丁烯内酯（butenolide）和4,5-二氯-2-正辛基-4-异噻唑啉-3-酮（DCOIT）对海洋硅藻Phaeodactylum tricornutum引发的氧化应激反应

抗污剂但烯醇对浮游藻类生长抑制、光合效率及氧化应激的影响研究显示，其96小时半抑制浓度（EC50）为2.49 mg/L，显著低于阳性对照DCOIT（0.099 mg/L）。但烯醇在0.12 mg/L浓度下仅导致轻微光合抑制且具有可逆性，而DCOIT引发不可逆氧化损伤并抑制抗氧化酶活性。研究表明但烯醇环境友好性优于传统含锡或铜基抗污剂。

　　

梁颖怡|薛慕阳|王琼|何昭文|吴慧娴

上海海洋大学海洋科学与生态科学学院，中国上海 201306

摘要

丁烯内酯[5-辛基呋喃-2(5H)-酮]是一种高效且环保的防污化合物，来源于海洋天然产物，但关于其对海洋微藻的毒性机制知之甚少。在本研究中，以硅藻Phaeodactylum tricornutum作为模式生物，并使用DCOIT作为阳性对照，探讨了丁烯内酯对微藻生长、光合效率及氧化应激的影响。结果表明，尽管DCOIT和丁烯内酯均显著抑制了P. tricornutum的生长，但丁烯内酯的毒性明显低于商业防污剂DCOIT（96小时EC₅₀值分别为2.49 mg L^?1和0.099 mg L^?1）。在高浓度（0.12 mg L^?1）下，DCOIT对藻细胞光合效率的抑制作用更为显著，且藻细胞的恢复能力较低。相比之下，丁烯内酯的影响相对可逆，使藻细胞能够更好地恢复。活性氧（ROS）水平的测量显示，这两种防污剂均导致细胞内ROS积累过多，进而引发脂质过氧化和光合作用受损。然而，丁烯内酯显著增强了抗氧化酶（超氧化物歧化酶SOD；谷胱甘肽过氧化物酶GPx）的活性，表明藻细胞仍能激活针对丁烯内酯诱导的氧化应激的防御机制，而DCOIT可能直接抑制了藻细胞的抗氧化系统，导致更严重的氧化损伤。因此，丁烯内酯具有更好的环保性，而DCOIT可能对海洋微藻带来更高的生态风险。本研究揭示了丁烯内酯和DCOIT对P. tricornutum的毒性效应及潜在生态风险。

引言

在海洋环境中，生物污损指的是微生物、海藻和无脊椎动物在水生结构上的不希望出现的积累（Callow和Callow，2011）。作为一种严重的全球性海洋环境问题，海洋生物污损造成了巨大的经济损失、生态失衡以及对海洋结构的安全威胁（Liu等人，2023）。为了防止污损生物的附着，人们最终开发了能够缓慢将杀菌剂释放到周围水中的涂层（Laidlaw，1952）。自20世纪中叶以来，基于有机锡的防污涂层（尤其是三丁基锡）被广泛应用于船舶（Champ和Bleil，1988）。由于对有机锡化合物的环境担忧，国际海事组织发布了对其的国际禁令（Takahashi，2009）。在有机锡化合物被禁用后，人们开发了基于铜的替代防污涂层，如氧化亚铜（Cu₂O）和硫氰酸铜（CuSCN）（Amara等人，2018），通常还添加了Irgarol 1051、Diuron、吡硫铜（ZnPT）、氯噻酮（Chlorothalonil）和SeaNine 211等商业杀菌剂以抑制污损生物的附着（Konstantinou和Albanis，2004）。

然而，现有研究表明，目前使用的许多商业防污剂具有明确的生态毒性（Jung等人，2017；Amara等人，2018）。这些物质不仅会在海洋沉积物中积累，还会影响浮游生物、底栖生物和鱼类等非目标生物（Konstantinou和Albanis，2004；Thomas和Brooks，2010）。

