从摄食到聚集：猎物与捕食者在淡水轮虫微塑料处理中的对比作用

《Hydrobiologia》：From ingestion to aggregation: contrasting roles of prey and predator in microplastic processing by freshwater rotifers

　　

微塑料（Microplastics，MPs）是持久性污染物，因其在水生环境中广泛存在及潜在生态风险而日益受到关注。尽管生物相互作用可能影响微塑料的环境归趋，但其在聚集和去除中的作用仍知之甚少。本研究探讨了暴露于羧基修饰聚苯乙烯微塑料对淡水轮虫Lecane inermis和Cephalodella gibba摄食、营养级传递和颗粒处理的影响。实验结果表明，微塑料暴露未显著影响两个物种的种群增长，表明在测试条件下急性毒性有限。研究人员发现，C. gibba通过直接从生物膜摄取及经猎物的营养级传递两种途径有效摄食微塑料。L. inermis主动摄食微塑料并通过粪便颗粒产生促进颗粒聚集，表明存在微塑料的生物处理途径。C. gibba的捕食降低了聚集效率，这可能是通过改变L. inermis的摄食活动和种群密度以及破坏粪便颗粒形成所致。这些发现表明，营养级相互作用调控淡水系统中微塑料的摄食、营养级传递和聚集，突显捕食者-猎物关系在决定微塑料环境归趋中的关键作用。

塑料污染已成为全球性环境挑战，塑料的耐久性和缓慢分解导致其在自然生态系统中长期累积，并碎裂为微塑料（microplastics，MPs）。微塑料广泛存在于水环境中，可被轮虫等小型无脊椎动物摄入，进而影响摄食效率、营养级传递和生态系统功能。尽管已有研究关注微塑料对水生生物的毒性效应，但生物相互作用在微塑料聚集与去除中的作用仍不明确。轮虫作为淡水生态系统中微生物群落与更高营养级之间的能量传递枢纽，其非选择性滤食行为使其极易暴露于悬浮微塑料。已有研究发现Lecane inermis可通过摄食生物膜中的微塑料并将其包裹于粪便颗粒中而促进微塑料聚集，但捕食者在这一过程中的调控作用尚未被系统评估。为此，研究人员以淡水轮虫L. inermis及其捕食者Cephalodella gibba为对象，探究猎物与捕食者在微塑料摄食、营养级传递和颗粒聚集中的对比作用，以期揭示营养级关系对微塑料环境归趋的影响。

研究结果表明，微塑料暴露未对两物种种群增长产生显著持久影响，但两种轮虫均能高效摄入微塑料并参与其生物处理：L. inermis通过粪便颗粒产生促进微塑料聚集，而C. gibba的捕食通过降低猎物丰度和摄食活动抑制了这一聚集过程。该研究首次在淡水轮虫体系中证明捕食者-猎物关系可调控微塑料的聚集与营养级传递，提示在评估微塑料迁移、滞留和环境风险时需纳入营养级动态。

研究人员所用样本均来自雅盖隆大学水生生态系统组实验室长期培养的克隆品系，两物种最初均分离自活性污泥。研究采用1 μm荧光羧基修饰聚苯乙烯微球（Sigma L4655）作为模型微塑料，在24孔板中利用富含细菌的生物膜构建含微塑料的暴露环境。实验设置7个处理组：MP、MP+L、MP+C、MP+L+C、L、C、L+C，每组6个重复。在24小时及第4、7、10天使用荧光显微镜计数轮虫种群密度及含微塑料个体比例，并采集图像以ImageJ软件量化微塑料聚集面积（阈值300像素约454 μm2）。种群内禀增长率r依据公式r=[ln(N_t)?ln(N₀)]/t计算，t取4天。统计分析采用单因素方差分析（one-way ANOVA）及Kruskal-Wallis非参数检验，并配合Tukey HSD或Dunn事后检验。

**微塑料对L. inermis种群的影响**：第4天时，含微塑料处理（MP+L）的L. inermis内禀增长率（r=0.22±0.03）显著低于无微塑料对照（L，r=0.35±0.07），但第10天两处理间种群总数无显著差异，表明短期暴露引发轻微的生理或行为压力，但未造成持续的种群抑制。

**微塑料对C. gibba数量的影响**：在无猎物条件下，MP+C与C处理间的增长率无显著差异；在存在L. inermis猎物时，MP+L+C处理中C. gibba的增长率（r=0.41±0.23）与L+C处理（r=0.42±0.12）相近，且统计检验不显著，表明微塑料不改变猎物驱动的捕食者种群增长模式。

**微塑料对C. gibba捕食L. inermis的影响**：无论在有无微塑料条件下，L. inermis的数量均因C. gibba的捕食而随时间大幅下降，且两条下降曲线几乎重合。第10天的方差分析表明处理效应不显著，证实微塑料暴露不干扰C. gibba对L. inermis的捕食效率。

**C. gibba通过环境暴露与营养级传递摄入微塑料**：在MP+C与MP+L+C两种处理中，摄入微塑料的C. gibba比例均在0至1天内迅速升高，并在第10天前维持高水平，且两种暴露途径间无显著差异，说明C. gibba既能从生物膜直接摄食微塑料，也能通过捕食含微塑料的猎物获得微塑料。

**C. gibba捕食对微塑料聚集的影响**：第2天时，MP+L处理组微塑料聚集面积最大，显著高于MP+L+C和MP+C处理；MP对照无可观察聚集。第10天时MP+L仍保持最高聚集面积，而MP+C与MP+L+C之间差异不显著。这表明L. inermis通过粪便颗粒产出显著促进微塑料聚集，而C. gibba的捕食通过削减猎物数量和干扰粪便颗粒形成持续抑制该聚集功能。

讨论部分综合指出，微塑料暴露对轮虫的种群动态影响有限，与先前研究一致，即微塑料虽可轻微降低小型浮游动物的摄食效率，但不足以消除其种群维持能力。C. gibba的种群增长主要由猎物可用性驱动，微塑料未改变这一驱动模式。C. gibba可通过生物膜直接摄入微塑料，也可通过捕食发生营养级传递，两种途径均支持高效摄入。L. inermis促进微塑料聚集的机制在于其摄食生物膜后形成结构致密的粪便颗粒，而生物膜本身可通过改变颗粒表面特性增强聚集；C. gibba的捕食则通过减少猎物丰度、改变猎物行为以及可能摄食含微塑料的粪便颗粒，破坏了这一聚集途径。生态学意义上，轮虫介导的微塑料聚集可加速微塑料沉降，影响表层水体的生物可利用性，而营养级传递则推动微塑料在食物网中的向上迁移。

**研究结论**：本研究证明淡水轮虫通过颗粒摄取和营养级相互作用影响微塑料归趋。虽然微塑料暴露对Lecane inermis和Cephalodella gibba的种群增长影响很小，但两个物种均能有效摄入微塑料，促进其在食物网中的传递。重要的是，L. inermis通过粪便颗粒产生增强微塑料聚集，而C. gibba的捕食削弱了这一过程。这些发现表明，生态相互作用可调控微塑料处理和聚集，强调在评估淡水生态系统中微塑料迁移、滞留和环境风险时，需将营养级动态纳入考量。