《Environmental Chemistry and Ecotoxicology》：Complex co-contaminant responses of
Chlorella sp. and its phycosphere microbiota under co-exposure to PET microfibers and oxytetracycline
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本研究针对水生环境中普遍共存的微塑料纤维（PET-MFs）与抗生素（OTC）复合污染问题，系统评估了其对小球藻（Chlorella sp.）及其藻际微生物组的联合生态效应。研究发现，PET-MFs通过遮光、营养限制和氧化应激显著抑制藻类生长，并重塑微生物群落结构；OTC虽对生物量影响有限，但诱导了广泛的代谢抑制和抗性基因（ARGs）富集。两者共暴露表现出复杂的非加性效应，在转录水平产生协同放大扰动，揭示了藻类生理状态在调控微生物组稳定性和抗性基因动态中的核心作用，为评估新兴污染物复合生态风险提供了新视角。
研究背景：当“白色污染”遇上“药物残留”
在当今的水生环境中，微塑料（Microplastics, MPs）和抗生素已成为两类备受关注的新兴污染物。其中，来自纺织品洗涤和包装废弃物的聚对苯二甲酸乙二醇酯微纤维（Polyethylene terephthalate microplastic fibers, PET-MFs）因其纤维状形态和巨大的比表面积，在水体中尤为普遍。与此同时，土霉素（Oxytetracycline, OTC）作为一种广泛用于水产养殖和畜牧业的抗生素，其残留物通过排泄物进入水体，对水生生物构成潜在威胁。这两类污染物在水环境中往往共存，但它们的联合生态效应，特别是对水生生态系统的基石——藻类及其共生微生物群落（即藻际微生物组，phycosphere microbiome）的复合影响，尚不明确。
藻类作为初级生产者，与藻际微生物组之间存在着紧密的互惠共生关系。藻类为微生物提供光合产物和氧气，而微生物则帮助藻类转化营养物质、分泌生长促进物质并协助抵抗环境胁迫。这种平衡一旦被打破，可能引发连锁反应，威胁整个生态系统的稳定。因此，深入探究PET-MFs与OTC的复合污染如何影响藻类生理及其藻际微生物组，对于准确评估其生态风险至关重要。
研究概览
为了回答上述问题，邓佳烨、张莹莹等研究人员在《Environmental Chemistry and Ecotoxicology》上发表了一项研究，系统评估了PET-MFs和OTC对小球藻（Chlorella sp.）及其藻际微生物组的联合效应。研究设置了六组实验，包括低浓度PET-MFs（LMF, 5000 particles/L）、高浓度PET-MFs（HMF, 50,000 particles/L）、OTC（2 mg/L）以及它们的组合（LMO和HMO），并进行了为期28天的暴露实验。
关键技术方法
研究采用了多组学整合分析策略。在生理层面，通过光学显微镜和扫描电镜（SEM）观察了藻类与微纤维的相互作用；通过分光光度法测定了藻类生长（OD680）、光合色素（叶绿素a、叶绿素b、类胡萝卜素）、可溶性蛋白和胞外聚合物（EPS）含量，以及抗氧化酶（SOD, CAT, GPX）活性。在分子层面，利用转录组测序（RNA-seq）分析了小球藻的基因表达谱；利用16S rRNA扩增子测序分析了藻际微生物群落结构；利用实时荧光定量PCR（qPCR）技术定量了抗生素抗性基因（ARGs）和可移动遗传元件（MGEs）的绝对丰度。
研究结果
1. 藻类与微纤维的物理相互作用
显微镜观察发现，在含有PET-MFs的处理组中，大量小球藻细胞附着在纤维表面，形成了明显的聚集簇。而在不含微纤维的对照组和OTC组中，藻细胞则分布均匀。这表明微纤维的存在改变了藻类的空间分布，增加了细胞间的接触和聚集。
2. PET-MFs和OTC对小球藻生理的复合影响
