納米塑料對(duì)大型 氵 蚤 攝食及生長繁殖的影響

羅竣瀟 何藝欣 余先懷 唐炳然 張麗雪 楊永川 何雨霏 李宏

DOI：?10.11835/j.issn.2096-6717.2023.040

收稿日期：2022?12?02

基金項(xiàng)目：國家自然科學(xué)基金（51609024、41877472）

作者簡介：羅竣瀟（1998-?），男，主要從事修復(fù)生態(tài)學(xué)研究，E-mail：302892045@qq.com。

通信作者：李宏（通信作者），男，副教授，博士生導(dǎo)師，E-mail：hongli@cqu.edu.cn。

Received： 2022?12?02

Foundation items： National Natural Science Foundation of China （Nos. 51609024， 41877472）

Author brief： LUO Junxiao （1998-?）， main research interest： restoration ecology， E-mail： 302892045@qq.com.

corresponding author：LI Hong （corresponding author）， associate professor， doctorial supervisor， E-mail： hongli@cqu.edu.cn.

摘要：水環(huán)境中的納米塑料（NPs）污染已成為全球性的環(huán)境問題。大型溞（Daphnia magna）作為淡水中重要的初級(jí)消費(fèi)者之一，常被運(yùn)用于基于生物操縱的富營養(yǎng)化水體修復(fù)，但關(guān)于NPs對(duì)大型溞攝食行為的影響尚不清晰。以大型溞和聚苯乙烯納米塑料（PSNPs，1 000 nm）為研究對(duì)象，探究了大型溞21 d內(nèi)對(duì)產(chǎn)毒銅綠微囊藻（Toxic?Microcystis aeruginosa）和斜生柵藻（Scenedesmus obliquus）攝食傾向的變化及其生理響應(yīng)。結(jié)果表明，以單一產(chǎn)毒銅綠微囊藻作為食物來源時(shí)，大型溞受到的發(fā)育和生殖毒性最強(qiáng)；與對(duì)照組（單一斜生柵藻飼喂）相比，高濃度產(chǎn)毒銅綠微囊藻組大型溞體內(nèi)超氧化物歧化酶（SOD）活性和丙二醛（MDA）含量分別升高至對(duì)照組的3.97倍和4.55倍，總產(chǎn)卵次數(shù)和體長分別降低了73%和13%，且大型溞對(duì)產(chǎn)毒銅綠微囊藻的濾食率呈隨時(shí)間延長而升高的趨勢。但在PSNPs（3.56 mg/L）暴露下，在初始藻密度為微囊藻：柵藻為1：9和微囊藻：柵藻為2.5：7.5處理組中，大型溞的濾食能力都顯著下降；對(duì)照組添加PSNPs后，大型溞對(duì)斜生柵藻的濾食率降低了32%。在產(chǎn)毒銅綠微囊藻和斜生柵藻共培養(yǎng)體系中，大型溞對(duì)產(chǎn)毒銅綠微囊藻的濾食率比對(duì)照組降低了66%，緩解了大型溞所受的發(fā)育和生殖毒性，但不利于降低微囊藻的生物量。

關(guān)鍵詞：納米塑料；大型溞；銅綠微囊藻；斜生柵藻；濾食率

中圖分類號(hào)：X171.4 ????文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ????文章編號(hào)：2096-6717（2024）02-0206-09

Effects of nano-plastics on grazing， growth and reproduction ofDaphnia Magna

LUO Junxiao¹，?HE Yixin¹，?YU Xianhuai²，?TANG Bingran¹，?ZHANG Lixue¹，?YANG Yongchuan¹，?HE Yufei¹，?LI Hong¹

（1. Key Laboratory of the Three Gorges Reservoir Regions Eco-Environment， Ministry of Education， Chongqing University， Chongqing 400045， P. R. China；?2. Chongqing Liangping District Wetland Protection Center， Chongqing 405299， P. R. China）

