文章标题：Bioremediation of high concentrations of mercury and nickel in activated sludge by black soldier fly larvae: Accumulation, transformation, and sustainability assessment
文章主题：黑水虻幼虫对活性污泥中高浓度汞和镍的生物修复
发表期刊：Journal of Hazardous Materials
影响因子：11.3
研究团队：华中农业大学袁巧霞教授团队+浙江大学赵和平教授团队
百易汇能为本研究提供16S rRNA基因测序与宏基因组测序技术服务。
研究背景
活性污泥常富集高浓度汞、镍，这类重金属易迁移、毒性强，污泥土地利用会污染水土并威胁生物与人体健康，是亟待解决的环境修复痛点。现有生物修复技术多仅改变重金属形态、难以分离回收，易造成二次污染，应用受限。虽然黑水虻幼虫可修复多种重金属，但针对高浓度汞、镍的转化路径、耐受机制及微生物协同作用尚未被系统揭示。本研究以此为切入点，探究黑水虻幼虫对活性污泥中高浓度汞、镍的累积、转化规律与微生物调控机制，评估其修复可持续性，填补该领域研究空白。
研究路线
研究结果
1. 汞和镍的吸收效率及浓度阈值效应
黑水虻幼虫（BSFL）在Hg（≤15 mg/kg）、Ni（≤400 mg/kg）胁迫下存活率为100%，可完成污泥转化；低浓度下（Hg<6 mg/kg、Ni<100 mg/kg）重金属在虫体与残渣分布更均衡，吸附率达45%–52%；Hg≥9 mg/kg、Ni≥300 mg/kg 时，幼虫吸收增量骤降，生物富集因子（BCF）持续下降；幼虫主要通过肠道吸收重金属，脂肪颗粒无富集作用；实际应用推荐浓度阈值：Hg<9 mg/kg、Ni<200 mg/kg。
2. 汞与镍的不同转化途径及稳定机制
将弱酸溶态（F1）、可还原态（F2）归为迁移态，可氧化态（F3）、残渣态（F4）归为稳定态；Hg以稳定化为主，幼虫将迁移态富集于体内（50%–68%），稳定态转移至残渣（86%–92%），实现固定；Ni以迁移态为主（虫体74%–76%、残渣55%–65%），但残渣中残渣态F4占比25%–30%，可降低迁移风险；有机质显著影响重金属形态转化，幼虫残渣形成多孔层状结构，强化重金属吸附固定。
3. 微生物相互作用、Mer系统与Nik系统介导汞（Hg）和镍（Ni）的转化过程
幼虫肠道优势菌门为变形菌门（72%-89%），残渣含变形菌门、厚壁菌门、放线菌门；肠道真菌以子囊菌门为主，病毒以尿病毒门为主；Hg转化依赖Mer系统（merA/merP/merT等），将Hg²+还原为Hg⁰；Ni转化依赖Nik系统（nikABCDE/nikR等），调控Ni的吸收、转运与外排；普罗威登斯菌属、变形杆菌属协同促进Ni固定，细菌-真菌-病毒互作共同驱动重金属形态转化。
4. BSFL在处理富含汞/镍污泥中的应用潜力
Hg胁迫下幼虫可维持较高干物质减量率（DMR≈42%）与生物转化率（BCR≈8%）；高浓度Ni（400 mg/kg）显著降低BCR、幼虫增重、化蛹率与羽化率；Hg影响异亮氨酸代谢，Ni干扰三羧酸循环，相关功能基因主要由雷氏普罗威登斯菌编码；Hg≤12 mg/kg、Ni≤300 mg/kg 时幼虫可完成生命周期；高浓度重金属处理后的残渣不适宜饲料/肥料，建议用于生物柴油、壳聚糖等高值化加工。
结论与意义
黑水虻幼虫可在高浓度汞、镍胁迫下完成活性污泥转化，对汞、镍的吸附率达 37%–52%，并存在明确的吸收浓度阈值。通过16s及宏基因组分析发现幼虫通过肠道吸附固定重金属，依托 Mer、Nik 系统及肠道微生物协同作用，将重金属从易迁移形态转化为稳定形态，降低其生物有效性。该研究揭示了黑水虻修复高浓度汞、镍污染污泥的微生物与分子机制，为污泥重金属生物修复与资源化利用提供了科学依据与应用参考。
原文链接：https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2026.141916
