低剂量草甘膦通过C-P键膦酸盐促进浮游植物群落增殖的生态机制及其对有害藻华的潜在影响

本研究针对全球广泛使用的草甘膦除草剂对水生生态系统的潜在风险，通过单培养和共培养实验，揭示了低浓度(0.05 mg/L)草甘膦(C-P键膦酸盐)可显著促进铜绿微囊藻(Microcystis aeruginosa)和不等片多甲藻(Peridinium umbonatum var. inaequale)的增殖，并改变沉积物-水界面浮游植物群落结构，为农业径流引发有害藻华(HABs)提供了新机制。研究发表于《Microbial Ecology》，对水体富营养化防控具有重要启示。

　　

随着农业集约化发展，草甘膦(Glyphosate)作为全球使用最广泛的除草剂，通过地表径流持续输入水体，其生态效应引发广泛关注。尤其在水体磷限制背景下，草甘膦分子中的C-P键可能成为浮游植物的替代磷源，但这一过程如何影响浮游植物群落演替及有害藻华形成仍不明确。中国科学院水生生物研究所的研究团队通过创新性实验设计，揭示了低剂量草甘膦驱动浮游植物群落重构的生态机制，相关成果发表于《Microbial Ecology》。

研究采用表型微阵列(PM4A)高通量筛选、单/共培养系统及沉积物-水界面微宇宙实验，结合碱性磷酸酶活性(APA)检测和荧光标记技术，系统评估了三种代表性藻类对C-P键膦酸盐的利用差异及其生理响应。

单培养实验中磷源利用差异

通过PM4A微孔板测试发现，铜绿微囊藻对膦酸乙酸(phosphonoacetic acid)等C-P键化合物的利用率显著高于C-O-P键磷源(p<0.05)，其最大比生长速率达2.3 day^-1。而不等片多甲藻虽能利用部分C-P键磷源，但绿藻(Scenedesmus bijuga)则完全无法利用这类磷源(图1D-F)。

草甘膦单培养的生理响应

暴露于0.05 mg/L草甘膦20天后，铜绿微囊藻生物量达116.72 mg/L，较对照组提高67%。其生长速率与可溶性蛋白(r=0.82)和APA(r=0.76)显著正相关(图2B,D,F,H)。不等片多甲藻则通过增加可溶性蛋白(1.7 mg/mg)应对胁迫，但APA活性低于对照组(p<0.001)，表明二者存在不同的磷获取策略(图2A,C,E,G)。

共培养竞争动态

草甘膦处理组中铜绿微囊藻始终占据竞争优势，第20天生物量占比达78%。值得注意的是，其竞争优势与生理指标无显著相关性，提示可能存在直接降解草甘膦的能力(图3B,D)。

沉积物-水界面群落重构

九龙江沉积物实验显示，当初始蓝藻生物量>20%时，草甘膦处理组蓝藻比例从20.8%激增至57.7%，生物量达对照组的5倍(图5D-F)。荧光显微证实藻细胞表面碱性磷酸酶活跃(图4)，表明C-P键直接利用是竞争优势的关键。

该研究首次系统论证了低剂量草甘膦通过"磷源替代-生理适应-群落重构"三级机制促进蓝藻水华的生态过程。尤其在农业流域沉积物中，草甘膦的持续输入可能打破浮游植物竞争平衡，为解释全球范围有害藻华频发提供了新视角。研究成果对制定基于磷形态管理的藻华防控策略具有重要指导价值，也为评估新型除草剂生态风险建立了方法学范式。