Abstract： The occurrence of nano-plastics （NPs） in the aquatic environment has become a global environmental problem. As one of the important primary consumers in freshwater，Daphnia magnais widely used in the biological manipulation and restoration of eutrophic water， while the potential influence of NPs on the feeding behavior ofDaphnia magnaremains unclear. In the current study， we performed a 21-day experiment and investigated the effect of polystyrene nanoplastics （PSNPs， with size of 1000 nm） exposure on the grazing behavior and physiological response ofDaphnia magnatoward toxicMicrocystis aeruginosaandScenedesmus oblique. The results showed that in the treatment with toxicMicrocystis aeruginosa， the developmental and reproductive toxicity ofDaphnia magnawere the most obvious. Compared with the control group （feed withScenedesmus obliquus）， the activity of superoxide dismutase （SOD） and the content of malondialdehyde （MDA） in the?Daphnia magnathat feed withMicrocystis aeruginosawere 3.97 and 4.55 times higher. Meanwhile， the total number of oviposition and body length were decreased by 73% and 13%， respectively. And the filtration rate ofDaphnia magnato toxicMicrocystis aeruginosaincreased with time. Upon exposure to 3.56 mg/L PSNPs， the grazing ability ofDaphnia magnawas significantly reduced in all treatments， and the feeding rate ofDaphnia magnato?Scenedesmus obliquewas decreased by 32% when PSNPs were added. In the mixed feeding systems containing toxicMicrocystis aeruginosaandScenedesmus obliquus， exposure to PSNPs reduced the feeding rate of toxicMicrocystis aeruginosaby 66%， and thereby alleviated the developmental and reproductive toxicity towardsDaphnia magna， however， inhibited the reduction ofMicrocystis aeruginosa biomass.

Keywords： nano-plastics；Daphnia magna；Microcystis aeruginosa；Scenedesmus obliquus；?feeding rate

納米塑料（NPs，粒徑≤1 000 nm）是水環(huán)境中廣泛分布的新型污染物^[1]，因具有較大的表面積和穿透細(xì)胞的能力而受到較多關(guān)注^[2]。據(jù)估計(jì)，環(huán)境中NPs的賦存量大約是微塑料（MPs，粒徑≤5 μm）^[3]的10¹⁴倍^[4]。全球范圍內(nèi)不同水環(huán)境中均發(fā)現(xiàn)了微塑料污染的現(xiàn)象，在中國太湖中觀察到的微塑料濃度為30～50 mg/L^[5]，在美國洛杉磯河和圣加布里埃爾河取樣的微塑料濃度為1.6～41 mg/L^[6]。已有研究表明，NPs對(duì)不同營養(yǎng)級(jí)的水生生物均能產(chǎn)成不同程度的急性或慢性毒性作用。例如，劑量為100 mg/L的聚苯乙烯納米塑料（PSNPs，粒徑100 nm）暴露35 d后，蛋白核小球藻（Chlorella pyrenoidosa）的生長被抑制了38%^[7]，劑量為30 mg/L的70 nm PSNPs長期暴露下，大型溞（Daphnia magna）出現(xiàn)了畸胎現(xiàn)象^[8]，劑量為10 μg/L的105 nm PSNPs暴露28 d后，斑馬魚（Danio rerio）體內(nèi)產(chǎn)生了氧化應(yīng)激和損傷^[9]。

在水環(huán)境中，浮游動(dòng)物作為水生食物網(wǎng)中的重要一環(huán)，在能量流動(dòng)和物質(zhì)循環(huán)過程中起著舉足輕重的作用。其對(duì)水生系統(tǒng)的環(huán)境污染變化十分敏感，常被用作水體重要指示類群。其中大型溞由于具有分布廣、生活周期短、繁殖快、易于在實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)且對(duì)水環(huán)境中多種有毒化學(xué)物質(zhì)敏感性等特點(diǎn)^[10-11]，已被廣泛用于生態(tài)毒理學(xué)的相關(guān)研究^[12]。斜生柵藻（Scenedesmus obliquus）是中國淡水中常見的浮游植物，同時(shí)也是大型溞理想的食物來源^[13]。已有研究表明，在短期暴露下，5 μm的聚苯乙烯微塑料（PSMPs）在抑制斜生柵藻生長的同時(shí)，由于大型溞不能分辨PSNPs和藻細(xì)胞，還會(huì)導(dǎo)致大型溞對(duì)斜生柵藻的攝食量降低^[14]。銅綠微囊藻（Microcystis aeruginosa）是藍(lán)藻水華中的主要優(yōu)勢種^[15]。然而，由于藍(lán)藻不能提供足量的大型溞生長發(fā)育所必需的重要甾醇和脂肪酸，單一攝食會(huì)造成大型溞營養(yǎng)不良和發(fā)育障礙^[16]。此外，產(chǎn)毒銅綠微囊藻合成并釋放的微囊藻毒素也會(huì)對(duì)大型溞產(chǎn)生多種不利影響，包括影響其攝食能力、改變腸道菌群組成、抑制生長繁殖、降低存活率等^[17]。大型溞通常不具備選擇性攝食的能力，食物的粒徑和可達(dá)性會(huì)直接影響其濾食率^[18-19]。在自然環(huán)境中，大型溞往往與多種浮游植物共存，其對(duì)不同藻類的攝食行為會(huì)直接影響水生態(tài)系統(tǒng)的營養(yǎng)結(jié)構(gòu)，隨著水環(huán)境中NPs賦存量的增加，其是否會(huì)影響大型溞對(duì)不同藻的取食行為尚未可知。

