不同产毒型Prymnesium parvum藻株对大型溞的毒性差异研究——以2022年奥德河生态灾难藻株为基准

《Hydrobiologia》：Benchmarking toxic effects on Daphnia magna of the Prymnesium parvum strain causing the 2022 Oder River fish kill

本期推荐一项关于有害藻华生态影响的重要研究。为解决Prymnesium parvum藻株特异性毒性对浮游动物影响的认知空白，研究人员开展了三种产毒类型（A型UTEX2797、B型ODER1、C型RCC3427）藻株对大型溞（Daphnia magna）的毒性基准研究。结果表明C型藻株RCC3427毒性最强（10,000 cells/mL浓度24小时即致100% immobilization），而引发奥德河鱼灾的B型藻株ODER1毒性最弱。该研究为预测藻华对浮游动物群落级联效应提供了关键毒理学依据。

　　

2022年夏季，中欧的奥德河发生了一场生态灾难，超过360吨的鱼类、贝类和螺类死亡，河水生态系统遭受重创。后续研究证实，这场灾难的元凶是一种名为Prymnesium parvum（帕尔默藻）的有害藻华（HABs）物种。这种藻类能够产生一类名为prymnesins的毒素，对鱼类等用鳃呼吸的水生生物具有极强的毒性。然而，除了对鱼类的直接影响外，科学家们开始关注P. parvum对水生食物网中另一个关键环节——浮游动物（zooplankton）的影响。浮游动物，特别是像大型溞（Daphnia magna）这样的枝角类，通常扮演着“清道夫”的角色，通过摄食藻类对藻华进行自上而下（top-down）的控制。如果P. parvum的毒素同样对浮游动物构成威胁，那么藻华的发生就可能破坏这种控制机制，从而形成恶性循环，加剧藻华的规模和危害。

一个关键的科学问题是，不同来源的P. parvum藻株其毒性是否一致？此前的研究表明，P. parvum产生的prymnesin毒素主要分为A、B、C三种类型，其对鱼类的毒性强弱通常被认为是A型 > C型 > B型。例如，引发奥德河鱼灾的藻株（ODER1）被鉴定为产生B型prymnesins，其毒性相对较弱。但是，这种基于鱼类或人类细胞系的毒性排名，是否同样适用于浮游动物？特别是，对于奥德河这种刚刚经历重大生态事件的河流，其藻株对本地浮游动物的实际毒性如何，对于评估生态恢复进程至关重要。为了回答这些问题，由Abrehet Kahsay领衔的研究团队在《Hydrobiologia》上发表了他们的最新研究，他们对ODER1藻株的毒性进行了系统性的“基准测试”，并将其与两种已知产A型毒素（UTEX2797）和C型毒素（RCC3427）的经典藻株进行了对比，旨在揭示藻株特异性毒性对大型溞的直接影响。

为开展研究，研究人员主要应用了几个关键技术方法：首先，他们选取了三种产不同毒素类型（A型UTEX2797、B型ODER1、C型RCC3427）的P. parvum藻株，在标准实验室条件下（f/2培养基，4 ppt盐度，20°C，16:8光暗周期）进行预培养，确保实验开始时藻株处于指数生长期。其次，研究采用了国际经合组织（OECD）标准的急性毒性测试指南（Test No. 202），以大型溞（Daphnia magna）新生幼体（≤24小时）为模型生物，将其暴露于一系列具有生态相关性的藻细胞浓度梯度（5,000至200,000 cells/mL）中。第三，通过定时（24、48、72小时）观察并记录大型溞的immobilization（ immobilization，即不动）作为死亡率指标，并利用广义线性模型（GLM）进行统计分析，考察藻株、浓度、时间及其交互作用对毒性的影响。

研究结果

不同P. parvum藻株对大型溞的毒性存在显著差异

研究发现，三种藻株均能引起大型溞的immobilization，且毒性强弱存在明显差异。总体而言，产C型prymnesins的藻株RCC3427毒性最强，平均immobilization率高达97%；其次是产A型prymnesins的藻株UTEX2797，平均immobilization率为84%；而来自奥德河的产B型prymnesins的藻株ODER1毒性最弱，平均immobilization率为36%。统计分析表明，藻株身份本身对毒性结果有极其显著的影响。

藻细胞浓度和暴露时间共同影响毒性效应

对于所有三种藻株，大型溞的immobilization率均随着藻细胞浓度的升高和暴露时间的延长而增加。这种剂量-效应和时间-效应关系在统计学上也非常显著。然而，不同藻株达到100% immobility所需的浓度和时间阈值截然不同，这进一步凸显了藻株特异性的毒性特征。

各藻株的毒性特征

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  UTEX2797 (A-type): 在50,000 cells/mL的浓度下，暴露24小时即可导致100%的immobilization。在25,000 cells/mL的较低浓度下，48小时和72小时也达到了100%的immobilization。
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  ODER1 (B-type): 即使在最高的200,000 cells/mL浓度下，24小时和48小时的immobilization率也仅为55%和70%，直到72小时才达到95%。这表明其毒性作用相对缓慢且强度较低。
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  RCC3427 (C-type): 毒性最为剧烈，在10,000 cells/mL的低浓度下，仅24小时暴露就导致100%的immobilization。甚至在5,000 cells/mL的浓度下，48小时和72小时的immobilization率也高达85%。

研究结论与意义

本研究通过严格的实验室基准测试，清晰地表明P. parvum对大型溞的毒性是藻株特异性的。虽然毒性强弱排序（RCC3427 > UTEX2797 > ODER1）与基于鱼类细胞的prymnesin毒素类型毒性排名（A > C > B）并不完全一致（本研究中C型藻株毒性最强），但确实证实了不同毒素类型藻株间存在显著毒性差异。特别是，尽管引发奥德河灾难的ODER1藻株（B型）在三种藻株中毒性最弱，但它在接近自然环境中所观测到的藻华浓度（例如奥德河峰值浓度约116,900 cells/mL）下，仍然能够对大型溞造成显著的致死效应。这意味着，即使是“低毒性”藻株，当其形成高生物量的藻华时，也完全有能力对浮游动物群落造成毁灭性打击。

这项研究的重要意义在于，它将有害藻华的研究视角从单一的鱼类死亡事件，扩展到了对整个水生生态系统关键功能环节的影响评估。浮游动物，特别是像大型溞这样的关键物种，其种群崩溃会解除对藻类的摄食压力，可能进一步刺激藻华的增长，形成正反馈，从而延长藻华的持续时间并扩大其生态破坏力。因此，在评估P. parvum藻华的生态风险时，不能仅关注藻株的产毒类型或其对鱼类的直接毒性，还必须考虑其对浮游动物等营养级生物的潜在影响。研究者指出，未来的研究需要纳入更多同种毒素类型的藻株以验证普适性，并考虑自然环境中的多种因子（如营养盐、微生物相互作用等）对毒素产生的调节作用，以及浮游动物自身可能存在的地理适应和基因型间差异。总之，这项工作强调了在管理和预测有害藻华时，进行藻株水平的毒性鉴定和生态风险评估的紧迫性和重要性，为保护水生生物多样性和生态系统健康提供了更科学的依据。