激光共聚焦荧光显微三维微图谱揭示塑际圈中微生物的层状结构及有害甲藻附着机制

为解决海洋塑料污染与有害藻华(HABs)扩散的耦合风险，研究人员通过多通道激光扫描共聚焦荧光显微技术(3D-LSCFM)对塑际圈(plastisphere)进行三维微图谱分析，揭示了PET/PVC/PMMA/PC四种塑料表面以硅藻-细菌为主的层状结构，并首次证实浮游态甲藻(dinoflagellates)通过胞外聚合物(EPS)黏附机制定植于塑际圈，为评估塑料介导的藻华物种跨区域传播提供了新依据。

　　

海洋塑料污染正以每年数百万吨的速度累积，这些持久性塑料碎片不仅携带污染物，更成为微生物的"移动城堡"——塑际圈(plastisphere)。特别令人担忧的是，塑际圈可能作为"特洛伊木马"帮助有害藻华物种(HABs)突破自然扩散限制，但此前对塑际圈的三维结构及其与有害藻类的互作机制知之甚少。日本的研究团队在《Harmful Algae》发表的研究中，创新性地采用四通道激光扫描共聚焦荧光显微镜(3D-LSCFM)，结合DNA染色、叶绿素自发荧光、胞外多糖染色和反射成像技术，首次绘制出塑际圈的三维微图谱。

研究团队在相模湾开展10天原位实验，对聚乙烯对苯二甲酸酯(PET)、聚氯乙烯(PVC)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)和聚碳酸酯(PC)四种塑料及玻璃对照进行多时段观测。通过建立五通道成像体系(新增EPS染色)，结合三维定量分析软件，揭示了塑际圈的三维拓扑结构与微生物定植规律。

微图谱实验：定位与样本制备
在相模湾15.5-16.8°C稳定水温条件下，33×33×1 mm的塑料样品通过不锈钢网格悬浮于1米水深。取样后立即进行多色荧光标记：SYBR Gold染色DNA、ConA标记α-甘露糖/葡萄糖(示踪EPS)、反射通道捕捉塑料表面形貌。

结果
所有塑料表面均在10天内形成以舟形藻(Navicula-like)为主的硅藻-细菌生物膜。三维重构显示塑际圈呈现明显层状结构：底层为2-5 μm厚的EPS基质层，中层密集分布细菌(10³-10⁴ cells/mm²)，表层富集光合微生物。关键发现是识别出浮游态甲藻(包括产毒种Alexandrium和赤潮种Ostreopsis)通过EPS黏附定植，其叶绿素荧光特征证实为营养细胞而非休眠孢囊。

讨论
该研究首次量化了塑际圈的三维结构参数：EPS基质厚度与甲藻附着率呈正相关(r=0.82)，表明黏度而非塑料类型是甲藻定植的关键因素。这颠覆了传统认知——此前认为只有底栖型或孢囊期甲藻能附着。研究预测，塑料介导的甲藻扩散可能加速赤潮的跨洋传播，特别是在暖化背景下EPS分泌量增加的海洋环境。

这项研究建立的3D-LSCFM微图谱技术为塑际圈生态功能研究提供了新范式，其揭示的EPS介导定植机制为开发防生物膜涂层指明了方向。更深远的意义在于，将海洋塑料污染与藻华灾害的关联研究从定性描述推进到定量机制解析层面，为全球海洋风险评估提供了关键科学依据。