為揭示NPs對(duì)大型溞攝食傾向的影響，以大型溞為受試生物，以PSNPs（1 μm）急性毒性試驗(yàn)結(jié)果中96h-LC₅₀的5%為暴露濃度，以斜生柵藻和產(chǎn)毒銅綠微囊藻進(jìn)行不同的食物配比，探究大型溞在PSNPs暴露下對(duì)不同藻類攝食傾向的變化及其生長繁殖能力的響應(yīng)，重點(diǎn)關(guān)注PSNPs對(duì)大型溞攝食產(chǎn)毒銅綠微囊藻能力的影響，以期為PSNPs對(duì)水生態(tài)系統(tǒng)食物鏈結(jié)構(gòu)的影響和生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)所用大型溞、斜生柵藻（FACHB 416）、產(chǎn)毒銅綠微囊藻（FACHB 905）均購自中國科學(xué)院水生生物研究所（武漢），PSNPs單分散液（1 000 nm，50 mg/mL）購自中科雷鳴科技有限公司（北京），并使用掃描電子顯微鏡（SEM，ZEISS Gemini 300，蔡司，德國）、傅里葉紅外光譜（FTIR，Nicolet iS50，賽默飛世爾，美國）、納米粒度及Zeta電位分析儀（Nano ZS90，馬爾文，英國）進(jìn)行表征^[20]。大型溞在M4培養(yǎng)基中進(jìn)行純化培養(yǎng)，培養(yǎng)條件為：水溫（20±1）℃、pH值7.2、溶氧量7 mg/L、光照強(qiáng)度2 000 lx（光：暗=16 h：8 h），每周更換3次培養(yǎng)液，每天投喂斜生柵藻（2×10⁵ cells/mL）^[21]，同時(shí)，斜生柵藻和兩種銅綠微囊藻藻種在BG-11培養(yǎng)基中進(jìn)行擴(kuò)大培養(yǎng)。

1.2 PSNPs對(duì)大型溞的急性毒性

參照OECD國際標(biāo)準(zhǔn)^[22]，分別進(jìn)行7種濃度（1、5、10、20、50、100、200 mg/L）的PSNPs對(duì)大型溞的48 h急性毒性試驗(yàn)。在每個(gè)250 mL燒杯中（培養(yǎng)液體積100 mL）放入10只6～24 h經(jīng)過饑餓處理的幼溞，試驗(yàn)過程中不喂食不換液，每個(gè)濃度設(shè)置3個(gè)重復(fù)，暴露48 h后記錄幼溞的死亡率并計(jì)算其半致死劑量（LC₅₀）^[23]。

1.3 PSNPs對(duì)大型溞的長期暴露

選用出生6～24 h的健康幼溞，取LC₅₀的5%為PSNPs的暴露劑量，進(jìn)行21 d暴露試驗(yàn)，在每周的第2、4、7天換液，新?lián)Q液的總藻密度均為2×10⁵cells/mL。分別設(shè)置純柵藻組（Scenedesmus oblique組，簡稱S組，即對(duì)照組）和純產(chǎn)毒銅綠微囊藻組（ToxicMicrocystis aeruginosa組，簡稱T組），并設(shè)置微囊藻與柵藻配比的試驗(yàn)組：微囊藻∶柵藻為1∶9（T1S組），微囊藻∶柵藻為2.5∶7.5（T2.5S）。在此基礎(chǔ)之上，再設(shè)置添加PSNPs暴露的處理組，分別標(biāo)記為S+NPs組、T+NPs組、T1S+NPs組、T2.5S+NPs組，共8個(gè)處理組。每個(gè)處理組含10只大型溞，使用100 mL玻璃試管進(jìn)行試驗(yàn)。

