近日，我院海洋生物与生态教研室梁甲元副教授为第一作者，在环境领域经典期刊Marine Pollution Bulletin发表题为“Unraveling the size-dependent toxicity mechanisms of polystyrene microplastics on coral symbiotic Symbiodiniaceae: Integrated physiological and transcriptomic perspectives”的研究论文，系统阐明了聚苯乙烯微塑料对珊瑚核心共生藻的毒性效应与分子作用机制。。
微塑料污染已成为威胁珊瑚礁生态系统的重要环境压力源之一。虫黄藻（Symbiodiniaceae）为珊瑚宿主提供90%以上的光合能量，其健康状态直接决定珊瑚礁生态系统的稳定性。然而，微塑料对虫黄藻的直接毒性及其作用机制长期缺乏系统认知。本研究选取三种代表性的虫黄藻——Cladocopium goreaui、Durusdinium trenchii和Symbiodinium natans，在0.1、1和10 μm聚苯乙烯微塑料（PS-MPs）下开展为期18天的暴露实验，并整合生理指标、超微结构及转录组学进行系统解析，取得以下重要发现：
1.粒径依赖性毒性效应：三种粒径中，10 μm PS-MPs诱导了最显著的毒性效应，显著抑制了藻类的生长速率、最大光化学效率（Fv/Fm）和叶绿素a含量，同时导致细胞体积增大以及碳水化合物和脂质的累积。在暴露第15天，C. goreaui细胞密度下降82.3%，D. trenchii下降 78.7%，而S. natans下降 61.5%；Fv/Fm方面，C. goreaui降低73.8%，D. trenchii降低17.6%，S. natans降低19.4%；叶绿素a含量在C. goreaui中降低68.1%，明显高于其他两个物种。三种藻细胞体积均显著增大，尤其是D. trenchii在第15天胁迫中增幅达1.33倍。值得注意的是，S. natans在第18天Fv/Fm出现约18%的恢复，显示出一定的自我修复能力，而C. goreaui则持续恶化。
2.氧化胁迫与防御响应：10 μm PS-MPs暴露在所有三个物种中均引发显著的氧化胁迫，表现为超氧化物歧化酶（SOD）活性和丙二醛（MDA）水平显著升高，同时胞外聚合物（EPS）和可溶性蛋白的产生增强。其中，MDA含量在第9天就显著升高（C. goreaui增加3.4倍、D. trenchii增加2.2倍、S. natans增加2.7倍）；SOD活性提高了1.2–2.8倍；EPS分泌量增加了1.3–2.7倍；可溶性蛋白增加了1.6–2.5倍。这些表明PS-MPs诱导藻细胞进入强烈抗氧化与保护性分泌状态。
3.细胞超微结构损伤：形态学分析显示，PS-MPs大量黏附在细胞表面，形成物理遮蔽层，导致细胞膜破裂，叶绿体片层结构紊乱甚至空泡化；大量EPS包裹颗粒形成“颗粒-EPS-细胞”复合结构。这些证明PS-MPs的毒性不仅来自化学胁迫，更来自显著的物理干扰。
4.物种特异性转录组响应：在0.1 μm PS-MPs暴露下，D. trenchii上调氧化磷酸化和三羧酸循环通路；在1 μm PS-MPs暴露下，S. natans通过激活嘌呤代谢和氧化磷酸化应对胁迫；而在10 μm PS-MPs暴露下，三个物种均下调核糖体和光合作用相关基因，同时上调脂肪酸生物合成和抗氧化防御通路。这些说明大粒径PS-MPs直接导致蛋白合成体系和光合系统“关闭”，进入应激生存模式。
本研究以“定量生理数据 + 超微结构证据 + 转录组机制”完整体系揭示了PS-MPs对珊瑚共生虫黄藻的粒径依赖性和物种特异性毒性机制，阐明了微塑料通过物理遮蔽、膜损伤和氧化胁迫等多重途径破坏虫黄藻生理功能的分子机制。这些发现为理解微塑料污染如何损害珊瑚-虫黄藻共生关系、削弱珊瑚礁生态系统韧性提供了重要的机制性见解，对珊瑚礁生态保护、近岸海洋环境污染管控与生态修复具有重要的科学指导意义。
示意图：PS-MPs暴露对珊瑚共生虫黄藻藻的毒理机制
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文章信息如下：
Jiayuan Liang*, Yating Yang, Tianyi Niu, Zhicong Li, Zhuqing Liang, Mingyao Lu, Li Zhang, Yihe Feng, Sanqiang Gong, Kefu Yu*. Unraveling the size-dependent toxicity mechanisms of polystyrene microplastics on coral symbiotic Symbiodiniaceae: Integrated physiological and transcriptomic perspectives. Marine Pollution Bulletin, 229 (2026). 119697. https://doi.org/10.1016/j.marpolbul.2026.119697
文字作者：梁甲元
图片来源：期刊
编辑：周剑、黄葳葳
一审一校：周剑
二审二校：刘旗扬
三审三校：余克服
