近年来，由于真菌孢子因具有坚固的细胞壁（含几丁质、黑色素）结构及抗氧化防御机制，对传统氯消毒表现出极强抗性，在饮用水系统中的污染风险显著上升。秦岭水源地水质陕西省野外科学观测研究站的黄廷林教授、文刚教授团队在《Science of the Total Environment》上发表了题为《Impact of metal ions on PMS/Cl⁻disinfection efficacy: Enhancing or impeding microbial inactivation?》的研究论文，首次揭示二价金属离子在过硫酸盐联合氯离子（PMS/Cl⁻）消毒体系中对细菌和真菌孢子的“双向调控效应”。

PMS/Cl⁻体系通过PMS与Cl⁻反应生成HOCl用于控制水中的病原微生物，但其消毒效能常受水体中金属离子的干扰。之前的研究对金属离子在该体系中的角色存在争议：一方面，金属离子可以催化PMS产生硫酸根自由基（SO4^·—）和羟基自由基（·OH）增强杀菌效果；另一方面，也可能与Cl⁻竞争消耗PMS，导致HOCl生成减少。研究团队研究以大肠杆菌、枯草芽孢杆菌及黑曲霉、青霉、木霉孢子为模型，系统比较了Co²⁺、Cu²⁺、Fe²⁺三种常见二价金属在PMS/Cl⁻体系中对灭活效果和活性物种生成路径的影响，首次揭示了金属离子对不同微生物的差异化调控机制。

结果显示，Co²⁺、Cu²⁺、Fe²⁺均能显著提升细菌灭活效率：与单纯PMS/Cl⁻体系相比，PMS/Co²⁺/Cl⁻对大肠杆菌的灭活速率提升2.75倍，10分钟内实现7.14-log去除；而对真菌孢子的灭活效果则呈现相反趋势——金属离子的加入导致黑曲霉灭活效率下降60%，青霉和木霉的灭活率也显著降低（如图1）。机理研究显示，这种双向效应源于金属离子对活性物种生成路径的选择性调控。对于细菌，Co²⁺等金属离子通过快速催化PMS产生大量SO4^·—和·OH，这些自由基通过氧化破坏细菌细胞膜完整性，导致胞内物质泄漏而死亡；而真菌孢子凭借由几丁质和黑色素等物质构成的多层细胞壁，以及高效的活性氧（ROS）清除系统，对氧化剂具有更强的抗性。更关键的是，金属离子与Cl⁻竞争消耗PMS，抑制了HOCl的生成，而HOCl正是穿透真菌孢子细胞壁的关键物质（如图2）。扫描电镜与流式细胞术观察显示，未添加金属离子时，PMS/Cl⁻体系通过HOCl攻击使真菌孢子细胞壁出现明显褶皱和破损；而加入Co²⁺后，孢子表面损伤程度显著减轻。研究成果不仅首次揭示了金属离子在PMS/Cl⁻体系中灭活细菌和真菌的双向调控机制，更突破了“金属离子必然增强PMS消毒效果”的传统认知，为精准调控活性物种生成路径、实现不同微生物污染场景下的差异化消毒开辟了新思路。

图1.细菌和真菌孢子在不同PMS体系中的灭活速率常数

图2.反应机理图