穗花狐尾藻提取物单次与多次暴露对铜绿微囊藻的差异化调控效应及机制

本研究针对藻类生物防控中传统方法成本高、生态风险大的问题，创新性比较了穗花狐尾藻（Myriophyllum spicatum）提取物单次高剂量（5 g/L）与多次低剂量暴露对铜绿微囊藻（Microcystis aeruginosa）的差异化影响。研究发现重复低剂量暴露反而促进藻类生长并上调微囊藻毒素（MCs）合成基因mcyD，而单次高剂量通过抑制光合活性（58.2%细胞密度抑制率）和诱发氧化损伤（MDA含量达对照组2.8倍）实现有效控制，为藻华治理的时序剂量优化提供了关键理论依据。

　　

藻华暴发已成为全球水域生态系统的重大威胁，其引发的缺氧、毒素释放和栖息地破坏对水生生物和人类健康构成多重挑战。传统物理化学治理方法存在成本高昂和二次污染风险，而生物防控中基于化感作用（allelopathy）的植物提取物应用虽前景广阔，却面临关键科学问题：自然水体中植物持续释放的低剂量化感物质与实验室常用的单次高剂量处理存在显著环境差异，这种暴露模式的生物学效应差异尚未阐明。

江苏省自然科学基金支持的研究团队在《Algal Research》发表论文，首次系统比较了穗花狐尾藻（Myriophyllum spicatum）提取物单次高剂量（5 g/L）与累积量相同的多次低剂量暴露对产毒蓝藻铜绿微囊藻（Microcystis aeruginosa）的差异化影响。研究采用酶解法制备植物提取物，通过监测细胞密度、光合参数（F_v/F_m）、抗氧化酶活性（CAT、SOD）、膜脂过氧化标志物丙二醛（MDA）以及微囊藻毒素（MCs）合成转运基因（mcyD、mcyH）表达等指标，揭示了暴露模式对化感效应的影响机制。

藻类生长
细胞密度数据显示，尽管累积暴露量相同，多次低剂量组（T0.5、T1）在第5天分别出现27.3%和48.9%的生长促进，而单次高剂量组抑制率达58.2%。这表明化感物质存在明显的"剂量-时间"交互效应，低剂量重复刺激可能诱发藻类的适应性反应。

光合响应
单次高剂量处理导致光合效率F_v/F_m持续下降，反映光系统II受损；而重复低剂量组初期受抑制后恢复，提示藻类通过生理调节重建光合功能。这种差异解释了生长响应的两极分化现象。

氧化应激与膜损伤
所有处理组均检测到超氧化物歧化酶（SOD）和过氧化氢酶（CAT）活性升高，证实氧化应激发生。但仅单次高剂量组出现显著膜损伤，其MDA含量在第2-5天分别为对照组的1.9-2.8倍，说明急性暴露超越藻细胞的氧化防御阈值。

微囊藻毒素动态
基因分析显示重复低剂量上调毒素合成基因mcyD，促进MCs合成；而单次高剂量通过抑制转运基因mcyH导致胞内毒素蓄积，细胞裂解释放MCs。这一发现对评估不同防控策略的毒素风险具有重要警示意义。

该研究首次阐明化感物质暴露模式可根本性改变其对蓝藻的调控方向：重复低剂量可能通过诱导适应性反应加剧藻华风险，而脉冲式高剂量处理能有效破坏藻细胞稳态。这一发现为水域管理中化感物质施用策略提供了关键科学依据——在操作实践中应避免长期低剂量投放，采用间歇性高剂量处理可同时实现生长抑制和毒素控制。研究还建立了"剂量-时间-效应"分析框架，为其他水生植物化感物质的开发应用提供了方法论参考。