《Marine Pollution Bulletin》：Efficacy, microbial disruption, and algal toxicity of commercial antifouling coatings: A multi-level assessment
编辑推荐：
本研究针对传统含铜/锌防污涂料的环境毒性问题，系统比较了五种商用涂料（两种杀菌型、两种污损脱附型FRC、一种惰性参照）在五个欧洲站点静态暴露七个月的防污性能及其浸出液对红藻Ceramium tenuicorne、发光菌Aliivibrio fischeri、微生物群体感应QS及生物膜形成的生态影响。结果显示，硅基FRC在防污效能上优于铜基涂料，且其浸出液毒性低约100倍；但所有涂料（包括无杀菌剂型）均能通过干扰微生物信号通路影响早期生物膜形成，表明“无杀菌剂”不等于“生物惰性”。该研究为可持续防污技术的开发提供了关键生态毒理学依据。
在浩瀚的海洋中，任何浸没的表面都会迅速被细菌、藻类和无脊椎动物所覆盖，这一过程被称为生物污损。它不仅显著增加船舶的燃料消耗和温室气体排放，还加速金属结构腐蚀并成为入侵物种传播的载体。为应对这一全球性挑战，人类长期依赖释放杀菌剂（如氧化亚铜Cu2O、氧化锌ZnO）的防污涂料。然而，这些涂料，尤其是铜基涂料，在有效防护的同时，其释放的金属离子对非目标生物具有高毒性，并易在沉积物和海岸环境中累积，对海洋生态系统构成持续威胁。以波罗的海为例，近40%的人为铜输入源自防污涂料，直接阻碍了欧盟海洋战略框架指令所要求的“良好生态状态”的实现。
在此背景下，不释放杀菌剂的污损脱附型涂层（Fouling-Release Coatings, FRC），特别是硅酮基FRC，作为环境友好型替代方案应运而生。其防污机理并非毒杀，而是通过低表面能、低摩擦的特性使生物附着不牢，易于在水流作用下脱落。尽管FRC在动态条件下表现优异，但其在静态环境中的防污效能、在不同盐度/温度梯度下的适应性，以及对微生物层面的生态影响，仍缺乏系统评估。为此，发表于《Marine Pollution Bulletin》的这项研究，通过结合多站点现场实验与多层级生态毒理学测试，对五种商用防污涂料进行了全面评估。
研究人员为开展此项研究，主要运用了几项关键技术方法。首先，在瑞典、法国等五个不同盐度（6-38 PSU）和温度的欧洲沿海站点进行了为期七个月的静态现场暴露实验，使用PVC板涂覆不同涂料，定期监测污损发展。其次，制备了涂料的浸出液，并采用了一系列生态毒理学检测方法：包括以红藻Ceramium tenuicorne为受试生物的生长抑制实验；以发光菌Aliivibrio fischeri为模型的急性毒性试验；利用大肠杆菌应激生物传感器评估DNA损伤（recA）、氧化应激（katG）、膜损伤（fabA）和蛋白损伤（grpE）等细胞应激通路；针对群体感应（QS）信号（包括短链、长链酰基高丝氨酸内酯AHLs以及自诱导剂-2 AI-2）的抑制/诱导分析；以及观察四种海洋环境细菌菌株（Vibrio sp., Alteromonas sp., Ruegeria sp., Labrenzia sp.）生物膜形成的影响。
3.1 现场防污涂层性能评估
现场实验表明，污损脱附型涂层FRC在防污效能上 consistently 优于铜基涂料，即使在静态条件下也是如此。铜基浸出液对红藻C. tenuicorne表现出高毒性（EC50≈ 0.46%），而FRC浸出液的影响微乎其微，毒性低约100倍。
3.2 防污涂层浸出液的环境影响评估
3.2.1 Ceramium tenuicorne生长抑制实验
剂量反应曲线显示，两种铜基涂料（Micron Superior和Mille NCT）即使浓度很低也能强烈抑制藻类生长，EC50值相近。而两种硅酮基FRC涂层（Silic One和B-Free Explore）的浸出液则毒性极低或无检测毒性。
3.2.2 细胞应激反应（E. coli生物传感器）
微生物应激实验发现，所有涂层浸出液均未显著诱导DNA损伤（recA）或氧化应激（katG）。然而，来自特定制造商（包括一种铜基涂料和一种FRC）的浸出液均引起了显著的蛋白损伤（grpE）反应，提示其底漆系统中的胺类固化剂可能是共同因素。
3.2.3 Aliivibrio fischeri毒性及群体感应调控
在A. fischeri发光抑制实验中，所有浸出液均未表现出急性毒性，反而多数引起发光增强，暗示其可能调控了群体感应（QS）信号而非直接毒害。进一步的QS分析证实，铜基涂料倾向于抑制AHL介导的QS，而所有涂料浸出液均能诱导AI-2信号系统。
3.2.4 环境菌株生物膜形成影响
生物膜形成实验显示，涂料浸出液对生物膜的影响具有菌株特异性。Vibrio sp.和Alteromonas sp.的生物膜形成多被刺激，而Ruegeria sp.的被一致抑制，Labrenzia sp.则呈现中间反应。这表明浸出液可作为化学信号选择性调控微生物策略。
研究结论与讨论部分强调，尽管污损脱附型涂层FRC在防污效能和急性毒性方面均优于传统铜基涂料，是更环保的选择，但本研究揭示了一个更深层次的问题：即使是标榜“无杀菌剂”的FRC，其浸出液也能通过干扰群体感应（QS）和影响生物膜形成等方式，对微生物的生理和行为产生调控作用，并非生物惰性。这意味着防污浸出液不仅作为毒物起作用，还能作为化学信号塑造微生物通信和早期定殖过程。因此，将微生物层面的响应纳入防污评估体系至关重要。未来的防污技术开发，在追求高效的同时，需更加关注其对海洋微生物生态系统可能产生的细微影响，从而真正实现海洋环境的可持续发展。