Sea-Nine 211是一种含有4,5-二氯-2-辛基-4-异噻唑啉-3-酮（DCOIT）（图1）作为活性成分的商业广谱杀菌剂。由于其快速降解性和有效的防污效果，它被宣传为有机锡化合物的环保替代品（Jacobson和Willingham，2000）。然而，DCOIT的生态毒性引起了越来越多的关注。多项研究表明，它对非目标海洋生物具有高毒性，能够抑制细菌和藻类的生长（例如，对Vibrio parahaemolyticus的最小抑制浓度（MIC）= 1000 μg/L；对Chlorella minutissima的中位抑制浓度（IC₅₀）= 40 μg/L；对Phaeodactylum tricornutum的IC₅₀ = 4 μg/L），并对软体动物和棘皮动物等无脊椎动物具有毒性（例如，对海胆胚胎的IC₅₀低至0.16 μg/L）（de Campos等人，2022a；Figueiredo等人，2019；Perina等人，2023）。此外，接触DCOIT还会导致软体动物氧化应激，并破坏鱼类的生殖和内分泌系统。

根据先前的报告，即使暴露于低至0.1 ng L^?1的SeaNine 211浓度下，也会显著延缓海胆卵的发育（Kobayashi和Okamura，2002）。暴露于0.2至151 μg/L的DCOIT 120小时后，不仅会引起氧化应激反应，还会加重牡蛎鳃组织的组织病理病变，包括坏死、淋巴细胞浸润和上皮细胞脱落（de Campos等人，2022b）。此外，暴露于2.55 μg/L的DCOIT 28天后，Oryzias melastigma的繁殖成功率会显著下降，并伴有明显的内分泌紊乱（Chen等人，2014）。

丁烯内酯[5-辛基呋喃-2(5H)-酮]（图1）也被认为是一种有前景的防污剂，它对藤壶、苔藓虫和管栖多毛类等主要污损生物的幼虫附着具有优异的抑制效果（Xu等人，2010）。与DCOIT相比，丁烯内酯在自然海水中快速降解（半衰期为0.5天），且累积风险较低（Chen等人，2015）。此外，它对不同营养级的非目标生物的毒性相对较低（Zhang等人，2011）。尽管具有这些优点，但关于丁烯内酯对海洋微藻的毒性机制的知识仍不完整。因此，需要进一步研究来评估丁烯内酯对微藻的影响并阐明其潜在的毒性机制。在本研究中，选择Phaeodactylum tricornutum作为模式物种，因为它不仅是海洋浮游动物和其他滤食性生物的重要食物来源，也是ISO 10253标准规定的两种测试物种之一。使用DCOIT作为阳性对照，以便直接比较丁烯内酯和DCOIT的效果。通过测量生长抑制、光合效率变化和氧化应激来研究丁烯内酯和DCOIT对P. tricornutum的急性毒性效应。本研究旨在揭示和比较海洋微藻暴露于丁烯内酯和DCOIT时的应激反应机制。

化学品

丁烯内酯由香港科技大学（中国香港）合成并提供。4,5-二氯-2-辛基-4-异噻唑啉-3-酮（DCOIT）（纯度>99%）从Waterstone Technology（美国印第安纳州卡梅尔）购买。DCOIT和丁烯内酯的储备溶液用DMSO配制（CAS编号：67-68-5）。对照实验中使用了等量的DMSO，最终在藻培养基中的浓度不超过0.01%。结果显示，DMSO

生长抑制和EC₅₀值

图2显示了暴露于不同浓度丁烯内酯和DCOIT的P. tricornutum的细胞密度日变化。丁烯内酯和DCOIT对P. tricornutum的抑制效应随时间显著变化。在相同的暴露时间内，P. tricornutum的生长抑制率（I_μi，%）随着丁烯内酯和DCOIT浓度的升高而逐渐增加，表明存在剂量依赖性效应。暴露96小时后，抑制率

结论

本研究结果表明，随着DCOIT和丁烯内酯浓度的增加，P. tricornutum的生长受到显著抑制。DCOIT的96小时EC₅₀（0.099 mg L^?1）远低于丁烯内酯（2.49 mg L^?1），表明DCOIT对P. tricornutum的毒性明显高于丁烯内酯。在高浓度（0.12 mg L^?1下，DCOIT对藻细胞光合效率的抑制作用更强且更不可逆

CRediT作者贡献声明

梁颖怡：写作——审阅与编辑，撰写——初稿，可视化，方法学，研究，概念化。薛慕阳：写作——审阅与编辑，撰写——初稿，可视化，方法学，研究，概念化。王琼：写作——审阅与编辑，监督，概念化。何昭文：可视化，研究，概念化。吴慧娴：写作——审阅与编辑，监督，资源管理，项目协调，概念化。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的可能会影响本文所述工作的财务利益或个人关系。

致谢

本工作得到了船舶与海洋工程专用设备及动力系统国家工程研究中心的支持。