盐度与海水淡化添加剂对褐藻Lessonia berteroana的复合毒性效应及其在海洋生物监测中的应用

为解决海水淡化排放的高盐废水(含抗垢剂DTPMP和混凝剂FeCl3)对海洋生态的潜在影响，研究人员以智利特有褐藻Lessonia berteroana为模式生物，通过96小时暴露实验评估其生理生化响应。研究发现盐度超过38.4 PSU会显著抑制光合作用(ETRmax降低43%)并引发氧化应激(脂质过氧化增加3.6倍)，而DTPMP会使盐度耐受阈值从51 PSU降至44.9 PSU。该研究为建立基于生物标志物的早期环境预警系统提供了科学依据。

　　

随着全球水资源短缺加剧，海水淡化技术成为干旱沿海地区的重要淡水来源。然而这一过程产生的超高盐度废水（brine）排放，正对海洋生态系统构成新的威胁。智利北部的阿塔卡马沙漠——地球上最干旱的地区之一，已有6座海水淡化厂投入运行，另有4座在建，预计到2030年淡水产量将增加328%。这些设施每天向海洋排放大量含盐量达58-65.3 PSU（实用盐度单位）的废水，远超自然海水33.2 PSU的水平。更令人担忧的是，废水中还含有用于防止膜结垢的膦酸盐类抗垢剂（如DTPMP）和去除有机物的铁基混凝剂（FeCl₃），这些化学物质的协同效应可能加剧生态风险。

目前，智利缺乏针对本土物种的盐度耐受阈值数据，现有排放标准主要基于物理稀释模型而非生态毒理学证据。为此，来自智利阿塔卡马大学海岸研究中心的Edgardo Cruces团队选择当地特有褐藻Lessonia berteroana作为生物指示物种。这种分布于潮间带的大型藻类不仅是智利北部海岸带的关键初级生产者，其丰富的生理响应指标（从光合参数到抗氧化物质）更使其成为环境应激研究的理想模型。研究团队通过实验室控制实验，首次系统评估了盐度梯度与典型海水淡化添加剂对L. berteroana的复合毒性效应，相关成果发表在《Journal of Hazardous Materials Advances》。

研究采用多组96小时暴露实验设计，采集自阿塔卡马大岛海洋保护区的藻体样本在14°C恒温条件下，分别暴露于不同浓度的盐水（33.2-66.4 PSU）、DTPMP（0-10 mg/L）和FeCl₃（0-40 mg/L）单一及复合处理。通过脉冲振幅调制荧光仪（JUNIOR-PAM）测定最大电子传递速率（ETR_max）和光化学效率（α_ETR），采用丙酮萃取法分析光合色素含量，并利用硫代巴比妥酸反应法检测脂质过氧化产物丙二醛（MDA）。此外，通过干燥称重法测定组织含水量，采用Folin-Ciocalteu法量化总酚类化合物。所有数据通过Origin 2018b进行剂量-响应模型拟合，计算半数效应浓度（EC₅₀）。

3.1 光合系统的敏感性

盐度升高显著抑制光合作用，当盐度达66.4 PSU时，ETR_max和α_ETR分别降至对照组的43%和49%。有趣的是，虽然5 mg/L DTPMP单独处理仅使α_ETR降低25%，但与高盐联用后，光合效率出现协同性下降。透射电镜观察显示，盐胁迫导致类囊体膜结构紊乱，这与胡萝卜素含量下降26%的结果相互印证——这些光合保护色素的降解使藻体更易受光氧化损伤。

3.2 脱水与氧化应激的级联反应

盐度超过38.4 PSU时，藻体含水量显著下降10%，伴随MDA含量激增3.6倍。特别值得注意的是，DTPMP的存在使盐度耐受阈值从51 PSU降至44.9 PSU。研究人员推测，膦酸盐与铁离子形成的复合物可能通过Fenton反应促进羟基自由基生成，而盐胁迫本身又会抑制超氧化物歧化酶（SOD）活性，形成氧化应激的恶性循环。

3.3 防御系统的崩溃

作为褐藻重要的次级代谢产物，酚类化合物在50 PSU盐度下合成减少80%。DTPMP处理进一步抑制了这种天然抗氧化剂的产生，当与FeCl₃联用时，49.8 PSU盐度即导致总酚含量降低54%。这种"双重打击"效应解释了为何复合处理组的EC₅₀值普遍低于单一胁迫。

3.5 生物标志物的预警价值

在所有检测指标中，脂质过氧化对复合胁迫最为敏感，其EC₅₀值低至44.5 PSU。相比之下，智利现行排放标准允许的盐度上限（58 PSU）已超过L. berteroana多数生理参数的损害阈值。这提示当前基于物理扩散模型的排放管理可能低估了生态风险。

这项研究首次建立了智利特有褐藻对海水淡化废水的定量响应关系，揭示出盐度与化学添加剂间的协同毒性机制。特别是发现DTPMP会显著降低藻类的盐度耐受阈值，这一发现对优化预处理工艺具有直接指导意义。研究提出的生物标志物体系（如ETR_max和MDA）可整合到智利北部的海洋监测网络中，为生态风险评估提供早期预警。未来研究需要拓展至藻类不同生活史阶段，并评估长期低剂量暴露的累积效应。在全球海水淡化产能快速扩张的背景下，这项研究为平衡水资源开发与海洋保护提供了重要的科学依据。