《Marine Pollution Bulletin》：Survival at a cost: Corals endure microplastic and nanoplastic pollution by sacrificing energy reserves
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本研究针对塑料污染对珊瑚礁生态系统的威胁，探讨了在环境相关浓度下，微塑料(MPs; ? 2.1 μm)和纳米塑料(NPs; ? 30 nm)慢性暴露对两种造礁石珊瑚生理的影响。研究人员通过对Stylophora pistillata和Turbinaria reniformis进行5周和10周的暴露实验，评估了其共生体生理、光合性能及能量储备。结果表明，S. pistillata对MPs高度敏感，出现白化、光合作用下降及能量储备显著消耗；T. reniformis虽表现稳定，但仍出现净光合作用下降和能量储备减少。NPs的影响则更温和且滞后。该研究揭示了即使低浓度塑料污染也会干扰珊瑚生理和能量平衡，影响其对海洋变暖等额外胁迫的恢复力。
在蔚蓝的海洋深处，珊瑚礁如同海底的热带雨林，孕育着近30%的海洋生物，并为全球超过5亿人提供生计。珊瑚的健康依赖于与虫黄藻的共生关系，后者通过光合作用为珊瑚提供高达90%的能量。然而，这片瑰丽的世界正面临多重威胁。除了广为人知的海洋变暖导致的白化现象，一个新的、无处不在的“隐形杀手”——塑料污染——正悄然逼近。全球塑料年产量已超4亿吨，这些塑料最终会破碎成微塑料(MPs, 1 μm – 5 mm)和更小的纳米塑料(NPs, <1 μm)，遍布海洋，包括珊瑚礁。已有研究表明，高浓度的MPs会损害珊瑚的生长、摄食和健康，但关于在自然环境中更为常见的低浓度、小尺寸塑料颗粒的长期影响，我们知之甚少。特别是，这些微小的塑料颗粒是否会像“温水煮青蛙”一样，在不知不觉中耗尽珊瑚的能量，削弱它们抵抗其他压力（如升温）的能力？为了回答这个问题，由Kiara Lange和Christine Ferrier-Pagès等来自摩纳哥科学中心的研究人员展开了一项深入研究，相关成果发表在《Marine Pollution Bulletin》上。
为探究这一问题，研究人员采用了多项关键技术。他们选取了两种形态和生态特征不同的造礁石珊瑚：枝状的Stylophora pistillata和叶状的Turbinaria reniformis。在实验室控制条件下，对珊瑚进行了为期5周（短期）和10周（长期）的慢性暴露实验。实验中使用的塑料颗粒是聚苯乙烯微球，包括直径为2.1 μm的MPs (浓度为5.25 × 10-4mg L-1)和直径为30 nm的NPs (浓度为2.4 × 10-2mg L-1)，这些浓度都与自然环境中的水平具有可比性。研究团队系统评估了珊瑚的生理响应，主要技术包括：利用脉冲调制荧光仪(PAM)测量光系统II的光合效率(Y)和电子传递速率(ETR)；通过测量密闭培养室中的氧气浓度变化来计算净光合作用(Pn)、呼吸速率(Rc)和总光合作用(Pg)；通过细胞计数和分光光度法测定虫黄藻密度和叶绿素含量；最后，通过比色法测定了珊瑚组织中的蛋白质、脂质和碳水化合物含量，以评估其能量储备状况。
研究结果揭示了塑料污染对珊瑚生理的复杂影响：
3.1. 微塑料污染对珊瑚生理的影响
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3.1.1. 对Stylophora pistillata的影响：MPs对S. pistillata造成了严重打击。暴露5周和10周后，珊瑚均出现显著白化，虫黄藻密度分别下降了57%和73%，叶绿素含量也大幅降低。光合性能受损，光合效率和实验光强下的电子传递率(ETR200)均下降。更为关键的是，净光合作用在长期暴露后暴跌了86%。能量储备被迅速消耗：碳水化合物和蛋白质含量在早期就显著下降，脂质则在长期暴露后减少。最终，珊瑚组织的总能量含量在短期和长期暴露后分别下降了25%和50%。这表明S. pistillata虽然尝试通过暂时降低呼吸速率来维持能量平衡，但无法承受长期的MPs胁迫，最终走向生理崩溃。