1.4 大型溞生理和攝食響應(yīng)測定

每次換液時(shí)，分別計(jì)算大型溞對(duì)每種藻的濾食率。換液時(shí)取舊搖勻的培養(yǎng)液，該方法在顯微鏡下采用血球計(jì)數(shù)板計(jì)數(shù)法，分別計(jì)算斜生柵藻和銅綠微囊藻的藻密度^[24]，并計(jì)算其對(duì)每種藻的濾水率F和濾食率I。

F=V（lnC₀-lnC_t）/（nt）

I=F（C₀C_t）^1/2

式中：V為體積，μL；n為大型溞個(gè)數(shù)；C₀為藻細(xì)胞初始密度。cells/mL；C_t為藻細(xì)胞最終密度，cells/mL；t為時(shí)間，h。

在監(jiān)測大型溞對(duì)不同藻取食傾向的變化趨勢的同時(shí)，記錄每組10只大型溞的懷第一胎時(shí)間、懷卵數(shù)和總產(chǎn)卵次數(shù)，并在21 d試驗(yàn)結(jié)束后用光學(xué)顯微鏡觀察每組大型溞的體貌特征。

1.5 大型溞抗氧化系統(tǒng)的響應(yīng)

參照試驗(yàn)組設(shè)置，每組3個(gè)平行，每個(gè)平行含200只健康幼溞，進(jìn)行21 d試驗(yàn)，其間移除新生幼溞和死亡個(gè)體，在第7、14、21天，分別從每個(gè)體系中取出50只大型溞進(jìn)行超氧化物歧化酶（SOD）活性和丙二醛（MDA）含量的測定。將取出的大型溞用PBS沖洗3次，將大型溞以1 g∶9 mL的比例添加4 ℃的PBS，置冰中用玻璃勻漿器研磨。勻漿后在4 ℃下4 000 r/min離心10 min收集上清液，用試劑盒（南京建成生物工程研究所）測定SOD活性和MDA含量，并用BCA總蛋白試劑盒（南京建成生物工程研究所）測定離心前勻漿的總蛋白含量，進(jìn)行數(shù)據(jù)歸一化處理。

1.6 數(shù)據(jù)處理

利用SPSS 26.0軟件對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的顯著性差異進(jìn)行分析，其中S組和S+NPs組的大型溞濾食率使用獨(dú)立樣本T檢驗(yàn)，其余數(shù)據(jù)使用單因素ANOVA分析（即Duncan檢驗(yàn)），p<0.05表示試驗(yàn)樣本之間存在顯著性差異，數(shù)據(jù)作圖采用Origin9.0軟件。

2 結(jié)果

2.1 PSNPs的表征和急性毒性

表征結(jié)果顯示，PSNPs的平均粒徑（Z-average）為1 043.33 nm（圖1（a）），SEM觀察顯示PSNPs呈大小均勻、表面光滑的球形（圖1（b））。FTIR譜圖（圖1（c））中，均在3 082.68、3 059.71、3 026.07、2 850.52 cm^-1等波長處觀察到了PS的特征芳香環(huán)C—H單鍵振動(dòng)^[25]。通過急性毒性試驗(yàn)計(jì)算得出研究所用PSNPs對(duì)大型溞的LC₅₀為71.192 mg/L，取其5%（3.56 mg/L）作為慢性暴露劑量。

2.2 大型溞的濾食率及攝食傾向

S組中（圖2（a）），大型溞最大濾食率為62.33×10³cells/（ind·h）（第18天），在PSNPs暴露下（S+NPs組），大型溞對(duì)斜生柵藻的攝食能力從第4天開始顯著下降，在第9天同比降低了43%，第21天時(shí)，PSNPs暴露組的濾食率為31.84×10³cells/（ind·h），比S組降低了32%。單一產(chǎn)毒銅綠微囊藻喂食處理組中的大型溞在試驗(yàn)進(jìn)行的第一周內(nèi)全部死亡。

