《Estuarine, Coastal and Shelf Science》：Impacts of oil properties on the interaction between dispersed crude oil and marine diatom
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本研究探讨了三种原油（阿曼轻质原油、伊朗重质原油和梅里原油）与两种硅藻（ Chaetoceros sp. 和 Phaeodactylum tricornutum）在不同环境条件下原油分散性与硅藻生长的相互作用。结果表明，高分散性原油（如阿曼原油）显著抑制硅藻生长，但促进其胞外聚合物（EPS）分泌，降低油水界面张力（16.82-13.53 mN/m），提高原油分散效率（25℃时达52.91%-59.71%），但可能对底栖生物造成风险。
滕一飞|齐志新|周楠|刘家晨|刘子月|王振南|王天|熊德奇
大连海事大学环境科学与工程学院，中国大连116026
摘要
石油泄漏事故可能对海洋生态环境造成严重威胁。为了评估泄漏的生态影响，有效预测泄漏石油的环境行为至关重要。泄漏石油在海水中的扩散可能受到水生浮游植物（尤其是硅藻）或细菌产生的胞外聚合物（EPS）的影响。然而，关于海洋环境中原油扩散与硅藻生长之间的关系仍存在知识空白。特别是，目前的研究尚未系统阐明石油性质如何影响硅藻的生长和EPS的分泌。本文选取了三种常见的运输原油（阿曼原油、伊朗重质原油和Merey原油）以及两种典型的硅藻（Chaetoceros属和Phaeodactylum tricornutum）作为实验材料，在不同环境条件下研究了硅藻在石油暴露下的反应以及石油在硅藻存在下的扩散性能。在15天的原油暴露期间，硅藻浓度在第八天开始增加，这比无油情况下发生得更早。暴露于较高浓度悬浮油的硅藻细胞浓度较低，表明原油的毒性，尤其是具有高扩散性的轻质原油，对硅藻生长具有抑制作用。硅藻在暴露于最高浓度阿曼原油时释放的EPS量最大。同时，温度的升高或混合能量的增加可以显著改善石油的扩散程度。在Chaetoceros属和P. tricornutum存在的情况下，25°C时的石油扩散效率分别达到了52.91%和59.71%，此时油水界面张力分别为16.82 mN/m和13.53 mN/m。在海洋硅藻存在的情况下，悬浮油的体积平均大小随着油水界面张力的降低而线性减小。硅藻及其EPS可能加速石油从海面的消失和进一步的微生物降解，但也会对暴露于较高浓度石油烃的底层和底栖生物构成威胁。
引言
随着世界经济的增长，各国对石油资源的开发和利用也在增加，这导致了海上石油泄漏事故的发生，给海洋环境造成了严重破坏（Jameel等人，2025年；Kumar等人，2026年）。泄漏的石油会在海面上迅速形成油膜，然后在波浪（混合能量）的作用下破裂并进入水柱。一般来说，石油成分如正烷烃和高分子量多环芳烃（PAHs）以液滴形式扩散，而苯、甲苯、乙苯和二甲苯（BTEX）等低分子量化合物则可溶于水（Francis和Passow，2020年）。先前的研究已经证实，泄漏石油的自然扩散在很大程度上受其物理性质和环境条件的影响（Wang等人，2024年）。例如，温度可以通过改变石油的粘度来影响其扩散性。
作为全球最多样化的浮游植物群体，硅藻对生态系统功能做出了重要贡献（Armbrust，2009年；Hook和Osborn，2012年）。在石油泄漏期间或之后，硅藻可能成为受影响区域的主要生物（?zhan等人，2014年）。由于硅藻含有二氧化硅外壳，它们可以在一定程度上保护自己免受泄漏石油的致命影响（Parsons等人，2021年）。此外，硅藻还可以释放胞外聚合物（EPS）来抵抗石油泄漏。例如，作为EPS成分和碳储备，chrysolaminarin可以在石油存在的情况下促进Thalassiosira pseudonana的恢复（Kamalanathan等人，2019年）。EPS主要由多糖和蛋白质组成（Mühlenbruch等人，2018年；van Eenennaam等人，2016年），EPS的产量和性质也受到pH值、温度、压力和离子浓度等环境因素的影响（Wolfstein和Stal，2002年；Chen等人，2021年；Zhang等人，2008年）。例如，Chen等人（2021年）发现Amphora属EPS的粘性随盐度的增加而增加。然而，关于硅藻对泄漏石油反应的研究结果存在差异。Dilliplaine等人（2021年）发现，在暴露于石油10天后，以Nitzschia为主的藻类数量和EPS浓度显著下降。然而，Grami等人（2024年）重新证实了Melliti Ben Garali等人（2020年、2021年）的发现，即在长期暴露于石油烃的沿海水域中，有毒硅藻Pseudo-nitzschia和Nitzschia的生长得到促进，这可能是因为它们对这些成分具有较高的耐受性。推测硅藻反应的差异是由于石油浓度的不同。
