸盐的释放。底泥重悬操作不会向水源水库中引入外来物质，是一种适用于饮用水水库的经济安全的有害蓝藻控制技术。
Cyanobacterial bloom in source water? / No solution? Try / in-situ Sediment Resuspension -
019 Early warning of MIB episode based on gene abundance and expression in drinking water reservoirs
细胞内2-甲基异莰醇（MIB）产量因蓝藻在不同条件下的变化而异，但其因果机制尚不明确，这导致了MIB预测的低效性。通过对青草沙（QCS）水库中假鱼腥藻（Pseudanabaena cinerea）引发的一次MIB事件的深入实地调查，我们证明了MIB合成相关的mic基因丰度（DNA）和表达量（RNA）可能可作为MIB生成的预警参数。研究发现，mic基因的DNA和RNA丰度分别在MIB浓度峰值之前10天和7天达到高峰。此外，RNA丰度（R2 = 0.45, p < 0.01）与MIB的相关性略高于DNA丰度（R2 = 0.37, p < 0.01），表明假鱼腥藻的生长条件可能与mic基因的表达条件略有不同。这一推论通过培养实验得到验证。在实验中，细胞的最高生长速率出现在36 μmol photons m-2 s-1的光照强度下，而细胞内MIB产量和mic基因表达水平的峰值则出现在85 μmol photons m-2 s-1的光照强度下。我们的研究明确表明，光强是控制培养实验中mic基因表达以及水库实际MIB事件的关键调控因素。 此外，我们开发了一个以mic基因丰度为指标的MIB事件预警模型，并在另外两个水库中验证了其有效性。我们的研究成果突出了光强对mic基因表达和MIB合成的影响，并提供了一种用于预测MIB事件的预警工具。这对于水源管理机构而言具有重要意义。
How to know when MIB episode comes? / Gene may tell you. Try / qPCR with mic gene! -
018 MIB-derived odor management based upon hydraulic regulation in small drinking water reservoirs: Principle and application
这项研究提出了一种基于水力调控的方法，用于控制小型水库中产生异萜酮(MIB)的蓝藻的生长，根据长期的野外调查、实验室培养实验、模型构建和现场应用的结果。野外调查发现较长的水力停留时间（HRT）是触发MIB事件的因素之一。培养研究揭示了最大细胞密度、产生MIB的Planktothricoides raciborskii的生长速率和MIB浓度由HRT决定（R2= 0.94，p值 < 0.001），并且可以通过将HRT减少到小于10天来最小化。在此基础上，建立了一个HRT调控模型，并通过野外调查进行了验证，并评估了14个蓝藻属的关键HRT值。通过将HRT减少到5.4 ± 0.8天，低于7.5 ~ 15.0天的临界值，成功地终止了2021年ZXD水库的一个MIB事件。结果表明，该提出的原则可以为HRT调控提供科学依据，已证明是有效和可行的。这种方法避免了对水质的负面影响，不需要额外投资于工程基础设施，并且在某些情况下可以通过改变现有的操作程序来立即应用。因此，基于HRT的调控是一种有前途的策略，可以针对MIB的控制，可能也适用于小型水库中其他蓝藻来源的水质问题。
Small reservoirs / Adjust HRT to halt / MIB odors. -
017 Driving forces for the growth of MIB-producing Planktothricoides raciborskii in a low-latitude reservoir
与中高纬度地区相比，低纬度地区与2-甲基异莰醇（MIB）事件的发生关系较小，因为大多数已知的MIB生产者更偏好适中的光照和温度条件。本文报告了2018年7月到2019年6月期间在一个低纬度水库发生的严重MIB爆发，该水库年均水温为25.6°C。MIB事件持续时间较长，从2018年7月持续到2019年1月，Planktothricoides raciborskii被确认是主要的MIB生产者。通过实验室培养和现场验证实验，我们探讨了P. raciborskii的生长特性。结果表明，当总氮（TN）> 800 μg L-1，磷（TP）> 10 μg L-1时，该菌株对营养物质不敏感，但偏好适中的光强（54 μmol光子/m2·s）和高温（30°C）。而两种以低温为主的蓝藻属、Limnothrix和 Aphanizomenon，则偏好较低温度和类似或相对较高的光照强度，在12月到6月之间，繁殖量分别增长了约13倍（Limnothrix）和58倍（Aphanizomenon）；相反，7月到11月的高水温（29.9 ± 2.8°C）和光照强度（189.1 ± 87.6 μmol光子/m2·s）对Limnothrix和Aphanizomenon不利，这可能为MIB生产者P. raciborskii的生长提供了机会。此外，我们还发现，高温能促进P. raciborskii细胞释放MIB，从而对饮用水处理过程带来更大的压力。
MIB persists long / Warm reservoirs bloom anew / Odor challenges. -
015 Evaluation of the MIB-producing potential based on real-time qPCR in drinking water reservoirs
蓝藻会释放一种次级代谢产物——2-甲基异莰醇（MIB）。本研究提出了一种基于反转录定量实时PCR（RT-qPCR）的方法，通过检测MIB合成基因（mic）来评估水源中MIB的生成潜力。我们设计了一套MIBQSF/R引物，该引物基于12株纯培养的MIB产藻菌株的mic基因序列以及从NCBI数据库中获取的23个序列（共35个mic基因序列）构建而成。此引物成功识别了所有已知的43株MIB产蓝藻菌株（包括本研究中的12株和NCBI数据库中的31株），这些菌株隶属于不同的属，其覆盖范围比现有的引物组更广。该方法的效率通过以下指标得到了验证：扩增效率（E = 91.23%）、标准曲线的R2值（0.999）、检测限（LOD，5.7 fg μL−1）以及定量限（LOQ，1.86 × 104基因拷贝μL−1）。此外，该方法还通过分析50个来自不同水库的野外样本（R2 = 0.614，p < 0.001）以及单一水库样本（R2 = 0.752，p < 0.001）中mic基因丰度与MIB浓度之间的相关性进行了验证，表明该方法具有作为替代预警工具的潜力，可用于评估水源中MIB问题的风险。
Green light promotes / MIB synthesis and PE / Odor risks increase -
014 Light-Dominated Selection Shaping Filamentous Cyanobacterial Assemblages Drives Odor Problem in a Drinking Water Reservoir
丝状蓝藻在生态位上有显著重叠，但其群落演替的因果机制尚不明确。这具有实际意义，因为多个丝状蓝藻属是主要的土霉味物质2-甲基异莰醇（MIB）的生产者，导致饮用水中出现异味问题。本研究探讨了饮用水水库中两种丝状蓝藻——产MIB的Planktothrix属和不产MIB的Pseudanabaena属——的关系。我们基于监测数据集识别了它们的生态位特征，并结合培养实验，开发了基于生态位的模型来阐明这一过程。研究结果显示，Pseudanabaena的最适光需求（1.56 mol m⁻² d⁻¹）低于Planktothrix（3.67 mol m⁻² d⁻¹）；这种光生态位分化导致了Planktothrix（2013年）被Pseudanabaena（2015年）取代，同时MIB浓度在2013至2015年间显著下降。本研究表明，光是驱动丝状蓝藻演替的主要力量，细微的生态位分化可能在塑造丝状蓝藻群落中起重要作用，从而导致饮用水水库中MIB异味问题的产生。
Light shapes their niche / Pseudanabaena reigns / Odors subside slow
DOI