值得注意的是，整個(gè)試驗(yàn)過程中，PSNPs的暴露顯著降低了大型溞對(duì)產(chǎn)毒微囊藻的濾食。T1S+NPs組中，大型溞在第21天對(duì)產(chǎn)毒銅綠微囊藻的攝食百分比（占總攝食量的比例）僅為12.07%（圖2（b）），比T1S組降低了10%。這一現(xiàn)象在產(chǎn)毒銅綠微囊藻占比為25%的混合喂食組中更為顯著。在T2.5S組中（圖2（c）），大型溞對(duì)產(chǎn)毒銅綠微囊藻的濾食率總體高于T1S，且有隨時(shí)間增高的趨勢，第21天對(duì)銅綠微囊藻的濾食率達(dá)到15.22×10³ cells/（ind·h），是第2天的2.06倍；但PSNPs的暴露（T2.5S+NPs組）顯著降低了大型溞對(duì)銅綠微囊藻的攝食能力，第21天的濾食率為5.19×10³ cells/（ind·h），比T2.5S組降低了65.89%。總體而言，T2.5S+NPs組中大型溞對(duì)產(chǎn)毒微囊藻的攝食率呈隨時(shí)間降低的趨勢。

2.3 大型溞抗氧化系統(tǒng)的響應(yīng)

在S組（對(duì)照組）中，PSNPs暴露對(duì)大型溞SOD活性（圖3（a））和MDA含量（圖3（b））均有顯著的促進(jìn)作用，且隨時(shí)間遞增。PSNPs暴露下（S+NPs組），SOD活性和MDA含量的最大值（25.71 U/mg prot和0.81 nmol/mg prot）均出現(xiàn)在第21天，分別為S組的1.67和1.82倍。在T1S組中，SOD含量在第21天最高（20.79 U/mg prot），比對(duì)照組高出35%；而MDA含量在第14天急劇升高，達(dá)到1.91 nmol/mg prot，為對(duì)照組同期的4.74倍。在PSNPs暴露下，T1S組中SOD活性和MDA含量的升高有所抑制，其中，第14天的MDA含量為1.64 nmol/mg prot，較T1S下降14.36%。

在T2.5S組中，大型溞體內(nèi)SOD和MDA含量均呈現(xiàn)出隨時(shí)間上升的趨勢，并于第21天達(dá)到峰值（60.90 U/mg prot和2.03 nmol/mg prot），分別為對(duì)照組的3.97和4.55倍。在T2.5S+NPs組中，PSNPs的暴露顯著降低了由產(chǎn)毒銅綠微囊藻誘導(dǎo)的氧化損傷，在第7、14、21天的SOD含量分別比T2.5S組同期降低了26.95%、42.71%和55.76%，MDA含量降低了0.41%、29.49%和42.15%。總體而言，在產(chǎn)毒銅綠微囊藻與斜生柵藻混合飼喂組中，PSNPs的暴露降低了大型溞所受的氧化損傷。

2.4 大型溞繁殖能力的變化

S組中，大型溞在試驗(yàn)第6天懷卵（圖4（a）），第1次產(chǎn)卵約13個(gè)（圖4（b）），總產(chǎn)卵約6次（圖4（c）），PSNPs的暴露使大型溞首次產(chǎn)卵時(shí)間延長2.3 d，第1次產(chǎn)卵數(shù)降低22%，總產(chǎn)卵次數(shù)降低5%。產(chǎn)毒銅綠微囊藻與斜生柵藻的混合喂養(yǎng)均能顯著降低大型溞的繁殖能力，其中，T2.5S組抑制最顯著，第1次懷卵時(shí)間延后約9 d，第1次產(chǎn)卵數(shù)和總產(chǎn)卵次數(shù)分別降低了55%和73%。與T1S組和T2.5S組相比，PSNPs的暴露使大型溞所受生殖毒性減輕，T1S+NPs組的第1次懷卵時(shí)間顯著提前，T2.5S+NPs組中總產(chǎn)卵次數(shù)比T2.5S組提高了20%。

