在具有环境相关特性的水化学条件下，微塑料和纳米塑料对蓝藻（Microcystis aeruginosa）的生理影响及其产生的毒素风险会加剧

《Journal of Hazardous Materials》：Micro- and nanoplastic stress intensifies Microcystis aeruginosa physiology and toxin risks under environmentally relevant water chemistry conditions

微塑料（MPs）和纳米塑料（NPs）在环境相关浓度（0.5 mg/L）下显著促进蓝藻Microcystis aeruginosa的生长和毒素微囊素（MCs）的合成与释放，其中MPs增强胞内毒素合成，NPs促进胞外毒素释放，两者协同效应通过增加生物量、提升单细胞毒素产量及增强释放机制实现。钙浓度（50 mg/L）与EPS-塑料微环境形成协同作用，延长毒素在水柱中的存留时间。研究揭示了环境条件下塑料与蓝藻互作的复杂机制，强调需纳入EPS-塑料相互作用及真实离子环境的风险评估体系。

　　近年来，随着人类活动的加剧，微塑料（MPs）和纳米塑料（NPs）已成为淡水生态系统中备受关注的污染物。这些微小的塑料颗粒不仅广泛存在于自然水体中，还可能通过复杂的生态机制影响水生生物的生理功能和毒性表现。其中，蓝藻（Cyanobacteria）作为淡水生态系统中的关键初级生产者，其种群动态和毒素合成能力与水体中污染物的浓度和种类密切相关。特别是在全球气候变化背景下，蓝藻水华的分布、持续时间和发生频率都在增加，这使得蓝藻与微塑料、纳米塑料之间的相互作用成为环境科学领域的重要研究方向。

本研究聚焦于一种常见的蓝藻——微囊藻（Microcystis aeruginosa），探讨了在模拟自然离子条件下，微塑料和纳米塑料在环境相关浓度（0.5 mg/L）及未来预测浓度（4 mg/L）下的影响。研究结果表明，无论是微塑料还是纳米塑料，都显著促进了微囊藻的生物量增长和微囊藻毒素（MCs）的产生。其中，微塑料主要通过增强细胞内毒素的合成来发挥其作用，而纳米塑料则在共同暴露条件下显著提高了毒素的释放能力。这种差异表明，不同尺寸的塑料颗粒可能通过不同的机制影响蓝藻的生理过程和毒素动态。

进一步分析发现，总微囊藻毒素的积累是多种因素共同作用的结果，包括生物量的增加、单细胞毒素产量的提升以及毒素释放的增强。此外，通过共聚焦激光扫描显微镜（CLSM）观察到，在高浓度组中，塑料颗粒与胞外聚合物（EPS）呈现出显著的空间共定位现象，这可能意味着形成了EPS-塑料微环境，有助于稳定藻类聚集并延长毒素在水体中的存在时间。这一发现揭示了即使在环境浓度下，微塑料和纳米塑料也可能通过多种途径协同增强蓝藻的毒性。

在实验设计方面，本研究采用了一种微宇宙实验方法，使用荧光标记的聚苯乙烯微塑料（10 μm）和纳米塑料（20 nm），分别在0.5 mg/L和4 mg/L的浓度下进行测试。实验过程中，所有检测均在改良的BG11培养基中进行，并加入了50 mg/L的钙离子，以模拟太湖（Lake Taihu）的离子环境。太湖作为中国重要的淡水生态系统，其钙离子浓度较高，已被认为是促进微囊藻群体形成的关键因素之一。因此，选择这一环境条件进行实验，有助于更准确地反映真实水体中的情况。

本研究系统评估了微塑料和纳米塑料对微囊藻生长、毒素产生与释放、EPS分泌以及钙离子动态的影响。通过线性混合效应模型（LMM）分析时间序列数据，研究不仅量化了微塑料和纳米塑料对这些指标的独立影响，还揭示了它们之间的交互作用。结果表明，微塑料和纳米塑料的共同暴露在某些情况下可能产生拮抗效应，这提示我们不能简单地将两者的影响相加，而需要更深入地理解它们在复杂环境条件下的相互作用机制。

此外，本研究还发现，钙离子的存在可能在一定程度上缓解微塑料和纳米塑料对蓝藻的负面影响。例如，在高浓度组中，微囊藻的细胞密度显著增加，这表明在高钙条件下，微塑料和纳米塑料可能通过促进蓝藻的生理活动来增强其生长能力。这一现象为未来研究提供了新的视角，即在特定离子环境下，塑料污染可能与蓝藻的生态行为产生复杂的相互作用。

总体来看，本研究的结果表明，微塑料和纳米塑料即使在较低浓度下，也可能对蓝藻的生长和毒素合成产生显著影响。这种影响不仅体现在生物量的增加上，还涉及毒素的产生和释放机制，从而对水体中的毒素水平产生重要影响。因此，微塑料和纳米塑料的生态效应需要从更全面的角度进行评估，包括它们对蓝藻生理过程的多方面影响以及在不同离子环境下的行为变化。

研究的发现对于未来塑料污染的风险评估具有重要的启示意义。目前，许多关于塑料污染的研究往往基于实验室条件，其中使用的离子浓度通常低于自然水体的水平，这可能导致研究结果与实际环境存在偏差。因此，未来的研究应更加注重模拟真实水体的离子条件，并结合环境相关的污染物浓度进行实验，以更准确地评估塑料污染对蓝藻及其毒素动态的影响。

同时，本研究还强调了微塑料和纳米塑料在生态行为中的复杂性。例如，微塑料可能作为人工基质促进微生物的聚集，而纳米塑料则可能直接与藻类表面相互作用，甚至穿透细胞膜，从而对细胞内部结构和功能产生影响。这种差异表明，不同尺寸的塑料颗粒可能通过不同的生态机制影响水生生物的健康状况。因此，在评估塑料污染的生态风险时，需要综合考虑其物理特性、化学组成以及与生物体的相互作用方式。

此外，本研究的结果还提示我们，微塑料和纳米塑料的协同作用可能对水体生态系统的稳定性产生深远影响。例如，在高浓度条件下，微塑料和纳米塑料可能通过形成EPS-塑料微环境，促进蓝藻的聚集并延长毒素在水体中的存在时间。这种微环境的形成可能对水体中的毒素扩散、降解以及生态风险的传播产生重要影响。因此，未来的研究应更加关注塑料颗粒与EPS之间的相互作用，以及这种相互作用在不同环境条件下的表现。

综上所述，本研究不仅揭示了微塑料和纳米塑料对蓝藻生长和毒素合成的潜在影响，还强调了在环境相关条件下，这些影响可能更加显著。这一发现对于理解塑料污染的生态效应、评估其对水体环境的潜在风险以及制定相应的治理措施具有重要意义。同时，本研究也为未来的研究提供了新的方向，即在更复杂的环境条件下，综合考虑塑料颗粒、蓝藻生理以及离子环境的相互作用，以更全面地揭示塑料污染对水生生态系统的潜在影响。