揭示微塑料对亚历山大藻（Alexandrium pacificum）的潜在影响：从囊泡形成和毒素产生的角度

《Marine Environmental Research》：Uncovering the potential effect of microplastics on Alexandrium pacificum: From the perspective of cyst formation and toxin production

本研究探讨聚苯乙烯微塑料（PS）对有毒甲藻A.太平洋藻生长、孢囊形成及毒素产生的影响。结果表明，PS处理抑制细胞生长但促进孢囊形成，显著提高毒素细胞含量及胞外毒素比例，为评估微塑料与甲藻共存的生态风险提供依据。

　　在沿海水域中，毒藻爆发和微塑料污染已成为影响生态系统稳定的重要问题。其中，Alexandrium 属的藻类因其能够产生麻痹性贝类毒素（PSTs）而备受关注，这些毒素对海洋生态安全构成了严重威胁。Alexandrium pacificum 是一种典型的毒藻，广泛分布于中国、韩国、澳大利亚、俄罗斯和法国等国家的沿海水域。在不利的环境条件下，其营养细胞会形成休眠孢囊，沉降到海底以适应恶劣环境。当环境条件恢复适宜时，这些孢囊可以萌发为营养细胞，进而引发藻类爆发。因此，孢囊在 A. pacificum 藻类爆发过程中起到了关键的种子作用。

A. pacificum 作为海洋生态系统中的重要毒藻，其产生的 PSTs 是目前最广泛分布且对生态影响最大的藻类毒素之一。PSTs 中的正电荷胍基与动物体内电压门控钠离子通道的羧基相互作用，阻碍钠离子通过神经细胞膜，从而影响动作电位的正常形成，最终导致神经系统麻痹。这一过程不仅对贝类、鱼类等海洋生物的生长和生存构成威胁，还可能通过食物链累积，对人类健康和安全产生严重影响。此外，PSTs 的产生与藻类的生理状态和外部环境因素密切相关，如光照、温度、营养物质浓度等。

随着塑料制品的广泛使用，全球塑料产量在过去几十年中迅速增长。1950 年全球塑料产量仅为 170 万吨，而到 2018 年已达到 3.59 亿吨，年均增长率约为 5%。大量塑料废弃物通过填埋、焚烧或其他不当处理方式进入环境，随着时间推移，这些塑料逐渐分解为毫米甚至纳米级的微塑料碎片。微塑料的形成过程包括物理磨损、生物降解、光降解和光氧化等。直径小于 5 毫米的塑料颗粒被定义为微塑料，它们是海洋环境中常见的污染物。沿海水域是微塑料污染最为严重的区域之一，例如中国山东的桑沟湾微塑料浓度高达 89,500 ± 20,600 个/立方米，而上海附近海域的微塑料浓度约为 27,840 ± 11,810 个/立方米。

已有研究表明，微塑料对多种藻类具有显著的毒性作用。这些藻类包括 Amphidinium carterae、Skeletonema costatum、Karenia mikimotoi、Prorocentrum donghaiense 和 Akashiwo sanguinea 等。微塑料可以抑制藻类细胞的光合作用，促进活性氧（ROS）的生成，并导致生理代谢紊乱、生长受阻，甚至细胞死亡。此外，微塑料还可能通过影响 ROS 的水平间接调节毒素的合成过程。作为藻类细胞的次级代谢产物，毒素的合成依赖于光合作用等初级代谢过程提供的前体物质和能量。因此，微塑料作为一种外部环境压力源，可能通过干扰藻类细胞的生理功能，进而影响其毒素的产生。

尽管已有研究显示微塑料对 Alexandrium pacificum 的细胞内毒素含量有显著提升作用，但大多数研究并未关注微塑料对毒素释放的影响。因此，关于微塑料如何影响藻类细胞的总毒素生产，包括细胞内的毒素合成和细胞外的毒素释放，仍存在许多未知。此外，微塑料是否能够刺激 Alexandrium 藻类的毒素细胞配额（即单个细胞产生的毒素量）增加，也是一个值得进一步探讨的问题。

本研究选择 A. pacificum 作为实验对象，使用聚苯乙烯（PS）微塑料，这是一种在近海环境中较为常见的微塑料类型。实验主要探讨 PS 微塑料对 A. pacificum 细胞生长和孢囊形成的影响，并测量 PS 处理后细胞内和细胞外 PSTs 的含量及毒性。此外，基于细胞密度和毒素产量，我们还对毒素细胞配额进行了分析。通过这些实验，我们希望为评估和预测微塑料与毒藻共存情况下对沿海水域生态风险提供理论依据。