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3.1.2. 对Turbinaria reniformis的影响：与S. pistillata相比，T. reniformis对MPs表现出更强的耐受性。在整个实验期间未观察到白化，虫黄藻密度和叶绿素含量基本稳定，总光合作用和呼吸速率也无显著变化。然而，亚致死的影响依然存在：净光合作用在短期和长期暴露后分别下降了43%和88，导致光合与呼吸比值(P:R)降低，表明自养能量已不足以满足代谢需求。相应地，其能量储备也出现消耗，碳水化合物在短期暴露后减少，脂质在长期暴露后下降，总能量含量在长期暴露后降低了30%。
3.2. 纳米塑料污染对珊瑚生理的影响
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3.2.1. 对Stylophora pistillata的影响：NPs的影响出现较晚且模式不同。短期暴露（5周）未引起白化，但电子传递率(ETR200和ETRmax)已开始下降，脂质储备减少。到了长期暴露（10周），白化现象变得明显，虫黄藻密度下降50%，叶绿素含量减少。尽管光合性能参数部分恢复，但能量储备（碳水化合物、蛋白质、脂质）被全面大幅消耗，总能量下降30%。
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3.2.2. 对Turbinaria reniformis的影响：NPs对T. reniformis的影响更为有限。短期暴露时，虫黄藻密度异常增加了80%，但每个细胞的叶绿素含量和ETR200下降。长期暴露时，虫黄藻参数恢复稳定，但呼吸速率急剧上升了85%，显示出代谢压力增加。其能量储备在整个实验期间未受显著影响。
在讨论与结论部分，研究深入分析了这些发现的机制与意义。首先，物种特异性响应非常关键。S. pistillata的敏感性可能源于其分枝状形态、小息肉、高异养摄食能力以及所共生的虫黄藻谱系(Symbiodinium)对压力更敏感。而T. reniformis的叶状形态、大息肉、较厚的组织以及所共生的虫黄藻谱系(Cladocopium)可能为其提供了更好的保护。其次，颗粒尺寸效应明显。MPs（2.1 μm）虽然质量浓度极低，但引起的生理紊乱更快速、更严重，尤其是在敏感的S. pistillata中。这可能是由于其尺寸更容易被摄取或滞留在组织表面。相比之下，NPs（30 nm）虽然粒子数量庞大，但因其使用的质量浓度较低，效应更温和且出现滞后，提示其影响可能与浓度和暴露时间密切相关。再者，能量储备消耗是核心病理生理标志。无论珊瑚是否发生可见的白化，两种塑料暴露都导致了能量储备（碳水化合物、蛋白质、脂质）的消耗。这揭示了塑料污染一个隐蔽但至关重要的危害：迫使珊瑚将能量从生长、繁殖等生命活动中转移到应激响应和维持基本生存上，即“生存需要代价”。这种能量的重新分配虽然短期内维系了生命，但长期会削弱珊瑚的健康状况（fitness）和恢复力。
综上所述，这项研究首次系统评估并比较了低浓度、小尺寸MPs和NPs长期暴露对两种造礁石珊瑚的生理影响。它有力地证明，即使在环境相关浓度下，慢性塑料污染也能通过消耗能量储备的方式，显著干扰珊瑚-虫黄藻共生体功能，且效应具有物种特异性和尺寸依赖性。研究强调，能量储备是评估塑料污染亚致死效应的一个敏感指标。这些发现警示我们，塑料污染可能通过改变珊瑚的能量预算，潜移默化地降低珊瑚礁生态系统对气候变化等主要威胁的抵御能力。未来研究需要关注塑料污染与升温等胁迫的联合效应，并采用基于珊瑚形态、营养策略等特征的评估方法，以更准确地预测和管理珊瑚礁在面对多重人为压力下的命运。
