近期，我校西北水资源与环境生态教育部重点实验室、陕西省环境工程重点实验室，太阳成集团tyc33455cc文刚教授课题组硕士梁智婷在环境领域国际著名期刊Water Research（SCI一区，IF=11.236）和Journal of Hazardous Materials（SCI一区，IF=10.588）上连续发表题为“Inactivation of fungal spores in water using ozone: Kinetics, influencing factors and mechanisms”（2020，116218）以及“Synergistic effect of ozone and chlorine on inactivating fungal spores: Influencing factors and mechanisms”（2021，126610）两篇重要成果。两篇论文针对臭氧对水中真菌孢子的灭活效果展开研究，探究了臭氧分子对真菌孢子的灭活动力学，研究了影响灭活效果的环境因素，从细胞水平上深入分析了臭氧对真菌孢子的灭活机制；首次揭示了臭氧/氯联合灭活真菌孢子过程中产生了协同作用，并从细胞和分子水平探讨分析了协同作用的产生机理，对控制水源水中真菌污染、保障饮用水供水安全具有重要意义。
图1. 臭氧对三种真菌孢子的灭活过程以及动力学分析（[O3]0 = 2 mg L−1, pH = 7.0, T = 20 °C）
臭氧具有强氧化性，其消毒效果比氯更强，并且作为消毒剂对pH变化的敏感性比氯低；此外，臭氧消毒过程中不会直接产生消毒副产物。因此，臭氧作为消毒剂在国内外饮用水消毒领域受到广泛关注。研究结果表明，臭氧对真菌孢子的灭活过程包括两个阶段，其中在第二灭活阶段内，臭氧分子对真菌孢子的灭活过程符合Chick–Watson模型。动力学分析结果表明，真菌孢子对臭氧的抗性明显强于病毒和细菌，而与隐孢子虫对臭氧的抗性相当。单独使用臭氧对真菌孢子的灭活效果优于氯和二氧化氯，且更具经济性。
使用流式细胞仪结合三种染色剂（SG/PI、DHE、CFDA）以及扫描电镜分析深入探究了臭氧对真菌孢子的灭活机制。臭氧首先破坏真菌孢子的细胞壁和细胞膜，这一过程促进了臭氧分子进入细胞内部并与胞内化合物反应，在这一快速过程内，真菌孢子受到外界强烈氧化刺激，产生应激反应，导致胞内活性氧（ROS）水平和酯酶活性急剧升高，随后，真菌孢子在臭氧分子和ROS的联合作用下被逐渐灭活。
图2. 臭氧灭活30s后，真菌孢子形态、膜完整性、胞内ROS水平以及酯酶活性的变化（[O3]0 = 2 mg L−1, pH = 7.0, T = 20 °C）
该研究中，向真菌孢子悬浮液中同时施加臭氧和氯进行消毒，并将联合灭活效果与单独施加一种消毒剂的灭活效果进行比较，首次证实臭氧/氯联合灭活真菌孢子的过程中产生了协同效应，并且能够在体系中保持一定的持续消毒能力。协同作用的产生原因主要有两方面：一、臭氧与氯反应促使更多的羟基自由基产生，作为非选择性的强氧化剂，羟基自由基对灭活效果的贡献率显著；二、臭氧氧化并破坏真菌孢子的细胞壁和细胞膜，促进氯渗透进入细胞中，同时，臭氧迅速氧化了体系中的真菌色素，减少了真菌色素对氯的损耗，从而导致协同作用的产生。
图3. 臭氧/氯联合灭活真菌孢子的过程曲线，以及联合灭活过程中协同作用产生的机制示意图（[O3]0 = 1 mg L−1, [Cl2]0 = 2 mg L−1, pH = 7.0, T = 20 °C）
文刚教授为两篇论文的通讯作者，2018级硕士生梁智婷为第一作者，研究受到国家自然科学基金面上项目（No.51678472）、陕西省杰出青年基金（No.2018JC-026）、陕西省高校青年创新团队，陕西省重点研发项目（2020ZDLSF06-05）的资助。
论文链接：
https://doi.org/10.1016/j.watres.2020.116218
https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2021.126610