2.5 大型溞體貌的變化

如圖5所示，S組中，大型溞第21天平均體長最長（2.96 mm），腸道呈健康的漸變深綠色，PSNPs的暴露使大型溞體長降低了8.36%，且腸道內(nèi)容物顏色明顯變淺，該現(xiàn)象在其他PSNPs暴露組中均有發(fā)生。沒有PSNPs暴露時(shí)，T2.5S組中大型溞的體長最短（2.03 mm），比對(duì)照組降低了14%。PSNPs的暴露均降低了大型溞的體長。在T1S+NPs組和T2.5S+NPs組中，PSNPs的暴露分別使大型溞的最終體長降低了1.13%、2.11%。其中，在T2.5S+NPs組中，大型溞出現(xiàn)休眠卵，即開始有性生殖，這也是大型溞生存環(huán)境惡劣的標(biāo)志^[26]。

3 討論

3.1 PSNPs暴露降低了大型溞對(duì)單一藻的攝食能力

攝食行為是水生動(dòng)物最基本的行為之一，可直觀反映環(huán)境變化對(duì)其機(jī)體的影響，一般來說，大型溞能夠牧食1～70 μm的顆粒^[27]。有研究表明，1～50 μm的MPs在腸道內(nèi)的積累是導(dǎo)致大型溞活動(dòng)抑制和受到毒性的主要原因^[28]。粒徑的大小會(huì)直接影響微納塑料（MNPs）在大型溞體內(nèi)的積累，具體而言，粒徑接近大型溞可攝食藻類的MNPs能在大型溞腸道中大量積累，造成偽饑餓，而尺寸較大的MPs則會(huì)被大型溞胸肢上的濾器攔截，而不能進(jìn)入大型溞的消化系統(tǒng)^[29]。也有研究發(fā)現(xiàn)，納米塑料能通過損傷大型溞的食物過濾器，堵塞消化道，降低其攝食率^[19]。本研究中，當(dāng)使用單一藻種飼喂時(shí)，1 000 nm的PSNPs暴露顯著降低了大型溞對(duì)斜生柵藻和微囊藻的攝食能力，對(duì)大型溞造成了氧化脅迫和生殖毒性，并顯著限制了大型溞的體長發(fā)育，這與前人有關(guān)MNPs對(duì)大型溞長期暴露的研究結(jié)果一致。例如，Rist等^[30]的研究發(fā)現(xiàn)，1 mg/L的PSNPs（200 nm）暴露21 d后，大型溞對(duì)月牙藻（Raphidocelis subcapitata）的攝食能力降低了21%，而本研究中S+NPs組攝食率降低更多，可能是由于PSNPs的暴露濃度更高（3.56 mg/L）。此外，Trotter等^[31]的研究也發(fā)現(xiàn)，101.6 mg/L的PSMPs（13 μm）暴露19 d后，顯著降低了大型溞的體長和繁殖能力。

An等^[32]的研究表明，2.1×10⁷個(gè)/L的MPs（25 μm）暴露21 d后，MPs顆粒能夠進(jìn)入大型溞體內(nèi)并大量累積，使其對(duì)蛋白核小球藻攝食能力降低了18%，并最終顯著降低了大型溞的體長和總子代數(shù)量。由此可見，較小粒徑的MNPs能夠通過抑制大型溞對(duì)藻類的取食，造成大型溞的營養(yǎng)不良，從而對(duì)其產(chǎn)生慢性毒性^[33]。在本研究中，與柵藻單獨(dú)飼喂相比，單一產(chǎn)毒銅綠微囊藻喂食處理組中的大型溞在試驗(yàn)進(jìn)行的第1周內(nèi)全部死亡。這可能與產(chǎn)毒銅綠微囊藻的體內(nèi)的藻毒素有關(guān)。此外，微囊藻合成并釋放的蛋白酶抑制劑，也可能會(huì)對(duì)大型溞的消化系統(tǒng)產(chǎn)生顯著的負(fù)面影響^[19]。

