荧光二氧化硅纳米颗粒作为卤虫摄食标记物的毒性评估及其生态研究应用价值

本研究针对海洋浮游动物摄食行为观测的技术瓶颈，创新性地采用荧光二氧化硅纳米颗粒(FSNPs)作为标记物，以卤虫(Artemia franciscana)为模型，系统评估了其物理特性、急性/慢性毒性及标记效率。研究发现64 nm粒径的FSNPs在16 mg/L浓度下可实现高效荧光标记且不影响运动摄食行为，为短期生态行为研究提供了安全可靠的新型标记工具，成果发表于《Scientific Reports》。

　　

在海洋生态研究中，浮游动物的摄食行为观测长期面临技术挑战。传统方法如残余食物测量或显微观察，要么只能获得群体数据，要么会干扰生物正常活动。更先进的电化学技术虽能实现个体监测，但设备复杂昂贵。纳米技术的兴起为解决这一难题提供了新思路，但现有荧光标记材料如量子点(QDs)和微塑料存在毒性大、易光漂白等问题。

泰国普吉王子大学海洋微生物实验室与朱拉隆功大学生物系行为生态实验室的研究团队，创新性地将包裹Rubpy染料的荧光二氧化硅纳米颗粒(FSNPs)应用于海洋浮游动物研究。通过水包油反相微乳液技术合成的64 nm球形颗粒，在365 nm紫外光激发下产生614 nm的稳定荧光。研究以卤虫为模型，采用急性毒性测试(1-1,024 mg/L浓度梯度)、运动轨迹分析(AnimalTA软件)、摄食率测定(酵母细胞计数法)等技术，系统评估了FSNPs的生态适用性。

物理特性

透射电镜显示FSNPs呈均匀球形，海水中的zeta电位达-59.69 mV，确保良好分散性。光谱分析证实其在海水环境保持稳定荧光特性。

急性毒性

24小时暴露实验显示所有浓度组(最高1,024 mg/L)均未引起显著死亡率或运动障碍(P>0.05)。但48小时后256 mg/L组出现12.3%死亡率，提示高浓度长期暴露存在风险。

标记优化

通过荧光强度评分系统发现，16 mg/L为最佳工作浓度，标记效率达90%以上，且食物存在可加速颗粒排出(80%个体15分钟内清除)。

生理影响

16 mg/L浓度下，卤虫运动速度(3.20 mm/s)与对照组无差异(W=968.0, P=0.99)，摄食率(34.03 cells/h)也未受显著影响。但慢性实验显示连续暴露组LT₅₀降至8.9天，提示需限制使用时长。

标记机制

共聚焦显微镜证实FSNPs仅存在于消化道，未附着体表。与DAPI标记酵母共喂实验显示颗粒与食物同步移动，排泄物中可见荧光粪便。

该研究首次证实FSNPs作为短期摄食标记物的优越性：① 优异的光稳定性(Rubpy染料受二氧化硅基质保护)；② 生物相容性好(急性暴露无毒性)；③ 观测便捷(普通紫外显微镜即可检测)。但研究者强调，连续暴露导致的慢性毒性(如256 mg/L组存活率下降)提示其适用应限于短期实验。这一成果为浮游动物摄食生态学研究提供了创新工具，未来可拓展至其他海洋微小型生物的行为追踪研究。