在实验材料方面，A. pacificum（ATHK 株）由江苏海洋大学海洋科学与渔业学院维护。实验所用的海水取自海州湾，经过 0.45 微米滤膜过滤并高温灭菌（121°C，30 分钟）。藻类细胞在 L1 培养基中培养，光照周期为 12 小时光照 / 12 小时黑暗，培养温度为 20°C（±1°C）。实验所用的 PS 微塑料颗粒为 150 微米，由广东东莞的华创塑料科技有限公司提供。

在实验方法方面，实验设计旨在系统评估 PS 微塑料对 A. pacificum 的影响。实验分为多个处理组，包括不同浓度的 PS 微塑料处理，以及对照组。每组实验均在相同的环境条件下进行，以确保实验结果的可比性。通过定期监测细胞密度和孢囊比例，我们能够评估 PS 对藻类细胞生长和孢囊形成的影响。同时，我们还测量了处理后细胞内和细胞外 PSTs 的含量，并分析了这些毒素的毒性。此外，我们还计算了毒素细胞配额，以评估 PS 是否影响了单个细胞的毒素产生能力。

实验结果显示，在 PS 微塑料处理下，A. pacificum 的细胞生长受到抑制，而孢囊的比例则显著增加。在处理 8 天后，100 mg/L PS 组的孢囊比例达到 47.70 ± 3.84%，显著高于对照组（p < 0.01）。这一结果表明，PS 微塑料在一定程度上促进了 A. pacificum 的孢囊形成。同时，实验还发现，PS 处理后，细胞外毒素占总毒素含量的比例显著增加。在处理 8 天和 16 天时，PS 处理组的毒素细胞配额均显著高于对照组（p < 0.05）。这表明，尽管 PS 微塑料并未刺激 A. pacificum 的总毒素产量增加，但可能在一定程度上促进了 PSTs 的释放。

这些结果具有重要的生态意义。首先，PS 微塑料对 A. pacificum 的细胞生长和孢囊形成的影响可能影响藻类的生命周期，进而改变其在海洋生态系统中的作用。孢囊的形成和萌发是藻类爆发的重要机制，因此，微塑料对孢囊形成的影响可能对藻类的爆发频率和规模产生影响。其次，PS 微塑料对毒素释放的影响可能增加毒素在海洋环境中的扩散，进而对海洋生物和人类健康构成更大的风险。由于 PSTs 可能通过食物链累积，因此，微塑料对毒素释放的影响可能放大其生态风险。

此外，本研究还揭示了微塑料对藻类毒素产生机制的潜在影响。虽然微塑料并未显著提高 A. pacificum 的总毒素产量，但其对毒素细胞配额的提升表明，微塑料可能通过某种机制改变了细胞内的毒素合成过程。这种机制可能是通过影响细胞内的代谢活动，例如促进 ROS 的生成，从而间接影响毒素的合成和释放。因此，微塑料可能成为一种外部环境压力源，通过干扰细胞的生理功能，改变其毒素的产生和释放模式。

在当前的生态环境背景下，微塑料与毒藻的共存可能对沿海水域的生态安全构成双重威胁。一方面，微塑料的积累可能改变藻类的生长模式，影响其生命周期，进而改变其在生态系统中的作用。另一方面，微塑料可能促进毒素的释放，增加毒素在海洋环境中的扩散，对海洋生物和人类健康产生更大的影响。因此，理解微塑料与毒藻之间的相互作用机制对于评估和预测沿海水域的生态风险具有重要意义。

本研究的发现也为未来的生态风险评估提供了理论支持。例如，在微塑料污染严重的沿海水域，藻类爆发的可能性可能增加，而毒素的释放也可能更加频繁。因此，需要加强对这些区域的监测，以评估微塑料对生态系统的潜在影响。此外，研究还表明，微塑料对毒素的释放可能具有一定的促进作用，因此，在评估生态风险时，不应仅关注毒素的合成，还应考虑毒素的释放过程。

总的来说，本研究揭示了微塑料对 A. pacificum 的细胞生长、孢囊形成和毒素释放的影响。这些影响可能对沿海水域的生态安全构成威胁，因此，需要进一步研究微塑料对其他毒藻的影响，以全面评估其生态风险。此外，还需要探讨微塑料对毒素释放的具体机制，以及其对整个生态系统的影响。通过这些研究，我们希望能够为海洋生态保护和污染治理提供科学依据，促进可持续发展。