3.2 NPs暴露降低了混合喂養(yǎng)時(shí)大型溞對(duì)產(chǎn)毒微囊藻的攝入量

產(chǎn)毒微囊藻與柵藻混合飼喂時(shí)，大型溞受到了顯著的氧化損傷、生殖毒性，表現(xiàn)出明顯的MDA積累、繁殖能力降低和體長減小，且以上負(fù)面效應(yīng)在T2.5S組中比在T1S組中更顯著。Vilar等^[34]的研究表明，當(dāng)使用不同比例的產(chǎn)毒銅綠微囊藻和單針藻（Monoraphidiumsp.）飼喂大型溞時(shí)，產(chǎn)毒微囊藻的比例越高，大型溞攝食能力和體長的降低越明顯；Akbar等^[35]的研究表明，以2∶8（產(chǎn)毒微囊藻∶蛋白核小球藻）的比例飼喂大型溞14 d后，大型溞的存活率、體長、子代數(shù)量均顯著降低，以上研究成果均與本研究的結(jié)果相似。由此可見，由于產(chǎn)毒微囊藻缺乏多不飽和脂肪酸及其合成并釋放的微囊藻毒素的脅迫，其會(huì)對(duì)大型溞造成發(fā)育和生殖毒性是共性現(xiàn)象^[36]。此外，T2.5S組中大型溞對(duì)產(chǎn)毒微囊藻的攝食在前17 d有明顯的升高趨勢，前人研究中也發(fā)現(xiàn)，在產(chǎn)毒藻的暴露下，大型溞對(duì)綠藻的攝食能力會(huì)顯著降低并攝入更多的產(chǎn)毒藻，并推測可能是由于微囊藻粒徑比柵藻更小、更易被亞健康狀態(tài)的大型溞取食^{[34， 37]}，這說明在與產(chǎn)毒微囊藻的較長期共存下，大型溞受其脅迫程度會(huì)隨著時(shí)間加劇，從而對(duì)大型溞的種群數(shù)量產(chǎn)生較大的負(fù)面影響。

值得注意的是，還發(fā)現(xiàn)了在柵藻和產(chǎn)毒微囊藻混合飼喂時(shí)，隨著PSNPs暴露時(shí)間的延長，大型溞傾向于取食更多的柵藻，產(chǎn)毒微囊藻的攝食百分比明顯降低，且SOD活性和MDA含量均同比低于沒有PSNPs暴露的處理組。這一現(xiàn)象在T2.5S+NPs組中比在T1S+NP組中更明顯，在第21天時(shí)，大型溞對(duì)產(chǎn)毒微囊藻的攝食百分比分別比T2.5S組和T1S組降低了22%和10%。MNPs進(jìn)入浮游動(dòng)物消化系統(tǒng)后能積累并形成“偽飽腹感”已經(jīng)達(dá)成共識(shí)^[38]，MPs積累造成的能量缺失會(huì)引起大型溞體內(nèi)精氨酸激酶（AK）表達(dá)量上調(diào)作為補(bǔ)償反應(yīng)，一定程度上能夠提高大型溞的抗逆能力^[39]。雖然前人的研究以單獨(dú)研究產(chǎn)毒微囊藻對(duì)大型溞的影響或MNPs對(duì)大型溞的影響為主，鮮有將二者結(jié)合起來的研究，但結(jié)合本研究和前人的研究成果可以推測，在PSNPs的暴露下，一方面，PSNPs在大型溞腸道內(nèi)的積累，可以導(dǎo)致個(gè)體物理損傷、干擾其內(nèi)分泌、抑制其生長發(fā)育、降低其生殖能力和引起氧化應(yīng)激，甚至增加其畸形率和死亡；另一方面，攝入的PSNPs所導(dǎo)致的偽飽腹感降低了大型溞對(duì)產(chǎn)毒微囊藻的攝入量，從而抑制了由產(chǎn)毒微囊藻介導(dǎo)的在T2.5S組中大型溞對(duì)微囊藻攝食增多的趨勢，持續(xù)性地減少了由產(chǎn)毒微囊藻攝入而引發(fā)的微囊藻毒素毒性和營養(yǎng)不良，另外，由PSNPs積累所引發(fā)的偽饑餓，在一定程度上引發(fā)了大型溞體內(nèi)的能量補(bǔ)償反應(yīng)，提高了大型溞的抗逆能力，并最終使得PSNPs暴露組中大型溞所受的發(fā)育毒性比沒有PSNPs暴露組中的更低。