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生长与光合作用：PET-MFs对藻类生长表现出剂量依赖性的抑制作用，而OTC单独暴露对生物量影响不大。在共暴露组中，藻类生长介于单因素处理之间，表现出拮抗效应。然而，光合效率（Fv/fm）和光合色素含量在共暴露下受到显著抑制，表明光合系统受到了损伤。
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抗氧化系统：抗氧化酶活性分析显示，PET-MFs和OTC的暴露诱导了氧化应激。低浓度PET-MFs初期激活了超氧化物歧化酶（SOD）活性，但高浓度暴露和长期暴露导致过氧化氢酶（CAT）活性持续下降，谷胱甘肽过氧化物酶（GPX）活性代偿性升高，表明抗氧化系统处于过载状态。
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转录组响应：转录组测序揭示了强烈的剂量效应。LMF组仅诱导了216个差异表达基因（DEGs），而HMF组则诱导了2920个DEGs。OTC单独暴露诱导了2443个DEGs，主要抑制了糖酵解/丙酮酸代谢和光合作用相关基因的表达。共暴露产生了协同放大效应，LMO和HMO组分别诱导了7126和12880个DEGs，远超单因素处理的总和。KEGG通路富集分析表明，共暴露导致碳氮代谢、能量代谢和遗传信息处理等核心通路被广泛抑制，而应激相关通路被激活。
3. 藻际微生物组结构与抗性基因的动态变化
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群落结构：高浓度PET-MFs显著改变了藻际微生物群落结构，导致关键共生菌属（如Rhodobacter和Brevundimonas）丰度下降，而Paucibacter等菌属被富集。然而，在共暴露组中，微生物群落结构表现出一定的稳定性，未发生剧烈变化。
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抗性基因与可移动遗传元件：尽管总细菌丰度变化不大，但抗性基因（ARGs）和可移动遗传元件（MGEs）的丰度显著增加。所有含有微纤维的处理组中，整合酶基因intI2的丰度均升高；OTC暴露显著促进了四环素抗性基因（tetA, tetC, tetG, tetM, tetW, tetZ）的富集。这表明污染物暴露增加了微生物群落的抗性潜力和基因水平转移风险。
4. 藻类生理、微生物组与抗性基因的关联
相关性分析揭示了藻类生理状态、微生物群落和抗性基因之间的紧密联系。藻类的生长指标（OD680、叶绿素a、Fv/fm）与关键菌属的丰度显著相关，而这些菌属的丰度又与int和tet模块的丰度共变。此外，藻类分泌的可溶性蛋白和EPS含量与更高的int和tet信号呈正相关。这表明藻类的生理状态是调控微生物群落结构和抗性基因动态的上游关键因素。
结论与讨论
本研究系统揭示了PET-MFs和OTC对小球藻及其藻际微生物组的复合污染效应。PET-MFs主要通过遮光、营养限制和诱导氧化应激来抑制藻类生长，并重塑微生物群落结构；OTC则通过抑制核心代谢通路和诱导抗性基因富集来发挥其生态毒性。两者共暴露表现出复杂的非加性效应：在生理层面表现为拮抗，但在转录水平上产生了协同放大扰动。
更重要的是，研究揭示了藻类生理状态在调控藻际微生物组稳定性和抗性基因传播中的核心作用。藻类通过分泌可溶性蛋白和EPS等物质，不仅为微生物提供了营养和栖息地，还可能作为信号分子影响微生物的基因表达和水平基因转移。因此，在评估微塑料和抗生素的复合生态风险时，不能仅仅关注污染物对微生物群落的直接杀伤作用，更应重视其对藻类宿主的生理扰动，以及由此引发的间接级联效应。这项研究为理解污染物-藻类-微生物三者之间的互作机制提供了新的视角，强调了在复合污染背景下，藻类作为“生态工程师”在维持水生生态系统稳定中的关键地位。
