Polystyrene nanoplastics impair the photosynthetic capacities of Symbiodiniaceae and promote coral bleaching  

聚苯乙烯納米塑料損害蟲黃藻光合能力并促進珊瑚白化  

來源：Science of the Total Environment, Volume 815,2022, Article 152136

《總環境科學》第815卷，2022年，文章編號152136  

 

摘要核心內容：  

本研究通過4周暴露實驗，首次系統評估環境相關濃度（0-0.5 mg/L）的20 nm聚苯乙烯納米塑料（PS-NPs）對兩種蟲黃藻（共生藻Clade A1和F1）及其宿主珊瑚（Stylophora pistillata）的影響。結果表明：  

1. PS-NPs顯著降低蟲黃藻最大電子傳遞速率（ETRmax，圖1A,D），損害光合系統II功能；  

 

2. Clade A1藻類出現抗氧化能力下降（TAC↓，圖4C）和脂質過氧化增加（LPO↑，圖4D）；  

 

3. 0.5 mg/L PS-NPs導致珊瑚共生藻密度減少45%（圖7A），葉綠素含量降低38%（圖7B），引發顯著白化；  

 

4. 珊瑚宿主組織出現氧化應激（TAC↑ & LPO↑，圖8B,D），而共生藻未受影響（圖8A,C）。  

 

研究目的：  

闡明納米塑料污染對造礁珊瑚共生系統（蟲黃藻光合作用-宿主氧化平衡）的毒性機制，評估其作為新興脅迫因子對珊瑚礁生態的威脅。  

 

研究思路：  

1. 藻類實驗：對比Clade A1（廣宿主型）和Clade F1（窄宿主型）在4種NP濃度（0/0.005/0.05/0.5 mg/L）下的光合參數（PAM）、氧化狀態（TAC/LPO）及代謝指標  

2. 珊瑚實驗：以含Clade A1的S. pistillata為模型，測試0.5 mg/L NPs對共生系統的影響（白化指標、宿主-共生藻氧化狀態分離）  

3. 多尺度驗證：結合脈沖調制熒光（PAM）、溶解氧微傳感（Unisense）、生化分析（蛋白質/葉綠素）  

 

測量數據及研究意義：  

1. 光合效率損傷（圖1）  

   ? 數據：0.005 mg/L NPs使Clade A1和F1的ETRmax降低26-31%（p<0.05）  

 

   ? 意義：納米塑料直接損害蟲黃藻光系統II功能，且低濃度即有效應  

 

  

2. 藻類氧化失衡（圖4）  

   ? 數據：Clade A1在0.005 mg/L NPs下LPO升高42%（p=0.038）  

 

   ? 意義：納米塑料引發脂質過氧化，細胞膜完整性受損  

 

3. 珊瑚白化（圖7）  

   ? 數據：0.5 mg/L NPs使珊瑚共生藻密度降至2.1×10? cells/cm2（對照組3.8×10?）  

 

   ? 意義：證實納米塑料是獨立于溫度的白化誘因  

 

4. 宿主-共生藻響應差異（圖8）  

   ? 數據：宿主組織LPO升高35%（p=0.049），而共生藻TAC/LPO無變化  

 

   ? 意義：納米塑料主要靶向珊瑚宿主，破壞其氧化平衡  

 

  

 

結論：  

1. 納米塑料通過抑制蟲黃藻ETRmax（非濃度依賴性）直接損害光合作用  

2. Clade A1比Clade F1更易發生氧化損傷（LPO顯著升高）  

3. 0.5 mg/L NPs引發珊瑚白化（共生藻損失+葉綠素減少），宿主氧化應激是主要驅動因素  

4. 納米塑料污染與全球變暖的疊加效應可能加劇珊瑚礁退化  

 

丹麥Unisense電極測量數據的核心研究意義：  

采用Unisense氧傳感器（Presens光纖氧計）測量光合/呼吸速率（2.3.2節）：  

1. 代謝活性量化：直接測定蟲黃藻凈光合（O?生成）和呼吸（O?消耗）速率（圖2），證實0.5 mg/L NPs使Clade F1光合速率降低32%（p<0.05）  

 

2. 技術優勢：  

   ? 非侵入式實時監測（避免樣品破壞）  

 

   ? 高靈敏度（檢測限<0.1 μmol O?/L）  

 

   ? 活體珊瑚適用（支持原位生理評估）  

 

3. 機制關聯：光合速率下降與ETRmax降低（PAM數據）形成互證，揭示納米塑料對光能轉化-碳固定的雙重抑制