基于此，認(rèn)為高產(chǎn)毒微囊藻占比組中由PSNPs暴露介導(dǎo)的大型溞攝食傾向的變化可能如圖6所示。在該體系中，初始時(shí)大型溞會(huì)攝食一定量的產(chǎn)毒微囊藻（Ⅰ），但隨著體內(nèi)產(chǎn)毒微囊藻的積累，大型溞在營養(yǎng)缺失的條件下，還會(huì)受到藻毒素的毒性作用（Ⅱ），進(jìn)而攝食更多粒徑更小的微囊藻，其攝食的產(chǎn)毒藻會(huì)越多，受到的毒性作用也會(huì)更大，并最終造成較強(qiáng)的發(fā)育和生殖毒性（Ⅲ）；PSNPs的暴露在產(chǎn)生偽飽腹感降低大型溞總攝食量的同時(shí)，也降低了大型溞對(duì)產(chǎn)毒微囊藻的攝食，在相對(duì)較低的藻毒素脅迫下，大型溞取食更多的微囊藻的趨勢被抑制（Ⅳ），打破了藻毒素脅迫下形成的惡性循環(huán)，并最終減緩了大型溞所受到的發(fā)育和生殖毒性（Ⅴ）。

3.3 環(huán)境意義

大型溞作為水環(huán)境中分布廣泛的初級(jí)消費(fèi)者，由于其較好的對(duì)各類浮游植物的牧食能力和較強(qiáng)的繁殖能力，常被用于富營養(yǎng)化水體的生態(tài)環(huán)境修復(fù)，特別是因其能夠一定程度上控制有害藍(lán)藻水華的發(fā)生，而一度被稱為“食藻蟲”^[40]。在自然水體中，一旦藍(lán)藻在浮游植物群落中占主導(dǎo)地位，它們就和浮游細(xì)菌一起，在富營養(yǎng)化水體中成為浮游動(dòng)物的主要能量來源，而藍(lán)藻本身釋放藻毒素和低營養(yǎng)的特點(diǎn)，會(huì)反過來限制浮游動(dòng)物的活動(dòng)和牧食能力^[41]。換言之，大型溞如果在短時(shí)間內(nèi)攝入過量產(chǎn)毒銅綠微囊藻，會(huì)導(dǎo)致其種群迅速衰弱。研究發(fā)現(xiàn)，在食物來源中有產(chǎn)毒銅綠微囊藻時(shí)，大型溞受到氧化損傷、生長抑制和生殖毒性，而這些作用在PSNPs的暴露下被緩解，其主要機(jī)理是其對(duì)PSNPs的攝食持續(xù)降低大型溞對(duì)產(chǎn)毒微囊藻的攝入量。因此，在健康水環(huán)境中，PSNPs的暴露會(huì)不利于大型溞的正常取食并抑制其發(fā)育繁殖；而在特定環(huán)境下（如有害藍(lán)藻水華發(fā)生時(shí)），短期而言，PSNPs的存在會(huì)降低大型溞的“抑藻能力”，而在較長時(shí)間尺度上，水環(huán)境中的PSNPs可能有利于大型溞種群結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定，即降低大型溞的死亡率，維持大型溞“抑藻能力”的持續(xù)性，從而有利于構(gòu)建更健康的水生生態(tài)系統(tǒng)的群落結(jié)構(gòu)。另外，PSNPs暴露下大型溞對(duì)柵藻攝食率增加這一現(xiàn)象，可能會(huì)削弱柵藻對(duì)微囊藻的競爭，進(jìn)而不利于浮游植物群落的重構(gòu)。以上推測需要在更大尺度的體系中進(jìn)行探究論證。

4 結(jié)論

PSNPs作為單一脅迫時(shí)，大型溞對(duì)斜生柵藻的攝食率在21 d內(nèi)降低了32%，并對(duì)大型溞產(chǎn)生由營養(yǎng)不良所主導(dǎo)的發(fā)育和生殖毒性。高濃度銅綠微囊藻暴露導(dǎo)致大型溞總產(chǎn)卵次數(shù)和體長分別降低了73%和13%。而當(dāng)大型溞受到PSNPs和產(chǎn)毒銅綠微囊藻的雙重脅迫時(shí)，其對(duì)斜生柵藻的濾食率降低了32%，對(duì)產(chǎn)毒銅綠微囊藻的濾食率降低了66%。這種捕食傾向的改變一方面減緩了由藻毒素主導(dǎo)的大型溞所受到的發(fā)育和生殖毒性，可能有利于維持大型溞的“抑藻能力”，另一方面可能減弱斜生柵藻對(duì)銅綠微囊藻的競爭，進(jìn)而影響浮游植物群落結(jié)構(gòu)。

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（編輯??胡玲）