海洋环境中的硅藻可能影响泄漏石油的命运和传输（Mishra和Mukherji，2012年）。2010年墨西哥湾深水地平线石油泄漏事件发生大约一年后，研究表明，碳氢化合物污染物最初扩散到水柱中，随后随着下沉的硅藻聚集物一起沉积在海底（Passow和Stout，2020年；Yan等人，2016年）。硅藻及其相关细菌在沿海环境中普遍存在，它们在石油泄漏期间产生的大量EPS会影响石油的乳化、扩散、与颗粒的聚集和/或沉积（Xu等人，2018年）。EPS的粘性使其能够结合多个小油滴并形成捕获石油的网状结构（Ye等人，2021年）。EPS中的蛋白质与碳水化合物（P/C）比率提供了EPS附着在颗粒表面的强度的相对度量，并与聚集倾向相关；即较高的P/C比率表示更大的粘性（Quigg等人，2021年；Santschi等人，2020年）。Schwehr等人（2018年）发现，随着P/C比率的增加，EPS可以降低表面张力，表明蛋白质具有有效的生物乳化作用。最近，Wang等人（2025年）发现，随着海洋硅藻浓度的增加，石油扩散得到增强，而硅藻死亡和细胞破裂释放的胞内表面活性脂质和蛋白质导致油水界面张力进一步降低，分散的石油量增加。然而，关于石油性质对原油扩散与海洋硅藻相互作用的影响的研究尚缺乏。
本研究的主要目的是探讨原油的物理和化学性质如何影响硅藻分泌的EPS的数量和组成，以及EPS如何通过改变油水界面性质，作为天然生物表面活性剂来调节不同原油的扩散性能，包括水柱中油滴的扩散效率和大小分布。本研究的结果为泄漏石油的环境行为预测提供了科学依据，并为石油泄漏事故的应急响应提供了技术支持。
实验材料
在本实验研究中，选择了Chaetoceros属和P. tricornutum作为实验硅藻物种，这两种硅藻在海洋环境中广泛分布。Chaetoceros属在中国许多沿海水域中是主要的硅藻类群，因其对生态系统的重要作用和功能而具有很高的研究价值。P. tricornutum也是科学研究中最常用的模式硅藻物种，同时也是大规模生物工程的理想原料（Wang等人，2018年）
硅藻在原油暴露下的生长
在主要的微藻群体中，硅藻被发现对原油的毒性敏感（Finkel等人，2020年）。图1a和1b分别显示了在有无原油的情况下，Chaetoceros属和P. tricornutum的细胞浓度随暴露时间的变化。原油的性质如密度和粘度会影响其进入水柱的能力（Wang等人，2024年）。在本研究中，分散的石油
结论
本实验室实验研究了海洋环境中原油扩散与硅藻生长之间的关系。首先，测量了Chaetoceros属和P. tricornutum在15天原油暴露期间的细胞浓度、EPS含量和油水界面张力的变化，以探讨它们的反应。无论是否有石油存在，这两种硅藻的密度在最初几天都增加了，但随后减少
作者贡献声明
周楠：验证、调查、正式分析。齐志新：写作——审稿与编辑、监督、资金获取、正式分析、概念化。滕一飞：写作——初稿、调查、正式分析。王天：调查。王振南：调查、数据管理。熊德奇：资源、项目管理、资金获取。刘子月：调查、数据管理。刘家晨：调查、正式分析
未引用参考文献
Hussein和Abdullah，2020年；Melliti Ben Garali等人，2020年；Melliti Ben Garali等人，2021年；Qi等人，2023年。
利益冲突声明
? 作者声明他们没有已知的可能会影响本文工作的竞争性财务利益或个人关系。
致谢
本研究得到了国家重点研发计划（2025YFE0219600、2023YFC3108303）、辽宁省科技联合计划（自然科学基金 - 一般项目，2025-MSLH-083）、辽宁省教育厅基础研究项目（LJ232510151001）以及中央高校基本科研业务费（3132025165）的支持。
